DE2715610A1 - COMPRESSED AIR COMPRESSOR SYSTEM WITH LIQUID INJECTION - Google Patents
COMPRESSED AIR COMPRESSOR SYSTEM WITH LIQUID INJECTIONInfo
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Description
Dip! -l„9. W. D0MU r 271561QDip! -l " 9 . W. D 0 MU r 271561Q
t 6.t 6.
5060 Bensberg-Refrath5060 Bensberg-Refrath
Gardner-Denver Company Dallas, Texas / USAGardner-Denver Company Dallas, Texas / USA
Die Frfindung betrifft eine Druckluft-Kompreseoranlage mit Flüssigkeitseinspritzung, bestehend aus einem Schraub-Druckluftkompressor mit einem Gehäuse, einer Ansaugöffnung und einer Drucköffnung, zwei ineinandergreifenden schraubverzahnten Rotoren, die im Gehäuse sitzen und zum Verdichten durch die Ansaugöffnung in das Gehäuse gelangender atmosphärischer Luft drehbar gelagert sind, und einem Kanal zum Zuleiten von Flüssigkeit in das Gehäuse zum Kühlen der zu verdichtenden Luft, einem Gas-Flüssigkeits-Kessel, der zur Aufnahme eines Druckluft-Flüssigkeitsgemisches angeordnet ist, das vom Kompressor kommt, und einer Leitung zum Leiten von Flüssigkeit aus dem Kessel zum Kanal.The invention relates to a compressed air compressor system with liquid injection, consisting of a screw air compressor with a housing, a suction opening and a pressure opening, two interlocking screw-toothed rotors that sit in the housing and that enters the housing through the suction opening for compression atmospheric air are rotatably mounted, and a channel for supplying liquid into the housing for cooling the air to be compressed, a gas-liquid boiler, which is arranged to receive a compressed air-liquid mixture that comes from the compressor, and a conduit for conveying liquid from the boiler to the channel.
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im großen Umfange zur Verdichtung von Luft für industrielle Anwendungsfälle, für Dampfverdichtungs-Kühlsysteme und verschiedene andere Gasverdichtungsverfahren eingesetzt. Verdrängungs-Schraubverdichter sind bekannt, die so eingerichtet sind, daß Flüssigkeit direkt in das Gehäuse eingespritzt wird, das die ineinandergreifenden Schraubrotoren enthält, um mit dem Gas vermischt zu werden, das verdichtet wird. Flüssigkeiten wie bestimmte der herkömmlichen Schmiermittel für Kraftfahrzeugmotoren oder automatische Getriebe werden gewöhnlich verwendet. Die Flüssigkeit wirkt als Schmiermittel und Abdichtungemittel sowie als Medium zum Absorbieren der Wärme des Verdichtungsvorgangs. Die Flüssigkeit wird vom Druckgas hinter dem Verdichter getrennt, gekühlt und im wesentlichen kontinuierlich während des Laufs des Kompressors umgewälzt.on a large scale for the compression of air for industrial applications, for vapor compression cooling systems and various others Gas compression process used. Positive displacement screw compressors are known which are arranged so that liquid is injected directly into the housing containing the interlocking screw rotors to be mixed with the gas that is being compressed. Fluids such as certain of the conventional automotive engine lubricants or automatic transmissions are commonly used. The liquid acts as a lubricant and sealant as well as a medium for absorbing the heat of the compression process. The liquid is separated from the compressed gas behind the compressor and cooled and circulated substantially continuously while the compressor is running.
Aus der US-PS 3 073 514 ist bekannt, daß das Einspritzen von Flüssigkeit in Schraubverdichter entsprechend dem Massendurchfluß des Gases, das verdichtet wird, variiert werden kann, um einen guten Kompressorlauf zu erreichen. Aue dieser Druckschrift ist außerdem bekannt, daß die Menge der Flüssigkeitseinspritzung als Prozentsatz des Massendurchflueses von Gas, das verdichtet wird, in einem Verhältnis zur höher werdenden Rotordrehzahl des Kompressors verringert werden kann, um den Wirkungsgrad des Kompressors auf ein Optimum zu bringen.It is known from US Pat. No. 3,073,514 that the injection of liquid in screw compressors according to the mass flow rate of the gas, that is compressed can be varied to get a good compressor run to reach. It is also known from this document that the amount of liquid injection as a percentage of the mass flow rate of gas that is being compressed can be reduced in proportion to the increasing rotor speed of the compressor, to bring the efficiency of the compressor to an optimum.
Während die Menge an eingespritzter Flüssigkeit in bezug auf den Gasmassendurchfluß des Kompressors und der Drehzahl der Kompressorrotoren berücksichtigt werden muß, ist es außerdem wichtig, die TemperaturWhile the amount of liquid injected in relation to the gas mass flow rate of the compressor and the speed of the compressor rotors It is also important to consider the temperature
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der Flüssigkeit zu regeln, die in den Kompressor eingespritzt wird, um den Druckgasdurchsatz und den Wirkungsgrad des Kompressors zu verbessern. Ferner kann auch die Menge an Flüssigkeit, die direkt in den Kompressor eingespritzt wird, primär so geregelt werden, daß die Temperatur des Gas-Flüssigkeitsgemisches begrenzt wird, das den Kompressor verläßt. Entsprechend kann die Kompressor-Einspritzflüssigkeit so geregelt werden, daß der Durchfluß nur gerade ausreicht, um die Kompressortemperatur an der Druckseite daran zu hindern, einen bestimmten Maximalwert zu überschreiten, der eine chemische Zersetzung oder eine verringerte Schmiereigenschaft und Abdichtbarkeit der Einspritzflüesigkeit bewirkt. Bei Kompressoren, die atmosphärische Luft unter Umgebungebedingungen ansaugen, kann der Kompressorwirkungsgrad bzw. der spezifische Leistungsverbrauch für einen großen Bereich an Umgebungsluft-Ansaugtempera türen sowie für einen Lauf des Kompressors mit relativ hohen Rotordrehzahlen verbessert werden.regulate the liquid that is injected into the compressor, to improve the compressed gas throughput and the efficiency of the compressor. Furthermore, the amount of liquid that is directly in the Compressor is injected, are primarily controlled so that the temperature of the gas-liquid mixture is limited, which leaves the compressor. Accordingly, the compressor injection liquid can do so be regulated that the flow is only just sufficient to prevent the compressor temperature on the pressure side from a certain Exceeding the maximum value of a chemical decomposition or a causes reduced lubricating properties and sealability of the injection liquid. In the case of compressors that draw in atmospheric air under ambient conditions, the compressor efficiency or the specific power consumption for a wide range of ambient air intake temperatures and for running the compressor at relatively high rotor speeds can be improved.
Sie Erfindung besteht in einerGaskftmpressoranlage mit Flüssigkeitseinspritzung, bei der die Temperatur der Flüssigkeit, die in den Kompressor zum Vermischen mit dem zu verdichtenden Gas eingespritzt wird, so geregelt wird, daß sie proportional zur An saug temperatur des Gases ist, derart, daß ein exzessives Vorwärmen des Ansauggases vermieden wird und daß der Druckgasdurchsatz und der Kompressorwirkungsgrad bzw. der spezifische Leistungsverbrauch für einen großen Bereich an Gas-Ansaugtemperaturen verbessert werden.The invention consists in a gas compressor system with liquid injection in which the temperature of the liquid that is injected into the compressor for mixing with the gas to be compressed is so is controlled so that it is proportional to the suction temperature of the gas, such that excessive preheating of the suction gas is avoided and that the pressure gas flow rate and the compressor efficiency or the specific power consumption can be improved for a wide range of gas suction temperatures.
