IT201800003497A1

IT201800003497A1 - ALTERNATIVE COMPRESSOR AND METHOD TO ADJUST ITS FLOW

Info

Publication number: IT201800003497A1
Application number: IT102018000003497A
Authority: IT
Inventors: Simone Bassani; Leonardo Galeotti; Sandro Bianchini
Original assignee: Nuovo Pignone Tecnologie Srl
Priority date: 2018-03-13
Filing date: 2018-03-13
Publication date: 2019-09-13

Description

COMPRESSORE ALTERNATIVO E METODO PER REGOLARE LA SUA PORTATA ALTERNATIVE COMPRESSOR AND METHOD TO ADJUST ITS FLOW

DESCRIZIONE DESCRIPTION

CAMPO TECNICO TECHNICAL FIELD

[0001] La presente descrizione riguarda miglioramenti ai compressori alternativi. Forme di realizzazione qui descritte riguardano specificamente miglioramenti al controllo di portata dei compressori alternativi. The present disclosure relates to improvements to reciprocating compressors. Embodiments disclosed herein specifically relate to improvements to the flow control of reciprocating compressors.

ARTE ANTERIORE ANTERIOR ART

[0002] Compressori alternativi vengono spesso usati per comprimere fluidi gassosi, in particolare quando sono richiesti elevati rapporti di compressione e basse portate. In generale, un compressore alternativo comprende un cilindro e un pistone che scorre alternativamente nel cilindro. Il cilindro e il pistone formano una o due camere di compressione, in cui un fluido di processo gassoso viene aspirato ad una pressione di aspirazione, compresso e scaricato ad una pressione di mandata o di scarico. Valvole automatiche di aspirazione e scarico sono in comunicazione di fluido con ciascuna camera di compressione. Le valvole si aprono e si chiudono in risposta a un differenziale di pressione attraverso le valvole. Durante ciascun ciclo operativo del compressore alternativo il pistone esegue una corsa di compressione, durante la quale gas contenuto nella camera di compressione viene compresso e scaricato attraverso una o più valvole di scarico, e una corsa di ritorno, o corsa di aspirazione, durante la quale gas viene aspirato nella camera di compressione attraverso una o più valvole di aspirazione. In compressori alternativi a doppio effetto, il pistone e il cilindro formano due camere di compressione, così che mentre gas viene compresso in una camera di compressione, gas viene aspirato nell'altra camera di compressione. Pertanto a ogni corsa di andata e ritorno il pistone esegue compressione e scarico di gas in una camera di compressione e aspirazione di gas nell'altra camera di compressione. Reciprocating compressors are often used to compress gaseous fluids, particularly when high compression ratios and low flow rates are required. In general, a reciprocating compressor comprises a cylinder and a piston which alternately slides in the cylinder. The cylinder and piston form one or two compression chambers, in which a gaseous process fluid is drawn in at a suction pressure, compressed and discharged at a discharge or discharge pressure. Automatic intake and exhaust valves are in fluid communication with each compression chamber. The valves open and close in response to a pressure differential across the valves. During each operating cycle of the reciprocating compressor, the piston performs a compression stroke, during which gas contained in the compression chamber is compressed and discharged through one or more discharge valves, and a return stroke, or suction stroke, during which gas is drawn into the compression chamber through one or more intake valves. In double-acting reciprocating compressors, the piston and cylinder form two compression chambers, so that while gas is being compressed in one compression chamber, gas is drawn into the other compression chamber. Therefore, at each return stroke, the piston compresses and releases gases in one compression chamber and aspirates gas into the other compression chamber.

[0003] La richiesta di portata al compressore può variare durante il funzionamento del compressore alternativo. In alcuni sistemi di compressori alternativi, è prevista una disposizione di rilevamento della pressione per rilevare una pressione di gas sul lato di aspirazione del compressore. Se la pressione rilevata scende sotto una determinata soglia minima, la capacità del compressore deve essere diminuita. Viceversa, se la pressione rilevata diventa superiore a una determinata soglia massima, la portata del compressore deve essere aumentata. In altre forme di realizzazione, la disposizione di rilevamento della pressione è disposta per rilevare una pressione di gas sul lato di mandata del compressore. La richiesta di portata al compressore viene modulata conformemente. Può anche essere prevista una combinazione di diverse disposizioni di rilevamento della pressione. [0003] The flow request to the compressor may vary during operation of the reciprocating compressor. In some reciprocating compressor systems, a pressure sensing arrangement is provided to sense a gas pressure on the suction side of the compressor. If the detected pressure falls below a certain minimum threshold, the compressor capacity must be decreased. Conversely, if the detected pressure becomes higher than a certain maximum threshold, the compressor flow rate must be increased. In other embodiments, the pressure sensing arrangement is arranged to sense a gas pressure on the discharge side of the compressor. The flow request to the compressor is modulated accordingly. A combination of different pressure sensing arrangements may also be provided.

[0004] Varie differenti tecniche sono state sviluppate per controllare la portata del compressore. Various different techniques have been developed to control the compressor flow rate.

[0005] Secondo un approccio, la portata del compressore viene controllata controllando lo spazio morto del cilindro. Nel senso impiegato nel settore, il termine "spazio morto del cilindro" è il volume rimanente in una estremità del cilindro quando il pistone è al termine della sua corsa, cioè al suo punto morto. Lo spazio morto è dato dalla somma del volume tra la testa del cilindro e il pistone, e il volume sotto le sedi delle valvole. Per ottenere uno spazio morto variabile viene previsto un volume aggiuntivo all'estremità del cilindro. In compressori a doppio effetto, gli spazi aggiuntivi sono previsti a entrambe le estremità del cilindro. I volumi aggiuntivi possono essere selettivamente aperti e chiusi per modificare a gradini lo spazio morto del cilindro e quindi la portata del compressore. According to one approach, the flow rate of the compressor is controlled by controlling the dead space of the cylinder. In the sense used in the industry, the term "dead space of the cylinder" is the volume remaining in one end of the cylinder when the piston is at the end of its stroke, that is, at its dead center. Dead space is the sum of the volume between the cylinder head and the piston, and the volume under the valve seats. To achieve variable dead space, an additional volume is provided at the end of the cylinder. In double-acting compressors, additional spaces are provided at both ends of the cylinder. The additional volumes can be selectively opened and closed to stepwise modify the dead space of the cylinder and therefore the flow rate of the compressor.

[0006] Secondo un altro approccio, un dispositivo di scarico è applicato alle valvole di aspirazione del compressore alternativo. A carichi parziali, cioè quando la richiesta di portata è inferiore alla portata nominale, il dispositivo di scarico viene attivato e non consente alla rispettiva valvole di aspirazione di chiudersi quando il pistone inizia la sua corsa di compressione. Cioè, il dispositivo di scarico ritarda la chiusura dell'otturatore della valvola di aspirazione controllata, cosicché una certa quantità di gas ritorna verso il collettore di aspirazione attraverso la valvola di aspirazione, mentre il pistone esegue una parte della sua corsa di compressione. Una volta che il pistone ha eseguito una certa porzione della sua corsa di compressione e la quantità desiderata di gas da comprimere rimane la camera di compressione, il dispositivo di scarico rilascia l'otturato della valvola di aspirazione. Regolando la posizione del pistone, alla quale l'otturato della valvola di aspirazione viene rilasciato e chiude nuovamente, la portata del compressore può essere regolata senza gradini, cioè in maniera continua. Forme di realizzazione esemplificative di dispositivi di scarico e rispettivi metodi di controllo sono descritti ad esempio nel brevetto USA n.7.331.767, nel brevetto USA n.9.377.018 e in US2012/0207623. According to another approach, an exhaust device is applied to the intake valves of the reciprocating compressor. At partial loads, i.e. when the flow request is lower than the nominal flow rate, the exhaust device is activated and does not allow the respective intake valves to close when the piston begins its compression stroke. That is, the exhaust device delays the closing of the shutter of the controlled intake valve, so that a certain amount of gas returns to the intake manifold through the intake valve, while the piston performs a part of its compression stroke. Once the piston has performed a certain portion of its compression stroke and the desired amount of gas to be compressed remains in the compression chamber, the exhaust device releases the plug from the intake valve. By adjusting the position of the piston, at which the plug of the suction valve is released and closes again, the flow rate of the compressor can be adjusted without steps, i.e. continuously. Exemplary embodiments of discharge devices and respective control methods are described for example in US patent 7,331,767, US patent 9,377,018 and US2012 / 0207623.

[0007] Questo approccio viene denominato "controllo a riflusso", poiché esso è basato sul provocare un riflusso parziale del gas dalla camera di compressione verso il plenum di ingresso del compressore. Il vantaggio del controllo a riflusso è che la portata del compressore può essere regolata senza gradini, cioè in una maniera sostanzialmente continua. Tuttavia, questo controllo di portata noto soffre di alcuni inconvenienti. Tra gli altri, e in particolare nel caso di compressori alternativi a doppio effetto, la necessità di un dispositivo di scarico per ciascun valvola di aspirazione in entrambe le camere di compressione aumenta il costo della macchina e aumenta anche il rischio di guasto. Inoltre, il riflusso provoca un riscaldamento del gas e quindi un aumento indesiderato di temperatura allo scarico del compressore alternativo, la quale aumenta al diminuire della portata del compressore. Inoltre, minore è la portata del compressore, minore è la sua efficienza. L'aumento di temperatura provocata dal riflusso implica la necessità di un maggior numero di stadi di compressore, nonché disposizioni di refrigerazione più complesse e più ingombranti. This approach is referred to as "backflow control" since it is based on causing a partial backflow of gas from the compression chamber to the compressor inlet plenum. The advantage of backflow control is that the compressor flow rate can be adjusted steplessly, i.e. in a substantially continuous manner. However, this known flow control suffers from some drawbacks. Among others, and particularly in the case of double-acting reciprocating compressors, the need for an exhaust device for each intake valve in both compression chambers increases the cost of the machine and also increases the risk of failure. Furthermore, the reflux causes a heating of the gas and therefore an undesired increase in the temperature at the discharge of the reciprocating compressor, which increases as the compressor flow rate decreases. Furthermore, the lower the compressor flow rate, the lower its efficiency. The rise in temperature caused by backflow implies the need for more compressor stages, as well as more complex and bulkier refrigeration arrangements.

[0008] Sarebbe pertanto vantaggioso fornire un più efficiente controllo di portata senza gradini per un compressore alternativo. It would therefore be advantageous to provide more efficient stepless flow control for a reciprocating compressor.

