CN107076012B - 压缩机装置及其运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明主要涉及一种用于运行由内燃机(01)驱动以压缩空气的压缩机的方法。本发明还涉及一种压缩机，其适于实施根据本发明的方法。在内燃机(01)的废气流(06)中布置有用于将预压缩的空气提供至内燃机(01)的第一涡轮增压器(07)。在内燃机(01)的废气流(06)中还布置有用于对待压缩的空气进行预压缩的第二涡轮增压器(08)。根据本发明的方法首先包括在压缩机的运行状态期间对由第一涡轮增压器(07)产生的预压缩空气的压力进行监测的步骤。一旦监测的压力降至事先确定的值以下，在该方法的下一步骤中进行运行状态的结束。

Description

压缩机装置及其运行方法
技术领域
本发明主要涉及一种用于控制由内燃机驱动以压缩空气或气体的压缩机装置的运行的方法。具体地，该方法设计为用于处理故障情况。本发明还涉及一种压缩机装置，其适用于实施根据本发明的方法。
背景技术
DE 40 32 451 A1教导了一种用于内燃机的增压调节的装置。该装置包括位于高压侧上的增压传感器。
由WO 00/32916 A1公开了一种通过至少两个涡轮驱动的压缩机装置来产生压缩空气的装置。
US 4,496,291示出了一种用于具有多个串联的涡轮组件的内燃机的涡轮增压器系统。
GB 1 441 498描述了一种装备有涡轮增压器的压缩机。
由DE 10 2012 019 896 A1可知一种具有两个涡轮增压器和用于调节第一涡轮增压器和/或第二涡轮增压器的调节器的内燃机。
DE 10 2008 061 399 A1示出了一种具有两个串联的废气涡轮增压器的内燃机。涡轮增压器分别包括排气管道中的废气涡轮和进气侧中的压缩机。
DE 199 60 152 A1教导了一种用于产生压缩空气的压缩机设备，其中压缩机通过内燃机驱动。内燃机的排气侧上布置有第一废气涡轮增压器，其为内燃机输送预压缩的空气。在内燃机的排气侧上还布置有第二废气涡轮增压器，其为喷射液体的柱塞式压缩机输送预压缩的空气。第一废气涡轮增压器和第二废气涡轮增压器串联布置。
发明内容
本发明的目的在于，在装备有一个内燃机和两个涡轮增压器的压缩机装置中防止由于压缩机装置中的故障而损害第二涡轮增压器。
上述目的将通过根据所附权利要求1的方法及根据所附并列的权利要求14的压缩机装置来实现。
根据本发明的方法用于由内燃机驱动以压缩空气或气体的压缩机装置(下文亦简称压缩机)的运行或运行控制。具体地，该方法将处理可能的故障情况，以防止损坏压缩机。压缩机用于空气的压缩，以准备将其提供为压缩空气。因为压缩机通过内燃机驱动，因此优选地，其设计为可移动装置。
在内燃机的废气流路径(下文也简称废气流)中至少布置有将压缩(主要为预压缩的)空气输送至内燃机的第一涡轮增压器。因此涡轮增压器涉及废气涡轮增压器。(预)压缩空气导入内燃机的燃烧室中。第一涡轮增压器用于提高内燃机的性能或效率。
在内燃机的废气流中还至少布置有压缩(主要为预压缩)待由压缩机压缩的空气的第二涡轮增压器。第二涡轮增压器因此同样是废气涡轮增压器，其中由第二涡轮增压器(预)压缩的空气不供给内燃机而是以压缩空气的形式在至少一个继续压缩过程后作为压缩空气输出。为此，优选地，主压缩机位于第二涡轮增压器下游。
优选地，第一涡轮增压器和第二涡轮增压器串联在废气流路径中。
根据本发明的方法首先包括在压缩机的运行期间对由第一涡轮增压器产生的预压缩空气的压力进行监测的步骤。由此，监测流入内燃机的燃烧室中的预压缩空气的实际压力，其中由第一涡轮增压器产生的压力的测量值表示监测数据，并且优选地构成实际特性。相应地，优选地，还预定义了预期特性。优选地，第一涡轮增压器的符合标准的监测数据传输至上级压缩机控制系统，该数据至少包括由第一涡轮增压器产生的压力的测量值。优选地，这样的传输在下游的主压缩机的所有运行状态中进行。优选地，在预压缩空气流入燃烧室前直接测量压力。在压缩机的运行状态中，压缩机以压缩空气的形式产生压缩的空气，以使内燃机不仅仅以怠速运转。
