CN1760549A - 用于活塞式机械的冷却装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于压缩机100的冷却装置，上述压缩机100设置有用于冷却被压缩的气体的中间热交换器112和输出热交换器102。所述冷却装置由外壳200封闭。外壳具有连接到径流式风扇105上的空气吸入口202，上述径流式风扇105使外壳200内部产生过压。热交换器102、112安装在外壳上的空气排出口204，206中，从而外壳200中的过压能引起对热交换器102、112的冷却。外壳进一步包括用于排出空气的另外的排出口208，上述空气用来冷却压缩机的其它元件如气缸壁、盖/顶盖和曲柄箱。不同冷却过程之间的关系受到外壳200上的开口204、206、208的设计的影响。

Description

用于活塞式机械的冷却装置
技术领域
本发明涉及活塞式机械如气体压缩机领域，尤其涉及一种用于空气压缩机的冷却装置。
背景技术
机械压缩机如电驱动的多级气缸式压缩机在本领域是公知的。术语“压缩机”在此被理解为是一种用于将被压缩的气体(包括空气)例如传送到压力箱中或直接利用的装置。
这种压缩机要求冷却。部分需要将由压缩机传送的被压缩气体冷却，部分需要冷却实际的压缩机以避免过热和机械损害。在多级式压缩机的情况下，也需要冷却一级和下一级之间的被压缩气体。
以前公知的解决方法是空气冷却压缩机，例如，以前公知的是将轴流风扇放置在压缩机的驱动轴的延伸部分上或将例如带有电动机的单独驱动的风扇放置在压缩机的前面，从而使被加热的空气从压缩机壳体并从气体冷却器(即热交换器)运动，上述冷却器在各级压缩机之后被连接。
根据许多公知的解决方法，相同的空气将冷却压缩机的热交换器和热表面。由于冷却空气已经被热交换器加热，从而使热表面的冷却效率降低。在其它以前公知的解决方法中，在冷却热交换器之前，相同的空气将冷却压缩机的热表面。在这些情况下，由于冷却空气已经被热表面加热，热交换器的冷却效率将降低。在大多数公知的解决方法中，压缩机将已经被热交换器和/或热表面加热的空气吸入。这降低了效率并增加了冷却被压缩的空气和接触被压缩的空气的元件的需要。在以前公知的解决方法中，冷却空气不会有效地在需要冷却的部件之上穿过。一部分空气将传到外部，因此是无效的。需要一种相对大的并有能量需要的风扇来补偿这种损失。
根据以前公知的解决方法，由于增加空气置换并从而增加冷却效率的目的，很大程度上使用开放的未被覆盖的压缩机结构。这种开放的结构使压缩机产生更大的噪音并更容易遭受外部影响，如遭受灰尘、颗粒、水溅和风吹的影响。同时压缩机上的热表面和锐利棱角也存在安全隐患。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于活塞式发动机如压缩机的冷却装置，其中能完全或部分消除现有技术所存在的不足。
根据本发明，用于活塞式发动机如空气压缩机的冷却装置能达到上述目的，上述空气压缩机设置有至少一个用于冷却输出空气的输出热交换器，上述冷却装置的特征在于：
-包围整个压缩机或压缩机的局部的外壳，
-外壳上的空气吸入口，
-与空气吸入口连接的风扇，上述风扇在操作期间引起外壳内部过压，
-外壳上的第一空气排出口，其中，为了冷却从压缩机输出的空气，输出热交换器安装在第一空气排出口中，和
-外壳上的至少一个空气排出口，用于排出冷却压缩机的空气，从而外壳中的过压引起气流以冷却输出热交换器并冷却压缩机的必要部件。
在本发明的不同实施例中，压缩机可以是多级气缸式压缩机，包括第一和第二级压缩机。
中间热交换器可安装在第一和第二级压缩机之间，中间热交换器安装在外壳的第二空气排出口上，从而外壳中的过压引起气流以冷却中间热交换器。
风扇可以是径流式风扇。
压缩机可由电动机驱动，风扇可由压缩机驱动，从而使得容纳在外壳中的空气在操作期间在外壳内流动。
压缩机可包括在操作期间必须被冷却的辅助压缩机元件，外壳安装在距离辅助压缩机元件一定距离处，从而外壳内的气流冷却辅助压缩机元件。
必须被冷却的辅助压缩机元件至少包括气缸壁、气缸盖/顶盖和曲柄箱。