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system mit Flüssigkeitseinspritzung, bei dem die Temperatur und der Durchfluß von Einspritzflüssigkeit zum Kompressor in bezug auf die Umgebungslufttemperatur geregelt werden, bei der es sich im wesentlichen auch um die Luft-Ansaugtemperatur des Kompressors handelt, und zwar für einen großen Bereich dieser Temperaturen. Indem die Flüssigkeitstemperatur und der Durchfluß entsprechend der Luft-Ansaugtemperatur geregelt werden, kann der spezifische Leiβtungsverbrauch des Kompressoraggregats unter den eines herkömmlichen Kompressoraggregats mit Flüssigkeitseinspritzung gesenkt werden, bei dem die Flüssigkeitseinspritztemperatur und der Durchfluß für den Bereich an Luft-Ansaugtemperaturen konstant oder im wesentlichen konstant sind, die normalerweise bei industriellen Luftkompressoraggregaten auftreten.system with liquid injection in which the temperature and the Flow of injection liquid to the compressor with respect to the Ambient air temperature can be regulated, at which it is essentially is also the air intake temperature of the compressor, and for a wide range of these temperatures. By the liquid temperature and the flow rate can be regulated according to the air intake temperature, the specific power consumption of the compressor unit can be adjusted can be decreased below that of a conventional liquid injection compressor set in which the liquid injection temperature and the flow rate is constant or substantially constant for the range of suction air temperatures that is normal occur in industrial air compressor units.
Die Erfindung besteht ferner in einer Kompressoranlage mit Flüssigkeitseinspritzung mit einem Wärmeaustauscher von Flüssigkeit auf Luft oder mit einem Flüssigkeitekühler, der in das Flüssigkeitsumwälzsystem eingebaut ist, wobei mindestens ein Teil der umgewälzten Flüssigkeit immer durch den Wärmeaustauscher umgewälzt wird. Auf diese Weise werden plötzliche Unterbrechungen im Flüssigkeitszufluß zum Verdichter vermieden, die bei herkömmlichen Flüssigkeitsumwälzsystemen für Kompressoren durch Überkühlung und die damit einhergehende Erhöhung der Flüssigkeitsviskosität der Flüssigkeit im Wärmeaustauscher verursacht werden können.The invention also consists in a compressor system with liquid injection with a heat exchanger from liquid to air or with a liquid cooler built into the liquid circulation system is, with at least a portion of the circulated liquid is always circulated through the heat exchanger. Be that way sudden interruptions in the flow of liquid to the compressor avoided, that in conventional liquid circulation systems for compressors due to overcooling and the associated increase in liquid viscosity the liquid in the heat exchanger.
Die Erfindung besteht schließlich in einem Gaskompressorsystem Mit Flüssigkeitseinspritzung, bei dem der Zufluß von Einspritzflüssigkeit in den Kompressor ständig entsprechend der Temperatur des Gas-Flüssig-Finally, the invention consists in a gas compressor system Liquid injection, in which the inflow of injection liquid in the compressor constantly according to the temperature of the gas-liquid
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keitsgeaisches geregelt wird, das aus dem Kompressor kommt, so daß nur die Menge an Flüssigkeit in die Kompressorkammer eingespritzt wird, die erforderlich ist, um ein exzessives Erwärmen und eine Zersetzung der Flüssigkeit zu verhindern und einen Lauf des Kompressors mit dem (größten Wirkungsgrad zu erreichen.keitsgeaisches is regulated that comes from the compressor so that only the amount of liquid injected into the compressor chamber which is necessary to prevent excessive heating and decomposition of the liquid and to allow the compressor to run with the (To achieve the greatest efficiency.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:The invention is explained in more detail below with reference to the drawings. In the drawings are:
Fig. 1 ein Schaltbild einer Gaskompressoranlage mit Flüssigkeitseinspritzung nach der Erfindung,Fig. 1 is a circuit diagram of a gas compressor system with liquid injection according to the invention,
Fig. 2 ein Schnitt durch das Flüssigkeitetemperaturregelventil, das in der Kompressoranlage nach Fig. 1 benutzt wird,Fig. 2 is a section through the liquid temperature control valve, the is used in the compressor system according to Fig. 1,
FlieBcharakterietiken einer Luftkompressoranlage nach der Erfindung undFlieBcharakterietiken an air compressor system according to the invention and
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Gaskompressoranlage mit Flüssigkeitseinspritzung nach der Erfindung.4 shows a schematic representation of a further exemplary embodiment of a gas compressor system with liquid injection according to the invention.
In Fig. 1 ist eine Gaskompressoranlage mit Flüssigkeitseinspritzung in schematischer Form gezeigt und allgemein mit 10 bezeichnet. Die Kompressoranlage 10 ist durch einen Verdrängunga-Drehechraubverdichter 12 in einer Bauart bestimmt, die bekannt ist. Eine Beschreibung der Einzelheiten des Kompressors 12 entfällt deshalb. Der Kompressor 12 enthält die Grundelemente, die der in der US-PS 3 073 314 beschrie-In Fig. 1 is a gas compressor system with liquid injection shown in schematic form and generally designated 10. the Compressor system 10 is defined by a positive displacement rotary screw compressor 12 of a type which is known. A description the details of the compressor 12 are therefore omitted. The compressor 12 contains the basic elements described in US Pat. No. 3,073,314.
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bene Kompressor hat, nämlich ein Gehäuse I4 mit einer Kammer 16, die aus zwei parallelen, sich schneidenden Bohrungen gebildet ist, eine Gasansaugöffnung 18 und eine Drucköffnung 20. Der Kompressor weist ferner zwei ineinandergreifende bzw. kämmende schraubverzahnte Rotoren 22 und 24 auf, die in der von den genannten Bohrungen gebildeten Kammer sitzen. Der Kompressor 12 weist ferner Kanäle 26 im Gehäuse I4 auf, die in die Kammer 16 öffnen, um Flüssigkeit direkt in die Verdichtungsräume einzuspritzen, die in bekannter Weise durch die miteinander kämmenden Botoren gebildet sind. Die Flüssigkeit wird gründlich mit dem Gas vermischt, das von den miteinander kämmenden Rotoren verdichtet wird, und sie wird durch die Drucköffnung 20 mit dem Druckgas aus dem Kompressor herausgepumpt. Die Flüssigkeit wird den Kanälen 26 durch eine Sammelleitung 28 im Gehäuse I4 zugeleitet. Geeignete Leitungen im Kompressor 12, die nicht gezeigt sind, können zum Leiten von Flüssigkeit zum Schmieren der Kompressorlager vorgesehen sein. Der Kompressor 12 wird von einem geeigneten Motor 29 angetrieben, der treibend mit einem der Rotoren 22 oder 24 verbunden ist.bene compressor, namely a housing I4 with a chamber 16, the is formed from two parallel, intersecting bores, a gas suction opening 18 and a pressure opening 20. The compressor has also two interlocking or meshing screw-toothed rotors 22 and 24, which sit in the chamber formed by said holes. The compressor 12 also has channels 26 in the housing I4 which open into the chamber 16 in order to inject liquid directly into the compression spaces, which are formed in a known manner by the intermeshing bores. The liquid becomes thorough mixed with the gas that is compressed by the intermeshing rotors, and it is through the pressure port 20 with the pressurized gas pumped out of the compressor. The liquid is fed to the channels 26 through a manifold 28 in the housing I4. Appropriate lines in compressor 12, not shown, can be used for conducting of liquid may be provided to lubricate the compressor bearings. The compressor 12 is driven by a suitable motor 29, the is drivingly connected to one of the rotors 22 or 24.
