CN101981319B - 一种液体喷射式压缩机元件的冷却方法以及实施该方法的液体喷射式压缩机元件 - Google Patents

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Abstract

一种液体喷射式压缩机元件的冷却方法，其中液体经由喷射阀(13)被喷入所述压缩机元件(2)的压缩室，其特征在于该方法包括以下步骤：与任何其它可能的调节无关地，根据特定控制参数控制喷射到所述压缩机元件(2)的压缩室中的液体量。

Description

一种液体喷射式压缩机元件的冷却方法以及实施该方法的液体喷射式压缩机元件
技术领域
本发明涉及用于一种液体喷射式压缩机元件的冷却方法。
背景技术
目前，为了冷却液体喷射式压缩机元件，借助压缩机元件上专设的喷射口喷入相关压缩机元件的压缩室中的液体(诸如水或油)由同一个喷射阀提供。
所喷射的相关液体因此不一定只有冷却功能，它也可以提供活动部件(诸如螺杆式压缩机元件的转子)的润滑和/或密封。
所喷射的液体经由压缩机元件的压缩空气出口与压缩气体一同离开压缩机元件，然后压缩气体和液体的混合物被输送通过液体分离器以从压缩气体流中分离液体。
接着，所分离的液体经由冷却器被送回喷射阀，然后再次被喷入压缩机元件中。
实际上，发现当压缩机元件以较高速度或在较高工作压力下运转时，给相同量的喷入液体产生更多热量，这导致通过压缩机元件的液体的温度出现更大增长。
实际上，发现当压缩机在炎热环境条件下(即，使用高温冷却剂)运转时，压缩机元件出口处的液体/气体混合物的温度会显著提高。
在以油为喷射液体的情况下，重要的是压缩机元件出口处的油/气体混合物的温度不要过高，因为温度提高10℃会使油的寿命减半。
而在采用其它液体(诸如水)时，必须保证压缩机元件的压缩空气出口处的温度不过度升高，因为用于转子的材料、涂层等不能忍受无限的高温，并且这会对液体的粘性产生负面影响，这对于润滑和密封性是不利的。
喷射液体最低能够达到的温度受冷却器中使用的冷却剂的温度限制。喷射液体的温度只能够通过使用用于低冷却剂温度的超裕度设计的热交换器而进一步降低，这些热交换器的缺陷在于尺寸很大且昂贵。
发明内容
本发明旨在修补上述和其它缺陷中的一个或多个。
为此，本发明涉及一种用于冷却液体喷射式压缩机元件的方法，其中液体经由喷射阀被喷射到所述压缩机元件的压缩室中，其特征在于，它包括以下步骤：与任何其它可能的调节无关地，根据特定控制参数控制喷射到所述压缩机元件的压缩室中的液体量。
根据本发明的这种方法的优点在于能够喷射更多的液体，从而使得温度较少升高。这允许更高的喷射温度，同时不超出最高的出口温度，使得在低冷却剂温度的情况下不需要冷却器的超裕度设计。
而且，由于喷入液体量调节与任何其它可能的调节无关，因此形成非常简单的调节算法。
根据本发明的方法的优选特性，所喷射的液体量基于温度测量值(例如离开压缩机元件的压缩气体流的温度和/或环境温度)进行调节。
这种根据所测温度值的调节使得无论在什么工作状态下都能够优化压缩机元件的输出。
在低的环境温度下，人们可通过这种方式保证喷入压缩室中的油量满足只提供有限的油流，使得压缩机元件中的总损耗(其由所述喷射液体流和冷却单元的能耗构成)达到最优，因而能量在总体上得到了节约。
通过这种方式能够保证在高环境温度下喷入压缩室的油量满足有大的多的油流被提供，使得冷却剂的量和/或冷却单元的功率不必增长很多，因而同样能够在总体上节约了能量。
本发明还涉及一种液体喷射式压缩机元件，其使得能够实施上述方法，其中该压缩机元件配备有用于将液体喷入所述压缩机元件的压缩室的喷射阀，且该压缩机元件的特征在于：喷入压缩室的液体量可以调节，因为可以与任何其它可能的调节无关地，而只根据特定控制参数来调节上述喷射阀，和/或压缩机元件设有用于将液体喷入上述压缩室的第二喷射阀。
