KR100287814B1 - 압축기 윤활 시스템을 조절하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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로날드 지. 헬러
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Abstract

압축기 윤활 시스템을 조절하는 장치는 기름으로 가득찬 회전 가스 압축기, 압축기에 연결된 저장통, 윤활재를 냉각시키기 위한 열교환기, 및 컨트롤러를 포함한다. 열 혼합 밸브는 압축기로 유동하는 윤활재의 온도를 조절한다. 제일 온도 센서는 압축기 아우틀렛에서 배출온도를 측정하여, 컨트롤러에 배출 온도에 해당하는 신호를 제공한다. 제이 온도 센서는 윤활재 인렛에서 압축기로 오는 윤활재의 온도를 측정하여, 컨트롤러에 윤활 온도에 해당하는 신호를 제공한다. 압력 센서는 압축기의 아우틀렛에서 압력을 측정하여, 컨트롤러에 해당 압력 신호를 제공한다. 밸브 수단은 압축기에 윤활재의 공급을 연속적으로 조절하며, 이 밸브 수단은 제일 온도 센서의 온도 신호 및 압력 신호에 응하여 컨트롤러에 의하여 제어된다. 제이 온도 센서의 온도 신호에 응하여, 열 혼합 밸브의 작동은 컨트롤러에 의하여 제어되며, 저압 가스의 예열을 최소화하기 위하여 압축기에 공급되는 윤활재의 온도를 연속적으로 조절한다.

Description

압축기 윤활 시스템을 조절하기 위한 방법 및 장치
본 발명은 일반적으로 회전 압축기들에 관한 것이며, 더 자세히는, 압축기를 냉각시킴과 함께 압축기 밀봉을 제공하기 위하여 압축기 안으로 윤활재를 분사하는 회전 스크루형 가스 압축기들에 관한 것이다.
회전 스크루 압축기의 작동 중, 한쌍의 서로 맞물린 로브 회전자들이 압축 체임버안에서 회전한다. 로브 회전자가 회전함에 따라, 회전자들 사이의 밀봉을 유지하고 압축기를 냉각하기 위하여 윤활재가 압축 체임버에 공급된다. 윤활재는 추후에 회전자들의 작용에 의하여 압축 체임버로부터 밀려난다. 저장 탱크 또는 수용 저장 탱크가 압축 체임버로부터 밀려난 압축 가스와 윤활재를 수용한다.
압축기가 적정 압력에서 공기를 제공하기 위하여 사용되면, 저장통 안의 공기 압력이 적정선에 도달할 때까지 압축기가 작동한다. 이 작동은 "로드(loaded)" 조건으로 불려진다. 일단 저장통 안의 공기 압력이 적정선에 도달하면, 압축기로 들어오는 가스 인렛(inlet)의 구멍이 축소되거나 또는 폐쇄되어 압축된 공기의 양이 감소된다. 이 작동은 "언로드(unloaded)" 조건으로 불려진다. 저장통 안의 공기압이 적정 압력 수준 아래로 떨어질 때까지 압축기가 이와 같은 방법으로 작동하며, 이때 가스 인렛이 다시 열리고 압축기가 "로드" 조건에서 작동한다.
회전 스크루형 압축기의 성능과 효율은 다음과 같은 작동들 중 하나 이상의 작동을 수행함으로써 극대화된다: 흡입 공기를 예열하지 않도록 가능한한 기름 공급 온도를 줄인다; 회전자 속도들, 시스템 압력, 및 부하 조건들의 모든 조합에서 기름 윤활재의 유동을 적정화한다; 시스템 안에서 응축이 일어나지 않도록 배출 온도를 노점 온도보다 높고 최고 안전 작동 온도보다 낮게 유지한다.
근래의 압축기의 설계에 있어서, 최소 적정 배출 온도가 등온 열 혼합 밸브 및 고정 공급 기름 제한부를 사용함으로써 얻어진다. 높은 주위 온도들에서 허용될 수 있는 최고의 온도보다 낮은 배출 온도를 유지할 수 있는 충분히 큰 냉각기를 사용함으로써 최대 배출 온도가 제어될 수 있다. 그러나, 이와 같은 현재의 설계들이 시스템 안에서 응축이 일어나지 않도록 하기 위하여 적정 기름 공급 온도를 허용하므로 이 설계들은 압축기의 효율을 증가시키기에는 보통 효과가 없고, 현재의 압축기의 설계들은 높은 주위 온도들에서 압축기 배출 온도가 지나치지 않도록 하기 위하여 기름의 적정 유동보다 큰 유동을 허용한다. 그러나, 과도한 기름 공급 온도들과 압축기로의 과도한 기름 유동은 전반적인 압축기의 효율을 저하시킨다.