Die Kompressoranlage 10 weist ferner einen Druckgaskessel und Flüssigkeitsvorratstank 50 auf. Der Kessel 30 ist mit dem Kompressor 12 mittels einer Leitung 51 verbunden, die mit der Drucköffnung 20 in Verbindung steht. Der Kessel 30 weist ein Separatorelement 32 auf, das sich in diesem befindet und das für eine abschließende Trennung der Flüssigkeit sorgt, die im Gasstrom mitgeführt wird. Flüsaigkeitsfreies Gas wird durch eine Sammelleitung 34 und eine Leitung 36 zum Prozeßgeschehen oder im Falle eines Betriebsluftkompressors zum Betriebsrohrnetz geleitet. Ein Großteil der Flüssigkeit, die in den Kessel 30The compressor system 10 also has a pressurized gas boiler and liquid storage tank 50. The boiler 30 is connected to the compressor 12 connected by a line 51 which is connected to the pressure port 20 in Connection. The boiler 30 has a separator element 32, the is located in this and that ensures a final separation of the liquid that is entrained in the gas flow. Liquid-free Gas is passed through a collecting line 34 and a line 36 to the process or, in the case of an operating air compressor, to the operating pipe network. Much of the liquid that is in the kettle 30
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gelangt, wird durch Trägheit und Schwerkraft bei Eintritt in den Kessel abgeschieden und zum Kompressor zurückgeleitet. Eine Leitung 38, die nit dem Kessel 30 verbunden ist, leitet Flüssigkeit zu einem auf Temperatur ansprechenden Regelventil 40. Das Ventil 40 ist mit einer Leitung 42 verbunden, die zu einem Wärmeaustauscher von Flüssigkeit auf Luft oder zu einem Flüssigkeitskühler 44 führt. Der Wärmeaustauscher 44 kann in bekannter Rippen- und Röhrenbauart ausgeführt sein* bei dem Umgebungsluft über Wärmeaustauschflächen am Wärmeaustauscher durch ein motorbetriebenes Gebläse 46 geblasen wird. Flüssigkeit, die durch Umwälzen durch den Wärmeaustauscher gekühlt worden ist, wird dann durch eine Leitung 48 zurück zur Sammelleitung 28 gefördert, um erneut in den Kompressor 12 eingespritzt zu werden. Das Regelventil ist auch ait der Leitung 48 über eine Leitung 30 verbunden, so daß unter bestimmten Betriebsbedingungen ein Teil der Flüssigkeit, die von Kessel 30 zum Kompressor 12 umwälzt, den Wärmeaustauscher 44 im Nebenstrom passiert und sich mit der Flüssigkeit vermischt, die vom Wärmeaustauscher zum Kompressor fließt. Eine den Druchfluß drosselnde Blende 52 sitzt in der Leitung 30.is separated by inertia and gravity as it enters the boiler and returned to the compressor. A line 38, which is connected to the vessel 30, directs liquid to one Temperature responsive control valve 40. The valve 40 is connected to a line 42 leading to a heat exchanger of liquid leads to air or to a liquid cooler 44. The heat exchanger 44 can be designed in the known fin and tube design * in the case of the ambient air via heat exchange surfaces on the heat exchanger is blown by a motorized fan 46. Liquid that has been cooled by circulation through the heat exchanger, is then conveyed back through a line 48 to the collecting line 28 to to be injected into the compressor 12 again. The control valve is also connected to line 48 via line 30 so that under certain operating conditions part of the liquid that circulates from boiler 30 to compressor 12, the heat exchanger 44 in the Bypass flow happens and mixes with the liquid flowing from the heat exchanger to the compressor. One that throttles the flow Orifice 52 is located in line 30.
Die Flüssigkeit wird ständig durch die in Fig. 1 gezeigte Anlage durch den Mediumdruck im Kessel 30 umgewälzt, der höher als der Druck in der Kompreesorkammer 16 an der Stelle ist, an der sich die Kanäle 26 in die Kammer öffnen. Ein Mindestdruckventil 54 ist in die Leitung 36 hinter dem Kessel 30 eingebaut, um für einen ausreichenden Druck im Kessel zu sorgen, damit ein ständiges Umwälzen von Flüssigkeit sichergestellt wird. Das Ventil 54 kann in einer Ausführung vorgesehenThe liquid is constantly through the system shown in FIG the medium pressure circulated in the boiler 30, which is higher than the pressure in the compressor chamber 16 at the point at which the channels 26 open into the chamber. A minimum pressure valve 54 is in the line 36 installed behind the boiler 30 to ensure sufficient pressure to ensure in the boiler, so that a constant circulation of liquid is ensured. The valve 54 can be provided in one embodiment
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eein, wie sie aus der US-PS 3 763 882 bekannt ist. Der Kompressor 12 ist so eingerichtet, daß er für eine Verdichtung von Luft bei atmosphärischem Druck oder Umgebungsdruck und bei entsprechenden Temperaturverhältnissen sorgt. Der Kompressor 12 weist ein Ansaugluft-Drosselventil 56 auf, um den Gasdurchsatz des Kompressors entsprechend dem Druck im Kessel 30 zu regeln. Ansaugluft gelangt in das Innere des Ventils 56 durch einen geeigneten Filterdämpfer 57· Eine Leitung 58 verbindet die Sammelleitung 34 mit dem Ansaugluft-Drosselventil 56, das ein auf Druck ansprechendes Stellglied in bekannter Ausführung enthalten kann. Ein auf Druck ansprechendes Ventil 60 ist in die Leitung 58 eingebaut, um Druckmittel zum Schließen des Drosselventils 56 bei einem Solldruck zu leiten, der in der Sammelleitung gemessen wird.eein, as is known from US Pat. No. 3,763,882. The compressor 12 is set up so that it is suitable for a compression of air at atmospheric Pressure or ambient pressure and with the corresponding temperature conditions. The compressor 12 has an intake air throttle valve 56 to adjust the gas flow rate of the compressor according to the pressure to regulate in boiler 30. Intake air enters the inside of the valve 56 through a suitable filter damper 57 · A line 58 connects the manifold 34 with the intake air throttle valve 56, which is an on May contain pressure responsive actuator in a known design. A pressure responsive valve 60 is built into line 58, to pressure medium for closing the throttle valve 56 at a target pressure which is measured in the manifold.
Eine Leitung 61 ist mit dem Kessel 30 verbunden und öffnet in die Kammer 16, um kleine Mengen an Flüssigkeit vom Separatorelement 32 zum Kompressor 12 zurückzuleiten. Die Menge an Flüssigkeit, die durch die Leitung 61 fließt, ist in bezug auf den Durchfluß durch die Leitung 48 unerheblich.A line 61 is connected to the boiler 30 and opens into the chamber 16 to remove small amounts of liquid from the separator element 32 to the Return compressor 12. The amount of liquid flowing through line 61 is relative to the flow through the line 48 irrelevant.