根据本发明的优选特性，上述第二喷射阀被制成连接调节器的可控阀，所述调节器优选连接到至少一个用于测量压缩机元件的压缩空气出口处的温度和/或用于测量环境温度的温度传感器。
附图说明
为更好地解释本发明的特性，下面仅以举例而非限制性的方式参考附图描述根据本发明的用于冷却液体喷射式压缩机元件的方法和用于实施这种方法的压缩机元件的下列优选变型，其中所述附图示意性地给出了设有根据本发明的压缩机元件的压缩机设施。
具体实施方式
在本例中，附图中的压缩机单元1被实现为喷油式螺杆压缩机，其设有压缩机元件2，压缩机元件2在本例中由电极3驱动且设有进气口4和压缩空气出口6，所述进气口4用于经由空气过滤器5吸入待压缩的气体，所述出口6经由止回阀7通到管道8，所述管道8连接已知类型的液体分离器9。
压缩空气出口6指的是压缩机元件2的压缩气体和喷射液体的混合物通过其被压出压缩室的出口。
经由压缩空气管路10(其经由最小压力阀11连接上述液体分离器9)，处于某一工作压力下的压缩气体可被压缩空气的用户取出，诸如供给压缩空气网络或类似物。
上述液体分离器9借助喷射管道12连接到上述压缩机元件2，具体地连接设在压缩机元件2上的第一喷射阀13。
在上述喷射管道12上设有冷却器14，其在本例中被实现为(但不一定非要这样)空气冷却的热交换器，因此上述喷射管道12被分成第一部分12A和第二部分12B，所述第一部分12A延伸于液体分离器9和冷却器14之间，所述第二部分12B延伸于冷却器14和压缩机元件2之间。
在本例中，与上述冷却器14相对地设有风扇15，其由诸如电动马达或类似物(在附图中未示出)驱动。
在本例中，在上述喷射管道12的第一部分12A中设有已知类型的恒温旁路阀16，当恒温旁路阀16连接喷射管道12的上述第二部分12B时可桥接上述冷却器14。
在本例中，还在喷射管道的上述第二部分12B中设有油过滤器17，必要时油过滤器17可以与喷射管道12的第一部分12A中的上述恒温旁路阀16集成在同一壳体中。
需要时，压缩机单元1还可以设有包括进给阀18的流量控制设备(未在附图中示出)，所述进给阀18设在压缩机元件2的进气口4处且以已知的方式由壳体构成，在所述壳体中阀元件可以在其中用于吸入气体的入口最大的打开位置和其中入口完全封闭的关闭位置之间移动。
根据本发明，喷入压缩室的液体的量可以调节，在本例中是因为压缩机元件2设有第二喷射阀19，在喷射阀19上连接有喷射管道12的、具体是所述喷射管道12的第二部分12B的支路。
根据本发明的优选特性，上述第二喷射阀19被实现成调节阀，所述调节阀连接控制单元20，所述控制单元20还连接到测量传感器。
上述测量传感器在本例中包括设在压缩机元件2的压缩空气出口6上的第一温度传感器21，以及例如可设在压缩机单元的壳体上以测量环境温度的第二温度传感器22。
根据本发明，上述第二喷射阀19可通过很多种方式实现，它优选包括电控阀，所述电控阀可连续调节，换句话说，所述电控阀具有连续可变的流出开口。
然而，根据本发明，这并非必要条件，因为可以采用其流出开口可以按照多个固定阶段进行调节的阀门。喷射阀19也可以气动控制或者制成恒温阀。
根据本发明的用于冷却液体喷射式压缩机元件的方法非常简单，并且具体如下。
当压缩机单元1运行时，电极3驱动压缩机元件2，使得大气经由空气过滤器5通过进给阀18被吸入。
根据本发明，为了排放压缩机元件2中的压缩热，来自冷却器14的冷却液体将经由喷射管道12且分别经由第一和第二喷射阀13、19被提供，所述液体在本例中为油。
