CN216407219U - 压缩机设备 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及压缩机设备。压缩机设备(1)包括：压缩机装置(2)，具有用于压缩吸入气体的至少一个压缩机元件(3a、3b、3c)，压缩机元件由电动马达(4)驱动；热回收系统(6)，用于从因压缩吸入气体产生的压缩气体中回收热，热回收系统(6)包括管网(7)，管网具有用于冷却剂的入口(8)和出口(9)，管网(7)在入口(8)或出口(9)处设置有控制装置，控制装置具有流量控制状态变量，用于修改管网(7)中冷却剂的第一流量；控制单元(13)，控制单元基于驱动马达(4)的驱动电流或基于吸入气体的第二流量来调节控制装置的流量控制状态变量，以将管网(7)出口(9)处温度Tw，出驱动到预定水平。

Description

压缩机设备
技术领域
本实用新型涉及压缩机设备，其中，压缩机设备包括：压缩机装置，具有用于压缩吸入气体的至少一个压缩机元件；以及热回收系统，用于从因压缩吸入气体产生的压缩气体中回收热。
更具体地，本实用新型涉及一种压缩机设备，其中：
压缩机元件由电动马达驱动；
热回收系统包括管网，管网具有用于冷却剂的入口和出口，管网还在入口或出口处设置有控制装置，控制装置具有流量控制状态变量，用于修改管网中冷却剂的第一流量；并且
压缩机设备还包括控制单元，控制单元基于电动马达的驱动电流或吸入气体的第二流量来调节控制装置的流量控制状态变量，以将管网出口处冷却剂温度驱动到预定水平。
在本实用新型范围内，‘第一流量’或‘第二流量’总是被理解为是指体积流量。
就此而言，‘管网中冷却剂的第一流量’是指管网中冷却剂的总冷却剂流量。‘吸入气体的第二流量’是指吸入气体的总气体流量。
背景技术
在现有技术中已知的压缩机设备一方面具有压缩机装置，在压缩机装置中吸入气体由压缩机元件压缩，另一方面具有用于回收在压缩机装置中生成的热的热回收系统。
热主要是在压缩吸入气体的压缩机元件内生成的压缩热、在驱动压缩机元件的马达中生成的热、和/或在压缩机设备的轴承中生成的热。
在压缩机设备包括仅单个压缩机元件的情况下，例如借助于与用于因压缩吸入气体产生的压缩气体的压缩机元件出口流体连通的后冷却器来提取压缩热。
在压缩机装置包括多个相继压缩机元件的情况下，各相继压缩机元件借助于用于气体的管线而彼此流体连通，例如借助于管线中包括的一个或多个中间冷却器和/或借助于与各相继压缩机元件中最后一个压缩机元件的出口流体连通的后冷却器来提取压缩热。
所述一个或多个中间冷却器和/或后冷却器具有冷却剂，用于借助于冷却回路从气体中提取压缩热。就此而言，冷却剂可加热到特定的温度。
压缩机装置的马达和/或轴承通常也使用同一冷却回路进行冷却。
近年来一个日益增长的趋势不是简单地允许冷却剂中吸收的热散失到压缩机装置周围环境中，而是将加热的冷却剂很好地用于各种应用中，诸如为建筑物供热或对工业过程中的流体流进行预热。
为此，加热的冷却剂的温度必须能够以特定的精度水平被驱动到特定的预定水平。
压缩机装置中使用冷却回路进行冷却的部件越多，对加热的冷却剂的温度的控制就越困难且越不稳定。
此外，控制还必须考虑压缩机装置的变化负载条件。这些负载条件越低/越高，在一段时间期间生成的压缩热就越少/越多，并且在此时间段期间冷却剂能够吸收的热就越少/越多。
较低/较高负载条件的影响通常是通过借助于冷却回路中的可调节阀降低/增加冷却回路中的冷却剂流量来抵消。
一般来说，该可调节阀的控制是基于冷却回路中的流量计来完成的。然而，此流量计的缺点是昂贵。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种对前面提及的缺点和/或其他缺点中的至少一个缺点的解决方案。
为此，本实用新型的目的是一种压缩机设备，包括：
压缩机装置，具有用于压缩吸入气体的至少一个压缩机元件，压缩机元件由电动马达驱动；以及
热回收系统，用于从因压缩吸入气体产生的压缩气体中回收热，热回收系统包括管网，管网具有用于冷却剂的入口和出口，并且管网在入口或出口处设置有控制装置，控制装置具有流量控制状态变量，用于修改管网中冷却剂的第一流量，
