CN112160907B - 一种水润滑轴承的螺杆空气压缩机系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水润滑轴承的螺杆空气压缩机系统，包括进气过滤器、进气阀组、螺杆压缩机及其驱动电机、气水分离器、水冷却换热器、水泵、分水器、稳压阀及净水模块，进气过滤器连接压缩机进气阀组，压缩机排气通至气水分离器，气水分离器出气口接稳压阀，出水口分两路，一路通过水泵接第一分水器，另一路通过水冷换热器分别接至第一及第二分水器，第一分水器出水口接螺杆压缩机轴承供水口，第二分水器出水口接螺杆压缩机冷却喷水口，净水模块出水口接压缩机进气管路补水口。本发明能保障水润滑轴承的螺杆空气压缩机轴承的启动供水以及压缩机冷却用的喷水，通过自动控制实现压缩机稳定可靠的运行。

Description

一种水润滑轴承的螺杆空气压缩机系统及其控制方法

技术领域

本发明属于无油空气压缩机技术领域，具体涉及一种水润滑轴承的螺杆空气压缩机的运行系统及其控制方法。

背景技术

随着全社会对食品安全、医药安全以及节能环保等越发的高度重视，纺织、精密电子等行业对工艺流程及产品质量精益求精，氢燃料电池新能源汽车行业的异军突起对压缩空气品质的要求越来越迫切，实现压缩空气的绝对无油化，成为助力中国高端制造的重要砝码。

但是，市场上传统的双螺杆空压机都是喷油压缩机，排出的气体含有润滑油，尽管配备繁杂的后处理净化装置，净化后的压缩空气依然含有少量的润滑油(≥0.001ppm)，无法做到绝对无油。采用水润滑轴承的螺杆空气压缩机，因为采用了水润滑轴承，直接从源头上避免了压缩空气含油的可能，具有良好应用前景。

与传统油润滑轴承、喷油冷却的螺杆空压机设有供油及油气分离系统类似，采用水润滑轴承的螺杆空气压缩机必须要有一套供水及气水分离系统，该系统要能保障压缩机启动时的轴承供水，以及正常运行时的喷水冷却，因水的黏度较传统润滑油大大降低，水润滑系统建立润滑条件要比有油系统更加苛刻和困难，水润滑整机系统及其控制的设计关乎着设备的安全性和稳定性。为此，该系统要能保障设备在启动、卸载和停机阶段水轴承的供水安全，又要满足设备正常运转时的喷水冷却。由于轴承润滑和压缩腔喷水的作用不同，供水时间及控制要求也有所差异，系统设计时应加以区分。控制设计上除对水压、水量、水温的实时监控和调节以外，同时系统内置多重安全保护功能以对系统故障进行预警和自动处理，保障系统稳定、可靠的运行。

综上，水润滑轴承空压机的应用推广必须以稳定、安全的压缩机系统及其控制为前提。

发明内容

本发明的目的是针对水润滑轴承螺杆空气压缩机稳定、安全运行的技术要求，提出一种分别考虑压缩机轴承供水与压缩空气冷却喷水的系统，及能实现根据水温及压力、排气温度与压力进行故障预警和自动调节的控制方法。

为实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是：

一种水润滑轴承的螺杆空气压缩机系统，包括进气过滤器1、进气阀2、水润滑轴承螺杆空气压缩机3、压缩机驱动电机4、气水分离器5、水泵6、第一过滤器7、水冷却换热器8、第二过滤器9、单向阀10、第一分水器11、第二分水器12、净水模块13、泄放阀14、两位三通电磁阀15和稳压阀16，其中，所述气水分离器5内上部设置有杀菌灯5a，下部设置有电加热器5b；

