CN109386464B - 一种节能空压机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种节能空压机，电机系统驱动主机；主机与油气分离器相通；油气分离器包括气油桶；气油桶的上端具有回油管道与主机；气油桶的底部与直通管相通；内置换热器壳体具有进油口和出油口，换热管贯穿气油桶的外壁与出油口与相通；冷却水管的贯穿气油桶的外壁，进入内置换热器的壳体内，形成回路后，再从内置换热器的壳体穿出，再贯穿气油桶的外壁；混合管的一端与直通管、换热管相通，另一端与油气冷却器系统相通；混合管、直通管、换热管的连接处设置调节阀。其优点在于能够减少油气桶内的初始加油量；增加了热回收的效率；减少了整机换热需求，可以减小换热系统，换热系统风机减小，节省能耗。

Description

一种节能空压机

技术领域

本发明涉及一种空压机，特别涉及一种节能空压机。

背景技术

随着社会的进步，节能意识的提高，空压机行业已经不再是从前那个只要产气就行的时代，而是迎来了节能风潮，怎样制造出极致节能产品并让使用者直接看到节能效果成了我们的首要任务。

空压机包括直接节能(单位产气量所需要的能耗更低)和间接节能(压缩空气产生热量)。压缩空气产生热量会将空压机中的润滑油加热，润滑油的热量通过风冷散发到空气中，既造成了热能的浪费，又成为造成整个大气温度的升高的一个因素。

空压机如何降耗节能、对热能进行再利用，实现一种极致节能空压机，是亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种节能空压机，以克服上述现有技术的存在缺陷。

本发明提供一种节能空压机，包括：电机系统、主机、油气分离器、油气冷却器系统、内置换热器、换热管、直通管、混合管和三通调节阀；电机系统驱动主机；主机与油气分离器相通；油气分离器包括气油桶；气油桶的上端具有回油管道与主机；气油桶的底部与直通管相通；内置换热器设置在气油桶内，包括壳体和冷却水管；壳体具有进油口和出油口，换热管贯穿气油桶的外壁与出油口与相通；冷却水管的贯穿气油桶的外壁，进入内置换热器的壳体内，形成回路后，再从内置换热器的壳体穿出，再贯穿气油桶的外壁；混合管的一端与直通管、换热管相通，另一端与油气冷却器系统相通；混合管、直通管、换热管的连接处设置调节阀，调节阀根据气油桶内的油温控制直通管、换热管的开合度；油气冷却器与空气出口相通。

进一步，本发明提供一种节能空压机，还可以具有这样的特征：调节阀为三通阀；直通管、换热管的一端分别与三通阀的两个入口相连；混合管与温控阀的出口相连。

进一步，本发明提供一种节能空压机，还可以具有这样的特征：冷却水管具有进水口和出水口；进水口处于出水口的下方。

进一步，本发明提供一种节能空压机，还可以具有这样的特征：进水口上设置有水泵；出水口上设置有水温控制阀。

进一步，本发明提供一种节能空压机，还可以具有这样的特征：当油温低于等于预设最低工作温度，调节阀将换热管全部关闭；当油温高于预设最低工作温度，随着油温的升高，调节阀换热管逐渐打开，直通管逐渐关闭；当油温高于等于预设最高工作温度，调节阀将直通管全部关闭。

进一步，本发明提供一种节能空压机，还可以具有这样的特征：冷却水管内被加热的水通入热水供应系统。

进一步，本发明提供一种节能空压机，还可以具有这样的特征：还包括流量感测器、电流互感器、温度传感器、压力传感器；电流互感器检测电机系统的电流信号；流量感测器检测油气分离器分离出的气体流量；温度传感器，设置在主机的出口处；风机变频控制器通过温度传感器提供的温度来调整风机的输入频率；压力传感器，设置在节能空压机的出口处；永磁同步变频器通过压力传感器提供的压力来调整永磁同步电机的频率。

