CN101871455A - 风冷式喷油螺杆空压机冷却及余热回收装置 - Google Patents

Abstract

本阀门属于空压机的热交换装置范畴。一种风冷式喷油螺杆空压机散热和余热回收装置，包含散热风扇、油散热器、热交换器、冷水管、热水管、水泵和阀门，其特征在于：设置有带温度传感器的变频器，该变频器串接在空压机散热风扇的电源电路中；该换热器串接在空压机油气分离器油出口与油散热器油进口之间，是钎焊板式换热器；该温度传感器置于空压机油散热器油出口处，按该处油温度控制变频器输出的电流频率在15～50赫兹内变化。

Description

风冷式喷油螺杆空压机冷却及余热回收装置

技术领域：

本发明属于空气压缩机的热交换装置范畴，尤其是关于风冷式喷油螺杆空压机冷却及余热回收装置。

背景技术：

空气压缩机能为多种作业机械提供动能，因此在工业领域中受到广泛地应用。在各种型式的空气压缩机中，尤其是对大功率的空气压缩机，常采用结构简单、压力高的风冷式喷油螺杆空压机。喷油螺杆式空压机在工作中油不仅起到密封和润滑的作用，而且将空气受压后产生的热量吸收带走，防止空压机过热保护停机和其它器件的损坏。对于空压机而言，其输入能量的80％将在压缩过程中转化为热能，而风冷式喷油螺杆空压机是通过风扇对油冷却器和压缩空气冷却器鼓风将油和空气吸收的空压机产生的热量排至大气中，白白地浪费了这些可利用的热量，也不利于环境保护。为达得节能和环保的目的，近年来出现了一些回收风冷式喷油螺杆空压机余热的装置，如ZL20062015799.7《喷油式螺杆空压机的热交换及余热利用装置》实用新型专利和ZL200720310803.2《喷油式螺杆空压机改进的热交换利用装置》实用新型专利。前者是由热交换器、保温水罐、冷循环水管、热循环水管、进水管、出水管、水泵和阀、温度控制器及控制电路组成，该装置主要利用空压机排出的具有一定温度的热油在热交换器中进行热油与冷水的热交换，经热交换后的热水被储于保温水罐中，已备作它用，可实现利用约60％的余热。后者是在前者的基础上作了改进，在热油交换器与冷却器之间设有热气交换器，热油交换器设有水管连接热气交换器，热气交换器内设有交换管，交换管设有接口连接由热油交换器接出的水管，交换管还设有出口连接热水管，热气交换器分别设有热气入口端和热气出口端，热气交换器的热气出口端设有接管接至冷却器；交换管为蜂窝式交换管或蛇形管。这样一来，已经热油交换器交换过的热水再次由热气交换器换热加温，可进一步提高保温水罐内循环水的温度，将喷油螺杆空压机的余热利用率提高至80％以上。但是上述所述的热交换利用装置结构复杂，对于ZL200720310803.2实用新型专利来说经热油交换器交换后的热水温度可能与热气交换器内的热气温度相差无几，或者可能超过热气温度，达不到二次加热提高热水温度的效果。

ZL200720059296.X实用新型公开了一种《空气压缩机余热热水机》，它的串接在空气压缩机调温散热系统前压缩气换热器和机油换热器或其中之一沉浸在加热箱的下部，加热箱顶部设置有自动补水装置，加热箱上部为热交换存储区，控制器经过对油温、水温、水位、流动状态进行调节和控制，利用水泵动力进行加热箱水系统的内循环、输出热水到保温罐、加热箱和保温罐的外循环。这种热水机可以同时回收空气和机油中的压缩热，实现废热最大限度的回收利用，而且在正常工作状态下，经热交换后的机油和压缩空气的温度不高，空压机的散热风扇停止工作，而新加的水泵为断续工作，水泵所消耗的能量小于散热风扇停止工作所节约的能量，空压机在输出同样压力和容积的压缩空气时所消耗的功率小于不带余热回收装置时消耗的功率，即所谓的“负能耗”。任何事物一分为二，这种可以充分回收压缩机压缩空气和机油中的废热并减少散热风扇运转工作时间的空气压缩气在提高能量利用率和降低功率消耗有益效果的同时却带来负面的影响，即散热风扇是断断续续工作，风扇电机频繁启动，过大的瞬时启动电流长期会缩短其使用寿命；散热风扇不仅同时对油冷却器和压缩空气冷却器鼓风散热，还起到对空压机本身的辅助散热作用，在散热风扇停止工作时，使空压机机体温度过高，长期会造成空压机内部的零部件加快损坏和老化；频繁的启动散热风扇又造成其控制电气元件使用寿命大大降低；散热风扇从静止状态转入高速正常运转时，其风噪声不仅特高而且对环境噪声污染特别刺激人的听觉。最后这种空气压缩机余热热水机与前述所有的压缩机余热回收的装置一样，需要在空压机上设置一大堆器件，管道纵横设置，不仅占地面积大而且许多器件是自制，费工、资料，不仅安装不便，维护修理也麻烦。