必须被冷却的辅助压缩机元件进一步包括用于将水从压缩机中的空气中分离出来的分离装置。
外壳可包括一个或多个第三空气排出口，它们设置在空气吸入口的相对侧。
由外壳上的空气吸入口和空气排出口代表的气流限制部适于相对于热交换器的冷却影响压缩机元件的冷却。
压缩机的入口可包括空气过滤器并被设置成接收由风扇直接输送的空气。用于将空气输送到压缩机中的压缩机入口可设置在外壳内侧或外侧。
附图说明
下面的附图显示了本发明的有益实施例。结合描述，附图用于解释本发明的原理，
图1是显示用于根据本发明的空气压缩机的冷却装置的原理的结构示意图，
图2是显示带有根据本发明的冷却装置的空气压缩机的透视图，部分封闭外壳没有显示，
图3是显示封闭外壳的透视图，封闭外壳形成了根据本发明的冷却装置的部件，
图4是从上方显示图3中的封闭外壳的视图。
具体实施方式
下面，参见附图更详细地描述本发明的实施例。在不同附图中，使用相同的附图标记表示相同的元件。
图1是显示根据本发明的空气压缩机的冷却装置的原理的结构示意图。下面将参见图2和3更详细地解释。
该空气压缩机是具有中间级压缩机108和输出级压缩机110的两级压缩机。中间级压缩机108后面有空气对空气(air-to-air)热交换器形式的中间热交换器112。在此，被压缩的空气被冷却并传送到输出级压缩机110。输出级压缩机110后面有输出热交换器102。在此，从输出级压缩机110被压缩的空气被冷却并传送到空气压缩机的压缩机出口122。被压缩的空气从压缩机出口122例如被输送到压力箱和/或其它外部连接设备中。
也被本领域的技术人员称之为护罩的外壳202封闭空气压缩机100。外壳200基本上除了开口202，204，206和208之外本身是密封的。
空气吸入口202直接连接到风扇105的入口104上，当操作时该风扇105使外壳200内部过压。过压迫使空气排出外壳上的开口206，204，208。风扇优选是径流式风扇。并且封闭外壳上的风扇入口优选是锥形，朝风扇的中心开口逐渐变小。最好一直到风扇中心锥形形状是连续的。这提供了更好的流动条件以使周围空气进入风扇中。
由风扇105输送的一部分空气被吸入空气过滤器118中，空气过滤器118进一步与空气压缩机中的第一级压缩机108的入口106连接。该部分空气在该压缩机中被压缩并被输送到压缩机出口122。空气入口106和过滤器118安装在外壳内侧，优选是紧邻风扇105的出口。从而相对冷的空气输送到多级压缩机中，优选风扇105产生少量过压。
来自风扇105中的剩余空气在穿过压缩机元件的不同部件以之后被不同程度地分配到空气出口204，206，208。
输出热交换器102安装在空气排出口204上。离开空气排出口204的空气因而被用来冷却被压缩的空气，上述被压缩的空气穿过输出热交换器102。用来冷却输出热交换器102的该部分空气受到由空气排出口204表示的限制部的设计的影响。实现这一点的最简单方式是调节排出口204的有效面积的尺寸。热交换器102的尺寸优选类似于开口204。
中间热交换器112安装在空气排出口206上。离开空气排出口206的空气因而被用来冷却被压缩的空气，上述被压缩的空气穿过中间热交换器112。被用来冷却中间热交换器112的该部分空气受到由空气排出口206表示的限制部的设计的影响。实现这一点的最简单方式是调节开口206的有效面积的尺寸。在这种情况下，热交换器112的尺寸也优选类似于排出口206。
风扇105优选是径流式风扇。该径流式风扇将提供上述的过压并引起外壳200内侧的空气形成气流。从而气流被产生，经过并环绕压缩机的不同部件，上述部件包括十分需要冷却的部件。为了便于图解，尤其受到流动空气影响并被流动空气冷却的压缩机部件由120示意性示出。这些部件主要包括气缸壁、气缸盖/顶盖及后面的曲柄箱。也设置了特殊的分离装置来去除被压缩的空气中的湿气，这种装置也包括在部件120中。
已经经过这些部件120的这部分空气从空气排出口208被排出。
图2是显示具有根据本发明的冷却装置的空气压缩机的透视图。封闭外壳200是本发明的基本元件，但是尽管这样，为了便于示例，在图2中未显示外壳200。