其特征在于，压缩机设备还包括测量装置，用于确定电动马达驱动电流或吸入气体第二流量的实际值；并且
压缩机设备包括控制单元，控制单元配置成能够：
接收所述实际值；
基于所述实际值来确定将管网出口处冷却剂温度驱动到预定水平所需的第一流量期望值；并且，
基于提供控制装置的流量控制状态变量与第一流量之间关系的特性，来将控制装置的流量控制状态变量调节为适应第一流量期望值。
优点在于，通过基于电动马达驱动电流或吸入气体第二流量确定第一流量期望值并通过基于所述特性调节流量控制状态变量，热回收系统的管网中不再需要流量计来驱动流量控制状态变量。
在根据本实用新型的压缩机设备的优选实施例中，控制装置包括可调节阀，所述特性是可调节阀的阀特性，流量控制状态变量是可调节阀的打开位置。
此种可调节阀的优点在于，可以用简单和廉价的方式对其进行控制，并且可将其安装在管网的入口或出口处。
在本实用新型的压缩机设备的另一优选实施例中，控制单元配置成基于所述实际值并且基于一方面第一流量期望值与另一方面电动马达驱动电流或吸入气体第二流量之间的关系来确定第一流量期望值。
在压缩机设备的更优选实施例中，控制单元配置成基于所述实际值并且基于一方面第一流量期望值与另一方面电动马达驱动电流或吸入气体第二流量之间的正比例关系来确定第一流量期望值。
此种正比例关系形成了基本数学函数，以允许快速且容易地确定第一流量期望值，在这方面不要求控制单元中的过量计算能力。
在本实用新型的压缩机设备的另一优选实施例中，压缩机装置是具有多个压缩机元件的多级压缩机装置。
多级压缩机装置对于热回收是更感兴趣的，因为此种多级压缩机装置的输入与输出之间的压力比通常要比具有仅一个压缩机元件的压缩机装置的压力比更高。正因为如此，生成的压缩热也相对较大，从而热回收系统中的冷却剂可以被加热到相对较高的温度，相对较高的温度是所回收压缩热的某些消费者的要求。
在根据本实用新型的压缩机设备的更优选实施例中，各压缩机元件由电动马达驱动。
通过用同一个电动马达驱动所有压缩机元件，仅需确定驱动电流的一个实际值，从而可以限制测量设备的成本。
此外，控制单元只需接收驱动电流的一个实际值，从而可以避免控制单元中复杂的控制算法以及与此相关的过量计算能力。
在根据本实用新型的压缩机设备的另一更优选实施例中，压缩机装置是具有多个相继压缩机元件的多级压缩机装置，各相继压缩机元件借助于用于气体的管道而彼此流体连通，在各相继压缩机元件之间的管道中并入用于冷却气体的一个或多个中间冷却器。
前面提及的中间冷却器并联或串联地并入在管网的入口与出口之间。
在根据本实用新型的压缩机设备的更优选实施例中，在多级压缩机装置下游设置了用于冷却压缩气体的后冷却器，后冷却器相对于中间冷却器而言串联地并入在管网中的入口与出口之间。
因此，多级压缩机装置的最末压缩机元件中生成的压缩热也被用于加热管网中的冷却剂。
在根据本实用新型的压缩机设备的另一更优选实施例中，多级压缩机装置包括至少三个相继压缩机元件，在这至少三个相继压缩机元件的每两个直接相继压缩机元件之间的管道中包括至少一个中间冷却器。
在此种压缩机设备中存在至少两个中间冷却器，从而与具有仅一个中间冷却器的压缩机设备相比，热回收系统能够回收更多的压缩热。
在根据本实用新型的压缩机设备的另一优选实施例中，压缩机设备包括存储器单元，用于存储把管网出口处冷却剂温度驱动到预定水平所需的一方面控制装置的流量控制状态变量的对应基准值和另一方面电动马达驱动电流或吸入气体第二流量的对应基准值。
稍后，这些基准值可以帮助基于所述实际值来确定第一流量期望值。
在一方面控制装置的流量控制状态变量的对应基准值和另一方面电动马达驱动电流或吸入气体第二流量的对应基准值这一对基准值的基础上，也可以借助于所述特性来确定在一方面第一流量期望值与另一方面电动马达驱动电流或吸入气体第二流量之间的关系中的一个或多个参数。
在正比例关系中，可以确定例如比例常数。