SOMMARIO SUMMARY

[0009] Secondo un aspetto, viene descritto un compressore alternativo a doppio effetto, comprendente un cilindro e un pistone disposto per muoversi alternativamente nel cilindro. Il pistone e il cilindro formano una camera di compressione sul lato di testa e una camera di compressione sul lato di manovella. Una valvola di aspirazione sul lato di testa e una valvola di scarico sul lato di testa sono in comunicazione di fluido con la camera di compressione sul lato di testa. Inoltre, una valvola di aspirazione sul lato di manovella e una valvola di scarico sul lato di manovella sono in comunicazione di fluido con la camera di compressione del lato di manovella. Un dispositivo di controllo del riflusso è associato funzionalmente con una delle dette camera di compressione lato di testa e camera di compressione lato di manovella ed è atto a controllare la rispettiva valvola di aspirazione. Inoltre, un volume aggiuntivo è atto ad essere posto in comunicazione di fluido con l'altra di dette camera di compressione lato di testa e camera di compressione lato di manovella. E' prevista un’unità di controllo, atta a controllare il dispositivo di controllo del riflusso così che la rispettiva valvola di aspirazione è impedita di chiudersi durante una prima porzione di una corsa di compressione del pistone, ed è chiusa durante una seconda porzione della corsa di compressione. Secondo forme di realizzazione qui descritte, l'unità di controllo è atta a regolare senza gradini una portata del compressore in risposta ad una richiesta di portata. La regolazione senza gradini è ottenuta variando la prima porzione e la seconda porzione della corsa di compressione e, in maniera con ciò coordinata, aprendo e chiudendo selettivamente il volume aggiuntivo. According to one aspect, a double-acting reciprocating compressor is described, comprising a cylinder and a piston arranged to move alternately in the cylinder. The piston and cylinder form a compression chamber on the head side and a compression chamber on the crank side. An intake valve on the head side and an exhaust valve on the head side are in fluid communication with the compression chamber on the head side. Also, an intake valve on the crank side and an exhaust valve on the crank side are in fluid communication with the crank side compression chamber. A backflow control device is functionally associated with one of said head side compression chamber and crank side compression chamber and is adapted to control the respective intake valve. Furthermore, an additional volume is adapted to be placed in fluid communication with the other of said head side compression chamber and crank side compression chamber. A control unit is provided, adapted to control the backflow control device so that the respective intake valve is prevented from closing during a first portion of a compression stroke of the piston, and is closed during a second portion of the stroke. compression. According to embodiments described here, the control unit is adapted to steplessly regulate a compressor flow rate in response to a flow request. The stepless adjustment is achieved by varying the first portion and the second portion of the compression stroke and, in a coordinated manner thereby, selectively opening and closing the additional volume.

[0010] Come risulterà più chiaro dalla descrizione di forme di realizzazione esemplificative, la disposizione descritta consente una regolazione senza gradini, cioè graduale e continua della capacità del compressore, cioè della portata del compressore, mentre allo stesso tempo consente di ridurre gli inconvenienti dei compressori dell'arte corrente. [0010] As will become clearer from the description of exemplary embodiments, the described arrangement allows a stepless, i.e. gradual and continuous adjustment of the compressor capacity, i.e. of the compressor flow rate, while at the same time allowing to reduce the inconveniences of the compressors of current art.

[0011] Nel senso qui usato, il termine "senza gradini" può essere inteso come un controllo continuo, graduale, tale che la portata di gas può essere adattata alla richiesta di portata in maniera continua, piuttosto che a gradini. [0011] In the sense used herein, the term "stepless" can be understood as a continuous, gradual control, such that the gas flow rate can be adapted to the flow demand in a continuous manner, rather than in steps.

[0012] Secondo un ulteriore aspetto, viene qui descritto un metodo per il funzionamento di un compressore centrifugo a doppio effetto, che comprende le seguenti fasi: [0012] According to a further aspect, a method for operating a double-acting centrifugal compressor is described here, which comprises the following steps:

muovere alternativamente un pistone in un cilindro, il pistone e il cilindro formando una camera di compressione sul lato di testa e una camera di compressione sul lato di manovella; in cui una valvola di aspirazione sul lato di testa e una valvola di scarico sul lato di testa sono in connessione di fluido con la camera di compressione sul lato di testa; e in cui una valvola di aspirazione sul lato di manovella e una valvola di scarico sul lato di manovella sono in comunicazione di fluido con la camera di compressione sul lato di manovella; e alternately moving a piston in a cylinder, the piston and the cylinder forming a compression chamber on the head side and a compression chamber on the crank side; wherein an intake valve on the head side and an exhaust valve on the head side are in fluid connection with the compression chamber on the head side; and wherein an intake valve on the crank side and an exhaust valve on the crank side are in fluid communication with the compression chamber on the crank side; And

controllare una portata del compressore variando la lunghezza di una prima porzione di una corsa di compressione del pistone, durante la quale la valvola di aspirazione di una di dette camera di compressione sul lato di manovella e camera di compressione sul lato di testa è mantenuta in posizione aperta; e aprire e chiudere selettivamente un volume aggiuntivo in accoppiamento di fluido con l'altra di dette camera di compressione sul lato di manovella e camera di compressione sul lato di testa. control a compressor flow rate by varying the length of a first portion of a compression stroke of the piston, during which the intake valve of one of said compression chamber on the crank side and compression chamber on the head side is held in position open; and selectively opening and closing an additional volume in fluid coupling with the other of said compression chamber on the crank side and compression chamber on the head side.

[0013] Secondo un ulteriore aspetto, viene descritto un compressore alternativo a singolo effetto, che comprende un cilindro e un pistone meccanicamente accoppiato ad un albero a gomito e disposto nel cilindro per muoversi alternativamente in esso. Il pistone e il cilindro formano una camera di compressione. Il compressore comprende inoltre una valvola di aspirazione e una valvola di scarico in comunicazione di fluido con la camera di compressione, nonché un dispositivo di controllo del riflusso, atto a controllare la valvola di aspirazione. Un’unità di controllo è atta a controllare il dispositivo di controllo del riflusso così che la valvola di aspirazione viene impedita di chiudersi durante una prima porzione di una corsa di compressione del pistone ed è chiusa durante una seconda porzione della corsa di compressione. Un volume aggiuntivo è atto a essere posto selettivamente in comunicazione di fluido con la camera di compressione. L'unità di controllo è atta a controllare senza gradini la portata del compressore in risposta ad una richiesta di portata, variando la prima porzione e la seconda porzione della corsa di compressione e, in maniera con ciò coordinata, selettivamente aprire e chiudere il volume aggiuntivo. [0013] According to a further aspect, a single-acting reciprocating compressor is described, which comprises a cylinder and a piston mechanically coupled to a crankshaft and arranged in the cylinder to move alternately therein. The piston and cylinder form a compression chamber. The compressor further comprises an intake valve and an exhaust valve in fluid communication with the compression chamber, as well as a backflow control device, adapted to control the intake valve. A control unit is adapted to control the backflow control device so that the intake valve is prevented from closing during a first portion of a compression stroke of the piston and is closed during a second portion of the compression stroke. An additional volume is adapted to be selectively placed in fluid communication with the compression chamber. The control unit is able to steplessly control the compressor flow rate in response to a flow request, varying the first portion and the second portion of the compression stroke and, in a coordinated manner, selectively open and close the additional volume. .

[0014] Secondo ancora un ulteriore aspetto, viene qui descritto un metodo per il funzionamento di un compressore alternativo a singolo effetto, comprendente le seguenti fasi: [0014] According to a still further aspect, a method for operating a single-acting reciprocating compressor is described here, comprising the following steps:

muovere reciprocamente un pistone in un cilindro, il pistone e il cilindro formando una camera di compressione; in cui una valvola di aspirazione e una valvola di scarico sono in comunicazione di fluido con la camera di compressione; e controllare una portata del compressore variando la lunghezza di una prima porzione di una corsa di compressione del pistone, durante la quale la valvola di compressione viene mantenuta in una posizione aperta; e selettivamente aprire e chiudere un volume aggiuntivo in accoppiamento di fluido con la camera di compressione, in risposta ad una richiesta di portata e alla lunghezza della prima porzione della corsa di compressione. reciprocally moving a piston in a cylinder, the piston and the cylinder forming a compression chamber; wherein an intake valve and an exhaust valve are in fluid communication with the compression chamber; and controlling a compressor flow rate by varying the length of a first portion of a compression stroke of the piston, during which the compression valve is held in an open position; and selectively opening and closing an additional volume in fluid coupling with the compression chamber, in response to a demand for flow and the length of the first portion of the compression stroke.

[0015] Ulteriori caratteristiche e forme di realizzazione del compressore alternativo e del rispettivo metodo di controllo sono descritti nel seguito e definiti nelle rivendicazioni accluse. Further characteristics and embodiments of the reciprocating compressor and the respective control method are described below and defined in the accompanying claims.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0016] Una comprensione più completa delle forme di realizzazione illustrate dell’invenzione e dei molti vantaggi conseguiti sarà ottenuta quando la suddetta invenzione verrà meglio compresa con riferimento alla descrizione dettagliata che segue in combinazione con i disegni allegati, in cui: la [0016] A more complete understanding of the illustrated embodiments of the invention and the many advantages achieved will be obtained when the aforementioned invention will be better understood with reference to the detailed description that follows in combination with the attached drawings, in which: the

Fig.1 illustra una sezione di un compressore alternativo a doppio effetto esemplificativo, comprendente due cilindri; la Fig.1 illustrates a section of an exemplary double-acting reciprocating compressor, comprising two cylinders; there

Fig.2 illustra un diagramma che riporta i segnali di comando per l'attuatore del dispositivo di controllo del riflusso e per l'attuatore del volume aggiuntivo in un compressore alternativo secondo la presente descrizione; la Fig.2 illustrates a diagram showing the control signals for the actuator of the backflow control device and for the actuator of the additional volume in a reciprocating compressor according to the present description; there

Fig.3 illustra un diagramma mostrante la potenza e la temperatura in funzione della portata del compressore in un compressore alternativo secondo una forma di realizzazione della presente descrizione; la Fig.3 illustrates a diagram showing the power and temperature as a function of the compressor flow rate in a reciprocating compressor according to an embodiment of the present description; there

Fig.4 è un diagramma che riporta la temperatura e la potenza in funzione della portata di compressore in un compressore alternativo dell'arte corrente equipaggiato con un controllo del riflusso; la Fig.4 is a diagram showing the temperature and power as a function of the compressor flow rate in a reciprocating compressor of the current art equipped with a backflow control; there

Fig.5 è un diagramma riportante la temperatura e la potenza in funzione della portata del compressore in un compressore alternativo secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente descrizione; la Fig.5 is a diagram showing the temperature and power as a function of the compressor capacity in a reciprocating compressor according to a further embodiment of the present description; there

Fig.6 è un diagramma di flusso che riassume forme di realizzazione di un metodo di controllo qui descritto; e la Fig.6 is a flow chart summarizing embodiments of a control method described here; and the

Fig.7 è uno schema di un compressore alternativo a singolo effetto secondo la presente descrizione. Fig.7 is a diagram of a single-acting reciprocating compressor according to the present description.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DETAILED DESCRIPTION

[0017] Per fornire una regolazione più efficiente della portata, il compressore alternativo comprende un dispositivo di controllo del riflusso, che fornisce una regolazione continua, cioè senza gradini, della portata del compressore, in combinazione con un volume aggiuntivo addizionale. La portata viene controllata combinando il controllo del riflusso e il controllo del volume aggiuntivo come segue. Il controllo del riflusso viene usato per ridurre gradualmente la portata del compressore fino al raggiungimento di una certa soglia di portata. Al raggiungimento di detta soglia, il volume aggiuntivo viene aperto e allo stesso tempo il dispositivo di controllo del riflusso viene regolato a gradini per bilanciare l'effetto dell'apertura del volume aggiuntivo. La portata viene poi ulteriormente ridotta agendo sul dispositivo di controllo del riflusso. Una sequenza inversa viene eseguita quando la portata del compressore deve essere aumentata. To provide more efficient regulation of the flow rate, the reciprocating compressor includes a backflow control device, which provides continuous, i.e. stepless, regulation of the compressor flow rate, in combination with an additional additional volume. The flow rate is controlled by combining the backflow control and the additional volume control as follows. The backflow control is used to gradually reduce the compressor flow rate until a certain flow rate threshold is reached. Upon reaching this threshold, the additional volume is opened and at the same time the backflow control device is adjusted in steps to balance the effect of opening the additional volume. The flow is then further reduced by acting on the backflow control device. A reverse sequence is performed when the compressor flow rate needs to be increased.

