NO341397B1 - Forbedret kompressoranordning - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en kompressoranordning.

Mer spesifikt vedrører oppfinnelsen en kompressoranordning av variabel-hastighetstypen som grunnleggende består av et hus med et kompressorelement deri, som er drevet av en hastighetsmotor (speed motor) med et fast innstilt maksimalt antall omdreininger for kompressoren, en luftkjøling som suger luft fra omgivelsene via et innløp og, blåser den via en utblåsning (eksos) gjennom dette huset og tilbake til omgivelsene og en separat kjølekrets med kjølemedium for avkjøling av gassen som har blitt komprimert ved hjelp av kompressoren eller en kjøling av den komprimerte luften.

Vanlige kompressoranordninger er generelt konstruert for å være i stand til å fungere under visse betingelser med maksimal omgivelsestemperatur, idet disse betingelsene er benevnt som de nominelle arbeidsbetingelser.

I det tilfellet at begrensningene av de nominelle omgivelsesbetingelser blir overskredet, kan et godt arbeid utført av kompressoranordningen ikke lenger garanteres og dette vil føre til uforutsigbare stopp av kompressoranordningen.

I et slikt tilfelle blir det for tiden bestemt å benytte en kompressoranordning som er overdimensjonert og derfor genererer mindre varme enn en mindre kompressoranordning ved de samme betingelser eller for en kompressoranordning som arbeider med sin maksimale kapasitet gjennom at det fast innstilte maksimale tillatte antall omdreininger for kompressoren er begrenset, for eksempel ved bruk av en transmisjon med mindre transmisjonsutveksling enn i de nominelle betingelser. Derfor skapes en ekstra termisk reserve som kan bli benyttet for å motvirke den høyere omgivelses- eller miljøtemperaturen.

Dette har den ulempe at en større investering er nødvendig med hensyn til kompressoranordningen, og at kompressoranordningen ikke blir optimalt benyttet under alle nominelle betingelser med det resultat at det blir et tap av ytelse under nominelle betingelser.

Kjent teknikk er beskrevet i dokument US 20060090490 Al som beskriver en temperaturfølende sammenstilling til å overvåke temperaturen til et rør i et system. Den temperaturfølende sammenstillingen inkluderer en isolatorkropp med en første ende, en andre ende, en ytre overflate, og en indre overflate. De ytre og indre overflatene strekker seg mellom den første og den andre enden. Den indre overflaten er konfigurert for å motta en del av røret. En temperaturfeller er anordnet nærmest den indre overflaten og er konfigurert til å komme i direkte kontakt med røret når røret mottas av den indre overflaten.

US 20050214128 Al beskriver en kompressor hvor når den målte utløpstemperaturen når en viss hysterese øvre temperaturgrense, enten senkes den faktiske rotasjonshastigheten til kompressorelementet med et hastighetshopp når den målte rotasjonshastigheten er i det høyere hastighetsområdet nær den maksimale rotasjonshastigheten, eller økes med et hastighetshopp når den målte rotasjonshastigheten er i det lavere hastighetsområdet nær den minimale rotasjonshastigheten.

Den foreliggende oppfinnelsen søker å tilveiebringe en løsning på en eller flere av de ovennevnte og andre ulemper, ettersom den tilveiebringer en forbedret kompressoranordning som er utstyrt med en selvregulerende styring som sikrer at kompressoranordningen også ved maksimal ytelse kan bli benyttet i alle miljøtemperaturer med permanent optimal kjøleoperasjon. Det er beskrevet en forbedret kompressoranordning som hovedsakelig består av et hus med et kompressorelement innvendig som er drevet av en variabel-hastighetsmotor med en styringsboks med et innstilt maksimalt antall omdreininger for kompressoren, en luftkjøling som suger luft fra miljøet via et innløp og blåser det tilbake til miljøet straks denne har passert gjennom huset, via en utblåsning og kjølekrets for kjøling av gassen som har blitt komprimert av kompressoren, kjennetegnet ved at styringsboksen er utstyrt med en algoritme som reduserer det ovennevnte maksimalt tillatte innstilte antall omdreininger med en definert verdi så snart den målte miljøtemperaturen stiger over et maksimalt innstilt nivå og det maksimalt tillatte innstilte antall omdreininger stiger igjen, så snart miljøtemperaturen faller under det ovennevnte nivå.

