CN110939570B - 喷油多级压缩机装置和用于控制该压缩机装置的方法 - Google Patents

喷油多级压缩机装置和用于控制该压缩机装置的方法 Download PDF

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Abstract

一种喷油多级压缩机装置，至少包括带有入口(4a)和出口(5a)的低压级压缩机元件(2)和带有入口(4b)和出口(5b)的高压级压缩机元件(3)，其中低压级压缩机元件(2)的出口(5a)通过导管(6)连接到高压级压缩机元件(3)的入口(4b)，其特征在于，在上述导管(6)中在低压级压缩机元件(2)和高压级压缩机元件(3)之间设置中间冷却器(9)，并且其特征在于压缩机装置(1)还配备有限制部(10)，用于限制在低压级压缩机元件(2)中喷入的油的量。

Description

喷油多级压缩机装置和用于控制该压缩机装置的方法
技术领域
本发明涉及一种喷油多级压缩机。
背景技术
人们已经知道多级压缩机装置，在所述多级压缩机装置中，气体在两个或更多个阶段或“级”中被压缩，其中两个或更多个压缩机元件一个在一个之后地串联放置。
人们也已经知道喷油多级压缩机装置，在所述喷油多级压缩机装置中，冷却剂(在这种情况下是油)用于冷却气体。
这使得效率提高成为可能，原因在于通过在第二级和后续级之前冷却气体将减少第二级和后续级的消耗。
气体冷却以及因此效率提高可以更好。
可以通过例如额外的主动冷却来提高冷却。这需要有效地从系统中提取热量，而非仅向系统中添加从气体中获取热量的冷却剂。
这种主动冷却为提高效率提供了更多潜在可能性。
然而，这并不像看起来那么简单，因为冷却器中会存在压力损失，这会降低效率。
由于气体中存在油，特别是由于油具有比空气更高的粘度，因此该压力损失增加。压力损失取决于气体中油的量：气体中的油越多，中间冷却器中的压力损失就越大。
发明内容
本发明的目的是通过提供一种喷油多级压缩机装置来解决上述和其它缺点中的至少一个，在所述喷油多级压缩机装置中，将存在主动冷却，因此上述压力损失将不会成为问题。
本发明的主题是一种喷油多级压缩机装置，其至少包括具有入口和出口的低压级压缩机元件和具有入口和出口的高压级压缩机元件，其中低压级压缩机元件的出口通过导管连接到高压级压缩机元件的入口，其特征在于，在低压级压缩机元件和高压级压缩机元件之间的上述导管中设有中间冷却器，并且特征在于压缩机装置还配备有用于限制喷入到低压级压缩机元件中的油量的限制部。
优点是该限制部可以限制喷入低压级压缩机元件中的油量。
这导致中间冷却器中的压力损失受到限制。
因此，将获得针对高压级的气体主动冷却的所有优点，而没有或仅具有有限的中间冷却器中的压力损失的缺点。
可以以多种方式实施该限制部，例如相关供油导管中的局部收缩。
该限制部优选地通过阀来完成，该阀可以调节被喷入低压级压缩机元件的油量，使得始终仅喷入所需油的最小量并且不超过必要的量。
这将进一步限制冷却器中的上述压力损失。
当条件需要时，阀可以允许喷入更多的油，以便避免过热。在所有其他情况下，可以切换到最小喷入。
中间冷却器的存在意味着需要更少的油进行冷却，这是因为中间冷却器可以承担先前由油完成的部分冷却。由于需要更少的油并且喷入更少的油，因此中间冷却器中的压力损失也将受到限制。
压缩机装置可以配备有油分离器，该油分离器设置在中间冷却器上游的导管中，以便分离油。
这样做的优点是，它可以确保没有或实质上没有油进入中间冷却器，使得可以完全消除压力损失的问题。
这也导致分离在中间冷却器中形成的任何冷凝物的可能性。
当在中间冷却器之前没有分离油时，这种冷凝物将最终进入油中，然后很难将其分离开。
