[发明专利]压缩机装置和控制该压缩机装置的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种压缩机装置和一种控制压缩机装置的方法。

更具体地说，本发明涉及采用液体冷却的压缩机装置，将冷却剂注入到压缩机腔室中。

背景技术

压缩机装置用于压缩气体或气体混合物例如空气。压缩空气例如可以用于位于压缩机装置下游的用户网络中，例如用于驱动气动工具，作为在气动输送等中的推进剂。

对于许多用途而言，不希望在将压缩气体注入到用户网络中时冷却剂仍然处于该压缩气体中。因此，通常设有气体/冷却剂分离器，以便从该压缩气体中去除冷却剂。该分离器通常采用罐的形式，其中冷却剂以离心方式与压缩气体分离。

优选在已经冷却之后，与压缩气体分离的冷却剂通常被重复用于注入到压缩机元件中。例如在螺杆压缩机中，冷却剂用于润滑和/或密封压缩机元件的转子。

压缩机元件的冷却通常通过冷却回路来实现，该冷却回路通常包括在分离罐和压缩机元件之间延伸的液体管道，并且该液体管道设有冷却器。另外，这种冷却回路往往包括跨接控制装置和冷却器的旁路，例如阀，通过该阀可以改变在流经冷却器和旁路的各条冷却剂流之间的比例。为此，可以改变冷却剂的实际冷却程度，并且因此将冷却剂温度调节至所期望的数值。

对压缩元件冷却的控制任选可以通过作用于辅助冷却回路例如通过使得风扇转动更快或更慢(在辅助冷却回路中的介质则为空气)或者通过控制在辅助冷却回路中的介质的流量或温度来实现。

在冷却回路中的冷却剂的流量通常有在冷却剂管道中在其与该冷却剂注入到压缩机元件中的注入位置连接的连接部处的压力所决定，并且这些注入位置通常在压缩机元件的压缩过程中设置在入口处或正好在该入口之后。但是，还可以设置泵，用来泵送冷却剂(例如但不限于油)，这与冷却剂注入开口的几何形状一起决定了冷却剂流量。

如果采用压缩机元件来压缩作为所要压缩气体的空气，则该气体通常包含有水蒸汽。根据在压缩机装置中的特定位置处的温度和压力，该水蒸汽会在那个位置处冷凝成液态水。

压缩机最佳使用的重要先决条件在于，在罐中的温度必须总是如此，它高于位于其中的压缩气体的露点，并且这为了防止在那里形成的冷凝物与冷却剂混合，因为这会对冷却剂的冷却能力造成不利影响，能够导致压缩机装置的零部件损坏，并且也会对润滑性能有害。

该先决条件实际上是通过调节跨接冷却器的旁路和/或提供给压缩机元件的冷却剂流量因此作用于主冷却回路来实现的。通过作用于辅助冷却回路来实现先决条件由于成本较高(风扇速度的调节、辅助冷却剂流量的调节)以及对整个压缩机设备(热敏部件、大量切换循环)以及尤其是冷却器(在辅助冷却回路中的流量减小会导致在该冷却回路中的温度太高，这又会伤害或损坏冷却器)而实际上应用较少。

因此，实际上在气体/冷却剂罐中的温度往往设定为固定温度，该温度可能在某些区域高于最大可能的冷凝温度，该温度又是所要压缩气体的最大许可温度、所要压缩气体的湿度以及在气体/冷却剂罐中的最大许可工作压力的函数。

但是，该最大可能的冷凝温度仅仅在前面三个参数同时为其最大许可值的情况下才出现，这只有在平均设备工作周期期间零星出现。这意味着对于大多数压缩机设备的工作期间而言，将气体/冷却剂罐的温度设定为太高的数值以便防止在工作条件下出现冷凝。

因此可以通过将离开压缩机元件的压缩气体的温度以及在气体/冷却剂分离罐中实际上相同的温度保持更低来优化这些工作条件。实际上，如果例如采用油作为冷却剂，则通过热降解，该油丧失其润滑性能，并且这些同样更高的温度导致油的使用寿命普遍降低，从而必须更加迅速地更换该油以防止用性能降低太大的油进行操作并且伤害压缩机装置。

而且对于每台压缩机设备而言，在压缩机元件中的冷却剂的注入温度是已知的，由此压缩机设备的效率是最佳的。

高于以及低于该已知注入温度的注入温度导致压缩机设备的能耗更高。

该已知的注入温度为冷却剂流量和压缩机元件功率的函数，并且压缩机元件功率又为所提供的压缩气体流量、压缩气体流的压力以及压缩过程的效率的函数，该注入温度在由于在压缩机元件中受热而升高之后对应于在气体/冷却剂分离罐中的某个温度，该温度通常在略微低于在考虑了最大可能冷凝温度的情况下所必须设定的温度。

输出气体的温度因此必须高于冷凝温度，但是鉴于针对长冷却剂使用寿命和低能耗的逻辑目的所以优选不要太高。