앞에 설명된 제한 사항들은 현재의 기름이 가득찬 회전 스크루 압축기들에 적용되는 것들이다. 그러므로, 상기한 제한 사항들의 하나 이상을 극복할 수 있는 대체 방법을 제공하면 유익할 것은 당연하다. 따라서, 다음과 같이 대체 방법의 특징이 더 자세히 개시될 것이다.
본 발명의 한 특징에 있어서, 컨트롤러 및 압축될 저압 가스의 인렛, 윤활재용 인렛, 및 압축 가스와 윤활재의 혼합물이 배출될 아우틀렛(outlet)을 포함한 압축기를 가진 압축기 윤활 시스템을 조절하기 위한 장치가 주어짐으로써 상기 대체 방법이 얻어진다. 저장통 또는 수용기는 압축기 아우틀렛에 연결되어 있다. 저장통은 압축 가스와 윤활재의 혼합물을 수용하고, 압축기에 보내진 윤활재의 원천이 된다. 제일 온도 센서는 압축기의 아우틀렛에서 배출 온도를 측정하고, 컨트롤러에 배출 온도에 해당하는 신호를 제공한다. 밸브 수단은 압축기의 윤활재 인렛에 연결되어 있다. 컨트롤러는 온도 신호에 응하여 밸브 수단을 제어하며, 연속적이고 선택적으로 압축기로 오는 윤활재의 흐름을 조절한다.
본 발명의 더 나은 이해를 위하여, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 특징들을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
제 1 도는 본 발명에 따른 구조를 가진 장치의 약도, 및
제 2 도는 제 1 도에서 설명되어진 장치의 대체 실시예를 보여주는 약도이다.
제 1 도를 참조하면, 본 발명의 장치를 포함하는 회전, 스크루 형 가스 압축기가 10으로 표시되어 있다. 이 압축기(10)는 가스의 압축에 의하여 발생된 열을 제거하기 위하여 윤활재(그림에 없음)를 사용한다. 압축기(10)는 압축 체임버(11), 저압에서 압축기에 가스를 공급하는 인렛(12), 기름과 같은 윤활재를 압축 체임버에 공급하는 인렛(13), 및 압축 가스와 윤활재의 혼합물이 압축 체임버로부터 배출되는 아우틀렛(14)을 포함한다. 흡기 레귤레이터(15)는 압축기 인렛(12)에 연결되어 있다. 가스 흡입 레귤레이터는 온/오프(on/off) 형 또는 가변 개방 형일 수 있다. 인렛 필터(16)는 흡기 레귤레이터(15)에 연결되어 있으므로 압축될 가스가 압축기에 진입하기 전에 필터를 거친다. 압축기(10)는 전기 모터 또는 디젤 엔진과 같은 통상적인 원동기(17)에 의하여 적절히 피동된다.
콘딧(conduit)(18)은 아우틀렛(14)과 통상적인 압축기용 분리형 저장 탱크인 저장통 또는 수용기(19)의 중간에 연결되어 있다. 보통, 저장통(19)은 이 통에서 배출된 가스로부터 모든 윤활재를 제거하는 필터(그림에 없음)를 포함한다. 제거된 기름은 저장통(19)의 하부(20)에서 수집되며 이곳에서 기름이 예정된 시간에 압축기(10)로 공급된다. 아우틀렛 콘딧(22)은 적정 부분에 압축 가스를 분배하기 위하여 저장통(19)으로부터 연장되어 있다.