[0018] Il processo può essere eseguito su un compressore a singolo cilindro o su un compresso a cilindri multipli, ad esempio un compressore alternativo comprendente due cilindri in parallelo. [0018] The process can be performed on a single cylinder compressor or on a multiple cylinder compressor, for example a reciprocating compressor comprising two cylinders in parallel.

[0019] In applicazioni particolarmente vantaggiose, il compressore alternativo è un compressore alternativo a doppio effetto, comprendente una camera di compressione sul lato di testa e una camera di compressione sul lato di manovella definite su lati opposti del pistone che si muove alternativamente. In questo caso, secondo forme di realizzazione attualmente preferite, il dispositivo di controllo del riflusso è atto a controllare una valvola di aspirazione della camera di compressione sul lato di manovella, mentre il volume aggiuntivo è atto ad essere selettivamente in comunicazione di fluido con la camera di compressione sul lato di testa. In particularly advantageous applications, the reciprocating compressor is a double-acting reciprocating compressor, comprising a compression chamber on the head side and a compression chamber on the crank side defined on opposite sides of the reciprocating piston. In this case, according to currently preferred embodiments, the backflow control device is adapted to control an intake valve of the compression chamber on the crank side, while the additional volume is adapted to be selectively in fluid communication with the chamber. compression on the head side.

[0020] La seguente descrizione di forme realizzative preferite riguarda un compressore alternativo a due cilindri a doppio effetto, ma questa configurazione deve essere considerata come illustrativa e non limitativa dell'insegnamento della presente descrizione. The following description of preferred embodiments relates to a double-acting two-cylinder reciprocating compressor, but this configuration is to be considered as illustrative and not limiting of the teaching of the present description.

[0021] La Fig.1 illustra un compressore alternativo a doppio effetto 1 comprendente due cilindri 1.1, 1.2 e rispettivi pistoni, che possono essere azionati da un albero a gomito comune. I due cilindri 1.1 e 1.2 possono essere identici o simili, e possono essere accoppiati in parallelo, in quanto le luci di aspirazione di entrambi i cilindri sono in accoppiamento di fluido con la stessa sorgente di gas, e le luci di scarico di entrambi i cilindri sono in accoppiamento di fluido con la stessa uscita di gas. Gli stessi numeri di riferimento verranno quindi usati per designare parti, elementi e componenti uguali o corrispondenti dei due cilindri 1.1 e 1.2. [0021] Fig.1 illustrates a double-acting reciprocating compressor 1 comprising two cylinders 1.1, 1.2 and respective pistons, which can be driven by a common crankshaft. The two cylinders 1.1 and 1.2 can be identical or similar, and can be coupled in parallel, as the intake ports of both cylinders are in fluid coupling with the same gas source, and the exhaust ports of both cylinders they are in fluid coupling with the same gas outlet. The same reference numbers will then be used to designate equal or corresponding parts, elements and components of the two cylinders 1.1 and 1.2.

[0022] In alcune forme di realizzazione, ciascun cilindro 1.1 e 1.2 comprende un’estremità di testa 101, un’estremità di manovella 105 e un pezzo distanziatore 103, che collega la testa del compressore di ciascun cilindro 1.1 e 1.2 a un telaio 102 del compressore. Un albero a gomito 104 è disposto nel telaio 102 del compressore. L'albero a gomito 104 ruota attorno ad un asse di rotazione 106. Un motore primo, non mostrato, porta in rotazione l'albero a gomito 104. In some embodiments, each cylinder 1.1 and 1.2 comprises a head end 101, a crank end 105 and a spacer piece 103, which connects the compressor head of each cylinder 1.1 and 1.2 to a frame 102 of the compressor. A crankshaft 104 is disposed in the compressor frame 102. The crankshaft 104 rotates about an axis of rotation 106. A prime mover, not shown, rotates the crankshaft 104.

[0023] Per ciascun cilindro 1.1, 1.2 una biella 108 trasmette il moto dall'albero a gomito 104 a una rispettiva testa a croce 110, che si muove di moto alternato in una guida 112 della testa a croce. Un'asta 114 del pistone collega la testa a croce 110 ad un pistone 116, che è atto a scorrere alternativamente in una camera o cilindro 120. Il pistone 116 divide la camera in una prima camera di compressione 118A e in una seconda camera di compressione 118B. La prima camera di compressione 118A è disposta alla testa 101 del cilindro ed è pertanto denominata camera di compressione lato di testa 118A, mentre la seconda camera di compressione è anche denominata camera di compressione lato di manovella 118B. [0023] For each cylinder 1.1, 1.2 a connecting rod 108 transmits the motion from the crankshaft 104 to a respective cross head 110, which moves with reciprocating motion in a guide 112 of the cross head. A piston rod 114 connects the crosshead 110 to a piston 116, which is adapted to slide alternately in a chamber or cylinder 120. The piston 116 divides the chamber into a first compression chamber 118A and a second compression chamber 118B. The first compression chamber 118A is arranged at the head 101 of the cylinder and is therefore called the head-side compression chamber 118A, while the second compression chamber is also called the crank-side compression chamber 118B.

[0024] Un gas di processo è aspirato selettivamente in ciascuna delle camere lato di testa e lato di manovella 118A, 118B ad una pressione inferiore (pressione di aspirazione), compresso e scaricato ad una pressione superiore (pressione di mandata o pressione di scarico). La camera di compressione sul lato di testa 118A e la camera di compressione sul lato di manovella 118B sono provviste ciascuna di almeno una valvola di aspirazione e una valvola di scarico, o valvola di mandata. Il processo di aspirazione, compressione e scarico viene eseguito nelle due camere di compressione 118A, 118B in maniera temporalmente sfalsata, cioè quando gas viene aspirato in una delle dette camera di compressione lato di testa 118A e camera di compressione lato di manovella 118B, gas nell'altra di dette camera di compressione lato di testa 118A e camera di compressione lato di manovella 118B viene compresso e scaricato. [0024] A process gas is selectively drawn into each of the head side and crank side chambers 118A, 118B at a lower pressure (suction pressure), compressed and discharged at a higher pressure (discharge pressure or discharge pressure) . The compression chamber on the head side 118A and the compression chamber on the crank side 118B are each provided with at least one intake valve and one discharge valve, or delivery valve. The process of intake, compression and exhaust is carried out in the two compression chambers 118A, 118B in a time-staggered manner, i.e. when gas is sucked into one of said head side compression chamber 118A and crank side compression chamber 118B, gas in the The other of said head side compression chamber 118A and crank side compression chamber 118B is compressed and discharged.

[0025] Ciascuna camera di compressione 118A, 118B è in accoppiamento di fluido con almeno una valvola di aspirazione e con una valvola di scarico. In alcune forme di realizzazione, più di una valvola di scarico e/o più di una valvola di aspirazione possono essere previste per ciascuna camera di compressione 118A, 118B. Nella forma di realizzazione esemplificativa della Fig.1, una valvola di aspirazione 122A è in accoppiamento di fluido con la camera di compressione sul lato di testa 118A e una valvola di aspirazione 122B è in accoppiamento di fluido con la camera di compressione sul lato di manovella 118B. Le valvole di aspirazione 122A, 122B possono essere in accoppiamento di fluido con un plenum di ingresso 126, che a sua volta è in accoppiamento di fluido con una sorgente di gas 128. [0025] Each compression chamber 118A, 118B is in fluid coupling with at least one intake valve and with an exhaust valve. In some embodiments, more than one exhaust valve and / or more than one intake valve may be provided for each compression chamber 118A, 118B. In the exemplary embodiment of Fig. 1, an intake valve 122A is in fluid coupling with the compression chamber on the head side 118A and an intake valve 122B is in fluid coupling with the compression chamber on the crank side 118B. The inlet valves 122A, 122B may be in fluid coupling with an inlet plenum 126, which in turn is in fluid coupling with a gas source 128.

[0026] Una valvola di scarico 124A è in accoppiamento di fluido con la camera di compressione sul lato di testa 118A e una valvola di scarico 124B è in accoppiamento di fluido con la camera di compressione sul lato di manovella 118B. Le valvole di scarico 124A, 124B sono in accoppiamento di fluido con un plenum di scarico 130, che a sua volta è in accoppiamento di fluido con una uscita di gas 134. An exhaust valve 124A is in fluid coupling with the compression chamber on the head side 118A and an exhaust valve 124B is in fluid coupling with the compression chamber on the crank side 118B. The exhaust valves 124A, 124B are in fluid coupling with a discharge plenum 130, which in turn is in fluid coupling with a gas outlet 134.

[0027] Le valvole di aspirazione 122A, 122B e le valvole di scarico 124A, 124B sono usualmente valvole automatiche, che si aprono e si chiudono selettivamente in risposta ad una differenza di pressione fra un ingresso di valvola e un’uscita di valvola. Pertanto, le valvole di aspirazione 122A, 122B si aprono quando la pressione nella rispettiva camera di compressione 118A, 118B cala, così che gas entra nella camera di compressione. Le valvole di aspirazione chiudono una volta che il pistone 116 ha raggiunto il rispettivo punto morto e inizia a muoversi in verso opposto, riducendo così il volume della camera di compressione. Le valvole di scarico funzionano nel modo opposto, cioè esse di chiudono quando la pressione nella camera di compressione scende e si aprono quando la pressione nella camera di compressione aumenta. [0027] The intake valves 122A, 122B and the exhaust valves 124A, 124B are usually automatic valves, which open and close selectively in response to a pressure difference between a valve inlet and a valve outlet. Therefore, the intake valves 122A, 122B open when the pressure in the respective compression chamber 118A, 118B drops, so that gas enters the compression chamber. The intake valves close once the piston 116 has reached the respective dead center and begins to move in the opposite direction, thus reducing the volume of the compression chamber. The exhaust valves work in the opposite way, i.e. they close when the pressure in the compression chamber drops and open when the pressure in the compression chamber increases.