Oppfinnelsen vedrører en gasskompressor omfattende et gasskompressorelement, en variabel-hastighetsmotor som driver gasskompressorelementet, en motorstyringsenhet for den variable-hastighetsmotoren med et maksimalt antall omdreininger for kompressorelementet, en luftkjøling innrettet til å suge miljøluft via et innløp og blåse den tilbake til miljøet gjennom et hus via en utblåsing og en kjølekrets innrettet for kjøling av gass som har blitt komprimert av kompressorelementet. Et første middel er innrettet til å måle en miljøtemperatur, huset er konfigurert til å inneholde gasskompressorelementet, den variable-hastighetsmotoren, motorstyringsenheten, luftkjølingen og kjølekretsen. Huset omfatter et elektronikkrom som er utstyrt med en andre luftkjøling konfigurert for å suge inn miljøluft via et innløp og blåse den tilbake til miljøet gjennom et utløp, en ytterligere kjøleinnretning for å kjøle luften som er satt i bevegelse av elektronikkrommets andre luftkjøling, et andre middel konfigurert til å måle en temperatur til luft som er kjølt av den ytterligere kjøleinnretningen, og en innretning til å øke en kjølekapasitet til den ytterligere kjøleinnretningen når den målte temperaturen til den kjølte luften kjølt av den ytterligere kjøleinnretningen stiger over et innstilt maksimalt ytterligere kjøleinnretning-kritisk nivå. Det omfatter også en innretning for å justere den ytterligere kjøleinnretningen, hvori den ytterligere kjøleinnretningen opererer når den målte miljøtemperaturen nærmer seg et nivå over et maksimalt innstilt miljøtemperatur-nivå. Kjølekapasiteten til den ytterligere kjøleinnretningen er justerbar slik at temperaturen til den kjølte luften som strømmer gjennom elektronikkrommet holdes under maksimalt ytterligere kjøleinnretning-kritisk nivå, og motorstyringsenheten inkluderer en algoritme som reduserer maksimalt innstilte antall omdreininger med et visst nivå når den målte miljøtemperaturen stiger over det maksimalt innstilte miljøtemperatur-nivået og øker det maksimalt tillatte innstilte antall omdreininger når den målte miljøtemperaturen faller under det maksimalt innstilte miljøtemperatur-nivået.

Fordelen med en slik anordning i henhold til oppfinnelsen er at når miljøtemperaturen stiger over det nominelle nivået som kompressoranordningen er konstruert for, vil det maksimalt tillatte antall omdreininger automatisk bh redusert, som et resultat av hvilket kompressoranordningen vil utvikle mindre varme og kjølekapasiteten til luflkjølingen er tilstrekkelig for kompressoren, selv ved denne hevede miljøtemperaturen, til å holde kjølingen tilstrekkelig for å unngå uønskede stopp grunnet overoppheting og å sikre godt arbeid av anordningen.

Fortrinnsvis er ovennevnte algoritme i tillegg slik at det maksimalt innstilte antall omdreininger blir ytterligere redusert når temperaturen til ovennevnte kjøling av den komprimerte gassen er utilstrekkelig eller temperaturen til kjølemediet stiger over et innstilt nivå.

Gjennom overvåkning av temperaturen til miljøluften og/eller kjøling kontinuerlig eller intermitterende, og justering av det maksimalt innstilte tillatte antall omdreininger som en funksjon av måleresultatene, vil kompressoranordningen være i stand til å fungere selv under høyere miljøtemperaturer enn nominelt foreskrevet, permanent ved dens maksimalkapasitet uten fare for stopp eller skade.

Generelt inkluderer huset et elektronikkrom som er utstyrt med luftkjøling som suger miljøluft via en inngang og blåser det tilbake til miljøet via en utgang, for å unngå enhver skade på elektronikkomponentene, idet et maksimalnivå blir påtrykt for temperaturen til kjøleluften som blir benyttet for dette formål. Luftkjølingen av dette elektronikkrommet blir normalt kalkulert for nominelle betingelser og ved å overskride rnaksimaltemperaturen til kjøleluften vil dette føre til uønskede stopp av kompressoranordningen.

I henhold til et ytterligere aspekt av oppfinnelsen kan, i dette huset, en ytterligere kjøling være tilveiebrakt for kjøling av luften som fungerer som et kjølemedium for elektronikkrommet, idet denne kjølingen bare blir slått på når miljøtemperaturen truer med å stige over et innstilt nivå. Dette for å holde energikostnadene så lave som mulig.

Denne tilleggskjølingen kan fungere uavhengig eller kan bli benyttet i kombinasjon med algoritmen for styringen av det maksimalt innstilte antall omdreininger for kompressoranordningen, idet denne kjølingen blir regulert fortrinnsvis av ovennevnte styringsboks hos kompressoranordningen.