所述进气过滤器1通过管路与安装在所述水润滑轴承螺杆空气压缩机3的进气口上的进气阀2入口相连通，所述进气阀2上部支管d通过软管分别连接泄放阀14的接口a和两位三通电磁阀15的接口A，进气阀2底部接口e通过软管连接泄放阀14的接口b，所述泄放阀14的接口c和两位三通电磁阀15的接口P共同通过软管接至气水分离器5顶部，所述水润滑轴承螺杆空气压缩机3排气口通过管路连接气水分离器5入口，所述气水分离器5空气出口通过管路连接稳压阀16，气水分离器5底部水出口一路通过管路依顺经水泵6、供水电磁阀21、第一过滤器7连接至第一分水器11，另一路通过管路依顺经水冷却换热器8连接至第二过滤器9，所述第二过滤器9出口通过管路一路经单向阀10连接第一分水器11，另一路连接第二分水器12；

所述第一分水器11出水口通过管路连接至水润滑轴承螺杆空气压缩机3的轴承供水口，第二分水器12的出水口通过管路连接至水润滑轴承螺杆空气压缩机3的冷却喷水口；所述气水分离器5底部出水口还经Y型过滤器19接排水电磁阀20；所述净水模块13的净水出口通过补水电磁阀17接至进气过滤器1和进气阀2之间的进气管路；所述净水模块13的污水口接至自动排水电磁阀20的出口管路；

进一步，所述第二过滤器9进出口通过管路连接有压差控制器22，第二过滤器9出口与单向阀10入口之间管路上设有第一压力控制器23，所述第一压力控制器23通过信号线连接水泵6、水冷换热器8的风机和压缩机驱动电机4、供水电磁阀21以及两位三通电磁阀15；

进一步，所述水润滑轴承螺杆空气压缩机3的排气口与气水分离器5入口的管路上依顺设有第二压力控制器24和第一温度控制器25，所述第二压力控制器24和第一温度控制器25通过信号线连接连接水泵6、水冷却换热器8的风机和压缩机驱动电机4、供水电磁阀21以及两位三通电磁阀15；

进一步，所述气水分离器5一侧下部设有第二温度控制器26，另一侧下部不同高度还分别设有高液位控制器28、中液位控制器29和低液位控制器30，所述第二温度控制器26通过信号线连接电加热器5b；所述高液位控制器28通过信号线连接排水电磁阀20；所述低液位控制器30通过信号线连接补水电磁阀17；所述第二温度控制器26、高液位控制器28和低液位控制器30还通过信号线连接水泵6、水冷换热器8的风机和压缩机驱动电机4、供水电磁阀21以及两位三通电磁阀15；

进一步，所述第二分水器12与气水分离器5之间设有温差控制器27；

进一步，所述气水分离器(5)底部还设有手动排水阀(18)。

本发明的一种水润滑轴承螺杆空气压缩机系统的控制方法，包括：

当所述气水分离器5内液位低于低液位控制器30对应位置、以及第二温度控制器26输出温度信号值低于设定下限温度值时，禁止所述水润滑轴承的螺杆空气压缩机系统启动，此时可分别通过中液位控制器29控制补水电磁阀17进行补水，以及通过第二温度控制器26控制电加热器5b对水进行加热，直至第二温度控制器26的温度设定上限时，电加热器5b停止工作；

系统启动时，所述水泵6和水冷却换热器8先于螺杆压缩机驱动电机4通电，供水电磁阀21与水泵6联动控制，即同时通电和断电；所述螺杆压缩机驱动电机4和两位三通电磁阀15联动控制，能实现同时通电和断电；

系统启动后，水泵6由第二压力控制器24控制，当压缩机排气压力超过第二压力控制器26设定压力下限值时，水泵6断电，此时靠螺杆空气压缩机4的排气压力实现压缩机供水；

系统正常运行时，所述第一温度控制器25对压缩机进行高温保护，温度高于设定温度，压缩机自动停机；所述第二压力控制器24对压缩机进行高压保护，当压缩机排气压力高于第二压力控制器24设定上限值时，压缩机自动关机；当气水分离器5与第二分水器12内水的温差超过温差控制器27的设定值时，系统低水流量预警，并延迟关机；当第二过滤器9前后压差值高于压差控制器22设定值时，系统延迟关机，并提示更换第二过滤器9；当第二过滤器9后水的压力低于第一压力控制器23的设定值时，系统提示低压预警，并延迟关机；当气水分离器5上的液位高于高液位控制器28的位置时，自排水电磁阀20通电开启进行排水；当气水分离器5上的液位低于中液位控制器29的位置时，自动补水电磁阀17开启，当气水分离器5上的液位低于低液位控制器30的位置时，系统进行低液位预警，并延迟关机；