空气压缩机100是由电机114直接驱动的两级气缸式压缩机。风扇105由旋转轴延伸部分116驱动，上述延伸部分116连接到压缩机构上或形成压缩机构的一部分。在替换实施例中，风扇105可由单独的马达例如电动机驱动。风扇105是径流式风扇，参见图1所示。从而风扇通过轴向空气入口104将空气吸入并在从轴朝封闭外壳200(图2中未示出)的方向上迫使空气径向排出。从而，当操作时，风扇105在压缩机100周围和外壳200内产生气流。并且，外壳的前盖的上部分向后弯曲以有助于第一部分空气经过压缩机向后流动。
空气入口106上的空气过滤器118被图示为安装在风扇105的出口附近，并基本上指向上述出口，因而过滤器能从周围环境很好地输送冷空气，上述周围环境不被压缩机的热部件或压缩机的驱动电机114加热。空气入口106连接到中间级压缩机108上，上述中间级压缩机108包括具有活塞的气缸和用于实现压缩机功能的必须的阀装置。这些部件与本发明的原理不是特别相关，因而不再描述。连接部分109使空气从中间级压缩机108、经空气冷却器112之后传送到输出级压缩机110。输出级压缩机108也包括具有活塞和阀装置的的气缸(同样未示出)。在这种类型压缩机的正常方式下，每一活塞设置有相对于压缩机的主轴线偏心旋转的连接杆。该机构安装在曲柄箱中。在所示出的实施例中，气缸配置成V形。可动部件的润滑优选由曲柄箱中的油槽实现。
除了冷却被压缩的空气的热交换器之外，压缩机本身也要求冷却。最需要冷却的压缩机部件尤其包括气缸壁和气缸盖/顶盖，它们由于空气压缩而承受较大的热。因而气缸壁和盖/顶盖设置有散热片，流经外壳200内部的空气流过散热片。曲柄箱也需要冷却。这也由在外壳200内部流动的空气实现。压缩机也包括特殊的分离装置，用于在压缩机出口122和各级压缩机之间处将水从被压缩的空气中分离出来。在这种情况下，这些分离装置等也需要冷却，尽管这些部件中的一些部件与已经被冷却的压缩空气一起工作。
图3是显示具有根据本发明的冷却装置的空气压缩机的部件的透视图，可看到封闭外壳。
外壳200封闭压缩机100。在图3中未示出电机114。在优选实施例中，电机114安装在外壳200的外侧。
外壳200包括空气吸入口202，其设置有保护格栅。
外壳200进一步包括空气排出口204，其中输出热交换器102安装在该空气排出口204处。在外壳的相反侧进一步包括空气排出口206(未示出)，中间热交换器112安装在上述排出口206处。
外壳200在其一侧进一步包括至少一个空气排出口208(未示出)，其中该侧远离开口202。可选地，排出口208也可设置在外壳上的其它位置上。优选设置两个这样的排出口208。
通过上面的上述，可以理解：热交换器(即被压缩的空气)和压缩机元件(例如气缸壁和曲柄箱)的有效冷却之间的关系将以简单的方式被外壳上的开口的设计影响并被最优化，尤其是空气排出口204、206和208，特别是这些开口的面积的设计。
如果开口204和206被制造得大于开口208，由风扇105形成的总冷却空气通流的较大一部分将用来冷却热交换器，从而冷却实际的被压缩的空气。相反，如果开口208被制得相对大，这将增强对压缩机中的实际机器如气缸壁和曲柄箱的冷却。
因此，外壳200，尤其是外壳上的开口对空气压缩机的冷却和从压缩机被输送的空气具有关键影响。
外壳200还提供以下好处：减小噪音并抵抗外部环境影响如灰尘、颗粒和湿气。外壳也能起到防止与热表面接触的危险的作用。
在图4中，进一步显示了从图3中的同一外壳的上面所示的视图，其中外壳200具有在其前部的空气吸入口202、位于每一侧上并邻近用于被压缩空气的热交换器的空气排出口204、206，以及用于排出冷却实际压缩机机器的空气的空气排出口208。
上面的详细描述特别由显示和描述本发明的有益实施例的视图表示。但是，这些描述并不是要将本发明限制为所详细描述的特殊实施例。
在详细的、优选实施例中，使用了多级压缩机，尤其是两级压缩机。应当理解：本发明的原理也可用于单级压缩机，仅包括一个压缩机110和一个热交换器102。同样地，应当理解：可包括辅助级的压缩机例如三级或四级，并包括相应的辅助热交换器，用于冷却由辅助级的压缩机输送的空气。也可具有后续级的压缩机，其中在两级之间不设置用于冷却的热交换器。