콘딧(23)은 저장통(19)의 하부(20)에 연결되어 있다. 제 1 도에서 설명되어진 것과 같이, 기름은 콘딧(23)을 통하여 저장통(19)에서 펌프(24)로 흐른다. 펌프(24)는 열교환기(25) 또는 열교환기(25)를 바이패스하는 콘딧(26)을 통하여 기름을 펌프하도록 작동할 수 있다. 열교환기(25) 또는 바이패스 콘딧(26)을 통하여 지나는 기름의 유동 경로는 열 혼합 밸브(28)를 작동함으로써 제어될 수 있다. 콘딧(29)은 압축기(10)의 윤활재 인렛(13)에 기름을 보낸다.
밸브 수단 또는 가변 오리피스(30)는 인렛(13)으로의 윤활재의 공급을 조절하기 위하여 콘딧(29)안에 연결되어 있다. 열 혼합 밸브(28)와 밸브 수단(30)이 제 1 도 및 제 2 도에서 두개의 분리된 장치들로 개략적으로 설명되어져 있으나, 하나의 복합된 열 혼합 밸브 및 밸브 수단도 본 발명의 범위에 속함을 주지하여야 한다. 제 1 도에 있어서, 기름 바이패스 콘딧(31)이 예정된 시간에 기름을 인렛(13)으로부터 콘딧(23)으로 보내기 우하여 밸브(30)에 연결되어 있다. 원 웨이 밸브(32)가 기름 바이패스 콘딧(31)안에 배치되어 있다.
제일 온도 센서(33)와 압력 센서(34)는 모두 콘딧(18) 안에 위치하고 있다. 이 제일 온도 센서(33)는 압축기 아우틀렛(14)에서 배출 온도를 연속적으로 측정하고, 배출 온도에 해당하는 제일 온도 신호를 컨트롤러(36)에 제공한다. 이 압력 센서(34)는 압축기(14)의 아우틀렛에서 압력을 연속적으로 측정하고, 해당 압력 신호를 컨트롤러(36)에 제공한다. 추가적으로, 바람직한 실시예에 있어서, 제이 온도 센서(38)가 압축기(10)에 보내지는 윤활재의 온도를 연속적으로 측정하여, 윤활재 온도에 해당하는 제이 온도 신호를 컨트롤러(36)에 제공한다. 그러나, 본 발명의 장치는 컨트롤러(36)와는 독립적으로 압축기(10)에 윤활재 유동의 온도를 제어할 수 있는 통상적인 열 혼합 밸브를 포함할 수 있다.
컨트롤러는 제일 온도 센서(33), 압력 센서(34), 및 제이 온도 센서(38)로부터 신호를 받도록 배치되어 있다. 더우기, 컨트롤러(36)가 흡기 레귤레이터(15), 열 혼합 밸브(28), 및 밸브 수단(30)에 신호를 전달하도록 배치되어 있어서, 센서들(33, 34, 38)의 신호에 응하여 이 장치들을 제어한다. 바람직한 실시예에 있어서, 컨트롤러는 마이크로 프로세서이다.
작동상에서, 압축기(10)로 보내지는 기름 공급은 제일 온도 신호와 압력 신호에 응하여 밸브 수단의 제어 작동에 의하여 기름 공급을 연속적으로 제어하는 컨트롤러(36)의 작용에 의하여 적정화된다. 이 점에 있어서, 제 1 도에 설명되어 있는 것과 같이, 인렛(13)에 주어지는 기름 공급은 밸브 수단(30)의 작용에 의하여 기름 바이패스 콘딧(31)을 통하여 인렛(13)으로부터 콘딧(23)까지 기름을 바이패스시킴에 의하여 펌프(24)를 가진 윤활 시스템에서 제어된다. 그러나, 펌프가 없는 시스템에서는, 제 2 도에 설명되어 있는 것과 같이, 압축기(10)로 보내지는 기름 공급이 밸브 수단 또는 가변 오리피스(30)의 작용에 의하여 인렛(13)에 보내지는 기름 공급을 스로틀함으로써 제어된다. 추가적으로, 바람직한 실시예에 있어서, 압축기 인렛(13)으로 흘러가는 윤활재의 온도는 제이 온도 센서(38)에 의하여 제공되는 온도 신호에 응하여 열 혼합 밸브(28)를 연속적으로 조절하는 컨트롤러(36)의 작용에 의하여 최소화된다. 마지막으로, 컨트롤러(36)가, 압축 가스의 노점 온도보다 높고 윤활재의 예정된 안전 작동 온도보다 낮은, 예정된 범위 안에 있는 압축기 배출 온도를 유지하도록 작동된다.