[0028] Più specificamente, in normali condizioni operative e a piena portata del compressore, quando il pistone 116 si muove dall'estremità di testa 101 verso l'estremità di manovella 105, le valvole di aspirazione 122A si aprono e le valvole di scarico 124A si chiudono, mentre le valvole di aspirazione 122B si chiudono e le valvole di scarico 124B si aprono. Viceversa, quando il pistone 116 si muove dal lato di manovella 105 verso il lato di testa 101, le valvole di aspirazione 122B si aprono e le valvole di scarico 124B si chiudono, mentre le valvole di aspirazione 122A si chiudono e le valvole di scarico 124A si aprono. Una determinata quantità di gas di processo viene così elaborata in entrambe le camere di compressione 118A, 118B di ciascun cilindro 1.1 e 1.2 a ciascuna corsa del pistone 116. More specifically, under normal operating conditions and at full compressor flow rate, as the piston 116 moves from the head end 101 to the crank end 105, the intake valves 122A open and the exhaust valves 124A close, while the intake valves 122B close and the exhaust valves 124B open. Conversely, as the piston 116 moves from the crank side 105 to the head side 101, the intake valves 122B open and the exhaust valves 124B close, while the intake valves 122A close and the exhaust valves 124A they open. A certain amount of process gas is thus processed in both compression chambers 118A, 118B of each cylinder 1.1 and 1.2 at each stroke of piston 116.

[0029] Inoltre il compressore alternativo 1 può comprendere, o può essere accoppiato funzionalmente a, un’unità di controllo 131. L'unità di controllo 131 può essere collegata funzionalmente ad almeno un dispositivo sensore per rilevare almeno un parametro operativo di almeno un cilindro 1.1, 1.2 o di una sezione del circuito, di cui il compressore alternativo 1 fa parte. Nella forma di realizzazione esemplificativa della Fig.1, l'unità di controllo 131 è accoppiata funzionalmente a un sensore di pressione 133, che è atto a rilevare la pressione di gas in un opportuno punto del circuito di gas, ad esempio nel plenum di ingresso 126. In altre forme di realizzazione, il sensore di pressione può essere disposto nel plenum di uscita. In ancora ulteriori forme di realizzazione, può essere prevista una combinazione di sensori di pressione, piuttosto che un unico sensore, possibilmente in differenti posizioni. [0029] Furthermore, the reciprocating compressor 1 can comprise, or can be functionally coupled to, a control unit 131. The control unit 131 can be functionally connected to at least one sensor device to detect at least one operating parameter of at least one cylinder 1.1, 1.2 or a section of the circuit, of which the reciprocating compressor 1 is a part. In the exemplary embodiment of Fig.1, the control unit 131 is functionally coupled to a pressure sensor 133, which is adapted to detect the gas pressure at a suitable point of the gas circuit, for example in the inlet plenum. 126. In other embodiments, the pressure sensor may be disposed in the outlet plenum. In still further embodiments, a combination of pressure sensors may be provided, rather than a single sensor, possibly in different positions.

[0030] L'unità di controllo 131 è atta a regolare la portata del compressore alternativo 1 sulla base di dati provenienti dall'almeno un dispositivo sensore. Ad esempio, l'unità di controllo 131 può essere atta a modulare o regolare la portata del compressore così che la pressione rilevata dal sensore di pressione 133 rimane all'interno di un intervallo di pressione. Nel senso qui utilizzato il termine "portata" può essere inteso come una portata in massa o in volume del compressore alternativo 1, o preferibilmente come una percentuale della portata nominale del compressore. Ad esempio una portata di X% significa che il compressore alimenta una portata che è X% della portata totale del compressore. In forme di realizzazione esemplificative descritte qui di seguito la portata è espressa in percentuale di una portata totale del compressore in un determinato punto operativo (temperatura e pressione di gas di processo). [0030] The control unit 131 is adapted to regulate the flow rate of the reciprocating compressor 1 on the basis of data coming from the at least one sensor device. For example, the control unit 131 can be adapted to modulate or regulate the flow rate of the compressor so that the pressure detected by the pressure sensor 133 remains within a pressure range. In the sense used here, the term "flow" can be understood as a mass or volume flow rate of the reciprocating compressor 1, or preferably as a percentage of the nominal flow rate of the compressor. For example, a flow rate of X% means that the compressor supplies a flow rate that is X% of the total compressor flow rate. In exemplary embodiments described below, the flow rate is expressed as a percentage of a total compressor flow rate at a given operating point (process gas temperature and pressure).

[0031] Allo scopo di regolare la portata del compressore secondo una richiesta di portata, almeno uno e preferibilmente entrambi i cilindri 1.1 e 1.2 sono provvisti di almeno un dispositivo di controllo del riflusso 141 combinato ad almeno una valvola di aspirazione di una delle due camere di compressione. In forme di realizzazione attualmente preferite, ciascun cilindro 1.1 e 1.2 è provvisto di un dispositivo di controllo del riflusso 141 combinato alla valvola di aspirazione 122B della camera di compressione del lato di manovella 118B. La o le valvole di aspirazione 122A dell'altra camera di compressione 118A sono preferibilmente prive di qualunque dispositivo di controllo del riflusso. Ciò da luogo ad una disposizione costruttiva più semplice. [0031] In order to regulate the compressor flow rate according to a flow request, at least one and preferably both cylinders 1.1 and 1.2 are provided with at least one backflow control device 141 combined with at least one suction valve of one of the two chambers compression. In presently preferred embodiments, each cylinder 1.1 and 1.2 is provided with a backflow control device 141 combined with the crank side compression chamber intake valve 122B 118B. The intake valve or valves 122A of the other compression chamber 118A are preferably devoid of any backflow control device. This results in a simpler constructive arrangement.

[0032] Come noto agli esperti del ramo, un dispositivo di controllo del riflusso è un dispositivo atto a modificare, alterare o influenzare il normale periodico movimento di apertura e chiusura automatico delle valvole di aspirazione in funzione della pressione, allo scopo di regolare senza gradini, cioè in maniera continua la portata del compressore alternativo. Il dispositivo di controllo del riflusso agisce sull'otturatore della rispettiva valvola automatica di aspirazione, così che la chiusura automatica della valvola di aspirazione durante la corsa di compressione del pistone viene evitata per una parte della corsa del pistone, così evitando che la pressione del gas nella camera di compressione aumenti ed evitando che la valvola di scarico si apra. Il gas fluisce indietro dalla camera di compressione verso il plenum di ingresso attraverso la valvola di aspirazione. In questa condizione dalla camera di compressione non viene alimentato gas. Quando l'azione del dispositivo di controllo del riflusso sull'otturatore della valvola cessa, la valvola di aspirazione si chiude e la continuazione del movimento del pistone 116 verso l'estremità di testa comprime il gas nella camera di compressione e infine provoca l'apertura della valvola di scarico e la mandata del gas compresso verso l'uscita di gas 134. [0032] As known to those skilled in the art, a backflow control device is a device suitable for modifying, altering or influencing the normal periodic automatic opening and closing movement of the suction valves as a function of pressure, in order to adjust without steps , i.e. continuously the flow rate of the reciprocating compressor. The backflow control device acts on the shutter of the respective automatic inlet valve, so that the automatic closing of the inlet valve during the compression stroke of the piston is avoided for a part of the piston stroke, thus preventing the gas pressure in the compression chamber increases and preventing the exhaust valve from opening. The gas flows back from the compression chamber to the inlet plenum through the intake valve. In this condition no gas is supplied from the compression chamber. When the action of the backflow control device on the valve plug ceases, the intake valve closes and the continuation of the movement of the piston 116 towards the head end compresses the gas in the compression chamber and ultimately causes the opening of the exhaust valve and the delivery of the compressed gas to the gas outlet 134.

[0033] La corsa di compressione del pistone 116 viene così suddivisa in una prima porzione di corsa e in una seconda porzione di corsa. Gas compresso viene alimentato soltanto durante la seconda porzione di corsa. L'estensione della prima porzione di corsa e della seconda porzione di corsa può essere regolata in funzione della richiesta di portata. Un segnale di controllo del riflusso, che dipende dalla richiesta di portata, viene generato dall'unità di controllo 131 e viene applicato al dispositivo di controllo del riflusso 141. L'estensione della prima porzione di corsa o frazione di corsa, e quindi l'estensione della seconda porzione di corsa o frazione di corsa sono determinate dal segnale di controllo del riflusso. In altre parole, il segnale di controllo del riflusso determina il ritardo della chiusura della valvola di aspirazione 122B su cui agisce il dispositivo di controllo del riflusso 141. [0033] The compression stroke of the piston 116 is thus divided into a first stroke portion and a second stroke portion. Compressed gas is supplied only during the second stroke portion. The extension of the first stroke portion and of the second stroke portion can be adjusted according to the flow demand. A backflow control signal, which depends on the flow demand, is generated by the control unit 131 and is applied to the backflow control device 141. The extension of the first stroke portion or fraction of stroke, and hence the extension of the second stroke portion or fraction of stroke is determined by the backflow control signal. In other words, the backflow control signal determines the delay in closing the intake valve 122B on which the backflow control device 141 acts.

[0034] La struttura e il modo di controllo del dispositivo di controllo del riflusso 141 sono noti agli esperti del ramo e non richiedono di essere qui descritti. Ciò che rileva è che il dispositivo di controllo del riflusso 141 comprende un attuatore di controllo del riflusso 143 funzionalmente accoppiato all'unità di controllo 131, atto a regolare la portata del compressore sulla base di segnali di controllo dall'unità di controllo 131. The structure and control mode of the backflow control device 141 are known to those skilled in the art and do not need to be described here. What is relevant is that the backflow control device 141 comprises a backflow control actuator 143 functionally coupled to the control unit 131, adapted to regulate the flow rate of the compressor based on control signals from the control unit 131.