尽管详细地描述了V形气缸式压缩机，但是，也可以进行变更，将本发明用于其它形式的压缩机中，其中气缸具有不同的结构如串联气缸或单一气缸。
应该理解：也可采用其它类型的冷却方式，例如水或油冷却来冷却需要冷却的一些或多个元件。这些元件包括热交换器、气缸壁、曲柄箱和分离器/冷凝器装置、气缸盖/顶盖。
在详细的描述中，电机114在外壳200的外侧。但是也可理解：作为替代，电机114可被容纳在外壳200内。
尽管电机114被指定为电动机，但是，显然本发明也与其它的驱动装置相关。
对于本领域的技术人员来说，根据上述描述，进一步的改变和变化将是显而易见的。因而，显然本发明的范围由本发明的权利要求书及其同等物确定。

Claims (13)

1、一种用于活塞式发动机如空气压缩机(100)的冷却装置，所述空气压缩机(100)设置有至少一个用于冷却输出空气的输出热交换器(102)，该冷却装置的特征在于：
-封闭整个压缩机(100)或压缩机(100)的一部分的外壳(200)，
-外壳上的空气吸入口(202)，
-与空气吸入口(202)连接的风扇(105)，所述风扇(105)在操作期间引起外壳(200)内部产生过压，
-外壳上的第一空气排出口(204)，其中，为了冷却来自压缩机的输出空气，输出热交换器(102)安装在第一空气排出口(204)中，和
-外壳上的至少一个空气排出口(208)，用于排出冷却压缩机的空气，
从而，外壳(200)中的过压引起气流，用于冷却输出热交换器(102)，并冷却压缩机(100)的必要部件。
2、根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于：压缩机(100)是多级气缸式压缩机，包括第一级压缩机(108)和第二级压缩机(110)。
3、根据权利要求2所述的冷却装置，其特征在于：中间热交换器(112)安装在第一级压缩机(108)和第二级压缩机(110)之间，中间热交换器(112)安装在外壳(200)上的第二空气排出口(206)中，从而外壳(200)中的过压引起气流，用于冷却中间热交换器(112)。
4、根据权利要求1至3中任一项所述的冷却装置，其特征在于：风扇(105)是径流式风扇。
5、根据权利要求1至4中任一项所述的冷却装置，其特征在于：压缩机(100)由电机(114)驱动，风扇(105)由压缩机(100)驱动，从而使得容纳在外壳(200)中的空气在操作期间在外壳(200)内流动。
6、根据权利要求1至5中任一项所述的冷却装置，其特征在于：压缩机(100)包括在操作期间必须被冷却的辅助压缩机元件(120)，外壳(200)安装在距离辅助压缩机元件(120)一定距离处，从而外壳(200)内的气流冷却辅助压缩机元件(120)。
7、根据权利要求6所述的冷却装置，其特征在于：必须被冷却的辅助压缩机元件(120)至少包括气缸壁、气缸盖/顶盖和曲柄箱。
8、根据权利要求7所述的冷却装置，其特征在于：必须被冷却的辅助压缩机元件还包括用于将水从压缩机(100)中的空气中分离出来的分离装置。
9、根据权利要求6至8中任一项所述的冷却装置，其特征在于：外壳包括一个或多个设置在空气吸入口(104)相反侧的第三空气排出口(208)。
10、根据权利要求1至9任一项所述的冷却装置，其特征在于：由外壳(200)上的空气吸入口(202)和空气排出口(204，206，208)代表的气流限制部适于相对于热交换器(102，112)的冷却影响压缩机元件(120)的冷却。
11、根据权利要求1至10之一所述的冷却装置，其特征在于：压缩机(100)的入口(106)包括空气过滤器(118)，并被设置成接收由风扇(105)直接输送的空气。
12、根据前述一项或多项权利要求所述的冷却装置，其特征在于：用于将空气输送到压缩机中的压缩机入口(106)设置在外壳(200)内侧。
13、根据前述一项或多项权利要求所述的冷却装置，其特征在于：用于将空气输送到压缩机中的压缩机入口(106)设置在外壳(200)外侧。
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