系统停机时，螺杆压缩机驱动电机4先断电，水冷却换热器8的风机延长断电，停机后，泄放阀14对气水分离器5进行放气泄压至设定压力。

进一步，所述补水电磁阀17和排水电磁阀20可设定通电时间，即通电一定时间后自动断电。

本发明充分考虑了螺杆空气压缩机采用水润滑轴承和喷水冷却的特殊性，针对性的进行了系统设计，分别设置了轴承供水的分水器和喷水冷却的分水器，并充分考虑压缩机稳定与安全运行要求，设置了不同的温度、压力和压差控制器，结合相应的控制方法，能够对压缩机潜在运行故障进行预警和自动处理。

附图说明

图1是本发明的实施例的系统构造示意图；

图中附图标记说明：1为进气过滤器，2为进气阀，3为水润滑轴承螺杆空气压缩机、4为压缩机驱动电机、5为气水分离器、5a为杀菌灯，5b为电加热器，6为水泵、7为第一过滤器、8为水冷却换热器、9为第二过滤器、10为单向阀、11为第一分水器、12为第二分水器、13为净水模块、14为泄放阀、15为两位三通电磁阀，16为稳压阀，17为补水电磁阀，18为手动排水阀，19为Y型过滤器，20为排水电磁阀，21为供水电磁阀，22为压差控制器，23为第一压力控制器，24为第二压力控制器，25为第一温度控制器，26为第二温度控制器，27为温差控制器，28为高液位控制器，29为中液位控制器，30为低液位控制器；

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示：本发明的一种水润滑轴承的螺杆空气压缩机系统，包括：进气过滤器1、进气阀2、水润滑轴承螺杆空气压缩机3、压缩机驱动电机4、气水分离器5、水泵6、第一过滤器7、水冷却换热器8、第二过滤器9、单向阀10、第一分水器11、第二分水器12、净水模块13、泄放阀14、两位三通电磁阀15和稳压阀16，所述气水分离器5内上部设置有杀菌灯5a，下部设置有电加热器5b；杀菌灯5a是为了保障循环水质，电加热器5b的作用主要是为了保障循环水温度不低于要求值；

所述进气过滤器1通过管路与安装在所述水润滑轴承螺杆空气压缩机3的进气口上的进气阀2入口相连通，所述进气阀2上部支管d通过软管分别连接泄放阀14的接口a和两位三通电磁阀15的接口A，进气阀2底部接口e通过软管连接泄放阀14的接口b，所述泄放阀14的接口c和两位三通电磁阀15的接口P共同通过软管接至气水分离器5顶部，进气阀2和泄放阀14及两位三通电磁阀15构成进气阀组，能保证压缩机停机状态时进气阀2关闭，停机后气水分离器5能自动泄压放气至设置压力，且能避免停机时压缩机转子的反转；

所述水润滑轴承螺杆空气压缩机3排气口通过管路连接气水分离器5入口，所述气水分离器5空气出口通过管路连接稳压阀16，轴承腔供水和压缩机工作过程冷却喷水随同压缩空气一起进入气水分离器5内进行气液分离，稳压阀16为机械阀，当气水分离器5内压力达到用气压力后阀打开给用户供气；气水分离器5底部水出口一路通过管路依顺经水泵6、供水电磁阀21、第一过滤器7接接至第一分水器11，另一路通过管路依顺经水冷却换热器8连接至第二过滤器9，所述第二过滤器9出口通过管路一路经单向阀10连接第一分水器11，另一路连接接第二分水器12；所述第一分水器11出水口通过管路连接至水润滑轴承螺杆空气压缩机3的轴承供水口，第二分水器12的出水口通过管路连接至水润滑轴承螺杆空气压缩机3的冷却喷水口；