[0035] In aggiunga al dispositivo di controllo del riflusso 141, almeno uno e preferibilmente entrambi i cilindri 1.1 e 1.2 del compressore alternativo 1 sono provvisti di un volume aggiuntivo 151. In un compressore alternativo a doppio effetto come quello mostrato in Fig.1, il dispositivo di controllo del riflusso 141 è combinato con una delle due camere di compressione 118A, 118B, e il volume aggiuntivo 151 è preferibilmente combinato con l’altra delle dette due camere di compressione 118A, 118B. Nella forma di realizzazione della Fig.1, il volume aggiuntivo 151 è combinato alla camera di compressione sul lato di testa 118A. In addition to the backflow control device 141, at least one and preferably both cylinders 1.1 and 1.2 of the reciprocating compressor 1 are provided with an additional volume 151. In a double acting reciprocating compressor such as that shown in Fig.1, the backflow control device 141 is combined with one of the two compression chambers 118A, 118B, and the additional volume 151 is preferably combined with the other of said two compression chambers 118A, 118B. In the embodiment of Fig.1, the additional volume 151 is combined with the compression chamber on the head side 118A.

[0036] Il volume aggiuntivo 151 può essere un volume aggiuntivo di dimensione fissa, come mostrato in Fig.1. In altre forme di realizzazione, non mostrate, il volume aggiuntivo è un volume aggiuntivo variabile. Come noto agli esperti del ramo, un volume aggiuntivo si chiude e si apre selettivamente allo scopo di variare, preferibilmente in una maniera a gradini, lo spazio morto della rispettiva camera di compressione. The additional volume 151 may be an additional volume of fixed size, as shown in Fig.1. In other embodiments, not shown, the additional volume is a variable additional volume. As known to those skilled in the art, an additional volume closes and opens selectively in order to vary, preferably in a stepped manner, the dead space of the respective compression chamber.

[0037] In Fig.1 è previsto un attuatore 153 del volume aggiuntivo, per aprire e chiudere selettivamente il volume aggiuntivo 151. Quando il volume aggiuntivo 151 è chiuso, lo spazio morto della camera di compressione sul lato di testa 118 è più piccolo, e quando lo spazio aggiuntivo 151 è aperto, lo spazio morto della camera di compressione sul lato di testa 118A aumenta. L'attuatore 153 dello spazio aggiuntivo può essere controllato dall'unità di controllo 131, cui l'attuatore 153 dello spazio aggiuntivo è funzionalmente collegato. In Fig.1 an additional volume actuator 153 is provided, to selectively open and close the additional volume 151. When the additional volume 151 is closed, the dead space of the compression chamber on the head side 118 is smaller, and when the additional space 151 is open, the dead space of the compression chamber on the head side 118A increases. The additional space actuator 153 can be controlled by the control unit 131, to which the additional space actuator 153 is functionally connected.

[0038] In termini generali, la struttura descritta sin qui è capace di regolare in maniera continua, senza gradini, la portata del compressore agendo selettivamente e in maniera coordinata sul dispositivo di controllo del riflusso 141 e sull'attuatore 153 del volume aggiuntivo, come sarà descritto in maggiore dettaglio più avanti, facendo riferimento ad alcune condizioni operative esemplificative. [0038] In general terms, the structure described so far is capable of continuously adjusting, without steps, the flow rate of the compressor by acting selectively and in a coordinated manner on the backflow control device 141 and on the actuator 153 of the additional volume, as it will be described in greater detail below, referring to some exemplary operating conditions.

[0039] Riferendosi ora alle Figg.2 e 3, continuando a riferirsi alla Fig.1, un metodo di funzionamento del compressore alternativo 1 verrà descritto con particolare riferimento alla maniera in cui si regola la portata del compressore. [0039] Referring now to Figs.2 and 3, continuing to refer to Fig.1, an operating method of the reciprocating compressor 1 will be described with particular reference to the manner in which the compressor flow rate is adjusted.

[0040] La seguente descrizione del metodo operativo è riferita a un compressore alternativo 1 a due cilindri, come mostrato in Fig.1, avente due cilindri in parallelo formanti un singolo stadio di compressione. Tuttavia, gli esperti del settore comprenderanno che lo stesso metodo di controllo può essere implementato su un compressore alternativo a cilindro singolo, nonché su un compressore alternativo comprendente più di due cilindri per stadio di compressione. Inoltre, mentre in Fig.1 è mostrata una disposizione in cui i due cilindri 1.1 e 1.2 appartengono allo stesso stadio di compressione, cioè sono disposti in parallelo, in altre forme di realizzazione cilindri appartenenti a differenti stadi di compressione possono essere accoppiati meccanicamente allo stesso albero a gomito 104. Uno, alcuni o tutti i cilindri di uno, alcuni o tutti gli stadi possono essere provvisti di disposizioni di controllo della portata simili a quelli qui descritti. [0040] The following description of the operating method refers to a two-cylinder reciprocating compressor 1, as shown in Fig.1, having two cylinders in parallel forming a single compression stage. However, those skilled in the art will understand that the same control method can be implemented on a single cylinder reciprocating compressor as well as on a reciprocating compressor comprising more than two cylinders per compression stage. Furthermore, while in Fig.1 an arrangement is shown in which the two cylinders 1.1 and 1.2 belong to the same compression stage, i.e. they are arranged in parallel, in other embodiments cylinders belonging to different compression stages can be mechanically coupled to the same crankshaft 104. One, some or all of the cylinders of one, some or all of the stages may be provided with flow control arrangements similar to those described herein.

[0041] Come osservato in precedenza, il compressore alternativo 1 funzionerà a piena portata (100% di capacità) quando i volumi aggiuntivi 151 di entrambi i cilindri 1.1, 1.2 sono chiusi e i dispositivi di controllo del riflusso 141 di entrambi i cilindri 1.1 e 1.2 sono disattivati. As noted above, reciprocating compressor 1 will operate at full flow (100% capacity) when the additional volumes 151 of both cylinders 1.1, 1.2 are closed and the backflow control devices 141 of both cylinders 1.1 and 1.2 are disabled.

[0042] Se è richiesta una riduzione della portata, ad esempio perché la pressione nel plenum di ingresso 126 scende sotto una soglia minima, possono essere intraprese le fasi di seguito descritte. Mentre nelle forme di realizzazione esemplificative il controllo di portata è basato su una pressione misurata nel plenum di ingresso 126, possono viceversa essere usati altri parametri di controllo, come ad esempio la pressione nel plenum di scarico 130, oppure una combinazione di due o più parametri di processo. [0042] If a reduction in the flow rate is required, for example because the pressure in the inlet plenum 126 falls below a minimum threshold, the steps described below can be undertaken. While in the exemplary embodiments the flow control is based on a measured pressure in the inlet plenum 126, other control parameters may be used, such as the pressure in the discharge plenum 130, or a combination of two or more parameters. of process.

[0043] Una prima riduzione di portata può essere ottenuta agendo sul dispositivo di controllo del riflusso 141 di uno o entrambi i cilindri 1.1 e 1.2. Secondo la forma di realizzazione qui descritta, si agisce preferibilmente su entrambi i dispositivi di controllo del riflusso 141 in parallelo. Questo può essere vantaggioso in termini di sfruttamento equilibrato dei due cilindri 1.1, 1.2 e delle rispettive valvole. [0043] A first reduction in flow rate can be obtained by acting on the backflow control device 141 of one or both of the cylinders 1.1 and 1.2. According to the embodiment described here, both reflux control devices 141 are preferably operated in parallel. This can be advantageous in terms of balanced exploitation of the two cylinders 1.1, 1.2 and their respective valves.

[0044] Applicando un segnale di controllo del riflusso dall'unità di controllo 131 agli attuatori di controllo del riflusso 143, la portata del compressore può essere ridotta senza gradini dal 100% ad una prima portata di compressore parziale, corrispondente ad esempio ad una prima soglia intermedia di portata Cth1. Al raggiungimento di detta soglia intermedia di portata Cth1, almeno uno dei volumi aggiuntivi 151 può essere aperto, per aumentare a gradino lo spazio morto della rispettiva camera di compressione 118A, ad esempio il volume aggiuntivo 151 del cilindro 1.1. By applying a backflow control signal from the control unit 131 to the backflow control actuators 143, the compressor flow rate can be steplessly reduced from 100% to a first partial compressor flow rate, corresponding for example to a first intermediate flow threshold Cth1. Upon reaching said intermediate flow rate threshold Cth1, at least one of the additional volumes 151 can be opened, to step up the dead space of the respective compression chamber 118A, for example the additional volume 151 of the cylinder 1.1.

[0045] Allo scopo di evitare una corrispondente riduzione a gradino della portata del compressore, il primo volume aggiuntivo può essere aperto in maniera coordinata con una variazione (riduzione) a gradino del segnale di controllo del riflusso applicato agli attuatori di controllo del riflusso 143. La variazione a gradino del segnale di controllo del riflusso compensa l'effetto improvviso sulla portata complessiva provocato dall'apertura del volume aggiuntivo 151. In order to avoid a corresponding step reduction of the compressor flow rate, the first additional volume can be opened in a coordinated manner with a step change (reduction) of the backflow control signal applied to the backflow control actuators 143. The step change of the backflow control signal compensates for the sudden effect on the overall flow rate caused by the opening of the additional volume 151.

[0046] Una volta che un primo dei due volumi aggiuntivi 151 è stato aperto e il suo effetto è stato compensato da una riduzione coordinata del segnale di controllo del riflusso, la portata complessiva del compressore può essere ulteriormente ridotta senza gradini, cioè in maniera continua, se così richiesto, aumentando il segnale di controllo del riflusso applicato all'attuatore di controllo del riflusso 143 di uno o di entrambi i cilindri 1.1, 1.2, fino al raggiungimento di una seconda portata intermedia del compressore, che corrisponde ad una seconda soglia intermedia di portata Cth2. Quando la seconda soglia intermedia di portata Cth2 viene raggiunta, lo stesso processo sopra descritto in relazione al primo dei due volumi aggiuntivi 151 viene ripetuto sull'altro volume aggiuntivo. Pertanto, se per esempio il volume aggiuntivo 151 del cilindro 1.1 è stato aperto al raggiungimento della prima soglia intermedia di portata Cth1, il volume aggiuntivo 151 del cilindro 1.2 verrà aperto al raggiungimento della seconda soglia intermedia di porta Cth2. L'apertura del secondo volume aggiuntivo 151 è coordinata con una riduzione a gradino del segnale di controllo del riflusso applicato ai due attuatori di controllo del riflusso 143. Detta riduzione del segnale di controllo del riflusso compensa l'effetto dell'apertura del secondo volume aggiuntivo 151, così da raggiungere una riduzione di portata sostanzialmente senza gradini, cioè graduale e sostanzialmente continua. Once a first of the two additional volumes 151 has been opened and its effect has been compensated for by a coordinated reduction of the backflow control signal, the overall flow rate of the compressor can be further reduced without steps, i.e. continuously , if so required, by increasing the backflow control signal applied to the backflow control actuator 143 of one or both cylinders 1.1, 1.2, until a second intermediate compressor flow rate is reached, which corresponds to a second intermediate threshold of flow rate Cth2. When the second intermediate flow rate threshold Cth2 is reached, the same process described above in relation to the first of the two additional volumes 151 is repeated on the other additional volume. Therefore, if for example the additional volume 151 of the cylinder 1.1 has been opened upon reaching the first intermediate flow rate threshold Cth1, the additional volume 151 of the cylinder 1.2 will be opened upon reaching the second intermediate gate threshold Cth2. The opening of the second additional volume 151 is coordinated with a step reduction of the backflow control signal applied to the two backflow control actuators 143. Said reduction of the backflow control signal compensates for the effect of opening the second additional volume 151, so as to achieve a substantially stepless, ie gradual and substantially continuous flow rate reduction.