Gemäß Fig. 2 ist das Temperaturregelventil 40 durch ein Gehäuse 62 bestimmt, das eine Einlaßkammer 64 hat, welche mit der Leitung 38 in Verbindung steht. Die Kammer 64 ist durch eine Innenwand 66 im Gehäuse 62 begrenzt, die auch zum Teil eine Kammer 68 bildet. Eine zweite Innenwandpartie 70 bildet zum Teil die Kammer 68 und eine Kammer 72. Die Kammern 68 und 72 stehen jeweils mit der Leitung 42 bzw. 50 in Verbindung. Die Innenwand 66 weist eine öffnung 74 zwischen den Kam-According to FIG. 2, the temperature control valve 40 is determined by a housing 62, which has an inlet chamber 64 which is connected to line 38 in Connection. The chamber 64 is delimited by an inner wall 66 in the housing 62, which also partially forms a chamber 68. A second Inner wall section 70 partially forms chamber 68 and a chamber 72. Chambers 68 and 72 are in line with conduit 42 and 50, respectively Link. The inner wall 66 has an opening 74 between the chambers
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mem 64 und 68 auf, wodurch diese Kammern immer miteinander in Verbindung stehen. Sas Gehäuse 62 hat ferner eine Bohrung 76, die durch die Wände 66 und 70 führt. Ein zylindrisches Schließglied 78 ist verschiebbar in der Bohrung 76 angeordnet und blockiert in der dargestellten Lage den Durchfluß von Flüssigkeit aus der Kammer 64 zur Kammer 68 durch die Bohrung. Das Schließglied 78 ist mit Längskanälen 80 versehen, die so wirken können, daß Flüssigkeit aus der Kammer 64 in die Kammer 72 geleitet wird, außer wenn das Schließglied in die Endpartie 77 der Bohrung bewegt wird, wie das durch die gestrichelten Linien dargestellt ist.mem 64 and 68, which means that these chambers are always connected to one another. Sas housing 62 also has a bore 76 which passes through the Walls 66 and 70 leads. A cylindrical locking member 78 is slidably disposed in the bore 76 and blocked in the illustrated Direct the flow of fluid from chamber 64 to chamber 68 through the bore. The closure member 78 is provided with longitudinal channels 80 which can act so that liquid from the chamber 64 into the Chamber 72 is passed, except when the closure member is in the end portion 77 of the bore is moved, as shown by the dashed lines.
Das Schließglied 78 ist so betätigbar, daß der Flüssigkeitsstrom in veränderlichen Mengen zu den Kammern 68 und 72 entsprechend der Temperatur der Flüssigkeit geleitet wird, die in die Kammer 64 gelangt.The closing member 78 can be actuated so that the flow of liquid in variable amounts are directed to chambers 68 and 72 according to the temperature of the liquid entering chamber 64.
Das Schließglied 78 ist mit einem auf Temperatur ansprechenden Stellglied 82 verbunden, das sich in der Kammer 64 befindet. Das Stellglied 82 ist in bekannter Ausführung vorgesehen und weist ein Gehäuse mit einem federbelasteten Kolben und einem auf Temperatur ansprechenden Material auf, das auf den Kolben mit der Ausdehnung des Materials einwirkt, was durch eine Erhöhung der Temperatur des Materials hervorgerufen wird. Entsprechend kann das Stellglied 82 so eingerichtet sein, daß es das Schließglied 78 veranlaßt, den Flüssigkeitsstrom so zu regeln, daß mit der Erhöhung der Temperatur der in die Kammer 64 fließenden Flüssigkeit ein größerer Teil der Flüssigkeit veranlaßt wird, in die Kammer 68 und zum Wärmeaustauscher zu fließen. Bei einer be-The closure member 78 is connected to a temperature responsive actuator 82 located in the chamber 64. The actuator 82 is provided in a known design and has a housing with a spring-loaded piston and a temperature-responsive piston Material acting on the piston with the expansion of the material, which is caused by an increase in the temperature of the material. Accordingly, the actuator 82 can be set up so that that it causes the closure member 78 to regulate the flow of liquid so that as the temperature of the liquid flowing into the chamber 64 increases, a greater proportion of the liquid is caused, to flow into chamber 68 and to the heat exchanger. At a loading
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stimmten Höchsttemperatur wird das Schließglied so bewegt, daß der gesamte Durchfluß durch die Nebenstromleitung 50 abgesperrt wird. Nach der Erfindung wird mindestens ein Teil der Flüssigkeit, die vom Kessel 30 zur Sammelleitung 28 fließt, immer durch den Wärmeaustauscher 44 geleitet,und mit der Erhöhung der Temperatur der Flüssigkeit wird eine proportional größere Menge an Flüssigkeit durch den Wärmeaustauscher geleitet.At the correct maximum temperature, the closing element is moved in such a way that the entire flow through the bypass line 50 is shut off. To According to the invention, at least some of the liquid flowing from the boiler 30 to the manifold 28 will always pass through the heat exchanger 44 passed, and as the temperature of the liquid increases, a proportionally larger amount of liquid passed through the heat exchanger.
Bei herkömmlichen Luft- und Gaskompressoranlagen mit Flüssigkeitseinspritzung ist ein auf Temperatur ansprechendes Regelventil gewöhnlich so installiert, daß die gesamte Flüssigkeit, die zum Kompressor zurückfließt, am Flüssigkeitskühler vorbeigeleitet wird, bis eine bestimmte Flüssigkeitstemperatur erreicht wird, und daraufhin beginnt das Regelventil die Flüssigkeit durch den Kühler fließen zu lassen, um die Temperatur der in den Kompressor fließenden Flüssigkeit auf dem Sollwert zu halten. Bei Kompressoren, die Umgebungsluft verdichten, wird eine erhebliche Vorwärmung der Ansaugluft durch Vermischen der Einspritzflüssigkeit mit der Luft hervorgerufen, die bei bekannten Anlagen in den Kompressor fließt. Bei relativ niedriger Umgebungsluftemperatur bewirkt die Vorwärmung der Ansaugluft eine Verringerung des Wirkungsgrads des Kompressors und eine Verringerung des Druckluftdurchsatzes durch den Kompressor. In diesem Zusammenhang kann der Kompressorwirkungsgrad oder die spezifische Leistung als die Leistung verstanden werden, die erforderlich ist, um einen bestimmten Durchfluß anIn conventional liquid injection air and gas compressor systems, a temperature responsive control valve is common installed in such a way that all liquid flowing back to the compressor is bypassed the liquid cooler until a certain one Liquid temperature is reached, and then the control valve begins to flow the liquid through the cooler to keep the temperature of the liquid flowing into the compressor at the set point to keep. For compressors that compress ambient air, a considerable preheating of the intake air caused by mixing the injection liquid with the air, which in known systems in the compressor flows. At a relatively low ambient air temperature The preheating of the intake air causes a reduction in the efficiency of the compressor and a reduction in the compressed air throughput by the compressor. In this context, the compressor efficiency or the specific power can be understood as the power that is required to adhere to a specific flow rate durch den Kompressor zu verdichten, ausgedrückt in Kilowatt pro 100 m pro Sekunde. Demgemäß kann eine Anlage, bei der die Temperatur derto compress by the compressor, expressed in kilowatts per 100 m per second. Accordingly, a system in which the temperature of the
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Einepritzflüssigkeit so geregelt wird, daß sie proportional zur Ansauggastemperatur ist, einen besseren Wirkungsgrad haben und zu Einsparungen in der Gesamtleistung führen, die für eine bestimmte Menge an Druckgas verbraucht wird, das vom Kompressor geliefert wird.An injection liquid is controlled so that it is proportional to the suction gas temperature, have a better efficiency and lead to savings in the overall performance required for a certain amount of Compressed gas is consumed, which is supplied by the compressor.