Med det formål å bedre vise de karakteristiske egenskapene ved oppfinnelsen, vil i det etterfølgende, som et eksempel uten noen begrenset karakter, en foretrukket utførelsesform av kompressoranordningen i henhold til oppfinnelsen beskrives med henvisning til de vedlagte tegninger, der: Figur 1 skjematisk viser en forbedret kompressoranordning i henhold til oppfinnelsen, og Figurene 2 og 3 viser to styringsalgoritmer som kan bli benyttet på anordningen i figur 1.

Kompressoranordningen 1 i figur 1 består grunnleggende av et hus som i dette tilfellet er delt i to rom 4 og 5 ved hjelp av en skillevegg 3, idet det i rommet 4 er anordnet et kompressorelement 6 som er drevet av en variabel-hastighetsmotor 7, for eksempel en frekvensstyrt motor, med en styringsboks 8 med et innstilt maksimalt antall omdreininger Nmax og hvor rommet 5 er et elektronikkrom hvor elektronikkomponenter 9 skal befinne seg, slik som for eksempel den ovennevnte styringsboksen 8.

Rommet 4 blir avkjølt av en luftkjøling 10 som suger miljøluft via et innløp 11 og blåser den tilbake til miljøet gjennom rommet 4 i huset 2 og via en utblåsning 12, som vist med pilene A. Kompressoranordningen 1 er videre utstyrt med en kjølekrets 13, med eller uten et kjølemedium som for eksempel olje, vann eller lignende for kjøling av gassen som blir komprimert av kompressoren og via et utløpsrør 14,160 og en tilkobling 15 kan bli levert til et utløpsluftnett.

Elektronikkrommet 5 inkluderer luftkjøling 16 som suger miljøluft via en inngang 17 og blåser den tilbake til miljøet over elektronikkrommet 5 via et utløp 18 som vist ved piler

B.

Selv om det i figur 1 er vist en kompressoranordning i hvilken luftkjølingen 10 og 16 av rommene 4 og 5 er adskilt, er det ikke utelukket at disse luftkjølingene 10 og 16 er felles eller at de inkluderer felles deler.

I tillegg er det, i henhold til oppfinnelsen, tilveiebrakt en kjøling 19 for kjøling av luften suget gjennom luftkjølingen 16.

Kompressoranordningen 1 inkluderer videre midler 20 for å bestemme temperaturen T20 til miljøluften; midler 21 for å bestemme temperaturen T21 til kjølingen 13 av kompressoren, for eksempel, i utløpet av denne kjølekretsen 13, og midler 22 for bestemmelse av temperaturen T22 til kjøleluften som strømmer gjennom elektronikkrommet 5 for kjøling av elektronikkomponenten 9. Disse midlene 20,21 og 22 er elektronisk koblet til den ovennevnte styringsboksen 8 via koblinger 23.

Kompressoranordningen er konstruert for å være i stand til å operere under nominelle betingelser ved hjelp av den maksimale miljøtemperaturen Tmax som er innstilt i styringsboksen 8.

Styringsboksen 8 er i henhold til oppfinnelsen utstyrt med en algoritme 24 som er systematisert i figur 2 for innstilling av det maksimale antallet omdreininger Nmax for kompressorelementet 6, idet i den første fasen 25 miljøtemperaturen T20 blir sammenlignet med det innstilte nivået Tmax til miljøtemperaturen og idet i en etterfølgende fase 26 dette maksimalt tillatte antall omdreininger Nmax med et definert nivå blir redusert så snart miljøtemperaturen T20 truer med å stige over et maksimalt innstilt nivå Tmax og det maksimalt innstilte tillatte antall omdreininger igjen blir øket til sitt initielle nivå så snart miljøtemperaturen T20 kommer under det ovennevnte nivået Tmax.

Fortrinnsvis blir det maksimalt innstilte antall omdreininger Nmax justert på en slik måte ved hjelp av algoritmen at kjølekapasiteten til luftkjølingen 10 alltid er tilstrekkelig med den overvåkede miljøtemperaturen for å tillate kompressorelementet 6 å operere ved dette justerte maksimalt innstilte omdreininger Nmax uten fare for overoppheting.

I en etterfølgende fase 27 for algoritmen 24 blir temperaturen T21 til kjølemediet til kjølekretsen 3 og/eller temperaturen til den komprimerte luften sammenlignet med det maksimalt innstilte nivået T21max og som i fasen 26 blir det maksimalt innstilte tillatte antallet om(keininger Nmax igjen redusert når temperaturen T21 til ovennevnte kjølemedium stiger over det innstilte nivået T21max.