本发明还涉及一种用于控制喷油多级压缩机装置的方法，该喷油多级压缩机装置至少包括具有入口和出口的低压级压缩机元件和具有入口和出口的高压级压缩机元件，其中低压级压缩机元件的出口通过导管连接到高压级压缩机元件的入口，其特征在于，在低压级压缩机元件和高压级压缩机元件之间的上述导管中设置中间冷却器，并且其特征在于压缩机装置还配备有用于限制被喷入低压级压缩机元件中的油量的限制部，并且其特征在于该方法包括以下步骤：
﹣测量或确定低压级压缩机元件的功率、效率或低压级压缩机元件的出口处的温度；
﹣如果测量或确定的功率、效率或温度高于预定值，则打开或进一步打开阀；
﹣如果测量或确定的功率、效率或温度等于或小于预定值(Tmax)，则关闭或进一步关闭阀。
这种方法的优点显然类似于喷油多级压缩机装置的上述优点。
附图说明
为了更好地展示本发明的特征，作为非穷举示例下文参照附图描述了根据本发明的喷油多级压缩机装置和为了控制这种压缩机装置的方法的一些优选实施例，其中：
图1示出了根据本发明的喷油多级压缩机装置的示意图。
具体实施方式
图1示意性示出了喷油多级压缩机装置1，其在这种情况下包括两个阶段或“级”：具有低压级压缩机元件2的低压级和具有高压级压缩机元件3的高压级。
两个压缩机元件2、3例如是螺杆压缩机元件，但这对于本发明不是必需的。
两个压缩机元件2、3也设置有用于在压缩机元件2、3中喷入油的油回路。为清楚起见，在图中未示出或仅部分示出这些油回路。
低压级压缩机元件2具有用于气体的入口4a和用于压缩气体的出口5a。
气体出口5a经由导管6连接到高压级压缩机元件3的入口4b。
高压级压缩机元件3还配备有出口5b，其中出口5b连接到液体分离器7。
该液体分离器7的出口8可以连接到后冷却器。
中间冷却器9包括在低压级压缩机元件2和高压级压缩机元件3之间的上述导管6中。
压缩机装置1还配备有限制部10，用于限制被喷入低压级压缩机元件2中的油的量。
在这种情况下，但对于本发明并不是必需的，用阀10实施该限制部10，这将允许调节将被喷入的油的量。
当然，不排除应用被动或不可调节的限制部10来替代阀10，例如以在阀10通常所位于的位置处的导管中的变窄部的形式。
上述阀10可以是开闭式可调节阀或连续可调节阀。
提供控制单元或调节器11用于控制或调节该阀10。
在这种情况下，还提供温度传感器12，所述温度传感器12可以确定或测量低压级压缩机元件2的出口5a处的温度。该传感器12连接到前述控制单元或调节器11。
也可以使用功率计或效率计代替温度传感器12。
在这种情况下，但对于本发明并不是必需的，压缩机装置1配备有油分离器13，所述油分离器13设置在中间冷却器9上游的导管6中，用于分离喷入低压级压缩机元件2中的油。还设置有油导管14，该油导管14从该油分离器13朝向低压级压缩机元件2延伸，以便将由油分离器13分离的油经由该油导管14引导至低压级压缩机元件2以在此将其喷入低压级压缩机元件2中。
这意味着该油导管14朝向上述阀10延伸。
替代地，该油导管14也可以从油分离器13行进到高压级压缩机元件3下游的液体分离器7。
这用虚线14a示意性地示出，该虚线14a代表该油导管14a。
这种油导管14a将由油分离器13分离的油经由该油导管14a引导至液体分离器7。不排除使用油泵14或类似物使油移位。
在这种情况下，油冷却器15和过滤器16二者都将设置在油导管14中。
在将油重新喷入压缩机元件2之前，过滤器16可以过滤掉油中的任何杂质。
还设置有回油导管17，所述回油导管17利用分支管道17a离开液体分离器7抵达高压级压缩机元件3并且利用分支管道17b抵达低压级压缩机元件2。
从图1中可以看出，油导管14在位置P处与分支管道17b连接，由此上述油冷却器15和过滤器16包括在油导管14中的位置P的上游。