압축기(10)의 효율이 인렛(13)에서의 기름 유량과 기름 공급 온도의 함수임을 주지하여야 한다. 본 발명은 예컨대 로드, 언로드, 및 가변 주위 온도들과 같은 가변 작동 조건들을 포함하는 모든 작동 조건들 하에 있는 압축기 성능을 적정화한다. 추가적으로, 본 발명은 시스템 온도 및 시스템 압력을 포함하는 압축기 시스템 조건들을 연속적으로 모니터하는 장치를 제공하여, 연속적 기준에 있어서의 압축기 성능을 적정화하기 위하여 기름 유동 및 기름 공급 온도에 대한 필요한 조정을 결정한다. 예컨대, 압축기를 떠나는 온도가 화씨 220 도와 같이 예정된 수치보다 큰 경우에는, 컨트롤러(36)가 제일 온도 센서로부터 오는 신호에 응하여 작용하여 압축 체임버(11)를 통하여 지나는 윤활재의 양을 증가시킨다. 역으로, 압축 체임버를 떠나는 윤활재의 온도가 예컨대 160도 보다 낮으면, 응축이 시스템 안에서 일어나고, 윤활재의 흐름이 줄어들어 압축 체임버 안의 온도를 증가시킨다.
본 발명이 바람직한 실시예에 따라 설명되었으며, 첨부한 청구 범위들이 나타내는 것과 같이 본 발명의 정신에서 벗어남이 없이 변화와 변경이 가능함을 인식하여야 한다.

Claims (10)

  1. 압축될 저압 가스용 인렛(inlet), 윤활재용 인렛, 및 압축 가스와 윤활재의 혼합물이 배출되는 아우틀렛(outlet)을 가지는 압축기,
    압축기의 윤활재 인렛에 윤활재의 원천을 제공하는 수단,
    압축기 배출 온도를 측정하여, 그에 해당하는 신호를 제공하는 제일 온도 센서,
    압축기 배출 압력을 측정하여, 그에 해당하는 신호를 제공하는 압력 센서,
    압축기의 윤활재 인렛에 윤활재의 유동을 조절하는 밸브 수단, 및
    제일 온도 센서와 압력 센서에 연결되어 있으며, 온도 신호와 압력 신호에 응하여 밸브 수단을 연속적으로 제어하여 압축기 성능을 최적화하기 위하여 압축기의 윤활재 인렛으로 보내지는 윤활재의 유동을 조절하고, 압력 신호에 응하여 압축기로 보내지는 저압 가스의 유동을 제어하는 컨트롤러로 이루어진,
    가스 압축기 윤활 시스템을 조절하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 압축기의 윤활재 인렛에서 윤활재의 온도를 측정하여, 이에 해당하는 신호를 컨트롤러에 제공하여, 이 컨트롤러가 제이 온도 신호에 응하여 윤활재 인렛으로 보내지는 윤활재 유동 온도를 연속적으로 조절하도록 하는 제이 온도 센서를 추가적으로 포함하는, 가스 압축기 윤활 시스템을 조절하기 위한 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 열교환기와, 컨트롤러로부터 신호를 받도록 배치된 열 혼합 밸브를 추가적으로 포함하며, 제이 온도 센서에 의하여 컨트롤러에 제공된 온도 신호에 응하여, 컨트롤러가 열 혼합 밸브의 작동을 제어하여 열교환기를 통하여 흐르는 윤활재 유동량을 제어함으로써 압축기에 공급되는 윤활재의 온도를 연속적으로 조절하며, 이와 같은 윤활재의 온도에 대한 조절이 저압 가스의 예열을 최소화하는, 가스 압축기 윤활 시스템을 조절하기 위한 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 압축기가 회전 스크루 형 압축기인, 가스 압축기 윤활 시스템을 조절하기 위한 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 컨트롤러가 마이크로 프로세서인, 가스 압축기 윤활 시스템을 조절하기 위한 장치.
