調節壓縮機的液體注射的方法、液體注射的壓縮機及元件與流程

2023-04-29 23:28:41

本發明涉及用於控制壓縮機裝置的液體注射的方法。

背景技術：

例如，已知為了冷卻壓縮機裝置，將諸如油或水的液體注射至壓縮機元件的壓縮空間內。

這樣，壓縮機元件的出口處的溫度例如可以保持在一定範圍內，從而使得溫度不變得太低，從而防止在已壓縮的空氣中形成冷凝物，並且由此液體溫度不變得過高，從而液體質量維持最優。

還可以使用注射的液體來密封和潤滑壓縮機元件，從而可以獲得良好的操作。

已知的是，注射的液體的量和溫度將影響冷卻、密封和潤滑的效率。

已經已知用於控制液體注射在壓縮機裝置內的方法，由此使用基於注射液體的溫度的控制，其中控制包括在需要更多的冷卻時通過使得液體流過冷卻器而使得注射的液體的溫度下降。

通過控制液體的溫度、粘度因而控制液體的潤滑和密封性能也可以進行調節。

這種方法的缺點是注射液體的可獲得的最低溫度受限於用在冷卻器中的冷卻劑的溫度。

還已知用於控制液體注射在壓縮機裝置內的方法，其中使用基於注射液體的質量流量的控制，其中控制包括例如在需要更多的冷卻時注射更多的液體。

通過注射更多的液體，溫度的升高幅度將更少。這能夠在不超過最大的出口溫度的情況下實現更高的注射溫度，從而在低冷卻劑溫度時不需要尺寸過大的冷卻器。

這種方法的缺點是其僅允許間接地控制注射液體的溫度。

已知方法的另一缺點是當使用一定比例的注射液體來潤滑軸承時，該液體的溫度將與被注射至壓縮空間內以用於冷卻的液體的溫度相同。

實踐中已經證明：在這種壓縮機裝置中，軸承的使用壽命受液體溫度的不利影響。

技術實現要素：

本發明的目的是提供方案來解決前述和其它缺點中的至少一個和/或使得壓縮機裝置的效率最優化。

本發明的目的是一種用於控制壓縮機元件的液體注射的方法，其中壓縮機元件包括具有壓縮空間的殼體，至少一個轉子通過軸承可旋轉地附接在殼體內，其中液體被注射至壓縮機元件內，其中該方法包括向壓縮機元件提供兩個獨立且分離的液體供給物的步驟，其中一個液體供給物注射至壓縮空間內，而另一液體供給物注射在軸承的位置處。

「獨立且分離的液體供給物」指的是液體供給物沿著分離的路徑或路線，所述分離的路徑或路線例如起自貯液器且分別終止於壓縮空間中或軸承的位置處。

一個優點是，對於每個液體供給物而言，可以分別地控制注射液體的性能，例如溫度和/或質量流量。

這樣，可以對軸承和具有轉子的壓縮空間二者提供最優的液體供給物。

這樣，本壓縮機元件與已知的壓縮機元件相比操作起來更為優化且更為有效。

在最優選的實施例中，該方法包括對兩個液體供給物分別控制液體溫度和液體質量流量的步驟。

這意味著：對於各個液體供給物控制溫度和質量流量，其中一個液體供給物的控制相對於另一液體供給物是獨立進行的。

其優點在於，溫度和液體量二者是根據軸承或壓縮空間的要求而特別地調整的，因為對一個液體供給物的控制相對於另一液體供給物是完全獨立的。

同樣地，不再需要提供尺寸過大的冷卻器。

而且，對溫度和液體量兩者進行控制的附加優點是將產生協同效應。

分別最優化注射液體的溫度和液體量二者將對壓縮機元件的效率產生積極影響。

但是當兩者均被最優化時，在兩個控制之間將存在功能性相互作用，這對壓縮機元件的效率的改進大於兩個獨立控制的效率改進之和，因此，控制指的是組合，而不僅僅是聚集或並置。

這種功能性相互作用部分歸因於涉及溶解在液體中的空氣量的除氣現象。

通過控制溫度和質量流量兩者，至少部分地消除了溶解在液體中的空氣量，這將提高效率。

另一方面，必須考慮密封能力，部分可歸因於注射液體的粘性，而部分可歸因於可獲得的液體質量流量。對於每個操作點而言，存在液體流和粘性的理想組合，其是溫度的函數，其中兩個參數彼此增強。