进一步，本发明提供一种节能空压机，还可以具有这样的特征：电机系统包括永磁同步电机和永磁同步变频控制器；永磁同步电机通过连轴器与主机相连；永磁同步变频控制器控制永磁同步电机驱动主机；电流互感器与永磁同步变频器相连。

进一步，本发明提供一种节能空压机，还可以具有这样的特征：电机系统接入物联网；还包括计算模块，根据电流信号和气体流量计算比功率。

作用与效果

本发明提供一种节能空压机，独特内置热能回收应用，内置热能回收可以回收功率的60％以上，转化为热水能量；减少油气桶内的初始加油量(节省成本)；增加了热回收的效率；减少了整机换热需求，可以减小换热系统，换热系统风机减小，节省能耗。

本发明提供一种节能空压机极致节能：

一、永磁技术的导入：该产品使用永磁伺服电机，效率较异步电机提升3～8％。

二、双级压缩技术的应用：实践证明双级压缩通过降低压比，可以提升效率10～15％。

三、双变频技术的导入：

(1)普通空压机使用均在一个压力范围内波动，导致压缩机负载不断变化，而主电机变频技术可以使空压机直接输出您所需要的最小压力气体，且压力恒久不便，大大的节省了电量。

(2)风机变频技术：温控阀可以恒温输出或温度小范围变化，但是风机会100％输出，导致风机能量浪费，风机启停控制会增加风机的故障率，且启停耗电大增，排气温度波动大对整机造成不利因素，而该产品采用风机变频技术，根据温度调整风机的输出功率，用电量最小化且可以实现恒温输出。

四、管道，容器压降最小化设计

(1)大容量油气桶设计：在满足离心流速的情况下，增大油气桶容量，增大分离器面积控制此处压降在0.1bar以内，

(2)管道全部采用大口径不锈钢光管，大大降低管道压降，

(3)加大冷却器换热面积，减小冷却器压降(压缩空气的压降和冷却器的静压)，增加整机比功率

本发明提供一种节能空压机，节能效果一目了然：压缩机排气侧增加流量计和流量信号传感设备；压缩机输入侧增加电量统计设备；面板显示处增加空压机流量统计显示，整机电量使用统计，和整机输入比功率统计，让使用者对产品好坏一目了然。

本发明提供一种节能空压机，物联网技术导入；节能效果还是设备工况如何，物联网技术可以是您无论何时何地都可以掌控。

附图说明

图1是节能空压机的结构示意图。

图2是节能空压机中内置换热器位置的局部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。

图1是节能空压机的结构示意图。

如图1所示，节能空压机包括：电机系统10、前置过滤装置20、空气滤清器30、进气阀40、主机50、温度传感器60、油气分离器70、安全阀80、流量感测器90、压力维持伐100、油气冷却器系统110、压力传感器120、电流互感器130、回油单向阀140、球形阀170、油过滤器180、内置换热器200、换热管400、直通管300、混合管500和三通调节阀600。

电机系统包括永磁同步电机11和永磁同步变频器12。永磁同步电机11通过连轴器51与主机50相连。永磁同步变频控制器11控制永磁同步电机11驱动主机50。

主机50为双机压缩螺杆主机。双机压缩螺杆主机50的吸入口前具有前置过滤20、空气滤清器30和进气阀40。空气依次经过前置过滤20、空气滤清器30、进气阀40后进入双机压缩螺杆主机50内。

油气分离器70包括：气油桶71、泄放伐72和观油镜73。主机50通过管道通入气油桶71内。气油桶71的上端具有回油管道与主机50相通。回油单向阀140设置在回油管道上。泄放伐72和观油镜73设置在气油桶71的下端。气油桶71采用大容量的油气筒的设计，油路管道全部采用大口径不锈钢光管，大大降低管道压降。

内置换热器200设置在气油桶71内，包括壳体210和冷却水管220。壳体210具有进油口211和出油口212，进油口211设置在壳体210的顶部，气油桶71内的润滑油可以自然地流入内置换热器200内。出油口212设置在壳体210的底部，换热管400贯穿气油桶71的外壁与出油口212与相通。