在压缩机装置负载条件发生改变且因此电动马达驱动电流和吸入气体第二流量发生改变的情况下，可以基于在确定了比例常数的正比例关系来计算冷却剂第一流量的相关所需改变，以将管网出口处冷却剂温度驱动至预定水平。
然后，可以通过在前述冷却剂第一流量所需改变的基础上采用所述特性来计算控制装置的流量控制状态变量的相关改变。
本实用新型还涉及一种在根据上述任一实施例所述的压缩机设备中使用的热回收系统。
不言而喻，此种热回收系统具有与上述根据本实用新型的压缩机设备的实施例相同的优点。
附图说明
下文中，为了更好地展示本实用新型的特点，参考附图来描述根据本实用新型的压缩机设备的一些优选实施例，在附图中：
图1示意性地示出了根据本实用新型的压缩机设备；
图2a示意性地示出了图1中的压缩机设备的热回收系统；
图2b示意性地示出了图2a中的热回收系统的第一变例；
图2c示意性地示出了图2a中的热回收系统的第二变例；
图2d示意性地示出了图2a中的热回收系统的第三变例；
图3a和图3b示出了在一方面驱动电流、吸入气体第二流量和可调节阀实现的所需期望第一流量的相对改变与另一方面图1中压缩机设备负载条件的指标之间的函数关系。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据本实用新型的压缩机设备1。
压缩机设备1包括压缩机装置2，在本例中是具有三个相继压缩机元件3a、3b、3c的多级压缩机装置，其中，由压缩机装置2抽吸的气体被渐增地压缩。
在本实用新型的范围内，不排除压缩机装置2包括其他数量的压缩机元件。
在本例中，压缩机元件3a、3b、3c是涡轮压缩机元件。
多个相继压缩机元件3a、3b、3c由电动马达4驱动，并且借助于用于气体的管道5而彼此流体连通。
在下游第一压缩机元件3a的入口处设置了入口叶片，入口叶片在或少或多地关闭时增加或降低吸入气体的第二流量。
压缩机设备1还包括热回收系统6，用于从压缩的吸入气体中回收热。
热回收系统6包括管网7，管网具有用于冷却剂的入口8和出口9。
例如，水可用作冷却剂，因为水具有较高的比热容和较低的腐蚀性。
在管道5中，在每两个直接相继的压缩机元件3a、3b与3b、3c之间，并入有中间冷却器10a、10b，用于借助于与管网7中的冷却剂进行热交换来冷却气体。
除了中间冷却器10a、10b以外，在压缩机装置2的下游还设置了后冷却器11，用于借助于与冷却剂的热交换来冷却由相继压缩机元件3a、3b、3c中下游最末压缩机元件压缩的气体。
借助于设置在管网7的出口9处的可调节阀12，基于管网7中冷却剂的第一流量，来控制冷却剂与气体之间的热交换。
在本实用新型的范围内，不排除在管网7的入口8处设置可调节阀12。
在本实用新型的范围内，也不排除应用其他控制装置(例如可调节泵)来改变管网7中的第一冷却剂流量。
可调节阀12的打开位置由控制单元13驱动，以使得管网7的出口9处的温度Tw，出可以被驱动到预定水平。
借助于设置在管网7的出口9处的温度传感器14来测量出口9处的温度Tw，出。
在本例中，控制单元13接收具有关于电动马达4驱动电流实际值信息的信号。在本例中，借助于电流表15来确定实际值。
基于该信号，在压缩机设备1的运行期间控制可调节阀12的打开位置。
在本实用新型的范围内，控制单元13可以替代地或补充地接收具有关于吸入气体第二流量实际值信息的信号。
可以在第一压缩机元件3a的入口处设置用于直接确定第二流量实际值的测量设备。
也可以借助于更下游测量设备来间接确定吸入气体第二流量实际值，所述更下游测量设备用于测量压缩机装置2中在第一压缩机元件3a入口下游的气体流量。然后，该测量的气体流量仍然必须基于在所述更下游测量设备上游的各压缩机元件的压力比率来转换成吸入气体的第二流量。
图2a示意性地示出了图1中的压缩机设备1的热回收系统6。
中间冷却器10a、10b相互并联地并入在管网7中的入口8与出口9之间。
后冷却器11在管网7中相对于中间冷却器10a、10b而言串联地并入在入口8与出口9之间。
图2b示意性地示出了图2a中的热回收系统6的第一变例。
该第一变例中的中间冷却器10a、10b相互串联地布置在管网7中的入口8与出口9之间。