本發明還涉及一種液體注射的壓縮機裝置，其中該壓縮機裝置包括至少一個壓縮機元件，其中壓縮機元件包括具有壓縮空間的殼體，至少一個轉子通過軸承而可旋轉地附接在殼體內，其中壓縮機裝置還設置有氣體入口和用於連接至液體分離器的用於壓縮氣體的出口，所述液體分離器通過注射迴路而連接至壓縮機元件，其中前述注射迴路包括兩個分離的注射管，所述兩個分離的注射管起自液體分離器且分別通入壓縮空間內和在前述軸承的位置處通入殼體內。

這種壓縮機裝備的優點在於用於潤滑軸承和冷卻壓縮空間的液體供給物可以彼此獨立地受控，從而可以根據軸承和壓縮空間分別所需的該特定操作點處的最優特性而控制兩個液體供給物。

本發明還涉及一種具有殼體的液體注射的壓縮機元件，所述殼體包括壓縮空間，至少一個轉子通過軸承可旋轉地附接在殼體內，其中壓縮機元件還設置有用於注射迴路的連接部，注射迴路用於將液體注射至壓縮機元件內，其中通過殼體內的多個注射點而實現與注射迴路的連接，其中殼體還設置有分離的集成通道，所述分離的集成通道起自殼體內的前述注射點且分別通到壓縮空間內和前述軸承處。

這種液體注射的壓縮機元件可以用於根據本發明的壓縮機裝置中。這樣，壓縮機裝置的注射迴路的至少一定比例的注射管可以說是將以所述集成通道的形式在壓縮機元件的殼體中部分分離地延伸。

這種方法將確保提供注射管的連接部的注射點的數量可以維持為有限數量，並且例如通過適當地劃分殼體中的通道可以實現劃分通到不同軸承的液體供給物。

注射點的位置也可以自由地選擇，其中殼體中的通道將確保引導油供給物至適當的位置處。

附圖說明

為了更好地示出本發明的特徵，下文參考附圖、作為示例而非進行任何限制地描述用於控制壓縮機裝置的液體注射的方法以及由此應用的液體注射壓縮機裝置的一些優選變化方案，其中：

圖1示意性地示出了根據本發明的液體注射的壓縮機裝置；

圖2示意性地示出了根據本發明的液體注射的壓縮機元件；

圖3至5示意性地示出了圖1的替代實施例。

具體實施方式

圖1中示出的液體注射的壓縮機裝置1包括液體注射的壓縮機元件2。

壓縮機元件2包括殼體3，所述殼體限定了壓縮空間4以及氣體入口5和用於壓縮氣體的出口6。

一個或多個轉子7通過附接在轉子7的軸杆9上的軸承8而可旋轉地附接在殼體3內。

而且，殼體3設置有用於注射液體的大量注射點10a、10b。

該液體例如可以是合成油或水等，但是本發明並不局限於此。

注射點10a、10b設置在壓縮空間4的位置處和前述軸承8的位置處。

在圖2中更詳細地示出了壓縮機元件2，其上設置有注射點10a、10b。

根據本發明，殼體3設置有分離的集成通道11，所述分離的集成通道分別起自殼體3內的前述注射點10a、10b並且分別通到壓縮空間4內和前述軸承8內。

在圖1所示的示例中，注射點10a、10b分別設置在前述壓縮空間4的位置處和前述軸承8的位置處。

然而，由於設置了分離的集成通道11，因此並非必須如此設置，可以更自由地將注射點10a、10b設置在不同的位置處。

而且，可以對每個通道11提供分離的注射點10a、10b。

但是，也可以設置起自注射點10a、10b的多個通道11。

如圖2中可見的，在這種情況下，對每個軸承8提供分離的集成通道11。

而且，在這種情況下，對於壓縮空間4也設置一個以上的通道11。在這種情況下，有兩個起自注射點10a且通到壓縮空間4的通道11。

此外，可以在殼體3中提供一個或多個腔12。

在所示的示例中，具有三個腔12。

一個腔12作為用於壓縮空間4的液體的貯液器，而另兩個腔12作為用於軸承8的液體的貯液器。

對於軸承8，在入口5側上提供一個腔12且在出口6側上提供一個腔12。

腔12確保注射點10a、10b以及連接至腔的一個或多個分離的集成通道11之間的連接部。

顯而易見的是，壓縮空間4的位置處的注射點10a連接至用於壓縮空間4的液體的腔12。

通到壓縮空間4的通道11也連接至該腔12。

類似地，軸承8的位置處的注射點10b以及通到軸承8的通道11連接至用於軸承8的液體的腔12。

顯而易見的是，如果壓縮機元件2和殼體3的設計允許，則可以僅提供一個注射點10b和一個用於軸承8的液體的腔12。在這種情況下，液體將使用通道11而被帶至所有的軸承8。