冷却水管220的主体冷却部分设置在内置换热器200的壳体210内。冷却水管220具有进水口221和出水口222；且均在气油桶71的外部。冷却水管220的一端贯穿气油桶71的外壁，进入内置换热器200的壳体210内，形成回路后，再从内置换热器200的壳体210穿出，再贯穿气油桶71的外壁。进水口221处于出水口222的下方。进水口221上设置有水泵223，将冷却水打入内置换热器200内。出水口222上设置有水温控制阀224，根据出水口222的水温调节出水量的大小，从而调节出水量的温度。水温控制阀224的位置还并联一个旁通管225。

混合管500的一端与直通管300、换热管400相通，另一端与油气冷却器系统110相通。混合管500、直通管300、换热管400的连接处设置调节阀600，调节阀600根据气油桶71内的油温控制直通管300、换热管400的开合度。

调节阀600为三通阀；直通管300、换热管400的一端分别与三通阀的两个入口相连；混合管500与温控阀的出口相连。三通阀可以直接采用温控阀，当然也可以通过控制信号控制实现温度的控制。

通入油气冷却器系统110的润滑油一路换热管400的出油是经过内置换热器200的，另一路直通管300的出油是不经过内置换热器200的，这两路出口通过调节阀800来控制换热管400和直通管300油口的油量。

调节阀600的作用，当油气桶有的温度较低时，如果再经过热回收降温会导致排气温度过低产生水，倒是油品变质而产生故障。例如：当调节阀600处温度小于等于预设最低工作温度45℃时，直通管300全开直通，换热管400不通；当调节阀600处温度大于45℃时，随着温度升高换热管400开始开启；直通管300开始逐渐关闭；当高于等于预设最高工作温度55℃时，换热管400全部开启；直通管300全部关闭，所有油全部过桶内置换热器，热回收效率最大化，且保证排气口不会产生冷凝水。热回收的水通过水泵经过内置换热器，内置换热器200的出水口222安装有机械式水温控制阀224，可以在25～65℃的温度设置范围，需要多少度的出水温度设置好后，此阀通过控制水流量来控制水的温度，因为温度控制阀一开始是关闭的，所以需要水路旁通管225来建立起始的水循环，帮助温度控制阀感测温度，决定水流量的大小。内置换热器200的出水口222的热水供热水供应系统使用，比如淋浴加热系统预加热、水循环加热系统等需要热水供应的系统。

油气分离器70与油气冷却器系统110的油气冷却器111通过空气管路相通，将分离出来的压缩空气送入油气冷却器111中。油气分离器70与油气冷却器111连接的空气管道上，依次设置安全阀180、流量感测器90和压力维持阀100。流量感测器检测油气分离器分离出的气体流量。

油气冷却器系统110包括：油气冷却器111和风机装置112。风机装置包括风机变频控制器112-1和风机112-2。风机变频控制器112-1控制风机112-2，提供油气冷却器111冷却的风力。

油气冷却器111与空压机的空气出口通过管道相通。在空气出口的管道上设置球形阀170。油气冷却器111还通过油路管道与主机50相通。油过滤器180设置在油气冷却器111与主机50相通的管道上，进行过滤。

温度传感器60设置在主机的出口处。风机变频控制器112-1通过温度传感器60提供的温度来调整风机112-2的输入频率。

压力传感器120设置在油气冷却器111至球形阀170之间的管道上。永磁同步变频器12通过压力传感器120提供的压力来调整永磁同步电机11的频率。

电流互感器130与永磁同步变频器12相连，检测电机系统的电流信号。

节能空压机还包括显示器，将电流信号和气体流量进行显示。

节能空压机还包括计算模块和括显示器。计算模块根据电流信号和气体流量计算比功率。显示器显示电流信号、气体流量进行以及计算获得的比功率。

电机系统接入物联网，可以远程控制空压机的运行，也可以远程监控数据，特别是监控比功率，获得节能度的信息。

节能空压机的工作过程：

气油桶内置热回收技术：热回收换热器内置于油气桶底部；油气桶有2个出油口，一路出油口是经过热回收桶内置换热器，另一路不经过桶内置换热器，这两路出口通过调节阀来控制，将气油桶的热能对水进行加热，再供应到供水系统中，同时降低了空压机的间接能耗，也降低了供热系统的直接能耗，一举两得。