压缩机开机时，气水分离器5内压力达不到供水压力要求，所以需要开启水泵6，通过第一分水器11向压缩机轴承腔供水，当气水分离器5内压力达到要求后，水泵6则停止工作，气水分离器5分离出来的水则经过水冷却换热器8、第二过滤器9后分别进入第一分水器11和第二分水器12，分别对压缩机轴承腔供水和压缩机工作腔内喷水冷却压缩空气；

所述气水分离器5底部出水口还经Y型过滤器19接自动排水电磁阀20，用于水位过高时的自动放水；所述净水模块13的净水出口通过补水电磁阀17接至进气过滤器1和进气阀2之间的进气管路，用于水位不够时的补水；所述净水模块13的污水口接至自动排水电磁阀20的出口管路；

所述第二过滤器9进出口通过管路连接有压差控制器22，第二过滤器9出口与单向阀10入口之间管路上设有第一压力控制器23，所述第一压力控制器23通过信号线连接水泵6、水冷却换热器8的风机和压缩机驱动电机4、供水电磁阀21以及两位三通电磁阀15，用于当供水压力过低时，系统自动停机控制；

所述水润滑轴承螺杆空气压缩机3的排气口与气水分离器5入口的管路上依顺设有第二压力控制器24和第一温度控制器25，所述第二压力控制器24和第一温度控制器25通过信号线连接连接水泵6、水冷却换热器8的风机和压缩机驱动电机4、供水电磁阀21以及两位三通电磁阀15，用于压缩机排气的高温和高压保护，以及系统启动控制；

所述气水分离器5一侧下部设有第二温度控制器26，另一侧下部不同高度还分别设有高液位控制器28、中液位控制器29和低液位控制器30，所述第二温度控制器26通过信号线连接电加热器5b，用于根据水温调节电加热器功率；所述高液位控制器28通过信号线连接排水电磁阀20，用于液位过高时自动排水控制；所述低液位控制器30通过信号线连接补水电磁阀17，用于液位过低时系统自动补水控制；所述第二温度控制器26、高液位控制器28和低液位控制器30还通过信号线连接水泵6、水冷换热器8的风机和压缩机驱动电机4、供水电磁阀21以及两位三通电磁阀15，用于水温过低、持续高液位和低液位时系统的自动停机控制

所述第二分水器12与气水分离器5之间设有温差控制器27，用于监控系统的水流量，保障压缩机供水；所有控制器都由相应的温度、压力、压差传感器和控制与执行模块组成。

本发明的一种水润滑轴承螺杆空气压缩机系统的控制方法，包括：

当所述气水分离器5内液位低于低液位控制器30对应位置、以及第二温度控制器26输出温度信号值低于设定下限温度值(通常为1～3℃)时，禁止所述水润滑轴承的螺杆空气压缩机系统启动，此时可分别通过中液位控制器29控制补水电磁阀17进行补水，以及通过第二温度控制器26控制电加热器5b对水进行加热，直至第二温度控制器26的温度设定上限(通常为8～10℃)时，电加热器5b停止工作；禁止启动主要是为了确保水泵的启动条件，已经避免“冰堵”。

系统启动时，所述水泵6和水冷却换热器8先于螺杆压缩机驱动电机4通电，优先启动时间10～15s，供水电磁阀21与水泵6联动控制，即同时通电和断电；所述螺杆压缩机驱动电机4和两位三通电磁阀15联动控制，能实现同时通电和断电；

系统启动后，水泵6由第二压力控制器24控制，当压缩机排气压力超过第二压力控制器24设定压力下限值时，该下限值通常为0.35～0.4MPa，水泵6断电，此时靠螺杆空气压缩机4的排气压力实现压缩机供水；如果运行过程中排气压力低于该下限值，水泵则再次通电运行；