Es ist festgestellt worden, daß geeignete Flüssigkeiten zur Verwendung in Kompressorenlagen mit Flüssigkeitseinspritzung eines der Hydrauliköle oder Motor- oder Getriebeöle für Kraftfahrzeuge auf Kohlenwasserstoff basis sein können. Diese Flüssigkeiten sorgen für eine geeignete Schmierung der Kompressorlager und der miteinander kämmenden Rotoren. Die Rotoren, die in Kompressoren ohne synchronisierende Zahnräder benutzt werden, können so konstruiert sein, daß die Antriebskräfte zwischen den miteinander kämmenden Zähnen auf ein Minimum reduziert werden, jedoch ist eine Flüssigkeit mit guten Schmiereigenschaften trotzdem wünschenswert, besonders dann, wenn sie auch als ein Lagerschmiermittel benutzt wird. Die Flüssigkeit dient auch dazu, die kleinen Spielräume zwischen den Rotoren und ζwisch« den Rotoren und dem Gehäuse abzudichten, um ein Lecken von Druckgas aus den Kammern auf ein Minimum zu reduzieren, die von den miteinander kämmenden Rotoren gebildet werden. Das Vorhandensein der Flüssigkeit in den Arbeitekammern des Kompressors erfordert Kraft zum Pumpen der Flüssigkeit aus der Drucköffnung des Kompressors und zur Oberwindung der Reibung an den Rotoren wegen der Scherwirkung an der Flüssigkeit in den Spielräumen. Flüssigkeiten mit hoher Viskosität sind wünschenswert, um das Gaslecken auf ein Minimum zu reduzieren, jedoch können die Leistungzverbeseerungen auf Grund eines verringerten Leckens durch die erhöhte LeistungIt has been found that suitable liquids are suitable for use in compressor systems with liquid injection, one of the hydraulic oils or engine or transmission oils for motor vehicles can be based on hydrocarbons. These fluids ensure a suitable Lubrication of the compressor bearings and the intermeshing rotors. The rotors used in compressors without synchronizing gears can be designed so that the driving forces between the meshing teeth are minimized, but a fluid with good lubricating properties is still desirable, especially when it is also used as a bearing lubricant is used. The liquid also serves to keep the little ones Clearances between the rotors and "wipe" the rotors and the housing are to be sealed in order to minimize leakage of pressurized gas from the chambers formed by the intermeshing rotors will. The presence of the liquid in the working chambers of the The compressor requires power to pump the fluid out of the compressor's discharge port and to overcome the friction on the rotors because of the shear effect on the liquid in the clearances. High viscosity liquids are desirable to prevent gas leakage to a minimum, however, performance can be improved due to reduced leakage due to increased performance
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aufgehoben werden , die erforderlich ist, um die Reibung zuüberwinden, die von der viskoseren Flüssigkeit hervorgerufen wird. Die Viskosität der Öle, die normalerweise in den Flüssigkeitseinspritzsystemen von Kompressoren benutzt werden, erhöht sich mit fallender Temperatur, und folglich können die Leistungseinsparungen wegen der erhöhten Abdichtbarkeit und der verringerten Vorwärmung oder Dichteverringerung der Ansaugluft durch den erhöhten Leistungsbedarf aufgehoben werden, der erforderlich ist, um die Reibung wegen der zähflüssigeren Flüssigkeit zu überwinden. Demgemäß kann eine Kühlung der Flüssigkeit in bezug auf die Temperatur des Ansauggases ohne Änderung dee Zuflusses an Flüssigkeit in den Kompressor nicht zu einer so hohen Energieeinsparung führen, wie das verwirklicht werden kann, indem auch die Durchflußrate in bezug auf die Gasansaugtemperatur geändert wird, wenn eine Flüssigkeit veränderlicher Viskosität im Einspritzsystem benutzt wird.removed, which is necessary to overcome the friction, caused by the more viscous liquid. The viscosity of the oils normally used in the liquid injection systems used by compressors increases with decreasing temperature, and consequently the power savings due to the increased sealability and the reduced preheating or density reduction of the intake air due to the increased power requirement, which is required to reduce the friction because of the more viscous liquid to overcome. Accordingly, the liquid can be cooled with respect to the temperature of the suction gas without changing the inflow Liquid in the compressor does not result in such a high energy saving guide how this can be accomplished by also changing the flow rate with respect to the gas suction temperature, if a Fluid of variable viscosity is used in the injection system.
Die Zuflußrate der Einspritzflüssigkeit sowie die Temperatur der Flüssigkeit beim Einspritzen in den Kompressor wird normalerweise auch so geregelt, daß die Abgabetemperatur des Gas-Flüssigkeitsgemisches begrenzt wird, um eine chemische Zersetzung oder Zerstörung der Flüssigkeit selbst zu verhindern. Es ist jedoch festgestellt worden, daß bei höheren Rotordrehzahlen die Flüssigkeitszuflußraten in bezug auf den Gasdurchsatz verringert werden können, d.h. daß die spezifische Flüssigkeitseinspritzung, ausgedrückt als Flüssigkeitsströmungsvolumen bei einem bestimmten Gasdurchsatz (Liter pro Kubikmeter pro Sekunde), mit höher werdender Rotordrehzahl verringert werden kann, um einen bestimmten Kompreseorwirkungsgrad beizubehalten oder den Kompressor-The inflow rate of the injection liquid as well as the temperature of the liquid When injecting into the compressor, it is normally also regulated in such a way that the discharge temperature of the gas-liquid mixture is limited to prevent chemical decomposition or destruction of the liquid itself. However, it has been found that higher rotor speeds the liquid flow rates with respect to the Gas throughput can be reduced, i.e. the specific liquid injection, expressed as the volume of liquid flow at a given gas flow rate (liters per cubic meter per second), can be reduced with increasing rotor speed in order to maintain a certain compressor efficiency or reduce the compressor
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wirkungsgrad zu erhöhen. Solange die Kompressorabgabetemperatur einen sicheren Grenzwert nicht überschreitet, um eine Zersetzung der Flüssigkeit oder eine andere Schädigung zu verhindern, kann die Flüssigkeitseinspritzrate in bezug auf die höher werdende Rotordrehzahl verringert werden. Wenn ein Kompressor mit einer im wesentlichen konstanten Drehzahl läuft, beispielsweise bei Kompressoren mit Elektromotoroder Turbinenantrieb, kann die Flüssigkeitseinspritzrate ferner so geregelt werden, daß eine bestimmte maximale Abgabetemperatur des Gas-Flüseigkeitsgemisches aufrechterhalten wird, das den Kompressor verläßt.to increase efficiency. As long as the compressor discharge temperature one does not exceed a safe limit value in order to prevent decomposition of the liquid or other damage, the liquid injection rate can be reduced in relation to the increasing rotor speed. Further, when a compressor is running at a substantially constant speed, such as an electric motor or turbine driven compressor, the liquid injection rate can also be controlled to maintain a certain maximum discharge temperature of the gas-liquid mixture exiting the compressor.
Bei der Kompressoranlage nach Fig. 1 zur Verdichtung von Umgebungsansaugluft als das zu verdichtende Gas und unter Kühlung der Einspritzflüssigkeit mittels des Wärmeaustauschers 44 von Flüssigkeit auf Luft, bei dem Umgebungsluft als das Kühlmittel benutzt wird, kann die Einspritzflüssigkeit direkt in bezug auf die Ansauglufttemperatur des Kompressors gekühlt werden. Ein Wärmeaustauscher von Flüssigkeit auf Luft, der von ier Umgebungsluftemperatur abhängig ist, beispielsweise ein Wassersystem im geschlossenen Kreislauf mit einem Verdampfungskühlturm, zeigt entsprechende Charakteristika. In der Anlage nach Fig. 1 ändert sich der Zufluß von Einspritzflüssigkeit zum Kompressor in bezug auf die Umgebungsluftemperatur. Diese Charakteristik basiert auf der Verwendung einer Flüssigkeit, die normalerweise eine Viskosität hat, die sich mit abfallender Flüssigkeitstemperatur erhöht. Bei abfallender Umgebungstemperatur wird deshalb die Temperatur der Einspritzflüssigkeit proportional verringert, und auch die Zuflußrate verringertIn the compressor system according to FIG. 1 for compressing ambient intake air as the gas to be compressed and while cooling the injection liquid by means of the heat exchanger 44 from liquid to air, in which ambient air is used as the coolant, the injection liquid can be directly related to the intake air temperature of the Be cooled by the compressor. A heat exchanger of liquid on Air that is dependent on ier ambient air temperature, for example a closed circuit water system with an evaporation cooling tower shows corresponding characteristics. In the system according to Fig. 1 the flow of injection liquid to the compressor changes to in relation to the ambient air temperature. This characteristic is based on the use of a liquid that normally has a viscosity that increases as the temperature of the liquid decreases. As the ambient temperature drops, the temperature of the injection liquid is therefore reduced proportionally, and the flow rate is also reduced
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sich proportional. Weil die Kompressoranlage nach Fig. 1 auf einer relativ konstanten Druckdifferenz fußt, um ein Fließen der Einepritzflüssigkeit in die Kompressor zu bewirken, führt der größere Widerstand gegen ein Fließen der stärker viskosen Flüssigkeit zu einer Zuflußrate, die sich entsprechend der Flüssigkeitstemperatur ändert. Der verringerte Fluß stärker viskoser Flüssigkeit führt zu Einsparungen im Energieverbrauch, und die Flüssigkeit niedrigerer Temperatur verringert die Vorwärmung der Ansaugluft des Kompressors, und das verringert auch die spezifische Leistung und führt zu einer Energieeinsparung für eine bestimmte Menge an Arbeitsmedium (Luft), das verdichtet wird. Die Erhöhung der Viskosität der Flüssigkeit kann zu einer geringen oder gar keinen Änderung in der Abdichtungsfunktion der Flüssigkeit wegen der geringeren Durchflußrate führen.itself proportional. Because the compressor system of FIG. 1 on a relatively constant pressure difference is based on a flow of the injection liquid in the compressor, the greater resistance to flow of the more viscous liquid results in an inflow rate which changes according to the liquid temperature. The reduced flow of more viscous liquid leads to savings in energy consumption, and the lower temperature liquid decreases and decreases the preheating of the intake air of the compressor the specific power and leads to energy savings for a certain amount of working medium (air) that is compressed. The increase The viscosity of the liquid may cause little or no change in the sealing function of the liquid because of the lead to a lower flow rate.