采用永磁高效同步电机驱动双级压缩螺杆主机，双级压缩螺杆主机运转后将空气通过前置过滤、空气滤清器、进气阀(通过泄放电磁阀控制进气阀的开关及空压机停机后压缩机系统内部压力的泄放)吸入双级压缩螺杆主机，同时会吸入少量的润滑油(此处润滑油是由油气桶和双级压缩螺杆之间的压差将润滑油从油气桶带出，经由油气冷却器、油过滤器后进入双级压缩螺杆主机的吸气侧)，油气混合物通过螺杆主机被压缩成需要的压力，带压的油气混合物进入油气桶分离掉99％的油，再通过油气分离器分离掉99.99％的油(此处油气分离器分离出的油会通过压差回到螺杆主机)，然后压缩空气经过压力维持阀、流量感测器、油气冷却器(冷却器采用风机转动产生的空气进行换热冷却)就可进入使用端。

压缩空气恒压输出：永磁同步变频器通过压力传感器提供的压力信号来调整永磁电机的频率，频率变化则永磁电机转速变化，转速变化则压缩主机的产气量就会随之变化，变频器会自动将产气量和压缩空气的使用量保持一致(在使用压力恒定的情况下)，实现恒压输出

压缩空气恒温输出：风机变频器通过温度传感器提供的温度信号来调整风机的输入频率，从而可以调整风机产生的冷却风量，使冷却器的换热量刚好得到我们所设定的温度，从而实现恒温输出

比功率显示：变频器采集流量感测器和电流互感器提供的流量信号和电流信号，通过内部运算，将比功率显示在液晶面板上，让使用者可以时刻指导此设备的性能和节能效果。

物联网技术：变频器采集设备的所有运转信息，通过485端口传输给物联网发射设备，如此使用者就可以远程监控此设备的运行状况和节能效果。

其他常规保护和控制：电机过流保护，电机过温保护，压力过高保护，排气温度保护，开关机自动控制等常规保护此设备均具备。

实施例的作用与效果

永磁技术的应用：永磁同步电机有接近1个功率因数，无用功最小化，同功率下电流更小，所需要的配置更低，同比异步电机效率要提高3～8％，更节能，且永磁同步电机的维护保养更简单方便。

双级压缩技术的使用：原有单级压缩，假设0.8MPa使用压力，压缩空气压比9，温升60°以上，则螺杆间间隙较大，容积效率较低，而双级压缩分两次压缩压比均分，都在3左右，温升30～40°，压比小，转子间隙小，泄露小，更接近等温压缩，容积效率高，同比普通单级螺杆，双级压缩螺杆主机效率提升10～15％

永磁变频技术：永磁电机有1个很大的优势—一步电机随着使用功率下降，则电机效率下降较多，而永磁电机则效率变化很小，故通过变频器驱动，调整永磁同步输入功率和转速(此过程效率基本不便)，空压机使用端需要多少压力，多少气量，则变频系统就提供多少，不会有一点浪费。

风机变频恒温系统：空压机排气温度有比较严格的要求，过高减少油品寿命，压缩机效率降低，过低会产生冷凝水，影响油品，严重的会减少主机寿命。而市场上基本采用风扇启停或温控阀，风扇启停会导致排气温度波动大，风机频繁启停，耗电多且风机寿命降低，温控阀会导致风机一致全载运行，耗能多且能量浪费且冷却器易堵塞，而我们采用风机变频，根据排气温度信号调整风机风量，是排气温度始终稳定在最佳温度，不浪费一点能量，愣鹊起和风机寿命大大延长。