发明内容：

本发明在于提供一种风冷式喷油螺杆空压机散热和余热回收装置，解决空压机由于散热风扇断续的工作造成的压缩空气温度高、降低机件使用寿命、机器运转噪声大，以及余热回收装置构件繁多、体积庞大、排管复杂的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案为：

一种风冷式喷油螺杆空压机散热和余热回收装置，包含散热风扇、油散热器、热交换器、冷水管、热水管、水泵和阀门，其特征在于：设置有带温度传感器的变频器，该变频器串接在空压机散热风扇的电源电路中；该换热器接在空压机油气分离器的，油出口与油散热器的油进口之间，是钎焊板式换热器；该温度传感器置于空压机油散热器油出口处，按该处机油温度控制变频器输出的电流频率在15～50赫兹内变化。

本发明使用的冷水管和热水管是内层为胶管、中间为保温软材、外层为金属蛇皮软管或纤维编织管的复合软管，该软管至少一端设置有金属的连接装置的接口，并以该接口与所述的钎焊板式换热器入水口和出水口匹配相连。

本发明的阀门分别设置在冷水管和热水管上，水泵通常设置在冷水管或保温水箱出口上，该冷水管和热水管另一端与保温水箱或锅炉供水系统相连。

本发明可使用带温度传感器的变频电机作为散热风扇的驱动电机，如此可将变频器和风扇马达合二为一，而且可防止风扇马达长期在25赫兹以下过热运行。

本发明具有下述的有益效果：

1、不破坏原有空压机结构，整个装置只增加带温度传感器的变频器、钎焊板式换热器、冷水管、热水管、水泵和阀门，不仅组件少，又能完全容纳于空压机原有机箱内不额外占用空间，而且都为现有产品，质量有保证，备料与安装十分方便，一旦准备工作做好，8小时即可安装调试结束。

2、散热风扇由变频器受温度传感器反馈的机油温度信号自行改变风扇马达转速，但不会停止，始终处于转动状态，这样避免了风扇频繁启动带来的噪声和对电流波动的不良影响，而且空压机的空气冷却器始终处于风扇气流的冷却下，送出的压缩空气温度仅比原先风扇始终高速转动时送出的压缩空气温度高6～8℃，完全在用气可接受的温度范围内，不必再为此设置降温设备。

3、散热风扇虽然在大部分时间是以低于额定转速运转，却不停地从油冷却器、压缩空气冷却器也从机体带走部分压缩热，从而有效地防止由散热风扇停止运转引起压缩机本身温度的升高，影响正常工作和缩短压缩机零部件寿命。

4、由于使用钎焊板式换热器，结构简单、体积小、安装方便，能耐2MPa压力，强度高，不易损坏，而且其换热率高，例如在现有160KW的喷油螺杆空气机上使用本发明，每天24小时可以将30吨平均水温为15℃的水提升至平均为60℃。

5、当与锅炉软水供给系统相结合时，可以充分利用企业锅炉间原有的软水处理装置、蒸汽冷凝回收装置、软水箱、补水装置一整套现成补水设备，能大幅度降低余热回收的投入，更显本发明的优越性。

6、本发明可以自行调节机油温度和电流频率对应值，以达到既保障压缩机本身有正常的工作温度又可最大化的回收余热的效果。

7、一旦保温水箱或锅炉需要暂时维修，只需关闭阀门和水泵，中止钎焊板式换热器的换热过程，空压机恢复成原无余热回收状态进行工作。

8、散热风扇常期处于慢速运转状态，其节约的电能足够水泵运行之需。

附图说明：

图1是现有喷油螺杆空压机冷却装置示意图

图2是装有本发明的喷油螺杆空压机示意图

具体实施方式：

请参阅图2所示，本发明的风冷式喷油螺杆空压机散热和余热回收装置，它维持原空压机7与油气分离器5、温控阀3、油散热器1、压缩空气冷却器6、散热风扇2和油过滤器4的结构和连接不变；仅是将余热回收的热交换器串接在油气分离器5的油出口与油散热器1的油进口之间，本发明采用的热交换器是换热效率高、强度高、体积小的钎焊板式换热器12、最好该钎焊板式换热器12的油进口直接与油气分离器5的油出口连接，如此原与油气分离器5油出口相接的油管可以方便地与钎焊板式换热器12的油进口连接；与钎焊板式换热器12水进出口分别连接的冷水管和热水管各自串接阀门9与保温水箱11或锅炉供水系统相连；水泵10串接在冷水管或保温水箱11的出口上。为减少传送热损失和安装维护方便，该冷水管和热水管是一种复合软管，其内层为胶管，中间为保温的软质材料，最外层为金属蛇皮软管或纤维编织软管；且上述的复合软管至少一端设置有金属的连接装置的接口。