系统正常运行时，所述第一温度控制器25对压缩机进行高温保护，温度高于设定温度，压缩机自动停机，设定温度范围70～80℃；所述第二压力控制器24对压缩机进行高压保护，当压缩机排气压力高于第二压力控制器24设定上限值时，压缩机自动关机，该上限值依据压缩机额定排气压力以及系统管道强度而定；当气水分离器5与第二分水器12内水的温差超过温差控制器27的设定值时，系统低水流量预警，并延迟关机，由于水冷却换热器8不做变频控制，换热量一定，气水分离器5与第二分水器12内水的温差大小与水流量直接相关，通常温差要求不超过15～18℃；当第二过滤器9前后压差值高于压差控制器22设定值时，系统延迟关机，并提示更换第二过滤器9，一般第二过滤器9前后压差要求不高于0.2MPa；当第二过滤器9后水的压力低于第一压力控制器23的设定值时，系统提示低压预警，并延迟关机，为了保障供水，第二过滤器9出口水压不能低于0.3Mpa；当气水分离器5上的液位高于高液位控制器28的位置时，自排水电磁阀20通电开启进行排水；当气水分离器5上的液位低于中液位控制器29的位置时，自动补水电磁阀17开启，当气水分离器5上的液位低于低液位控制器30的位置时，系统进行低液位预警，并延迟关机。延迟关机时间根据需要设定。

系统停机时，螺杆压缩机驱动电机4先断电，水冷却换热器8的风机延长断电，停机后，泄放阀14对气水分离器5进行放气泄压至设定压力。

所述补水电磁阀17和排水电磁阀20可设定通电时间，即通电一定时间后自动断电，具体通电时间依据空压机流量或系统大小而定。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种变更与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (7)

1.一种水润滑轴承的螺杆空气压缩机系统的控制方法，所述的水润滑轴承的螺杆空气压缩机系统包括进气过滤器（1）、进气阀（2）、水润滑轴承螺杆空气压缩机（3）、压缩机驱动电机（4）、气水分离器（5）、水泵（6）、第一过滤器（7）、水冷却换热器（8）、第二过滤器（9）、单向阀（10）、第一分水器（11）、第二分水器（12）、净水模块（13）、泄放阀（14）、两位三通电磁阀（15）和稳压阀（16），其中，所述气水分离器（5）内上部设置有杀菌灯（5a），下部设置有电加热器（5b）；

所述进气过滤器（1）通过管路与安装在所述水润滑轴承螺杆空气压缩机（3）的进气口上的进气阀（2）入口相连通，所述进气阀（2）上部支管d通过软管分别连接泄放阀（14）的接口a和两位三通电磁阀（15）的接口A，进气阀（2）底部接口e通过软管连接泄放阀（14）的接口b，所述泄放阀（14）的接口c和两位三通电磁阀（15）的接口P共同通过软管接至气水分离器（5）顶部，所述水润滑轴承螺杆空气压缩机（3）排气口通过管路连接气水分离器（5）入口，所述气水分离器（5）空气出口通过管路连接稳压阀（16），气水分离器（5）底部水出口一路通过管路依顺经水泵（6）、供水电磁阀（21）、第一过滤器（7）连接至第一分水器（11），另一路通过管路依顺经水冷却换热器（8）连接至第二过滤器（9），所述第二过滤器（9）出口通过管路一路经单向阀（10）连接第一分水器（11），另一路连接第二分水器（12）；

所述第一分水器（11）出水口通过管路连接至水润滑轴承螺杆空气压缩机（3）的轴承供水口，第二分水器（12）的出水口通过管路连接至水润滑轴承螺杆空气压缩机（3）的冷却喷水口；所述气水分离器（5）底部出水口还经Y型过滤器（19）接排水电磁阀（20）；所述净水模块（13）的净水出口通过补水电磁阀（17）接至进气过滤器（1）和进气阀（2）之间的进气管路；所述净水模块（13）的污水口接至自动排水电磁阀（20）的出口管路；

其特征在于，所述控制方法具体包括：

当气水分离器（5）内液位低于低液位控制器（30）对应位置、以及第二温度控制器（26）输出温度信号值低于设定下限温度值时，禁止所述水润滑轴承的螺杆空气压缩机系统启动，此时可分别通过中液位控制器（29）控制补水电磁阀（17）进行补水，以及通过第二温度控制器（26）控制电加热器（5b）对水进行加热，直至第二温度控制器（26）的温度设定上限时，电加热器（5b）停止工作；