Der Grad der Kühlung der Einspritzflüssigkeit wird natürlich durch die Kühlfähigkeit des Wärmeaustauschers beeinflußt, und in der Anlage nach Fig. 1 auch durch das Regelventil 40, das so arbeitet, daß mindestens ein Teil der Einspritzflüsaigkeit am Wärmeaustauscher vorbeigeleitet wird, bis eine bestimmte Temperatur der Flüssigkeit erreicht ist, die in die Kammer 64 fließt. Das Regelventil 40 sorgt auch für ein Vorbeileiten mindestens eines Teils der Flüssigkeit am Wärmeaustauscher 44, um den Flüssigkeitsstrom beim Kaltstarten des Kompressors zu erhöhen und damit eine adäquate Flüssigkeitseinspritzung und ein schnelles Warmlaufen in einen konstanten Laufzustand sicherzustellen. Der Grad der Kühlung und das Maß des Zuflusses an Rinspritzflüssigkeit kann auch durch die Größe der Öffnung 74 und der Blende 52 geregelt werden, undThe degree of cooling of the injection liquid is of course determined by the Cooling ability of the heat exchanger influenced, and in the plant after Fig. 1 also through the control valve 40, which works so that at least part of the injection fluid bypasses the heat exchanger until a certain temperature of the liquid flowing into the chamber 64 is reached. The control valve 40 also provides for bypassing at least a portion of the liquid at the heat exchanger 44 to increase the flow of liquid when the compressor is cold started and with it an adequate liquid injection and a quick one Ensure warm-up in a constant running condition. The degree of cooling and the degree of inflow of Rinspritziquid can also can be controlled by the size of the opening 74 and the aperture 52, and
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zwar sowohl bezüglich deren effektive Durchfluß-Querschnittsflächen als auch bezüglich deren relative effektive Durchfluß-Querechnitteflachen. Die relativen Durchfluß-Querschnittsflächen und die Länge der Fltiesigkeitsleitungen 38, 42 und 50 in Kombination mit dem Fließwiderstand, der im Wärmeaustauscher 44 entsteht, können auch zur Bestimmung des Durchflusses und entsprechend der Temperaturcharakteristiken benutzt werden, die die in den Kompressor 12 eingespritzte Flüssigkeit hat. Ferner kann das Regelventil 40 so abgewandelt werden, daß für einen Zufluß zu den Leitungen 42 und 50 in solcher Weise gesorgt wird, daß die gewünschten Betriebscharakteristiken bewahrt bleiben.both in terms of their effective flow cross-sectional areas as well as with regard to their relative effective flow cross-sectional areas. The relative flow cross-sectional areas and the length of the Liquids lines 38, 42 and 50 in combination with the flow resistance that arises in the heat exchanger 44 can also be used to determine the flow rate and, accordingly, the temperature characteristics which the liquid injected into the compressor 12 has. Furthermore, the control valve 40 can be modified so that for a Flow to lines 42 and 50 is provided in such a way that the desired operating characteristics are retained.
Eine wichtige Funktion des Regelventils 40 erbringt die Öffnung 74» die sicherstellt, daß mindestens ein Teil der Flüssigkeit durch den Wärmeaustauscher 44 bei im wesentlichen allen Betriebsbedingungen und besonders beim Starten unter relativ niedrigen Umgebungslufttemperaturbedingungen fließt. Bei bekannten Kompressoren mit Flüssigkeitseinspritzung, die mit einem Wärmeregelventil arbeiten, das den gesamten Flüssigkeitsstrom am Wärmeaustauscher vorbeileitet, bis die Flüssigkeit eine Solltemperatur erreicht, kann die Flüssigkeit, die im Wärmeaustauscher steht, zu kalt werden und zu viskos werden, um überhaupt zu fließen, wenn sich das Ventil öffnet, um den Strom in den Wärmeaustauscher zuleiten. Unter solchen Bedingungen fließt nicht genügend Flüssigkeit in den Kompressor, was zu einer überhitzung und zum Stillstand des Kompressors oder zu einer Beschädigung der Kompressorrotoren und -lager führt.An important function of the control valve 40 is provided by the opening 74 » which ensures that at least some of the liquid passes through the heat exchanger 44 under essentially all operating conditions and especially when starting under relatively low ambient air temperature conditions. In known compressors with liquid injection, which work with a thermal control valve, the entire Liquid flow bypasses the heat exchanger until the liquid reaches a target temperature, the liquid in the heat exchanger can become too cold and too viscous to even be flow when the valve opens to direct the flow into the heat exchanger. Not enough flow under such conditions Liquid in the compressor, causing the compressor to overheat and stall or damage the compressor rotors and warehouse leads.
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Fig. 3 zeigt die Betriebscharakteristiken einer Schraubverdichteranlage für Luft mit Flüssigkeitsaninspritzung nach Fig. 1. In der in Fig. 3 dargestellten Kurve gibt die waagrechte Skala die atmosphärische Umgebungslufttemperatur in Grad Celsius an. Die linke vertikale Skala zeigt den Flüesigkeitszufluß zum Kompressor zum Einspritzen in dessen Arbeitskammer an. Die obere rechte Skala zeigt die prozentuale Verringerung in der spezifischen Leistungsaufnahme für eine Kompressoranlage nach Fig. 1 im Vergleich zu einer entsprechenden Kompressoranlage mit einer konstanten Flüssigkeitseinspritztemperatur und einer konstanten Zuflußrate an, wenn als Beispiel ein Kompressor zugrundegelegt wird, der nominell für 373 kW Leistungsaufnahme aufgelegt ist, wenn er Umgebung8luft von atmosphärischem Druck auf einen überdruck von 689 kPa verdichtet.FIG. 3 shows the operating characteristics of a screw compressor system for air with liquid injection according to FIG In the curve shown in FIG. 3, the horizontal scale indicates the atmospheric ambient air temperature in degrees Celsius. The left vertical scale shows the liquid flow to the compressor for injection into it Chamber of Commerce. The upper right-hand scale shows the percentage reduction in the specific power consumption for a compressor system according to FIG. 1 in comparison with a corresponding compressor system with a constant liquid injection temperature and a constant inflow rate, assuming a compressor as an example which is nominally issued for 373 kW power consumption, if he ambient air from atmospheric pressure to an overpressure of 689 kPa compressed.