在根据本发明的方法的另一步骤中，一旦监测的压力降至事先确定的值以下，运行状态发生改变或结束。为此，优选地，将实际特性与预期特性进行比较，比较优选地在上级压缩机控制系统中执行。经由该比较可确定实际特性是否在最小的持续时间段遍及整个工作范围或在单个事先确定的工作点中与预期特性偏离超过预定值。优选地，运行状态的改变导致两个涡轮增压器不进行或仅进行不重要的空气压缩。优选地，运行状态的改变或结束导致待机状态，例如在该状态中内燃机处于怠速。
根据本发明的方法的一个特别优点在于，通过对由第一涡轮增压器产生的压力的简单监测能够对第二涡轮增压器的后续组件的正确功能进行监测，以防止损害第二涡轮增压器。本发明基于令人惊奇的发现，即第二涡轮增压器的过载也能够在第一涡轮增压器上检测到，其压力的确定是低成本且毫无问题的，反之基于对不同环境条件的必要适应性，在第二涡轮增压器上确定压力是难以实现的。
优选地，第二涡轮增压器不具有用于监测允许的工作范围的测量传感器，由此通过第一涡轮增压器从系统上被动地控制诊断和监测，因为从流体技术上认知的关系可用在共同的废气流路径中。因此优选地，不对由第二涡轮增压器产生的压力或者第二涡轮增压器的其他运行量进行测量。
具体地，当由第二涡轮增压器利用预压缩空气加载的容积由于故障而封闭时，在第一涡轮增压器上监测的压力降至事先确定的值以下，这会导致第二涡轮增压器过载。在该故障情况下，第二涡轮增压器进而成为封闭系统。只要故障情况持续，则第二涡轮增压器将达到其抽吸的极限。通过抽吸会产生巨大的压力脉动和振荡。第二涡轮增压器的温度会显著上升并且最终导致第二涡轮增压器的损坏。但是根据本发明，故障情况不能够持续，因为压缩机的运行状态将结束，以使得通过第一涡轮增压器和通过第二涡轮增压器的至少大部分的预压缩空气也终止，并且由第二涡轮增压器利用预压缩空气加载的容积中的压力下降。特别地，所述故障情况出现在用于排空容积的排气装置由于故障而无法打开时。
优选地，由第二涡轮增压器预压缩的空气在运行状态中输送至压缩预压缩空气的主压缩机，以使得其能够作为压缩空气输出。主压缩机由内燃机驱动并且优选地通过螺杆压缩机构成。
优选地，一旦监测的压力降至事先确定的值以下，结束运行状态的步骤还包括关闭吸入空气至主压缩机的输送，以使主压缩机无负载。
优选地，由第二涡轮增压器预压缩的空气在运行状态中经过进气调节器输送至主压缩机。在运行状态中，进气调节器开启，以使预压缩的空气能够流至主压缩机。在其他状态中，进气调节器关闭，以使得吸入的空气不能流至主压缩机并且主压缩机无负载。优选地，一旦监测的压力降至事先确定的值以下，结束运行状态的步骤还包括控制进气调节器以关闭进气调节器。尽管在适当的情况下进气调节器由于故障情况已经关闭，通过关闭进气调节器的进气调节器控制可安全地确保进气调节器关闭并且主压缩机无负载。
优选地，压缩机通过高负荷运转阶段开始起动以达到运行状态。在高负荷运转期间，内燃机从停止状态加速至低转速。低转速表示保护转速并且明显小于内燃机的工作转速。低转速至少相当于怠速转速。在高负荷运转期间开启进气调节器。
优选地，由高负荷运转的过程进入运行状态的过渡不直接进行，而是经过热运行阶段。在热运行阶段期间，内燃机继续以低转速运行。进气调节器关闭。减压装置或排气装置开启，因而由第二涡轮增压器利用预压缩空气加载的容积并不会通过关闭进气调节器而完全封闭，以使得来自该容积的空气能够经过排气装置排出。
在从热运行阶段进入运行状态的过渡中，内燃机加速至工作转速，同时关闭排风装置而开启进气调节器。
上述的故障情况尤其存在于排风装置没有适当地开启而进气调节器保持关闭时。特别地，当控制排风装置的控制管路受阻时，例如当控制管路被冻住时，能够发生排气装置保持在关闭状态的情况。
优选地，由第一涡轮增压器产生的压力的事先确定的值与内燃机的转速有关，该值的下降导致运行状态结束。因此，例如以特性曲线的形式给出事先确定的压力与转速的函数。因此，该值不仅仅为单一的值，而是事先确定的一系列值。相应地，在运行状态期间会长期或者至少定期测量内燃机的转速，以能够为测量的转速选取事先确定的值并能够将其与由第一涡轮增压器产生的预压缩空气的压力的实际测量值进行比较。
优选地，事先确定的压力与转速的函数是递增的，以使得事先确定的值随转数递增。