[0047] Una volta che entrambi i volumi aggiuntivi 151 sono stati aperti, un’ulteriore riduzione della portata può essere ottenuta agendo sugli attuatori di controllo del riflusso 143, così che si ottiene un'ulteriore graduale aumento del ritardo con cui si chiudono le valvole di aspirazione 122B, il che a sua volta provoca un ulteriore graduale riduzione della portata complessiva del compressore. Once both additional volumes 151 have been opened, a further reduction in the flow rate can be achieved by acting on the backflow control actuators 143, so that a further gradual increase in the delay with which the valves close is obtained 122B, which in turn causes a further gradual reduction of the overall flow rate of the compressor.

[0048] Se la richiesta di portata aumenta, a seguito di una precedente riduzione della portata, il processo sopra descritto viene eseguito in modo inverso. [0048] If the flow rate request increases, following a previous reduction in the flow rate, the process described above is carried out in reverse.

[0049] Il sopra descritto processo di controllo della portata è riassunto nella seguente Tabella 1 e in Fig.2: [0049] The above described flow control process is summarized in the following Table 1 and Fig.2:

[0050] La prima e la seconda colonna della Tabella 1 mostrano il segnale di controllo del riflusso applicato ad entrambi gli attuatori di controllo del riflusso 143 dei cilindri 1.1 e 1.2. Un valore X% riportato nella prima colonna indica che la prima porzione della corsa di compressione del rispettivo pistone 116, durante cui la rispettiva valvola di aspirazione 122B viene mantenuta forzatamente aperta, è (100-X) per cento della corsa di compressione totale. La terza e la quarta colonna mostrano lo stato (aperto/chiuso) del volume aggiuntivo 151 del primo cilindro 1.1 e del secondo cilindro 1.2, rispettivamente. La quinta colonna a destra mostra la portata totale del compressore alternativo 1. The first and second columns of Table 1 show the backflow control signal applied to both backflow control actuators 143 of cylinders 1.1 and 1.2. An X% value reported in the first column indicates that the first portion of the compression stroke of the respective piston 116, during which the respective intake valve 122B is forcibly held open, is (100-X) percent of the total compression stroke. The third and fourth columns show the status (open / closed) of the additional volume 151 of the first cylinder 1.1 and the second cylinder 1.2, respectively. The fifth column on the right shows the total flow rate of reciprocating compressor 1.

[0051] Nella forma di realizzazione esemplificativa della Tabella 1, la portata totale del compressore è ridotta agendo sui dispositivi di controllo del riflusso 141 fino a che viene raggiunta una soglia intermedia di portata Cth1 di 68%. A questo punto la porzione di corsa del pistone 116, durante la quale le valvole di aspirazione di entrambi i cilindri 1.1 e 1.2 sono tenute nella posizione aperta dal dispositivo di controllo del riflusso, è pari al 60%, cioè soltanto il 40% della corsa di compressione del pistone 116 è effettivamente utilizzata per alimentare gas compresso. Questo significa che la portata volumetrica è il 40% della massima portata del compressore. In the exemplary embodiment of Table 1, the total flow rate of the compressor is reduced by acting on the backflow control devices 141 until an intermediate flow threshold Cth1 of 68% is reached. At this point the stroke portion of piston 116, during which the intake valves of both cylinders 1.1 and 1.2 are held in the open position by the backflow control device, is 60%, i.e. only 40% of the stroke. compression piston 116 is actually used to supply compressed gas. This means that the volumetric flow rate is 40% of the maximum compressor flow rate.

[0052] Un’ulteriore riduzione della portata del compressore viene ottenuta aprendo il primo volume aggiuntivo 151, il che è rappresentato dalla commutazione dello stato del primo volume aggiuntivo in colonna 3 da "chiuso" ad "aperto". Allo stesso tempo, il segnale di controllo del riflusso viene ridotto, così che la prima porzione della corsa di compressione, durante la quale alla valvola di aspirazione viene impedito di chiudersi, decresce da 60% al 49%, cioè la porzione attiva della corsa del pistone viene aumentata dal 40% al 51% per prevenire una caduta a gradino della portata del compressore, che altrimenti si verificherebbe per effetto dell'aumento a gradino dello spazio morto provocato dall'apertura del volume aggiuntivo. [0052] A further reduction in the capacity of the compressor is obtained by opening the first additional volume 151, which is represented by the switching of the state of the first additional volume in column 3 from "closed" to "open". At the same time, the backflow control signal is reduced, so that the first portion of the compression stroke, during which the intake valve is prevented from closing, decreases from 60% to 49%, i.e. the active portion of the stroke of the piston is increased from 40% to 51% to prevent a step drop in the compressor flow rate, which would otherwise occur due to the step increase in dead space caused by opening the additional volume.

[0053] Un’ulteriore riduzione della portata viene ora ottenuta agendo sui dispositivi di controllo del riflusso 141, fino a che viene raggiunta una seconda soglia intermedia di portata Cth2 del 52%. A questo punto viene aperto il secondo volume aggiuntivo (lo stato del secondo volume aggiuntivo nella quarta colonna commuta da "chiuso" ad "aperto") e il segnale applicato ai dispositivi di controllo del riflusso 141 viene ridotto, così che ancora una volta la porzione utile della corsa di compressione viene aumentata dal 40% al 51%. [0053] A further reduction in the flow rate is now obtained by acting on the backflow control devices 141, until a second intermediate flow rate threshold Cth2 of 52% is reached. At this point the second additional volume is opened (the state of the second additional volume in the fourth column switches from "closed" to "open") and the signal applied to the backflow control devices 141 is reduced, so that once again the portion useful compression stroke is increased from 40% to 51%.

[0054] Successivamente, la portata viene ancora ridotta agendo sui dispositivi di controllo 141, fino al raggiungimento di una portata totale del 35% con entrambi i volumi aggiuntivi 151 aperti e le valvole di aspirazione 122B che rimangono aperte per l'80% della corsa di compressione dei pistoni 116. Di fatto, un'ulteriore riduzione della portata può essere ottenuta aumentando ulteriormente la porzione inattiva della corsa di compressione dei pistoni 116. [0054] Subsequently, the flow rate is further reduced by acting on the control devices 141, until a total flow rate of 35% is reached with both additional volumes 151 open and the intake valves 122B remaining open for 80% of the stroke compression stroke of pistons 116. In fact, a further reduction in flow rate can be achieved by further increasing the inactive portion of the compression stroke of pistons 116.

[0055] La Fig.2 illustra il processo sopra descritto in forma di diagramma. La portata totale del compressore è riportata sull'asse orizzontale. I segnali di controllo applicati ai dispositivi di controllo del riflusso 141 e ai due volumi aggiuntivi 151 sono riportati sull'asse verticale. La curva indicata con RF rappresenta il segnale di controllo del riflusso applicato a entrambi i dispositivi di controllo del riflusso 141, mentre CP1 e CP2 sono i segnali di controllo applicati ai volumi aggiuntivi 151 del cilindro 1.1 e del cilindro 1.2, rispettivamente. "0" indica un volume aggiuntivo chiuso, mentre "1" corrisponde a un volume aggiuntivo aperto. La prima e la seconda soglia intermedia di portata Cth1 e Cth2 sono indicate in 63% e 52%, rispettivamente. Fig.2 illustrates the process described above in the form of a diagram. The total capacity of the compressor is shown on the horizontal axis. The control signals applied to the backflow control devices 141 and to the two additional volumes 151 are shown on the vertical axis. The curve denoted by RF represents the backflow control signal applied to both backflow control devices 141, while CP1 and CP2 are the control signals applied to the additional volumes 151 of cylinder 1.1 and cylinder 1.2, respectively. "0" indicates an additional closed volume, while "1" corresponds to an additional open volume. The first and second intermediate flow thresholds Cth1 and Cth2 are indicated in 63% and 52%, respectively.

[0056] Il sopra descritto metodo fornisce effetti vantaggiosi in termini di temperatura del gas allo scarico del compressore e/o in termini di riduzione della potenza in condizioni operative fuori progetto di bassa portata del compressore alternativo 1. La Fig.3 illustra una curva che rappresenta la potenza richiesta per azionare il compressore alternativo 1 a una portata di compressore ridotta. La portata totale del compressore è riportata sull'asse orizzontale. La curva T nello stesso diagramma è la temperatura del gas sul lato di scarico del compressore alternativo. I valori numerici sono espressi in percentuale di potenza e in °C, rispettivamente. [0056] The method described above provides advantageous effects in terms of gas temperature at the compressor discharge and / or in terms of power reduction in low-flow off-design operating conditions of the reciprocating compressor 1. Fig. 3 illustrates a curve that represents the power required to drive the reciprocating compressor 1 at a reduced compressor flow rate. The total capacity of the compressor is shown on the horizontal axis. The T curve in the same diagram is the gas temperature on the discharge side of the reciprocating compressor. The numerical values are expressed as a percentage of power and in ° C, respectively.

[0057] La Fig.4 illustra le stesse curve di potenza e temperatura se, a parità di altre condizioni, il controllo di capacità è raggiunto usando dispositivi di controllo del riflusso sulle valvole di aspirazione di entrambe le camere di compressione sul lato di manovella 118.B e sul lato testa 118.A in entrambi i cilindri 1.1 e 1.2, senza usare i volumi aggiuntivi. Come si può comprendere confrontando le Figg.3 e 4, mentre la potenza richiesta per azionare il compressore in condizione di portata parziale è quasi la stessa in entrambi i casi, la temperatura di scarico è mantenuta a valori molto più bassi quando si utilizza il procedimento qui descritto. [0057] Fig.4 illustrates the same power and temperature curves if, other conditions being equal, capacity control is achieved using backflow control devices on the intake valves of both compression chambers on the crank side 118 .B and on the head end 118.A in both cylinders 1.1 and 1.2, without using the additional volumes. As can be understood by comparing Figs. 3 and 4, while the power required to operate the compressor in partial flow condition is almost the same in both cases, the discharge temperature is kept at much lower values when using the procedure. described here.