Die Kurve F ist unter Bezugnahme auf die waagrechte Skala eingezeichnet, und auf die untere rechte vertikale Skala, und sie zeigt an, daß der Flüssigkeitszufluß zum Kompressor 12 mit der Umgebungsluftemperatur und in direkter Beziehung dazu variiert. Für die angegebenen Werte des Flüssigkeitszuflusses und die damit einhergehende Fließ-Temperaturcharakteristik wurde als Einspritzflüssigkeit Öl für automatische Getriebe von Kraftfahrzeugen benutzt. Andere Öle auf Kohlenwasserstoffbasis sowie synthetische Hydraulikflüssigkeiten können in der Kompresaoranlage nach der Erfindung benutzt werden. Die Kurve T in Fig. 3 zeigt die Änderung in der Temperatur an. Demgemäß kann eine Kompressoranlage, die allgemein den Aufbau nach Fig. 1 hat, für eine Temperatur und eine Zuflußrate der Einspritzflüssigkeit sorgen, welche im wesent-Curve F is drawn with reference to the horizontal scale and the lower right vertical scale and indicates that the liquid flow to compressor 12 varies with and in direct relation to ambient air temperature. For the specified values of the liquid inflow and the associated flow temperature characteristics were used as the injection fluid oil for automatic transmissions of motor vehicles. Other hydrocarbon-based oils as well as synthetic hydraulic fluids can be used in the compressor system according to the invention. The curve T in FIG. 3 indicates the change in temperature. Accordingly, a compressor system, which generally has the structure of FIG. 1, for a temperature and provide a flow rate of the injection liquid which is essentially
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lichen proportional zur TJmgebungslufttemperatür mindestens über einen Bereich von -29 bis 38 Grad Celsius sind. Die Differenz zwischen der Temperatur der Einspritzflüssigkeit und der aus dem Wärmeaustauscher 44 ale Folge der Vermischung der durch den Wärmeaustauscher fließenden Flüssigkeit mit der durch die Leitung 50 fließenden Flüssigkeit ausströmenden Flüssigkeit kann durch den relativen Fließwiderstand der Flüssigkeit durch die Leitung 50 und den Wärmeaustauscher 44 und die zugehörigen Leitungen bestimmt werden. Die Fließwiderstände, die die Öffnung 74 und die Blende 52 ausüben« können so bestimmt sein, daß die Keigung der Kurve T geändert wird. Die Temperaturcharakteristik der Einepritzflüssigkeit verläuft mehr nach der gestrichelten Linie bsv. Kurve U, wenn der gesamte Flüssigkeitsstrom durch den Wärmeaustaucher 44 geht. Bei vielen Kompressoranlagen tritt jedoch ein starker Widerstand gegen ein Fließen von Flüssigkeit durch den Wärmeaustauscher auf, wenn die Umgebungstemperatur niedrig ist und wenn der gesamte Durchfluß durch den Wärmeaustauscher ständig durchgeleitet wird.are proportional to the ambient air temperature at least over a range of -29 to 38 degrees Celsius. The difference between the temperature of the injection liquid and that from the heat exchanger 44 as a result of the mixing of the liquid flowing through the heat exchanger with the liquid flowing out through the line 50 can be determined by the relative flow resistance of the liquid through the line 50 and the heat exchanger 44 and the associated lines are determined. The flow resistances exerted by the opening 74 and the diaphragm 52 can be determined in such a way that the slope of the curve T is changed. The temperature characteristics of the injection liquid run more along the dashed line bsv. Curve U when all of the liquid flow goes through the heat exchanger 44. In many compressor systems, however, there is strong resistance to the flow of liquid through the heat exchanger when the ambient temperature is low and when all flow through the heat exchanger is continuously passed.
Die Kurve U stellt die Kühlfähigkeit eines Wärmeaustauschers in einer bestimmten Größe dar. Die Kühlfähigkeit des Wärmeaustauschers kann größer als die sein, die durch die Kurve TJ wiedergegeben ist, es müssen jedoch praktische Grenzwerte bezüglich der Größe und der Kosten der Kühleinrichtung berücksichtigt werden, ebenso der Einfluß auf die Abgabetemperatur des Gas-Flüssigkeitsgemisches. Die Temperatur des Gemisches, das in den Kessel gelangt, muß über dem Taupunkt für die Umgebungsluft bei Verdichtung auf den Betriebsüberdruck gehalten werden.The curve U represents the cooling capacity of a heat exchanger in one certain size. The cooling capacity of the heat exchanger can be greater than that represented by curve TJ, but must have practical limits on size and cost the cooling device must be taken into account, as well as the influence on the discharge temperature of the gas-liquid mixture. The temperature of the mixture that enters the boiler must be kept above the dew point for the ambient air when it is compressed to the operating pressure.
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keit bei herkömmlichen Kompressoranlagen mit Flüssigkeitseinspritzung dar, bei denen die Temperatur so geregelt wird, daß sie über einen großen Bereich an Umgebungstemperaturbedingungen im wesentlichen konstant ist. Die Temperatur von ca. 54 Grad Celsius wird üblicherweise zugrundegelegt.in conventional compressor systems with liquid injection in which the temperature is controlled to be substantially constant over a wide range of ambient temperature conditions. The temperature of around 54 degrees Celsius is common based on.
Die Kurve D in Fig. 3 ist in bezug auf die linke vertikale Skala und die waagrechte Skala eingezeichnet und zeigt die Temperatur des Druckluft-Flüssigkeitsgemisches an, das den Kompressor in der Anlage 10 in Fig. 1 verläßt. Diese Temperaturcharakteristik liegt erheblich über der Taupunkttemperatür für gesättigte Luft bei einem Oberdruck von 689 kPa im Bereich der Umgebungstemperatur, der dargestellt ist. Folglich kann eine Kondensation von Wasserdampf in der Kompressoranlage 10 vermieden werden, auch wenn die Temperatur des Gas-Flüssigkeitsgemisches, das den Kompressor verläßt, relativ zur Umgebungslufttemperatür über einen großen Bereich an Umgebungslufttemperatüren variiert.Curve D in Fig. 3 is relative to the left vertical scale and the horizontal scale is drawn in and shows the temperature of the compressed air-liquid mixture, which the compressor in the system 10 in Fig. 1 leaves. This temperature characteristic is considerably higher the dew point temperature for saturated air at an upper pressure of 689 kPa around the ambient temperature range shown. Consequently, condensation of water vapor in the compressor system 10 can occur can be avoided, even if the temperature of the gas-liquid mixture leaving the compressor is relative to the ambient air temperature varies over a wide range of ambient air temperatures.