优选地，运行状态的结束或者改变包括内燃机的转速由工作转速下降至内燃机的怠速转速。内燃机的怠速转速明显小于内燃机的工作转速。优选地，内燃机的怠速转速只达到内燃机工作转速的小数部分。
优选地，运行状态的结束或者改变包括首先内燃机的转速从工作转速降至内燃机的怠速转速，然后关闭内燃机，其由此最终达到停止状态。
优选地，运行状态的结束或者改变还包括在故障存储器中储存出现的故障和/或向用户报告故障。
优选地，经由压力调节器气动地进行排风装置的控制。例如压力调节器通过电子比例调节器构成。优选地，压力调节器由通过主压缩机产生的压缩空气加载，其压力通过适当情况下抽取的压缩空气降低。优选地，进气调节器也经由压力调节器控制。优选地，监测由压力调节器引起的控制压力。若运行状态下的控制压力上升超过事先确定的最大值，则优选地执行结束运行状态。优选地，该运行状态的结束与当监测的预压缩空气由第一涡轮增压器产生的压力降至事先确定的值以下时的运行状态的结束以同样的方式进行。
在根据本发明的方法的优选实施方式中，内燃机的废气流首先流经第一涡轮增压器，随后流过第二涡轮增压器。因此两个涡轮增压器设计为串联。
优选地，内燃机通过柴油发动机构成。
根据本发明的压缩机用于压缩作为压缩空气提供的空气。压缩机具有用于驱动压缩机的内燃机。压缩机还包括布置在内燃机的废气流中的用于将预压缩的空气提供至内燃机的第一涡轮增压器，预压缩的空气流入内燃机的燃烧室中。压缩机还包括布置在内燃机的废气流中的用于对待压缩的空气进行预压缩的第二涡轮增压器。压缩机的另一组件构成用于控制压缩机的控制装置。该控制装置配置为执行根据本发明的方法。优选地，控制装置配置为执行根据本发明的方法的优选实施方式。此外，优选地，根据本发明的压缩机也具有与根据本发明的方法相关联的这些特征。
附图说明
参照附图，由本发明优选实施方式的后续描述可得出本发明的其他优点、细节和改进方案。附图示出了：
图1示出了根据本发明的优选实施方式的压缩机的气动线路图；以及
图2是示出最小压力与转数的关系的图表。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的优选实施方式的压缩机的气动线路图。压缩机包括起到驱动压缩机的作用的柴油发动机01。柴油发动机利用来自柴油罐02的柴油运行。柴油发动机通过水冷却器03冷却。水冷却器03连接在补偿容器04上。
柴油发动机01的废气流06首先输送至第一涡轮增压器07并随后输送至第二涡轮增压器08。涡轮增压器07、08将空气送至两个空气过滤器09上，两个空气过滤器09之间布置有差压开关11。由第一涡轮增压器07预压缩的空气通过第一空气冷却器12冷却，其后向柴油发动机01加载预压缩的冷却空气。
由第二涡轮增压器08预压缩的空气通过第二空气冷却器13冷却，并随后流至进气调节器14和排气装置16，通常只打开这两个组件中的一个。若打开进气调节器14，则预压缩的冷却空气流至螺杆压缩机17，其由柴油发动机01驱动并用于压缩预压缩的空气，即产生待输送的压缩空气。若关闭进气调节器14，则预压缩的冷却空气通过打开的排气装置16向外流动，以便其排出。这防止第二涡轮增压器08相对封闭容积进行输送，因为由此能够对其造成损伤。
由螺杆压缩机17产生的压缩空气流入压力容器18，其中通过温度传感器19监测其温度。存放于压力容器18中的油经由滤油器24和带有油冷却器27的油温调节器26以及止回阀28流至螺杆压缩机17，以为其供给油料。
精细分离器23位于压力容器18中。由精细分离器23分离的油经过吸入管路21和止回阀22再输送至螺杆压缩机17。
压力容器18中的压力通过压力传感器29监测，并当超出许可压力时能够通过安全阀31减少。
压力容器18中的压缩空气能够从抽取阀32上抽取以用于所期望的用途。如果抽取阀32完全打开，则通过调压阀33确保在压力容器18中保持余压，以确保始终有充足的油供给螺杆压缩机17。
此外压力容器18中的压缩空气经由压力限制器34输送至电子比例调节器36。由电子比例调节器36调节的压缩空气的压力可利用压力传感器37来测量。由电子比例调节器36调节的压缩空气的压力用于致动进气调节器14和排风装置16。