系统启动时，水泵（6）和水冷却换热器（8）先于压缩机驱动电机（4）通电，供水电磁阀（21）与水泵（6）联动控制，即同时通电和断电；所述压缩机驱动电机（4）和两位三通电磁阀（15）联动控制，能实现同时通电和断电；

系统启动后，水泵（6）由第二压力控制器（24）控制，当压缩机排气压力超过第二压力控制器（24）设定压力下限值时，水泵（6）断电，此时靠水润滑轴承螺杆空气压缩机（3）的排气压力实现压缩机供水；

系统正常运行时，第一温度控制器（25）对压缩机进行高温保护，温度高于设定温度，压缩机自动停机；第二压力控制器（24）对压缩机进行高压保护，当压缩机排气压力高于第二压力控制器（24）设定上限值时，压缩机自动关机；当气水分离器（5）与第二分水器（12）内水的温差超过温差控制器（27）的设定值时，系统低水流量预警，并延迟关机；当第二过滤器（9）前后压差值高于压差控制器（22）设定值时，系统延迟关机，并提示更换第二过滤器（9）；当第二过滤器9后水的压力低于第一压力控制器（23）的设定值时，系统提示低压预警，并延迟关机；当气水分离器（5）上的液位高于高液位控制器（28）的位置时，自排水电磁阀（20）通电开启进行排水；当气水分离器（5）上的液位低于中液位控制器（29）的位置时，自动补水电磁阀（17）开启，当气水分离器（5）上的液位低于低液位控制器（30）的位置时，系统进行低液位预警，并延迟关机；

系统停机时，压缩机驱动电机（4）先断电，水冷却换热器（8）的风机延长断电，停机后，泄放阀（14）对气水分离器（5）进行放气泄压至设定压力。

2.根据权利要求1所述的一种水润滑轴承的螺杆空气压缩机系统的控制方法，其特征在于，第二过滤器（9）进出口通过管路连接有压差控制器（22），第二过滤器（9）出口与单向阀（10）入口之间管路上设有第一压力控制器（23），所述第一压力控制器（23）通过信号线连接水泵（6）、水冷却换热器（8）的风机和压缩机驱动电机（4）、供水电磁阀（21）以及两位三通电磁阀（15）。

3.根据权利要求1所述的一种水润滑轴承的螺杆空气压缩机系统的控制方法，其特征在于，水润滑轴承螺杆空气压缩机（3）的排气口与气水分离器（5）入口的管路上依顺设有第二压力控制器（24）和第一温度控制器（25），所述第二压力控制器（24）和第一温度控制器（25）通过信号线连接连接水泵（6）、水冷却换热器（8）的风机和压缩机驱动电机（4）、供水电磁阀（21）以及两位三通电磁阀（15）。

4.根据权利要求1所述的一种水润滑轴承的螺杆空气压缩机系统的控制方法，其特征在于，所述气水分离器（5）一侧下部设有第二温度控制器（26），另一侧下部不同高度还分别设有高液位控制器（28）、中液位控制器（29）和低液位控制器（30），所述第二温度控制器（26）通过信号线连接电加热器（5b）；所述高液位控制器（28）通过信号线连接排水电磁阀（20）；所述低液位控制器（30）通过信号线连接补水电磁阀（17）；所述第二温度控制器（26）、高液位控制器（28）和低液位控制器（30）还通过信号线连接水泵（6）、水冷却换热器（8）的风机和压缩机驱动电机（4）、供水电磁阀（21）以及两位三通电磁阀（15）。

5.根据权利要求1所述的一种水润滑轴承的螺杆空气压缩机系统的控制方法，其特征在于，所述第二分水器（12）与气水分离器（5）之间设有温差控制器（27）。

6.根据权利要求1所述的一种水润滑轴承的螺杆空气压缩机系统的控制方法，其特征在于，所述气水分离器（5）底部还设有手动排水阀（18）。

7.根据权利要求1所述一种水润滑轴承的螺杆空气压缩机系统的控制方法，其特征在于，所述补水电磁阀（17）和排水电磁阀（20）还设定通电时间，即通电设定时间后自动断电。

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