由于第二喷射阀19的存在，可以将更多的油喷入压缩机元件2的压缩室，使得可以保持低的压缩空气出口6处的温度，即使是处于高的环境温度和/或高的压缩机速度和/或高的压缩机压力下，然而喷射的油不必另外冷却，使得在低环境温度和/或转速和/或压力下不需要冷却器14的超裕度设计。
通过这种方式还保证了在功率与只具有一个喷射阀的常规压缩机元件相同的情况下，在压缩机元件2上对油的加热减少了。
在本例中，第二喷射阀19被制成由控制单元20控制的调节阀。
根据本发明，喷射入压缩室的液体量基于特定控制参数来调节，而与任何其它可能的调节无关。
在本例中，这得以实现的原因是经由第二喷射阀19喷射的液体量基于至少一个温度测量值来调节，在本例中为两个测量值，即由第一温度传感器21测量其温度的离开压缩机元件的压缩气体流的温度，和由第二温度传感器22测量的环境温度。
其优点在于喷入压缩机元件2的压缩室的油的量可作为环境温度的函数进行调节，使得无论处于何种环境温度，由压缩机元件的驱动器和冷却单元构成的压缩机单元的输出均可得到优化。
在低的环境温度下，通过这种方式可以保证喷入压缩室的油的量被确定成在源自进入压缩机元件的油流的损耗和冷却单元的冷却功率之间达到最优，从而节约能量。
由于能够在压缩室中具有更大的喷射流，压缩机单元的良好运行将得到保证，即使是处于例如超过40℃的环境温度下，同时冷却器14不必严格地超裕度设计成在更低的环境温度下工作，且油的使用寿命不受负面影响。
很清楚第二喷射阀19的控制可以通过很多种方式来实现，例如通过将压缩空气出口6处测得的温度控制成某一目标值，所述目标值或作为环境温度的函数变化或不这样。
如果该目标值变化，则可以借助为环境温度的函数的算法来计算它。
还可以在预定上限值和下限值之间调节在压缩空气出口处测得的温度，其中所述极限值或作为环境温度的函数变化或不这样。
同样，相关的上限值和下限值可以借助为环境温度的函数的算法来计算。
提供下限值的优点在于：在高相对湿度的情况下，在高的操作压力和高的环境温度下，通过充分关闭第二喷射阀19可以避免在喷射液体中形成凝结。
另外，附图中的压缩机单元1的工作与已知的压缩机单元相类似，其中压缩气体和油的混合物被带至液体分离器9，在液体分离器9中，油在离心力的作用下以已知的方式从压缩气体中分离出来。
经净化的压缩空气随后可经由上述最小压力阀11和压缩空气管路10被取出以用在各种压缩空气应用场合中。
在液体分离器9处从压缩空气中分离出来的油在所述液体分离器9的底部被收集，并且在所述液体分离器9中的压力Pw作用下加压通过喷射管道12，油在管道12处被风扇15冷却。
在给出的实例中只提及了喷油式压缩机元件，但是本发明也可以用于其中另一种液体被喷入压缩室的压缩机元件，诸如由水润滑的压缩机元件。
当然，经由喷射阀13和19喷入的液体不必一定是来自于根据本发明的液体分离器；相反地，该液体也可以由单独的容器提供。
冷却器14也不必一定要制成空气冷却的热交换器，因为这种冷却器可以是任何类型的热交换器。
根据未在附图中示出的根据本发明的方法的变型，喷射液体的量还可以只通过一个喷射阀13来调节，所述喷射阀13为此可以作为特定控制参数的函数(而与任何其它可能的调节无关)连续调节或不这样。
在后一种情形下，除了喷射阀13外，不必提供额外的喷射阀。
喷入压缩室的液体的量不必一定是由根据本发明的调节器20来调节。
因此，根据本发明还可以使用毛细管，其测量压缩机元件的出口温度，并且以连续的方式直接设定或调节额外的喷油。
还可以例如采用对例如压缩机元件的出口温度直接起反应的双金属。
在上述实例中，用于调节喷射液体量的特定控制参数始终包括温度值，但是，根据本发明，这并非必要条件，因为该控制参数还可以例如包括：
-过程的总效率(功率测量值作为控制参数)；
-液体的冷却效率(液体冷却单元的功率作为控制参数)；