当然，情况不一定必须如此，可以在油导管14中的位置P下游处包括油冷却器15和过滤器16这两者，使得来自液体分离器7的油和来自油分离器13的油二者都各自被油冷却器15和过滤器16冷却和过滤。
如果设置油导管14a，则还可以设置油冷却器15和过滤器16。
喷油多级压缩机装置1的操作非常简单并且如下：
在操作过程中，将通过低压级压缩机元件2的入口4a吸入压缩气体(例如空气)并且所述压缩气体经历第一压缩级。
部分压缩的气体将通过导管6流到中间冷却器9，在所述中间冷却器9处，所述部分压缩的气体将被冷却，然后该部分压缩的气体流到高压级压缩机元件3的入口4b，在所述入口4b处它将经历随后的压缩。
油将喷入低压级压缩机元件2和高压级压缩机元件3二者中，这将确保压缩机元件2、3的润滑和冷却。
压缩气体将通过出口5b离开高压级压缩机元件3并被引导至油分离器7。
喷入的油将被分离，然后可以将压缩气体引导至后冷却器，随后将其送至消费者。
为了确保中间冷却器9中没有大的压力损失，阀10将由控制单元11控制，使得低压级压缩机元件2的出口5a处的温度T出口保持低于特定值Tmax。
为此，第一步将是确定温度T出口。
在这种情况下，该温度T出口将用传感器12直接测量。
然而，很明显还有其他方法来确定此温度T出口。例如，也可以根据中间冷却器9之后的温度或基于低压级压缩机元件2的环境参数和工作条件来确定或计算。
然后，控制阀10的方法如下：
﹣如果测量或确定的温度T出口高于预定值Tmax，则打开或进一步打开阀10；
﹣如果测量或确定的温度T出口等于或小于预定值Tmax，则关闭或进一步关闭阀10。
以这种方式，可以在需要时喷入油或额外的油，使得温度不会升高太多。
在温度足够低的时候，可以再次减少或停止喷油。
如果阀10是开闭阀，则将喷入或不喷入油。
如果阀10可连续调节，则可以精确地调节油的流量以满足当前的要求。
这种调节能力确保始终获得最小的喷油量。
尽管在上述示例中基于温度T出口对阀10进行调节，但是并不排除基于功率或效率控制。
在这种情况下，阀10将由控制单元11控制，使得功率或效率保持在特定值Pmax或Emax以上，以确保中间冷却器9中没有大的压力损失。
除了控制阀10之外，在这种情况下的方法还包括在油分离器13的帮助下在低压级压缩机元件2的下游且中间冷却器9的上游处分离油的步骤。
然后，该分离的油将通过油导管14排出到低压级压缩机元件2。
油导管14将在位置P处与返回导管17的分支管道17b相遇，以便到达阀10并最终到达低压级压缩机元件2。
替代地，如果压缩机装置1配备有油导管14a，则该方法可包括使用油分离器13在低压级压缩机元件2下游且中间冷却器9上游处分离油并随后将其泵送到高压级压缩机元件3下游的液体分离器7的步骤。
由于该附加步骤，即使是低压级压缩机元件2中的最小喷油也将从气体中被移除，使得中间冷却器9中的压力损失最小。
以这种方式，在进入高压级压缩机元件3之前，气体总是可以用中间冷却器9主动冷却，如果没有这一点会伴随着显著的压力损失并因此导致效率损失。
然后，主动冷却的空气将在高压级压缩机元件3中被进一步压缩，其性能远高于不存在中间冷却器9时的性能。
本发明的另一个方面是压缩机装置仅设有带有附加油导管14或14a但不带有调节油喷入的阀10的油分离器13。
在这种情况下，因此将不存在最小的油喷入，但是在气体被引导到中间冷却器9之前，只有在低压级压缩机元件2中喷入的所有油将被油分离器13分离。
本发明不限于作为示例描述并在附图中示出的实施例，而是在不超出本发明的范围的情况下通过不同变形可以实现根据本发明的喷油多级压缩机装置和用于控制压缩机装置的方法。