[0058] Oltre ad una più bassa temperatura di scarico, il sistema e il metodo di controllo della portata qui descritti possono essere vantaggiosi in termini di riduzione dell'ingombro in pianta della macchina, riduzione del numero totale di stadi di compressore richiesti, minori dispositivi di controllo del riflusso e del rispettivo complesso equipaggiamento, riduzione dell'olio lubrificante e dell'equipaggiamento di acqua di raffreddamento. In addition to a lower discharge temperature, the flow control system and method described here can be advantageous in terms of reducing the machine footprint, reducing the total number of compressor stages required, fewer devices control of backflow and the respective complex equipment, reduction of the lubricating oil and cooling water equipment.

[0059] Mentre nella forma di realizzazione esemplificativa descritta sopra in relazione alla Tabella 1 e alla Fig.3 non si hanno vantaggi in termini di riduzione del consumo di potenza, se le soglie di portata intermedia sono fissate differentemente, si può ridurre anche il consumo di potenza. La seguente Tabella 2 mostra gli stessi dati descritti sopra in relazione alla Tabella 1, in una condizione operativa leggermente differente, dove la prima e la seconda soglia intermedia di portata sono fissate all'80% e al 70%, rispettivamente: [0059] While in the exemplary embodiment described above in relation to Table 1 and Fig.3 there are no advantages in terms of reducing the power consumption, if the intermediate flow rate thresholds are set differently, the consumption can also be reduced of power. The following Table 2 shows the same data described above in relation to Table 1, in a slightly different operating condition, where the first and second intermediate flow thresholds are set at 80% and 70%, respectively:

[0060] La Fig.5 illustra la potenza (espressa in percentuale della potenza massima a piena portata) richiesta per azionare il compressore alternativo 1 e la temperatura di scarico del gas (T) in funzione della portata del compressore, riportata sull'asse orizzontale. Nell'esempio di realizzazione esemplificativo della Fig.5 e della Tabella 2, sono raggiunti effetti vantaggiosi rispetto alla situazione rappresentata in Fig.4 sia in termini di riduzione della temperatura, sia anche in termini di consumo di potenza. [0060] Fig. 5 illustrates the power (expressed as a percentage of the maximum power at full flow) required to operate the reciprocating compressor 1 and the gas discharge temperature (T) as a function of the compressor flow rate, shown on the horizontal axis . In the exemplary embodiment of Fig.5 and Table 2, advantageous effects are achieved with respect to the situation represented in Fig.4 both in terms of temperature reduction and also in terms of power consumption.

[0061] La Fig.6 illustra un diagramma di flusso che riassume le fasi di un metodo di controllo secondo la presente descrizione. Fig.6 illustrates a flow chart summarizing the steps of a control method according to the present description.

[0062] Mentre particolari vantaggi delle caratteristiche innovative qui descritte sono raggiunti in un compressore alternativo a doppio effetto, alcuni effetti vantaggiosi possono essere ottenuti anche in compressori alternativi a semplice effetto. La Fig.7 illustra un compressore alternativo a semplice effetto 200, comprendente un cilindro 201 e un pistone 203 atto a muoversi alternativamente nel cilindro 201 e formante con esso una camera di compressione 205. La camera di compressione 205 è in comunicazione di fluido con una valvola di aspirazione automatica 207 e una valvola di scarico automatica 209. Gas viene alimentato al compressore 200 attraverso un condotto di aspirazione 211 e la valvola di aspirazione 207, e viene scaricato attraverso la valvola di scarico 209 e un condotto di scarico 213. While particular advantages of the innovative features described herein are achieved in a double-acting reciprocating compressor, some advantageous effects can also be obtained in single-acting reciprocating compressors. Fig.7 illustrates a single-acting reciprocating compressor 200, comprising a cylinder 201 and a piston 203 adapted to move alternately in the cylinder 201 and forming therewith a compression chamber 205. The compression chamber 205 is in fluid communication with a automatic intake valve 207 and an automatic exhaust valve 209. Gas is supplied to the compressor 200 through an intake duct 211 and the intake valve 207, and is discharged through the exhaust valve 209 and an exhaust duct 213.

[0063] Un dispositivo di controllo del riflusso 215 è combinato con la valvola di aspirazione 207 ed è atto a mantenere la valvola di aspirazione 207 aperta per una lunghezza variabile della corsa di compressione del pistone 203 nel cilindro 201. Analogamente a quanto è stato descritto sopra in relazione alla Fig.1, il dispositivo di controllo del riflusso 215 è atto a forzare la valvola di aspirazione automatica 207, e più precisamente il suo otturatore, in una posizione aperta per una porzione della fase di compressione, quando il pistone 203 si muove dal punto morto inferiore al punto morto superiore. A backflow control device 215 is combined with the intake valve 207 and is adapted to keep the intake valve 207 open for a variable length of the compression stroke of the piston 203 in the cylinder 201. Similarly to what has been described above. above in relation to Fig. 1, the backflow control device 215 is adapted to force the automatic intake valve 207, and more precisely its shutter, into an open position for a portion of the compression stroke, when the piston 203 is moves from bottom dead center to top dead center.

[0064] E' inoltre previsto un volume aggiunto 217, il quale può essere posto selettivamente in comunicazione di fluido con la camera di compressione 205. Un attuatore 219 può selettivamente aprire e chiudere una luce che pone il volume aggiuntivo 217 in comunicazione di fluido con la camera di compressione 205. An added volume 217 is also provided, which can be selectively placed in fluid communication with the compression chamber 205. An actuator 219 can selectively open and close a port which places the additional volume 217 in fluid communication with the compression chamber 205.

[0065] Un’unità di controllo 221 è funzionalmente accoppiata a un sensore di pressione o ad altra disposizione di rilevamento, che rileva la pressione del gas in un condotto di aspirazione, in un condotto di mandata, o in entrambi. Nella forma di realizzazione della Fig.7, un sensore di pressione 223 è disposto e atto a rilevare la pressione del gas nel condotto di aspirazione 211. [0065] A control unit 221 is functionally coupled to a pressure sensor or other sensing arrangement, which detects the gas pressure in an intake duct, in a delivery duct, or in both. In the embodiment of Fig.7, a pressure sensor 223 is arranged and adapted to detect the gas pressure in the suction duct 211.

[0066] Analogamente a quanto è stato descritto sopra in relazione alle Figg.1 a 6, la portata del compressore può essere regolata senza gradini tramite l'unità di controllo 221 sulla base di informazioni dal sensore di pressione 223 o altra disposizione di rilevamento, agendo sul dispositivo di controllo del riflusso 212 e sul volume aggiuntivo 217. Ad esempio, partendo da una condizione operativa di portata piena del compressore, una richiesta di portata più bassa può innescare una riduzione graduale della portata agendo sul dispositivo di controllo del riflusso 215, che gradualmente aumenta la lunghezza di una porzione della corsa di compressione del pistone 203, durante la quale la valvola di aspirazione automatica 207 viene mantenuta forzatamente in condizione aperta, così che una frazione del gas contenuto nella camera di compressione 205 viene fatto fluire all'indietro verso il condotto di aspirazione 211. Similarly to what has been described above in connection with Figs. 1 to 6, the compressor flow rate can be steplessly adjusted by the control unit 221 based on information from the pressure sensor 223 or other sensing arrangement, by acting on the backflow control device 212 and on the additional volume 217. For example, starting from a full flow rate operating condition of the compressor, a lower flow request can trigger a gradual reduction of the flow rate by acting on the backflow control device 215, which gradually increases the length of a portion of the compression stroke of the piston 203, during which the automatic intake valve 207 is forcibly held in the open condition, so that a fraction of the gas contained in the compression chamber 205 is caused to flow backwards towards the intake duct 211.

Una volta che alla valvola 207 è consentito di chiudersi, per la rimanente seconda parte della corsa di compressione gas viene alimentato attraverso la valvola di scarico 209. Once the valve 207 is allowed to close, the remaining second part of the compression stroke gas is supplied through the exhaust valve 209.

[0067] Al raggiungimento di una soglia di portata di compressore parziale, se è richiesta un’ulteriore riduzione della portata, il volume aggiuntivo 217 viene aperto dall'unità di controllo 221 e, allo scopo di evitare una caduta a gradino della portata di gas, il segnale di controllo del riflusso applicato al dispositivo di controllo del riflusso 215 viene ridotto per compensare l'effetto dell'improvvisa apertura del volume aggiuntivo 217. A seguito dell'apertura del volume aggiuntivo 217 e della riduzione del segnale di controllo del riflusso, se è richiesta una ulteriore riduzione della portata, mentre il volume aggiuntivo 217 rimane aperto, la lunghezza della porzione della corsa di compressione, durante la quale la valvola di aspirazione 207 viene mantenuta forzatamente aperta, viene nuovamente gradualmente aumentata. [0067] Upon reaching a partial compressor flow rate threshold, if a further reduction in flow rate is required, the additional volume 217 is opened by the control unit 221 and, in order to avoid a step drop in the gas flow , the backflow control signal applied to the backflow control device 215 is reduced to compensate for the effect of the sudden opening of the additional volume 217. Following the opening of the additional volume 217 and the reduction of the backflow control signal, if a further reduction in flow rate is required, while the additional volume 217 remains open, the length of the compression stroke portion, during which the intake valve 207 is forcibly kept open, is again gradually increased.

[0068] Il funzionamento complessivo è in certa misura simile a quello descritto in relazione alle Figg.1 a 6, ma viene fornita meno flessibilità. Inoltre, nel compressore alternativo a singolo effetto la valvola di aspirazione controllata dal dispositivo di controllo del riflusso 215 e il volume aggiuntivo 217 sono combinati con una stessa camera di compressione 205, anziché essere disposti in camere di compressione opposte dello stesso cilindro del compressore, come mostrato in Fig.1. Overall operation is somewhat similar to that described in connection with Figs. 1 to 6, but less flexibility is provided. Furthermore, in the single-acting reciprocating compressor the suction valve controlled by the backflow controller 215 and the additional volume 217 are combined with the same compression chamber 205, rather than being arranged in opposite compression chambers of the same compressor cylinder, such as shown in Fig. 1.

[0069] Mentre l'invenzione è stata descritta in termini di varie specifiche forme realizzative, sarà chiaro agli esperti del ramo che molte modifiche, cambiamenti e omissioni sono possibili senza uscire dallo spirito e dall'ambito delle rivendicazioni. Inoltre, se non diversamente indicato, l’ordine o sequenza di qualunque fase di processo o metodo può essere variata o ri-arrangiata secondo forme di realizzazione alternative. While the invention has been described in terms of various specific embodiments, it will be clear to those skilled in the art that many modifications, changes and omissions are possible without departing from the spirit and scope of the claims. Furthermore, unless otherwise indicated, the order or sequence of any process or method step can be varied or rearranged according to alternative embodiments.