本发明设置有带温度传感器8的变频器13，该变频器13串接在空压机散热风扇2的电源电路中，其温度传感器8置于油散热器1的油出口处。该变频器13受该油散热器1散热后的油温控制使其输出的电流频率在15至50赫兹的范围内变化，由于不同厂商牌号空压机的结构不同，油散热器1油出口处的温度个不相同。因此，以空压机在不带余热回收装置正常工作状态油散热器1出口处的温度为准，设定变频器13输出电流频率为50赫兹，使散热风扇2以最大转速旋转鼓风对油散热器1、压缩空气散热器6和相应的压缩机7机体及油分离器5散热；由于阀门9的开启和水泵11的运转，钎焊板式换热器12的换热使进入油散热器1的油温度下降，油经油散热器1进一步降温后流经温度传感器8和油过滤器4返回空压机7，温控阀3依旧按它的油温自动调节返回空压机7的油路，温度传感器8将油散热器1降温后的温度变为电信号输至变频器13使其输出的电流频率按预设的温度频率变化关系对应逐渐下降，直至输出频率最低为15赫兹，该温度频率变化关系可以按不同季节天气温度自行设定。散热风扇2则随驱动电源的频率逐渐降低而转速不断下降，但始终使散热风扇处于不停地转动中，它可在将小部热量从油散热器1带走，还有效地从压缩空气冷却器6和空压机7的机体及油分离器5热量带走，总至风扇2不停的排风，可将空压机机体所有发热件热量排出。使空压机的零部件能处于正常温度下工作，避免了长时间高温带来零部件的使用寿命缩短。而且消除了散热风扇频繁的启动产生的风噪声和对电网波动的干扰，而且由于散热风扇2转速下降，其节省的电能足够可供应水泵10用电之需。

本发明还可以进一步将带温度传感器的变频器和散热风扇的电机两者合二为一，以带温度传感器的变频电机取代，如此不仅使结构简化，而且特别有利于防止在25赫兹频率下长期工作时的电机温升。

Claims (10)

1.一种风冷式喷油螺杆空压机散热和余热回收装置，包含散热风扇、油散热器、热交换器、冷水管、热水管、水泵和阀门，其特征在于：设置有带温度传感器的变频器，该变频器串接在空压机散热风扇的电源电路中；该换热器串接在空压机油气分离器油出口与油散热器油进口之间，是钎焊板式换热器；该温度传感器置于空压机油散热器油出口处，按该处油温度控制变频器输出的电流频率在15～50赫兹内变化。

2.根据权利要求1所述的风冷式喷油螺杆空压机散热和余热回收装置，其特征在于：该冷水管和热水管是内层为胶管、中间为保温软质材料、外层为金属蛇皮软管或纤维编织管的复合软管，该复合软管至少一端设置有金属的连接装置的接口，并以该接口与所述的钎焊板式换热器入水口和出水口匹配相连。

3.根据权利要求1或2所述的风冷式喷油螺杆空压机散热和余热回收装置，其特征在于：该冷水管和热水管另一端与保温水箱或锅炉供水系统相连。

4.根据权利要求1或2所述的风冷式喷油螺杆空压机散热和余热回收装置，其特征在于：该阀门分别串置在冷水管和热水管上；水泵通常设置在冷水管或保温水管出口上。

5.根据权利要求3所述的风冷式喷油螺杆空压机散热和余热回收装置，其特征在于：该阀门分别串置在冷水管和热水管上；水泵通常设置在冷水管或保温水管出口上。

6.一种风冷式喷油螺杆空压机散热和余热回收装置，包含散热风扇、油散热器、热交换器、冷水管、热水管、水泵和阀门，其特征在于：该散热风扇的电机是带温度传感器的变频电机，其温度传感器置于空压机油散热器油出口处，按该处油温度控制变频电机的电流频率在15～50赫兹变化；该换热器串接在空压机油气分离器油出口与油散热器进口之间，是钎焊板式换热器。

7.根据权利要求6所述的风冷式喷油螺杆空压机散热和余热回收装置，其特征在于：该冷水管和热水管是内层为胶管、中间为保温软质材料、外层为金属蛇皮软管或纤维编织管的复合软管，该复合软管至少一端设置有金属的连接装置的接口，并以该接口与所述的钎焊板式换热器入水口和出水口匹配相连。

8.根据权利要求6或7所述的风冷式喷油螺杆空压机散热和余热回收装置，其特征在于：该冷水管和热水管另一端与保温水箱或锅炉供水系统相连。

9.根据权利要求6或7所述的风冷式喷油螺杆空压机散热和余热回收装置，其特征在于：该阀门分别串置在冷水管和热水管上；水泵通常设置在冷水管或保温水管出口上。

10.根据权利要求8所述的风冷式喷油螺杆空压机散热和余热回收装置，其特征在于：该阀门分别串置在冷水管和热水管上；水泵通常设置在冷水管或保温水管出口上。

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