比功率显示系统：市场上的能效空压机都标榜以及能效，能省多少电，但实际运行能省多少电无法考证或不能达到预期省电效果，造成使用者对空压机的不信任，而我们增加的比功率显示系统-直接在液晶面板上显示出单位时间耗电量，总耗电量，单位时间排气量，总气量，空压机的输入比功率等数据，节能效果一目了然，使用者可以时时查看空压机的耗电情况和能效等级。

物联网技术：空压机的运行状况，空压机的使用情况，保养状况，即时比功率等都需要进入空压机房查看，而物联网技术可以让您随时随地的查看空压机的一切数据，使用者更方便更放心，也更省心。

Claims (7)

1.一种节能空压机，其特征在于：

包括，电机系统、主机、油气分离器、油气冷却器系统、内置换热器、换热管、直通管、混合管和三通调节阀；

其中，所述电机系统驱动所述主机；

所述主机与所述油气分离器相通；

所述油气分离器包括气油桶；所述气油桶的上端具有回油管道与所述主机；所述气油桶的底部与所述直通管相通；

所述内置换热器设置在所述气油桶内，包括壳体和冷却水管；

所述壳体具有进油口和出油口，所述换热管贯穿所述气油桶的外壁与所述出油口与相通；

所述冷却水管的贯穿所述气油桶的外壁，进入所述内置换热器的壳体内，形成回路后，再从所述内置换热器的壳体穿出，再贯穿所述气油桶的外壁；

所述混合管的一端与所述直通管、所述换热管相通，另一端与所述油气冷却器系统相通；所述混合管、所述直通管、所述换热管的连接处设置调节阀，所述调节阀根据所述气油桶内的油温控制所述直通管、所述换热管的开合度；

所述油气冷却器与空气出口相通；

所述调节阀为三通阀；所述直通管、所述换热管的一端分别与所述三通阀的两个入口相连；所述混合管与所述温控阀的出口相连；

所述冷却水管具有进水口和出水口；所述进水口处于所述出水口的下方。

2.根据权利要求1所述的节能空压机，其特征在于：

所述进水口上设置有水泵；所述出水口上设置有水温控制阀。

3.根据权利要求1所述的节能空压机，其特征在于：

当油温低于等于预设最低工作温度，所述调节阀将所述换热管全部关闭；

当油温高于预设最低工作温度，随着油温的升高，所述调节阀所述换热管逐渐打开，所述直通管逐渐关闭；

当油温高于等于预设最高工作温度，所述调节阀将所述直通管全部关闭。

4.根据权利要求1所述的节能空压机，其特征在于：

所述冷却水管内被加热的水通入热水供应系统。

5.根据权利要求1所述的节能空压机，其特征在于:

还包括流量感测器、电流互感器、温度传感器、压力传感器；

所述电流互感器检测所述电机系统的电流信号；

所述流量感测器检测所述油气分离器分离出的气体流量；

所述温度传感器，设置在所述主机的出口处；

所述油气冷却器具有风机变频控制器，所述风机变频控制器通过所述温度传感器提供的温度来调整所述风机的输入频率；

所述压力传感器，设置在所述节能空压机的出口处；

永磁同步变频器通过所述压力传感器提供的压力来调整所述永磁同步电机的频率。

6.根据权利要求5所述的节能空压机，其特征在于:

所述电机系统包括永磁同步电机和永磁同步变频控制器；

所述永磁同步电机通过连轴器与所述主机相连；

所述永磁同步变频控制器控制所述永磁同步电机驱动所述主机；

所述电流互感器与所述永磁同步变频器相连。

7.根据权利要求5所述的节能空压机，其特征在于:

所述电机系统接入物联网；

还包括计算模块，根据所述电流信号和所述气体流量计算比功率。