而且，液體注射的壓縮機裝置1包括液體分離器13，其中用於壓縮氣體的出口6連接至液體分離器13的入口14。

液體分離器13包括用於壓縮氣體的出口15，可以從所述出口將壓縮氣體引導至例如附圖中未示出的消費網。

液體分離器13還包括用於已分離的液體的出口16。

液體分離器13通過連接至壓縮機元件2的注射迴路17而連接至前述出口16。

該注射迴路17包括均起自液體分離器13的兩個獨立的分離注射管17a、17b。

注射管17a、17b將確保兩個獨立的分離液體供給物連接至壓縮機元件2。

殼體3內的注射點10a、10b確保將壓縮機元件2連接至注射迴路17。

第一注射管17a通到位於壓縮空間4的位置處的前述注射點10a。

第二注射管17b通到位於軸承8的位置處的注射點10b。

如上文已經提及的，在這種情況中，具有用於軸承8的兩個連接點10b，即對於轉子7的軸杆9的每個端部均有一個連接點，但這並非必須的。

為此目的，第二注射管17b將分成兩個子管18a、18b，其中一個子管18a、18b將出現在軸杆9的一個端部處。

如果對於軸承僅存在一個注射點10b，則通道11將取代子管18a、18b的功能，或者換句話說：這些子管18a、18b以兩個分離的集成通道11的形式集成在殼體3內，所述集成通道從注射點10b通到軸承8。

顯而易見的是，如圖2所示，對於前述集成通道11，可以說它們形成了注射迴路17的一部分，並且可以說是形成了子管18a和18b的延伸部分。換句話說，注射迴路17的一部分集成在殼體3內。

冷卻器19設置在第一注射管17a內。該冷卻器19例如可以設置有風扇，以用於冷卻流動通過該第一注射管17a的液體，但這對於本發明而言並非必須的。當然，本發明並不局限於此，也可以使用其它類型的冷卻器19，例如使用諸如水等的冷卻液體。

還提供了可控制閥20，在這種情況下為節流閥，但這並非必須的。

通過該節流閥，可以調節注射至壓縮空間4中的液體量。

在第二注射管17b中也設置冷卻器21，其中在該情況下，可以使用諸如水的冷卻流體以冷卻液體，或者液體可以通過風扇而冷卻。

而且，在這種情況下，在第二注射管17b內設置兩個可控制閥22，每個子管18a、18b中各一個。

還可以在兩個子管18a、18b之間的連接點P的位置處提供例如呈三通閥形式的單個可控制閥22。

還可以使用不是三通閥而是例如為普通(兩通)控制閥的一個閥22代替兩個可控制閥22，所述一個閥設置在注射管17b的分成子管18a、18b之處的上遊。

壓縮機裝置1的操作非常簡單且如下所述。

在壓縮機裝置1的操作期間，將經由氣體入口5抽入一種氣體(例如，空氣)，所述氣體將通過轉子7的作用而被壓縮並且經由出口離開壓縮機元件2。

由於在操作期間將液體注射至壓縮空間4內，該壓縮空氣將包含一定量的液體。

壓縮空氣被引導至液體分離器13。

在該處液體將得以分離並且被收集在液體分離器13的底部。

此時不含水的壓縮空氣將經由用於壓縮氣體的出口15而離開液體分離器13，並且例如可以被引導至壓縮氣體消費網(圖中未示出)。

分離的液體將通過注射迴路17而被帶回至壓縮機元件2。

一定比例的液體將經由第一注射管17a和連接至其的通道11而被運輸回壓縮空間4，另一比例的液體經由第二注射管17b、兩個子管18a、18b以及連接至其的通道11而被運輸至軸承8。

因此，將根據這樣的方法而控制冷卻器19、21和可控制閥20、22，所述方法包括：首先控制液體供給物的質量流量(即，控制可控制閥20、22)，然後控制液體供給物的溫度(即，控制冷卻器19、21)。

因而，前述控制是主從型控制，其中，始終首先進行主控制，在這種情況下是對可控制閥20、22進行的控制。

值得注意的是，冷卻器19、21和可控制閥20、22是彼此獨立地受控的，這意味著對一個冷卻器19的控制不以任何方式受到對其它冷卻器21的控制的影響，或者對一個可控制閥20的控制不對另一可控制閥22的控制產生影響。