Det er klart at denne algoritmen kan bli utført kontinuerlig eller regelmessig intermitterende og at verdien som det maksimalt innstilte antall omdreininger blir redusert eller justert med, kan være en funksjon av måleresultatene og derfor av differansen mellom de målte temperaturer og de korresponderende maksimalt innstilte nivåer.

Arbeidet/funksjonen til kompressoranordningen 1 er enkel, og som følger.

Når miljøtemperaturen T20 stiger over det maksimalt innstilte nivået Tmax, vil det innstilte maksimale antallet omdreininger Nmax bli redusert, med en definert verdi som et resultat av hvilket kompressorelementet 6 vil/kan bli drevet av et lavere antall omdreininger, som resulterer i en redusert varmegenerering som er primærfunksjonen til antallet omdreininger av kompressorelementet 6 og av kompresjonstrykket til den trykksatte gassen i utløpet fra kompressorelementet 6.

Videre er det med denne reguleringen en fare for at temperaturen T21 til kjølekretsen 13 vil bli for høy, og det maksimalt innstilte antall om(keininger Nmax vil bli satt til et enda lavere nivå slik at det ikke vil være noen fare i det hele tatt for overoppvarming av kompressordelene i rommet 4.

På denne måten blir det sikret at kompressoranordningen 1 permanent kan bli drevet til et maksimalt antall omdreininger og derfor med en maksimal kapasitet av trykksatt gass, gitt den tilgjengelige kjølekapasiteten til luftkjølingen 10 og kjølekretsen 13. Det vil derfor ikke være nødvendig å tilveiebringe noen overmålt kjøling slik det er vanlig i tilfellet med tidligere kjente kompressoranordninger.

Denne reguleringen skjer normalt ikke mellom den normale styringen av motorens antall omdreininger, men den arbeider med dynamisk begrenset antall omdreininger.

Styringsboksen 8 kan valgfritt bli utstyrt med en andre algoritme 28 som er skjematisk vist i figur 3, og som er ment å sikre beskyttelse av elektronikkomponentene 9 i elektronikkrommet 5, gitt det faktum at disse komponentene 9 ikke kan bli satt ubeskyttet ved høye temperaturer og at, som et resultat, temperaturen T22 til kjøleluften som strømmer gjennom elektronikkrommet 5 ikke kan stige over et visst kritisk maksimalnivå.

Algoritmen 28 sammenligner miljøtemperaturen T20 i en første fase 29 med et maksimalt innstilt nivå Tmax, som kan, men ikke trenger å være, det samme som det som benyttes for algoritmen 24, og sammenligner i en andre fase 30 temperaturen T22 til kjøleluften i rommet 5 med det tidligere innstilte maksimalnivået T22max.

Når miljøtemperaturen T20 stiger høyere enn T20max, slås kjølekretsen 19 på og kjøleluften som blir sendt gjennom elektronikkrommet blir ytterligere avkjølt.

Når både miljøtemperaturen T20 og temperaturen til kjøleluften T22 stiger høyere enn deres respektivt innstilte maksimalnivåer Tmax og T22max, blir, i fasen 31, kjølekapasiteten Q til kjølingen 19 innstilt høyere for å redusere temperaturen til kjøleluften T22 rett under den kritiske temperaturen til elektronikkomponentene 9.

Denne andre algoritmen 28 gir de følgende fordeler:

luftkjølingen 16 må ikke være overdimensjonert for å resokere de nominelle

miljøtemperaturer;

det er ingen energitap for ekstra kjøling når luftkjølingen 16 er tilstrekkelig,

slik det er i tilfellet normale miljøtemperaturer;

ved ytterligere kjøling av kjøleluften til elektronikkrommet 5 for å tillate kjøling til rett under den kritiske temperaturen for komponenten 9 spares ekstra energi, ved minimumskjølekapasitet. Dette fører til at totalvirkningsgraden til maskinen blir så høy som mulig.

Også den andre algoritmen kan bli benyttet med en viss frekvens kontinuerlig eller intermitterende.

Det er klart at begge algoritmer 24 og 28 kan bli benyttet individuelt, separat eller i sammen i kompressoranordningen 1. Det er også klart at begge algoritmer kan bli benyttet i den samme styringsboks 8 eller i separate styringsbokser.