Claims

ALTERNATIVE COMPRESSOR AND METHOD TO ADJUST ITS FLOW CLAIMS A double-acting reciprocating compressor (1), comprising: a cylinder (1.1) and a piston (116) arranged to move alternately in the cylinder (1.1) and mechanically coupled to a crankshaft (104); wherein the piston (116) and cylinder (1.1) form a compression chamber on the head side (118A) and a compression chamber on the crank side (118B); a head side suction valve (122A) and a head side discharge valve (124A), in fluid communication with the head side compression chamber (118A); an intake valve on the crank side (122B) and an exhaust valve on the crank side (124B), in fluid communication with the compression chamber on the crank side (118B); a backflow control device (141) on one of said compression chamber on the head side (118A) and compression chamber on the crank side (118B), adapted to control the respective intake valve (122B); an additional volume (151) adapted to be placed in fluid communication with the other of said compression chamber on the head side (118A) and compression chamber on the crank side (118B); And a control unit (131), adapted to control the backflow control device (141) so that the respective intake valve (122B) is prevented from closing during a first portion of a compression stroke of the piston (116), and it is closed during a second portion of the compressor stroke; wherein the control unit (131) is adapted to steplessly adjust the compressor flow rate in response to a capacity request, varying the first portion and the second portion of the compression stroke and, in a coordinated manner thereby, opening and selectively closing the additional volume (151).

The double-acting reciprocating compressor (1) of claim 1, wherein the control unit (131) is adapted to: gradually increase the first portion of the compression stroke until a first partial compressor flow rate is reached (Cth1 ); when the first partial compressor flow rate is reached, open the additional volume (151).

The double acting reciprocating compressor (1) of claim 2, wherein the control unit (131) is adapted to reduce the first portion of the compression stroke when the additional volume (151) is opened, and further reduce the compressor flow rate after opening the additional volume (151) by gradually increasing the first portion of the compression stroke.

The double acting reciprocating compressor (1) of claim 2, wherein the control unit (131) is adapted to step down the first portion of the compression stroke when the additional volume (151) is opened, and to further reduce the compressor capacity after opening the additional volume (151), smoothly increasing the first portion of the compression stroke.

The double-acting reciprocating compressor (1) of one or more of the preceding claims, wherein the backflow control device (141) is adapted to control the crank side intake valve (122B), and the additional volume (151) is adapted to be placed in fluid communication with the head side compression chamber (118A).

The double-acting reciprocating compressor (1) of one or more of the preceding claims, further comprising: a further cylinder (1.2) and a further piston (116) arranged to move alternately in the further cylinder (1.2) and mechanically coupled to said crankshaft (104); in which the further piston (116) and the further cylinder (1.2) form an additional compression chamber on the head side (118A) and a further compression chamber on the crank side (118B); an additional intake valve on the head side (122A) and a further discharge valve on the head side (124A), in fluid communication with the second compression chamber on the head side (118A); an additional intake valve on the top of the crank (122B) and an additional discharge valve on the crank side (124B), in fluid communication with the additional compression chamber on the crank side (118B); a further backflow control device (141) to one of said further compression chamber on the head side (118A) and further compression chamber on the crank side (118B), adapted to control the respective further intake valve (122A; 122B); And a further additional volume (151) adapted to be placed in fluid communication with the other of said further compression chamber on the head side (118A) and further compression chamber on the crank side (118B); wherein the control unit (131) is adapted to control the further backflow control device (141) such that the further suction valve (122A; 122B) is prevented from closing during a first portion of the stroke compression of the further piston (116) and is closed during a second portion of said compression stroke; and wherein the control unit (131) is further adapted to steplessly control the compressor flow rate in response to a flow request, by varying the first portion and the second portion of the compression stroke of the further piston (116) and , in a manner coordinated with this, to selectively open and close the further additional volume (151).

The double-acting reciprocating compressor (1) of claim 6, wherein the control unit (131) is adapted to gradually increase the first portion of the compression stroke of the piston (116) in the cylinder (1.1) and of the further piston (116) in the further cylinder (1.2) until a first partial compressor flow rate (Cth1) is reached; when the first partial compressor capacity is reached, open the additional volume (151) and step down the first portion of the compression stroke of the piston (116) in the cylinder (1.1) and of the further piston (116) in the further cylinder ( 1.2); further gradually increase the first portion of the compression stroke of the piston (116) in the cylinder (1.1) and the first portion of the compression stroke of the further piston (116) in the further cylinder (1.2) until a second compressor flow rate is reached partial compressor (Cth2), said second partial compressor flow rate (Cth2) being lower than the first partial compressor flow rate (Cth1); upon reaching the second partial compressor flow rate (Cth2), open the additional additional volume (151) and step down the first portion of the compression stroke of the piston (116) in the cylinder (1.1) and the first portion of the compression stroke of the further piston (116) in the further cylinder (1.2); further gradually increase the first portion of the compression stroke of the piston (116) in the cylinder (1.1) and of the further piston (116) in the further cylinder (1.2), to further reduce the compressor flow rate below the second flow rate of the partial compressor (Cth2).

8. A method of operation of a double-acting reciprocating compressor (1) comprising the following steps: alternately moving a piston (116) in a cylinder (1.1), the piston and the cylinder forming a compression chamber on the head side (118A) and a compression chamber on the crank side (11B); wherein a head side intake valve (122A) and a head side discharge valve (124A) are in fluid communication with the head side compression chamber (118A); and wherein an intake valve on the crank side (122B) and an exhaust valve on the crank side (124B) are in fluid communication with the compression chamber on the crank side (118B); and controlling the compressor flow rate by varying a length of a first portion of a compression stroke of the piston (116), during which the intake valve (122A; 122B) of one of said crank-side compression chamber (118B) and the head side compression chamber (118A) is held in an open position; and selectively opening and closing the additional volume (151) in fluid coupling with the other of said crank side compression chamber (118B) and head side compression chamber (118A).

The method of claim 8, wherein the step of adjusting the compressor flow rate comprises the following steps: gradually increase the first portion of the compression stroke, until a first partial compressor flow rate (Cth1) is reached; when the first partial compressor flow rate (Cth1) has been reached, open the additional volume (151) and step down the first portion of the compression stroke; And further gradually reduce the compressor flow rate below said first partial flow rate (Cth1) by further gradually increasing the first portion of the compression stroke.

The method of claim 8, further comprising: alternately move a further piston (116) into a further cylinder (1.2), the further piston and the further cylinder forming an additional compression chamber on the head side (118A) and a further compression chamber on the crank side (118B); in which a further intake valve on the head side (122A) and a further discharge valve on the head side (124A) are in fluid communication with the further compression chamber on the head side (118A); and in which a further intake valve on the crank side (122B) and a further discharge valve on the crank side (124B) are in fluid communication with the additional compression chamber on the crank side (118B); adjust the compressor flow rate by varying without steps a length of a first portion of a compression stroke of the further piston (116), during which the further intake valve (122A; 122B) of one of said further compression chamber on the crank side (118B) and further compression chamber on the head side (118A) is kept in the open position; and selectively opening and closing a further additional volume (151) in fluid coupling with the other of said further compression chamber on the crank side (118B) and further compression chamber on the head side (118A); gradually increasing the first portion of the compression stroke of the piston (116) and the first portion of the compression stroke of the further piston (116) until a first partial compressor flow rate (Cth1) is reached; when the first partial compressor flow rate (Cth1) has been reached, open the additional volume (151) and step down the first portion of the compression stroke of the piston (116) in the cylinder (1.1) and the further piston (116) in the further cylinder (1.2); gradually reduce the compressor flow rate below said first partial compressor flow rate (Cth1) by further gradually increasing the first portion of the compression stroke of the piston (116) and the first portion of the compression stroke of the further piston (116) ), until reaching a second partial compressor flow rate (Cth2); when the second partial compressor flow rate (Cth2) has been reached, open a further additional volume (151) in fluid coupling with one of said further compression chamber on the head side (118A) and further compression chamber on the crank side (118B), and step down the first portion of the compression stroke of the piston (116) and of the compression stroke of the further piston (116); And further gradually reduce the compressor flow rate below the second partial compressor flow rate (Cth2) by further gradually increasing the first portion of the compression stroke of the piston (116) and of the further piston (116).

The method of one or more of claims 8 to 10, wherein the intake valve, which is held in the open position, is the crank side intake valve (122B), and wherein the additional volume (151) it is in fluid coupling with the compression chamber on the head side (118A).

12. A reciprocating compressor (200), comprising: a cylinder (201) and a piston (203) disposed in the cylinder for reciprocating movement therein and forming a compression chamber (205) therewith; an intake valve (207) and an exhaust valve (209), in fluid communication with the compression chamber (205); a backflow control device (215) adapted to control the intake valve (207); an additional volume (217) adapted to be selectively placed in fluid communication with the compression chamber (205); And a control unit (221), adapted to control the backflow control device (215) so that the intake valve (207) is prevented from closing during a first portion of a compression stroke of the piston (203), and is closed during a second portion of the compression stroke; wherein the control unit (221) is adapted to steplessly control a compressor flow rate in response to a flow request, varying the first portion and the second portion of the compression stroke and, in a manner coordinated thereby, opening and selectively close the additional volume (217).

The reciprocating compressor (200) of claim 12, wherein the control unit (221) is adapted to: gradually increase the first portion of the compression stroke until a first partial compressor flow rate is reached; when the first partial compressor flow rate is reached, open the additional volume (217).

The reciprocating compressor (200) of claim 13, wherein the control unit (221) is adapted to reduce the first portion of the compression stroke when the additional volume (217) is opened, and to further reduce the flow rate of the compressor after opening the additional volume (217) by gradually increasing the first portion of the compression stroke.

The reciprocating compressor (200) of claim 13, wherein the control unit (221) is adapted to step down the first portion of the compression stroke when the additional volume (217) is opened, and to further reduce the flow rate after opening the additional volume (217), smoothly increasing the first portion of the compression stroke.

16. A method of operation of a reciprocating compressor, comprising the following steps: alternately moving a piston (203) in a cylinder (201), the piston and the cylinder forming a compression chamber (205); wherein an intake valve (207) and an exhaust valve (209) are in fluid communication with the compression chamber (205); And regulating a flow rate of the compressor by varying the length of a first portion of a compression stroke of the piston (203), during which said intake valve (207) is kept in the open position; and selectively opening and closing an additional volume (217) in fluid coupling with the compression chamber (203), in response to a request for flow rate and the length of said first portion of the compression stroke.

The method of claim 16, wherein the step of adjusting the compressor flow rate comprises the following steps: gradually increase the first portion of the compression stroke, until a first partial compressor flow rate is reached; when the first partial compressor flow rate is reached, open the additional volume (217) and step down the first portion of the compression stroke; And further gradually reducing the compressor flow rate below the first partial flow rate, further reducing gradually the first portion of the compression stroke.