Claims (13)

1.喷油多级压缩机装置，其至少包括具有入口(4a)和出口(5a)的低压级压缩机元件(2)和具有入口(4b)和出口(5b)的高压级压缩机元件(3)，其中，所述低压级压缩机元件(2)的出口(5a)通过导管(6)连接到所述高压级压缩机元件(3)的入口(4b)，其特征在于，在所述低压级压缩机元件(2)和所述高压级压缩机元件(3)之间的上述导管(6)中设有中间冷却器(9)，并且其特征在于所述喷油多级压缩机装置(1)还配备有限制部(10)，用于限制在所述低压级压缩机元件(2)中喷入的油的量，并且所述喷油多级压缩机装置(1)还配备有用于调节或控制所述限制部(10)的控制单元或调节器(11)，使得所述低压级压缩机元件(2)的出口(5a)处的温度(T出口)保持在特定值(Tmax)以下或者使得功率最小化或效率最大化。
2.根据权利要求1所述的喷油多级压缩机装置，其特征在于，所述限制部(10)是阀(10)。
3.根据权利要求2所述的喷油多级压缩机装置，其特征在于，所述阀(10)是开闭式可调节阀。
4.根据权利要求2所述的喷油多级压缩机装置，其特征在于，所述阀(10)是连续可调节阀。
5.根据前述权利要求1至4中任一项所述的喷油多级压缩机装置，其特征在于，所述喷油多级压缩机装置(1)配备有油分离器(13)，所述油分离器设置在所述中间冷却器(9)的上游的导管(6)中以用于分离油。
6.根据权利要求5所述的喷油多级压缩机装置，其特征在于，所述喷油多级压缩机装置(1)配备有从所述油分离器(13)延伸到所述低压级压缩机元件(2)的油导管(14)。
7.根据权利要求5所述的喷油多级压缩机装置，其特征在于，所述喷油多级压缩机装置(1)配备有从所述油分离器(13)延伸到液体分离器(7)的油导管(14a)，所述液体分离器设置在所述高压级压缩机元件(3)的下游。
8.根据权利要求6所述的喷油多级压缩机装置，其特征在于，在上述油导管(14)中设有油冷却器(15)和/或过滤器(16)。
9.根据权利要求7所述的喷油多级压缩机装置，其特征在于，在上述从所述油分离器(13)延伸到液体分离器(7)的油导管(14a)中设有油冷却器(15)和/或过滤器(16)。
10.根据权利要求1所述的喷油多级压缩机装置，其特征在于，所述喷油多级压缩机装置(1)配备有温度传感器(12)，所述温度传感器直接测量所述低压级压缩机元件(2)的出口(5a)处的温度(T 出口)或由其他参数获得所述温度(T出口)。
11.用于控制喷油多级压缩机装置(1)的方法，所述喷油多级压缩机装置至少包括具有入口(4a)和出口(5a)的低压级压缩机元件(2)和具有入口(4b)和出口(5b)的高压级压缩机元件(3)，其中，所述低压级压缩机元件(2)的出口(5a)经由导管(6)连接到所述高压级压缩机元件(3)的入口(4b)，其特征在于，在所述导管(6)中在所述低压级压缩机元件(2)和所述高压级压缩机元件(3)之间设置中间冷却器(9)，并且所述喷油多级压缩机装置(1)还配备有限制部(10)，用于限制在所述低压级压缩机元件(2)中被喷入的油的量，并且其特征在于所述方法包括以下步骤：
﹣测量或确定所述低压级压缩机元件(2)的功率、效率或低压级压缩机元件的出口(5a)处的温度(T出口)；
﹣如果所测量或确定的功率、效率或温度(T出口)高于预定值(Tmax)，则打开或进一步打开限制部(10)；
﹣如果所测量或确定的功率、效率或温度(T出口)等于或小于预定值(Tmax)，则关闭或进一步关闭限制部(10)。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
﹣在所述低压级压缩机元件(2)下游且在所述中间冷却器(9)上游分离油；
﹣将所分离的油排出到所述低压级压缩机元件(2)。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
﹣在所述低压级压缩机元件(2)下游且在所述中间冷却器(9)上游分离油；
﹣将所分离的油泵送到所述高压级压缩机元件(3)下游的液体分离器(7)。
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