Den foreliggende oppfinnelse er på ingen måte begrenset til utførelseseksemplet som er beskrevet og vist i figurene, men en forbedret kompressoranordning i henhold til oppfinnelsen kan bli realisert i alle former og dimensjoner uten å fravike fra omfanget av oppfinnelsen som angitt i kravene.

Claims (6)

1. Gasskompressor, omfattende: et gasskompressorelement (6); en variabel-hastighetsmotor (7) som driver gasskompressorelementet; en motorstyirngsenhet (8) for den variable-hastighetsmotoren med et maksimalt antall omdreininger (Nmax) for kompressorelementet (6); en luftkjøling (10) innrettet til å suge miljøluft via et innløp (11) og blåse den tilbake til miljøet gjennom et hus (2) via en utblåsing (12); en kjølekrets (13) innrettet for kjøling av gass som har blitt komprimert av kompressorelementet (6);karakterisert vedet første middel (20) innrettet til å måle en miljøtemperatur (T20); huset (2) konfigurert til å inneholde gasskompressorelementet (6), den variable-hastighetsmotoren, motorstyringsenheten, luftkjølingen (10) og kjølekretsen (13), hvori huset omfatter et elektronikkrom (5) som er utstyrt med en andre luftkjøling (16) konfigurert for å suge inn miljøluft via et innløp (17) og blåse den tilbake til miljøet gjennom et utløp (18), en ytterligere kjøleinnretning (19) for å kjøle luften som er satt i bevegelse av elektronikkrommets (5) andre luftkjøling (16), et andre middel (21) konfigurert til å måle en temperatur til luft som er kjølt av den ytterligere kjøleinnretningen (19), og en innretning til å øke en kjølekapasitet (Q) til den ytterligere kjøleinnretningen når den målte temperaturen til den kjølte luften (T22) kjølt av den ytterligere kjøleinnretningen stiger over et innstilt maksimalt ytterligere kjøleinnretning-kritisk nivå (T22max), og en innretning for å justere den ytterligere kjøleinnretningen, hvori den ytterligere kjøleinnretningen opererer når den målte miljøtemperaturen nærmer seg et nivå over et maksimalt innstilt miljøtemperatur-nivå (Tmax), hvori kjølekapasiteten til den ytterligere kjøleinnretningen er justerbar slik at temperaturen til den kjølte luften som strømmer gjennom elektronikkrommet (5) holdes under maksimalt ytterligere kjøleinnretning-kritisk nivå (T22max), og hvori motorstyringsenheten inkluderer en algoritme (24) som reduserer maksimalt innstilte antall omdreininger (Nmax) med et visst nivå når den målte miljøtemperaturen (T20) stiger over det maksimalt innstilte miljøtemperatur-nivået (Tmax) og øker det maksimalt tillatte innstilte antall om(freininger (Nmax) når den målte miljøtemperaturen (T20) faller under det maksimalt innstilte miljøtemperatur-nivået (Tmax).

2. Gasskompressor i henhold til krav 1,karakterisertved at innretningen for å styre den ytterligere kjøleinnretningen er motorstyringsenheten.

3. Gasskompressor i henhold til krav 1,karakterisertved at algoritmen (24) er konfigurert slik at det maksimalt innstilte antall omdreininger (Nmax) blir justert på en slik måte at kjølekapasiteten til luftkjølingen (10) ved den målte miljøtemperaturen (T20) er tilstrekkelig til å tillate gasskompressorelementet (6) å operere til det justerte maksimale innstilte antallet omdreininger (Nmax) uten fare for overoppheting eller uønskede stopp.

4. Gasskompressor i henhold til krav 1,karakterisertv e d at algoritmen (24) er konfigurert slik at det maksimalt innstilte antallet omdreininger (Nmax) blir ytterligere redusert når en målt temperatur (T21) til kjølekretsen stiger over et innstilt kjølekretstemperatur-nivå (T21max).

5. Gasskompressor i henhold til krav 1,karakterisertved at en temperatur (T20-T21)til miljøet og/eller kjølekretsen blir kontinuerlig eller intermitterende målt av middlene (20,21) innrettet til å måle temperaturen til miljøet og temperaturen til kjølekretsen og det maksimalt innstilte antallet omdreininger (Nmax) blir justert som funksjon av de målte temperaturene.

6. Gasskompressor i henhold til krav 1,karakterisertv e d å ytterligere innbefatte et tredje middel (22) for å måle en temperatur i elektronikkrommet, hvori det innstilte nivået (Tmax) for miljøtemperaturen (T20) er definert av temperaturen i elektronikkrommet for en komponent i elektronikkrommet (5).