此外，在压力限制器34下游布置有快速关闭阀38。在怠速中，即当抽取阀32不抽取压缩空气时，进气调节器14关闭并且柴油发动机01以怠速转数转动，一些空气经过旁通阀39和止回阀41输送至螺杆压缩机17，以在怠速中保护螺杆压缩机17。施加至压力限制器34的压缩空气也能够在减压阀42处排出。
为了起动压缩机，柴油发动机01从停止状态起加速至与怠速转数相匹配的保护转数。进气调节器14首先保持打开，直到建立起约1.5个超压的工作压力。然后通过比例调节器的控制而关闭进气调节器14并开始热运行阶段，其中柴油发动机01继续以保护转数运行。在该阶段中开启比例调节器36和快速关闭阀38。因此控制压力也在排气装置16上起作用，以便其开启。由此，由第二涡轮增压器09推进的空气能够向外排出。在热运行阶段后转入运行状态。在运行状态中，在抽取阀32处获取压缩空气。通过致动比例调节器36，进气调节器14开启，而排气装置16关闭。一旦在抽取阀32处不再有压缩空气被抽出，则通过利用比例调节器36的控制关闭进气调节器14，而开启排气装置16，并使柴油发动机01达到其怠速转数。
在故障情况下，从比例调节器36引导至排气装置16的控制管路43会受阻；例如当其被冻住时。在该故障情况下，排气装置16无法开启，而进气调节器14保持关闭。因而第二涡轮增压器08利用预压缩的空气在封闭的容积中起作用。在运行状态中，柴油发动机01以工作转数运行。第二涡轮增压器08达到其抽吸的极限，由此其将过载，这会导致第二涡轮增压器08损坏。
根据本发明，监测由第一涡轮增压器07产生的实际压力。为此，压力传感器(未示出)直接用于柴油发动机01。若该压力降至事先确定的与柴油发动机01的转数相关的值以下(参看图2)，则根据本发明能够识别上述故障情况。在该情况下，柴油发动机01首先达到其怠速转数。由此大大降低第二涡轮增压器08的负载，以防止第二涡轮增压器08的损伤。同时将进气调节器14控制为关闭，以确保其实际上是封闭的。由此保证螺杆压缩机17不再吸入空气，即无负载，以使柴油发动机01能够以其怠速转数运行。在柴油发动机01以其怠速转数运行后，将其关闭，以便其达到停止状态。检测到的故障情况储存在故障存储器中。
此外，监测利用压力传感器37测量的压力。若该压力超过事先确定的最大值，则其同样引起结束压缩机运行的上述流程。
图2示出了表示为由第一涡轮增压器07(图1中所示)产生的压力事先确定的最小值与柴油发动机01(图1中所示)转数的关系的图表。Y轴以bar的计示压力来表示压力。X轴以每分钟的旋转表示柴油发动机01的转数。
第一特性曲线51说明了当压缩机按规定工作且无故障存在时由第一涡轮增压器07产生的压力与柴油发动机01的转数的关系。
第二特性曲线52说明了为由第一涡轮增压器07产生的压力事先确定的最小值与柴油发动机01的转数的关系，其根据本发明用作确定故障情况的标准。由第一涡轮增压器07产生的压力的事先确定的最小值也能够通过数学函数或者以其他定性和/或定量的方式确定。
附图标记列表
01 柴油发动机
02 柴油罐
03 水冷却器
04 补偿容器
05 –
06 废气流
07 第一涡轮增压器
08 第二涡轮增压器
09 空气过滤器
10 –
11 差压开关
12 第一空气冷却器
13 第二空气冷却器
14 进气调节器
15 –
16 排风装置
17 螺杆压缩机
18 压力容器
19 温度传感器
20 –
21 吸入管路
22 止回阀
23 精细分离器
24 滤油器
25 –
26 油温调节器
27 油冷却器
28 止回阀
29 压力传感器
30 –
31 安全阀
32 抽取阀
33 调压阀
34 压力限制器
35 –
36 比例调节器
37 压力传感器
38 快速关闭阀
39 旁通阀
40 –
41 止回阀
42 减压阀
43 控制管路
44 –
45 –
46 –
47 –
48 –
49 –
50 –
51 第一特性曲线
52 第二特性曲线

Claims (13)

1.一种用于控制气体或空气压缩机装置的运行的方法，所述压缩机装置包括：
内燃机(01)；
第一涡轮增压器(07)，产生用于所述内燃机(01)的压缩空气；以及
第二涡轮增压器(08)，用于产生预压缩的空气，
其中，所述第一涡轮增压器(07)和所述第二涡轮增压器(08)布置在所述内燃机(01)的废气流(06)的路径中，其中，所述方法包括下列步骤：