  6. 압축될 저압 가스용 인렛, 윤활재용 인렛, 및 압축 가스와 윤활재의 혼합물이 배출되는 아우틀렛을 가진 압축기,
    수용기, 및
    윤활기를 냉각하는 열교환기를 포함하는 압축 유체 시스템과 같이 사용되는 윤활 조절 시스템으로써,
    컨트롤러,
    압축기 아우틀렛에서 배출 온도를 측정하여 그에 해당하는 신호를 컨트롤러에 제공하는 제일 온도 센서,
    압축기의 아우틀렛에서 압력을 측정하여, 그에 해당하는 신호를 컨트롤러에 제공하며, 압력 신호에 응하여 압축기에 저압 가스의 유동을 컨트롤러가 조절할 수 있게하는 압력 센서, 및
    압축기로 보내지는 윤활재의 유동을 조절하며, 제일 온도 신호와 압력 신호에 응하여 압축기로 가는 윤활재의 공급을 연속적이고 선택적으로 조절하도록 컨트롤러가 연속적으로 제어하는 밸브 수단으로 이루어진,
    윤활 조절 시스템.
  7. 재 6 항에 있어서, 압축기의 윤활재 인렛에서 윤활재 온도를 측정하여, 윤활재 온도에 해당하는 신호를 컨트롤러에 제공하는 제이 온도 센서를 추가적으로 포함하는, 윤활 조절 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 열교환기와, 컨트롤러로부터 신호를 받도록 배치된 열 혼합 밸브를 추가적으로 포함하며, 제이 온도 센서에 의하여 컨트롤러에 제공된 온도 신호에 응하여, 컨트롤러가 열 혼합 밸브의 작동을 제어하여 열교환기를 통하여 흐르는 윤활재 유동량을 제어함으로써 압축기에 공급되는 윤활재의 온도를 연속적으로 조절하며, 이와 같은 윤활재의 온도에 대한 조절이 저압 가스의 예열을 최소화하는, 윤활 조절 시스템.
  9. 압축될 저압 가스용 인렛, 윤활재용 인렛, 및 압축 가스와 윤활재의 혼합물이 배출되는 아우틀렛을 가진 압축기,
    수용기,
    윤활재를 냉각시키는 열교환기를 포함하는,
    기름이 가득찬 압축기 장치의 윤활 시스템을 조절하는 방법으로서,
    압축기 안에서 가스를 압축하고,
    압축기에 윤활재를 제공하여 가스의 압축에 의하여 발생하는 열을 제거하고,
    압축기 아우틀렛에서 압축기 배출 온도를 연속적으로 측정하고,
    배출 온도에 해당하는 제일 신호를 발생시키고,
    압축기의 아우틀렛에서 압력을 연속적으로 측정하고,
    압축기 아우틀렛 압력에 해당하는 제이 신호를 발생시키고,
    압축기에 공급될 윤활재의 온도를 연속적으로 측정하고,
    공급 윤활재 온도에 해당하는 제삼 신호를 발생시키고,
    제일, 제이 및 제삼 신호들을 컨트롤러에 입력하고,
    제일 신호 및 제이 신호에 응하여, 압축기로 보내지는 윤활재의 공급을 연속적으로 제어하며, 또
    제삼 신호에 응하여, 열교환기를 통하여 유동하는 윤활재의 양을 제어함으로써, 압축기에 제공되는 윤활재의 온도를 연속적으로 제어하는,
    윤활 시스템을 조절하는 방법.
  10. 압축 체임버, 압축될 저압 가스용 인렛, 윤활재용 인렛, 고압의 압축 가스와 윤활재용 아우틀렛, 상기 압축 체임버에 윤활의 원천을 제공하기 위하여 압축 가스와 윤활재용 아우틀렛에 연결된 저장통, 및 상기 윤활 인렛으로 보내지는 윤활재의 양을 조절하기 위한 밸브 수단을 포함하는 가스 압축기에 윤활재를 공급하기 위한 윤활 조절 시스템으로서,
    가스 압축 체임버를 떠나는 윤활재의 온도 신호를 발생시키기 위한 온도 센서,
    압축 체임버를 떠나는 압축 가스의 압력을 측정하여 그에 해당하는 신호를 제공하기 위한 압력 센서, 및
    온도 신호와 압력 신호에 응하여 압축기의 작동을 제어하여 윤활재의 양과 압축기를 진입하는 저압 가스의 양을 선택적으로 제어하는 제어 수단으로 이루어진,
    윤활 조절 시스템.
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