在此，后冷却器11还是在管网7中相对于中间冷却器10a、10b而言串联地并入在入口8与出口9之间。
图2c示意性地示出了图2a中的热回收系统6的第二变例。
在此，中间冷却器10a、10b还是相互并联地并入管网7中的入口8与出口9之间。
但是，该第二变例中无后冷却器。
图2d示意性地示出了图2a中的热回收系统6的第三变例。
在该第三变例中，中间冷却器10a、10b相互串联地并入管网7中的入口8与出口9之间。
在该第三变例中也无后冷却器。
在本实用新型的范围内，不排除热回收系统6包括相互串联和/或并联地并入在管网7中的入口8与出口9之间的多于两个中间冷却器，无论是否在管网7中有相对于中间冷却器而言串联并入的后冷却器11。
示例：
在图3a中，针对图1中的压缩机设备1示出了以下各项之间的函数关系：
一方面，设置在第一压缩机元件3a入口处入口叶片的关闭比率(IGV)；以及
另一方面，相对于75％入口叶片关闭比率所需驱动电流而言，驱动电流的相对百分比改变，用三角符号表示；
相对于75％入口叶片关闭比率时吸入气体第二流量值而言，吸入气体第二流量的相对百分比改变，用方块符号表示；以及，
相对于75％入口叶片关闭比率流过可调节阀12的第一流量期望值而言，应当流过可调节阀12以将管网7出口9处冷却剂温度Tw，出驱动到预定水平所需第一流量期望值的相对百分比改变，用圆圈符号表示。
在0％、15％、25％、35％、50％和100％的关闭比率值处，测量前述驱动电流相对百分比改变、吸入气体第二流量相对百分比改变和通过可调节阀12实现的第一流量期望值相对百分比改变。
在第一压缩机元件3a入口处入口叶片关闭比率的增加对应于压缩机设备1吸入气体第二流量的降低，并且因此对应于压缩机设备1负载条件降低。
特别地，当关闭比率值等于0％时，压缩机设备1在吸入气体最大第二流量且因此最大负载条件下操作。
当关闭比率值等于100％时，压缩机设备1在吸入气体零流量且因此最小负载条件下操作。
管网7入口8处的冷却剂温度为25℃。
出口9处冷却剂温度Tw，出的预定水平固定在70℃、80℃或90℃的温度。
图3a中的各个函数关系对应于所示这些温度值之一。
从图3a中的函数关系可以推断出，一方面驱动电流或吸入气体第二流量与另一方面应流过可调节阀12以将管网7出口9处冷却剂温度Tw，出驱动到预定水平所需的第一流量期望值之间存在正比例关系。
如图3a那样，图3b示出了函数关系，但是管网7入口8处冷却剂温度为35℃。
要确定前述正比例关系的比例常数，可以分别确定在基准驱动电流或吸入气体基准流量下可调节阀12打开位置的初始基准值。
为了获得可靠的初始基准值，管网7出口9处的冷却剂温度Tw，出必须在第一预定时间段期间相对于预定水平保持在第一预定最大绝对偏差内。
优选地，第一预定时间段应为至少60秒。
优选地，第一预定最大绝对偏差应为最大1.0℃。
可以在以下预定时刻将可调节阀12打开位置的初始基准值更新为新的基准值：
-一方面，当管网7出口9处的冷却剂温度Tw，出在第二预定时间段期间相对于预定水平保持在第二预定最大绝对偏差内时；并且
-另一方面，当在第二预定时间段期间驱动电流相对于基准驱动电流保持在预定最大绝对值相对偏差内或者第二流量相对于基准流量保持在预定最大绝对值相对偏差内时。
优选地，第二预定时间段为至少60秒。
优选地，第二预定最大绝对偏差为最大0.8℃。
优选地，预定最大绝对值相对偏差为最大5.0℃。
一方面驱动电流或吸入气体第二流量与另一方面第一流量期望值之间的正比例关系可用于分别基于驱动电流或吸入气体第二流量的大相对改变情况时的阀特性来控制可调节阀12的打开位置。
在本上下文中，‘大相对改变’是指驱动电流或吸入气体第二流量在相对于基准驱动电流或基准流量而言的两倍预定最大绝对值相对偏差之外的相对改变。
对于驱动电流或吸入气体第二流量的落入前面提及的两倍预定最大绝对值相对偏差内的小相对改变，也可替代地借助于简单的经典PI控制单元基于管网7出口9处的温度Tw，出来控制可调节阀12的打开位置。