——在所述压缩机装置的运行状态期间，监测由所述第一涡轮增压器(07)产生的压缩空气的压力；以及
——当监测的压力降至事先确定的值以下时，改变所述压缩机装置的运行状态，
其中，由所述第二涡轮增压器利用压缩空气加载的容积能够通过打开排气装置(16)来打开，
所述方法还包括下列步骤：
经由压力调节器(36)控制所述排气装置(16)；
监测由所述压力调节器(36)引起的控制压力；以及
当所述控制压力在所述运行状态中升高超过事先确定的最大值时，改变所述运行状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在监测的所述运行状态中，将由所述第二涡轮增压器(08)压缩的空气输送至由所述内燃机(01)驱动的主压缩机(17)，所述主压缩机(17)对所述压缩空气进行压缩。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，改变所述运行状态的步骤还包括关闭将空气吸入所述主压缩机(17)的输送部(14)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，改变所述运行状态的步骤还包括控制进气调节器(14)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述事先确定的值与所述内燃机(01)的转速相关。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，改变所述运行状态包括所述内燃机(01)的转速从工作转速下降至所述内燃机(01)的怠速转速。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，改变所述运行状态还包括关停所述内燃机(01)。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内燃机(01)的所述废气流(06)首先流经所述第一涡轮增压器(07)，随后流经所述第二涡轮增压器(08)。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，不测量由所述第二涡轮增压器(08)产生的压力。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由所述第一涡轮增压器(07)产生的压力的测量值表示传输给上级压缩机控制系统的监测数据。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述监测数据构成在所述上级压缩机控制系统中与预定义的预期特性进行比较的实际特性。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，当所述实际特性与所述预期特性偏离超过预定值时，所述压缩机装置的运行状态发生改变。
13.一种用于压缩空气或者气体的压缩机装置，包括下列组件：
——内燃机(01)；
——第一涡轮增压器(07)，布置在所述内燃机(01)的废气流路径(06)中，所述第一涡轮增压器(07)具有与所述内燃机(01)流体连接的排气口；
——第二涡轮增压器(08)，布置在所述内燃机(01)的所述废气流路径(06)中，所述第二涡轮增压器(08)具有用于产生压缩空气的排气口；
——压力传感器，联接在由所述第一涡轮增压器(07)产生的所述压缩空气的流动路径上；以及
——控制装置，连接至所述压力传感器，所述控制装置配置为当由所述压力传感器监测的压力降至事先确定的值以下时改变所述压缩机装置的运行状态，
其中，所述压缩机装置还包括排气装置(16)，其中由所述第二涡轮增压器利用压缩空气加载的容积能够通过打开所述排气装置(16)来打开，
其中，所述控制装置还配置为：
经由压力调节器(36)控制所述排气装置(16)；
监测由所述压力调节器(36)引起的控制压力；以及
当所述控制压力在所述运行状态中升高超过事先确定的最大值时，改变所述运行状态。
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