-液体寿命(油的质量测量值作为控制参数)；
或类似值。
本发明不限于在附图中示出且以举例方式描述的这些实施例和方法；相反地，根据本发明的用于冷却液体喷射式压缩机元件的这种方法及用于实施这种方法的压缩机元件可被制成各种变型，同时仍然落在本发明的范围内。

Claims (16)

1.一种用于液体喷射式压缩机元件的冷却方法，在该冷却方法中液体经由第一喷射阀(13)和第二喷射阀(19)被喷射到所述压缩机元件(2)的压缩室中，该方法包括以下步骤：
-将所述液体经由所述第一喷射阀和第二喷射阀喷射到所述压缩室中
-与任何其它可能调节无关地，根据特定控制参数调节将要喷射到所述压缩机元件(2)的所述压缩室中的液体量，其特征在于，
-待喷射的液体量借助具有专门的调节阀的形状的所述第二喷射阀(19)来调节，其中，所述第二喷射阀具有可变的流出开口；以及
-所述特定控制参数为温度测量值，喷射的所述液体量基于温度测量值来调节。
2.如权利要求1所述的冷却方法，其特征在于，喷射的所述液体量基于离开所述压缩机元件(2)的压缩气体流的温度和/或基于环境温度进行调节。
3.如权利要求2所述的冷却方法，其特征在于，该冷却方法包括以下步骤：通过控制喷射的所述液体量将压缩空气出口处的温度调节至预定目标值。
4.如权利要求3所述的冷却方法，其特征在于，所述压缩空气出口处的温度目标值基于为环境温度的函数的算法来计算。
5.如权利要求2所述的冷却方法，其特征在于，该冷却方法包括以下步骤：通过控制喷射的所述液体量在预设的上限值和下限值之间设定所述压缩机元件(2)的压缩空气出口处的温度。
6.如权利要求5所述的冷却方法，其特征在于，所述上限值和/或下限值基于为环境温度的函数的算法来计算。
7.如权利要求1所述的冷却方法，其特征在于，喷射的所述液体量基于功率测量值来调节。
8.如权利要求7所述的冷却方法，其特征在于，所述调节基于压缩机的功率和/或冷却待喷射的液体的冷却单元的功率来完成。
9.如权利要求8所述的冷却方法，其特征在于，该冷却方法包括以下步骤：通过控制待喷射的液体量将压缩机的功率和/或冷却单元的功率调节至最小值。
10.如权利要求1所述的冷却方法，其特征在于，所述第二喷射阀(19)由控制单元(20)控制。
11.一种用于实施如前述权利要求中任一项所述的冷却方法的液体喷射式压缩机元件，其中所述压缩机元件(2)配备有用于将液体喷入所述压缩机元件(2)的压缩室的第一喷射阀(13)，其特征在于：
喷入压缩室的液体量能够被调节，因为所述压缩机元件(2)设有用于将液体喷入所述压缩室的第二喷射阀(19)，所述第二喷射阀(19)被制成可控阀，所述可控阀连接到调节器(20)，所述调节器(20)连接到至少一个温度传感器(21，22)，所述温度传感器用于测量所述压缩机元件出口处的温度和/或用于测量环境温度，喷射入所述压缩室中的液体量仅由所述第二喷射阀(19)基于所述温度测量值来调节。
12.如权利要求11所述的液体喷射式压缩机元件，其特征在于，所述调节器(20)连接到至少一个功率测量器，所述功率测量器用于测量所述压缩机的功率和/或用于测量冷却待喷射液体的冷却单元的功率。
13.如权利要求11所述的液体喷射式压缩机元件，其特征在于，所述第二喷射阀(19)被制成可电动或可气动控制的阀。
14.如权利要求11所述的液体喷射式压缩机元件，其特征在于，所述第二喷射阀(19)能够以连续的方式调节。
15.如权利要求11所述的液体喷射式压缩机元件，其特征在于，所述第二喷射阀(19)能够根据多个阶段被调节。
16.如权利要求11所述的液体喷射式压缩机元件，其特征在于，所述第二喷射阀(19)被制成恒温阀。
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