本实用新型不限于作为示例描述且在附图中示出的实施例，可在不脱离如权利要求中所限定的本实用新型范围的情况下用各种变例实施根据本实用新型的压缩机设备。

Claims (15)

1.一种压缩机设备，包括：
压缩机装置(2)，具有用于压缩吸入气体的至少一个压缩机元件(3a、3b、3c)，
压缩机元件(3a、3b、3c)由电动马达(4)驱动；以及
热回收系统(6)，用于从因压缩吸入气体产生的压缩气体中回收热，
热回收系统(6)包括管网(7)，管网具有用于冷却剂的入口(8)和出口(9)，并且
管网(7)在入口(8)或出口(9)处设置有控制装置，控制装置具有流量控制状态变量，用于修改管网(7)中冷却剂的第一流量，
其特征在于，
压缩机设备还包括测量装置，用于确定电动马达(4)驱动电流或吸入气体第二流量的实际值；并且
压缩机设备包括控制单元(13)，控制单元配置成：
接收所述实际值；
基于所述实际值来确定将管网(7)出口(9)处冷却剂温度Tw，出驱动到预定水平所需的第一流量期望值；并且，
基于提供控制装置的流量控制状态变量与第一流量之间关系的特性，来将控制装置的流量控制状态变量调节为适应第一流量期望值。
2.根据权利要求1所述的压缩机设备，其特征在于，控制装置包括可调节阀(12)，所述特性是可调节阀(12)的阀特性，流量控制状态变量是可调节阀(12)的打开位置。
3.根据权利要求1或2所述的压缩机设备，其特征在于，控制单元(13)配置成基于所述实际值并且基于一方面第一流量期望值与另一方面电动马达(4)驱动电流或吸入气体第二流量之间的关系来确定第一流量期望值。
4.根据权利要求3所述的压缩机设备，其特征在于，控制单元(13)配置成基于所述实际值并且基于一方面第一流量期望值与另一方面电动马达(4)驱动电流或吸入气体第二流量之间的正比例关系来确定第一流量期望值。
5.根据权利要求1或2所述的压缩机设备，其特征在于，压缩机装置(2)是具有多个压缩机元件(3a、3b、3c)的多级压缩机装置。
6.根据权利要求5所述的压缩机设备，其特征在于，所述多个压缩机元件(3a、3b、3c)由电动马达(4)驱动。
7.根据权利要求5所述的压缩机设备，其特征在于，压缩机装置(2)是具有多个相继压缩机元件(3a、3b、3c)的多级压缩机装置，
其中，各相继压缩机元件(3a、3b、3c)借助于用于气体的管道(5)而彼此流体连通，在各相继压缩机元件(3a、3b、3c)之间的管道(5)中并入用于冷却气体的一个或多个中间冷却器(10a、10b)。
8.根据权利要求7所述的压缩机设备，其特征在于，中间冷却器(10a、10b)相互并联地并入在管网(7)中的入口(8)与出口(9)之间。
9.根据权利要求7所述的压缩机设备，其特征在于，中间冷却器(10a、10b)相互串联地并入在管网(7)中的入口(8)与出口(9)之间。
10.根据权利要求7所述的压缩机设备，其特征在于，在多级压缩机装置下游设置了用于冷却压缩气体的后冷却器(11)，后冷却器(11)相对于中间冷却器(10a、10b)而言串联地并入在管网(7)中的入口(8)与出口(9)之间。
11.根据权利要求7所述的压缩机设备，其特征在于，多级压缩机装置包括至少三个相继压缩机元件(3a、3b、3c)，并且在这至少三个相继压缩机元件(3a、3b、3c)的每两个直接相继压缩机元件之间的管道(5)包括至少一个中间冷却器(10a、10b)。
12.根据权利要求7所述的压缩机设备，其特征在于，所述多个相继压缩机元件(3a、3b、3c)是涡轮压缩机元件。
13.根据权利要求1或2所述的压缩机设备，其特征在于，冷却剂是水。
14.根据权利要求1或2所述的压缩机设备，其特征在于，压缩机设备包括存储器单元，用于存储把管网(7)出口(9)处冷却剂温度Tw，出驱动到预定水平所需的一方面控制装置的流量控制状态变量的对应基准值和另一方面电动马达(4)驱动电流或吸入气体第二流量的对应基准值。
15.一种在根据前述权利要求任一项所述的压缩机设备中使用的热回收系统。
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