In Fig. 3 ist die Kurve S in bezug auf die waagrechte Skala und die obere rechte vertikale Skala eingezeichnet und soll die Verringerung der spezifischen Leistungsaufnahme für einen Kompressor zeigen, der unter Flüssigkeitseinspritzbedingungen nach den Kurven T und F arbeitet, ausgedrückt als ein Prozentsatz der spezifischen Leistungsaufnahme einer allgemein gleichen Kompressoranlage mit konstanter Flüssigkeitseinspritztemperatur, dargestellt durch die Kurve 7, und einer im wesentlichen konstanten Flüssigkeitszuflußrate von 0,090 Kubikmeter pro Minute.In Fig. 3 , the curve S is drawn with respect to the horizontal scale and the upper right vertical scale and is intended to show the reduction in specific power consumption for a compressor operating under liquid injection conditions according to curves T and F, expressed as a percentage of the specific Power consumption of a generally similar compressor system with constant liquid injection temperature, represented by curve 7, and a substantially constant liquid flow rate of 0.090 cubic meters per minute.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 4 gezeigt. Dabei handelt es sich um eine schematische Darstellung einer Schraubkompressoranlage 90 für Luft mit Flüssigkeitseinspritzung, die in mancher Hinsicht der Kompressoranlage 10 entspricht, und entsprechende Teile haben die gleichen Bezugszahlen erhalten. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 können das Regelventil 40 und die Hebenstromleitung 30 weggelassen sein, wie das dargestellt ist, obgleich die Beibehaltung dieser Elemente einige der vorstehend beschriebenen Vorteile bietet. Ferner weist das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ein kraftbetätigtes Drosselventil 92 auf, das in die Flüssigkeitsleitung 48 eingebaut ist, die den Kompressor 12 mit dem Wärmeaustauscher 44 verbindet. Das Ventil 92 kann als Alternativanordnung auch in die Leitung 38 eingebaut sein. Dieses Ventil $2 weist einen Motorregler 94 auf, der auf ein Temperaturmeßelement 96 anspricht, dae so angeordnet ist, daß die Temperatur des Gas-Flüssigkeitsgemisches gemessen wird, das den Kompressor verläßt. Das Temperatürmeßeleeent 96 ist als ein Thermoelement dargestellt, das durch eine geeignete Signalgeberleitung 93 mit dem Motorregler 94 verbunden ist. Der Metorregler 94 und das Meßelement 96 können jedoch auch in einer von mehreren Ausführungen kommerziell erhältlicher Regelvorrichtungen vorgesehen sein, die zur Betätigung des Ventile 92 eingerichtet sind, um den Flüssigkeitszufluß zum Kompressor 12 entsprechend der Temperatur des Mediumgemisches zu regeln, das den Kompressor verläßt.Another embodiment is shown in FIG. This is a schematic representation of a screw compressor system 90 for air with liquid injection, which corresponds in some respects to the compressor system 10, and corresponding parts have been given the same reference numerals. In the embodiment of FIG. 4, the control valve 40 and the bypass line 30 may be omitted, as shown, although the retention of these elements provides some of the advantages described above. Furthermore, the exemplary embodiment according to FIG. 4 has a power-operated throttle valve 92 which is installed in the liquid line 48 which connects the compressor 12 to the heat exchanger 44. The valve 92 can also be installed in the line 38 as an alternative arrangement. This valve $ 2 includes a motor controller 94 which is responsive to a temperature sensing element 96 which is arranged to measure the temperature of the gas-liquid mixture leaving the compressor. The temperature measuring element 96 is shown as a thermocouple which is connected to the motor controller 94 by a suitable signal transmitter line 93. The meter regulator 94 and the measuring element 96 can, however, also be provided in one of several versions of commercially available regulating devices which are designed to operate the valve 92 in order to regulate the flow of liquid to the compressor 12 according to the temperature of the medium mixture leaving the compressor.
Das Regelventil 92 ist zur Regelung des Zuflusses von Flüssigkeit zum Kompressor 12 eingerichtet, um die Temperatur des Gas-Flüssigkeits-The control valve 92 is used to regulate the flow of liquid to the Compressor 12 set up to control the temperature of the gas-liquid
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gemisches zu regulieren, das den Kompressor verläßt, und zwar derart, daß sie konstant ist, unabhängig von der Änderung in der Temperatur des Ansauggasea. Wenn der Kompressor Luft bei Umgebungsansaugtemperaturbedingungen verdichtet und der Wärmeaustauscher 44 von Umgebungslufttempera türen abhängig ist, variiert die Flüssigkeitseinspritztemperatur in Beziehung zur Umgebungslufttemperatur und hat eine Charakteristik ähnlich der Kurve T in Fig. 3· Weil die Temperatur des Gas-Flüesigkeitsgemisches, das den Kompressor 12 in Fig. 4 verläßt, etwa proportional zur Kompressoransauglufttemperatur und zur Flüssigkeitseinspritztemperatur ist, regelt ein Regelventil 92, wie es beschrieben worden ist, den Flüssigkeitszufluß so, daß er sich in bezug auf die Umgebungsansauglufttemperatur in einer Weise ändert, die der Flüssigkeitszuflu6charakteristik entspricht, welche durch die Kurve F in Fig. 5 dargestellt ist. Indem entsprechend dieser Flüssigkeitszufluß so geregelt wird, daß eine konstante Temperatur des Mediumgemisches beibehalten wird, das den Kompressor verläßt, kann eine Erhöhung des Kompressorwirkungsgrads verwirklicht werden, der sich im Vergleich zu herkömmlichen Kompressoranlagen mit konstantem Zufluß und konstanter Flüssigkeitseinspritztemperatur entsprechend den Umgebungβlufttemperaturbedingungen ändert. Die in Fig. 4 gezeigte Anlage weist eine Nebenstromleitung 98 auf, in der sich eine Blende 100 befindet, um sicherzustellen, daß eine Mindestsollmenge an Flüssigkeit unter extremen Niedrigtemperaturbedingungen oder bei Ausfall des Ventils 92 eingespritzt wird. Bei Luftkompressoren mit relativ großer Grundlast oder bei Luftkompressoren für Dauerbetrieb, die unter klimatischento regulate mixture leaving the compressor in such a way that it is constant regardless of the change in the temperature of the suction gas a. When the compressor compresses air at ambient suction temperature conditions and the heat exchanger 44 is dependent on ambient air temperatures, the liquid injection temperature varies in relation to the ambient air temperature and has a characteristic similar to curve T in FIG 4 is approximately proportional to the compressor intake air temperature and the liquid injection temperature, a control valve 92, as described, regulates the flow of liquid so that it changes with respect to the ambient intake air temperature in a manner corresponding to the liquid flow characteristic indicated by the Curve F is shown in FIG. By regulating this liquid flow in such a way that a constant temperature of the medium mixture leaving the compressor is maintained, the compressor efficiency can be increased, which changes in comparison to conventional compressor systems with constant flow and constant liquid injection temperature according to the ambient air temperature conditions. The system shown in FIG. 4 has a bypass line 98 in which an orifice 100 is located to ensure that a minimum desired amount of liquid is injected under extremely low temperature conditions or in the event of valve 92 failure. For air compressors with a relatively high base load or for air compressors for continuous operation that are subject to climatic conditions
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Bedingungen arbeiten, bei denen große Temperaturschwankungen auftreten» kann eine erhebliche Einsparung in der Energie pro Betriebszeit verwirklicht werden, die vom Kompressor aufgenommen wird.Working conditions in which large temperature fluctuations occur »can result in a significant saving in energy per operating time be realized, which is absorbed by the compressor.
Die Koapressoranlage 90 kann besonders gut zur Verwendung in Verbindung mit Einspritzflüssigkeiten geeignet sein, die eine im wesentlichen konstante Viskosität oder eine sehr geringe Änderung in der Viskosität Innerhalb des normalen Betriebstemperaturbereichs des Kompressors haben. Ein Beispiel ist, wenn der Kompressor 12 zum Arbeiten mit Wasser als der Einspritzflüssigkeit ausgelegt ist. Die Kompressorabgabetemperatur,die vom Regelventil 92 aufrechterhalten wird, kann so gewählt sein, daß sie im Einklang mit den Temperaturgrenzen der Flüssigkeit ateht, die die gewünschten physikalischen und chemischen Eigenschaften aufrechterhalten.The coapressor assembly 90 may be particularly well suited for use with injection fluids that have a substantially constant viscosity or very little change in viscosity within the normal operating temperature range of the compressor. One example is when the compressor 12 is designed to work with water as the injection liquid. The compressor discharge temperature maintained by control valve 92 can be selected to be consistent with the temperature limits of the liquid which will maintain the desired physical and chemical properties.
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