這種控制將使得分別根據壓縮空間4和軸承8的要求而調節液體的性質。

如上所述，通過應用兩個控制，由於兩個控制之間的功能性相互作用將產生協同效應。

優選地，該方法包括控制液體供給物的溫度和質量流量，從而使得液體注射的壓縮機裝置1的比能需求(specific energy requirements)最小化。

所述比能需求是壓縮機裝置1的功率(P)與壓縮機裝置1所提供的轉換為壓縮機元件2的標準條件的流速(FAD)之間的比。

雖然在所示的示例中，注射迴路17由兩個分離的獨立注射管17a、17b形成，但是並不排除提供通到壓縮機裝置1的驅動器的第三獨立注射管。

冷卻器19、21和可控制閥20、22還可以合併在該第三獨立注射管中。

該第三獨立注射管將確保對驅動器進行潤滑和冷卻，其中，該驅動器可以呈具有必須的傳動裝置和齒輪的發動機的形式。

對所述第三獨立注射管內的冷卻器19、21和可控制閥20、22的控制可以按照與另兩個注射管17a、17b相同的方式進行控制，其中，在這種情況下，將確保對於驅動器的需求而言注射液體的量和溫度是最優化的。

雖然在所示的示例中，注射迴路17包括均起自液體分離器13的兩個分離的獨立注射管17a、17b，但是並不排除僅有一個注射管17a、17b起自液體分離器13，其中該一個注射管17a、17b在位於液體分離器13的下遊且位於可控制閥20的上遊的位置處分開。所述位置例如可以介於冷卻器19和可控制閥20之間。

其優點是僅需要在注射迴路17和液體分離器13之間提供一個連接部，並且可以省略冷卻器21。

圖3示出了根據本發明的壓縮機裝置1的替代實施例，所述替代實施例與圖1的前述實施例不同，因為在這種情況下提供了跨過冷卻器19和可控制閥20的旁通管23。

在這種情況下，三通閥24設置在冷卻器19上遊處的旁通管23的分接處，以控制可以流經旁通管23和冷卻器19的液體量。

壓縮機裝置1的操作在很大程度上類似於圖1的實施例的操作。

在該實施例中，僅僅對可控制閥20和冷卻器19的控制是不同的，所述對可控制閥20和冷卻器19的控制用於控制提供至壓縮空間4的液體的溫度和流速。

當出口6處的溫度T仍然低於設定值Tset時，三通閥24將一定比例的液體供給物傳送通過旁通管23，而非通過冷卻器19。流動通過旁通管23的液體將不會被冷卻，從而壓縮空間4內的注射液體的冷卻能力將下降。

如果需要的話，則將更大比例的液體供給物傳送通過旁通管23，以降低冷卻能力，並且使得溫度T升高至設定值Tset之上。

當將所有的液體傳送通過旁通管24但溫度T仍然過低時，則通過關閉三通閥24將減少注射的液體量，從而允許更少的液體通過。

液體量將減少，直到溫度T至少等於設定值Tset為止。

通過使用冷卻器19和三通閥24，由此油15可以被部分地傳送通過旁通管23以及部分地傳送通過冷卻器19，冷卻能力可以持續地受控，而無需為此而改變注射液體的量(即，液體供給物的流速)。

而且，僅在最後情況中減少注射液體的量，從而不減少通過液體對轉子7之間和/或轉子7和殼體3之間進行的潤滑和密封。

也可以使用類似的控制，以確保出口6處的溫度T不高於設定值Tmax。

該設定值Tmax由ISO標準限制，並且其最大值例如等於液體的降解溫度(degradation temperature)Td。如果需要的話，則設定值Tmax可以小於該降解溫度Td若干度，以便於根據所需或預期的額外安全性水平而構建一定的安全性，例如1℃、5℃或10℃。

如果出口6處的溫度T高於設定值Tmax，則三通閥24將增大經由旁通管23注射至壓縮腔4內的液體供給物的流動，直至出口6處的溫度T下降至設定值Tmax為止。

如果已經注射了最大量的液體或者如果當注射最大量的液體時出口6處的溫度T仍然過高，則三通閥24將傳送至少一定比例的液體供給物通過冷卻器19。

如果已經是該情況或者如果這並不夠，則更大比例的液體供給物將逐漸被傳送通過冷卻器19，直至溫度T充分下降為止。

當變得需要將全部的液體供給物傳送通過冷卻器19並且冷卻能力仍然不足以使得溫度降低至設定值Tmax時，此時將打開冷卻器19，由此增大冷卻能力。

結果，冷卻器19內的液體將得以更進一步冷卻。

冷卻器19的冷卻能力增大，直至出口6的溫度T在最大值時等於設定值Tmax為止。

通過組合用於控制溫度的兩種方法，可以確保溫度T維持在一定限度內，以便增大液體和壓縮機裝置1的使用壽命。

而且，這種方法將確保在需要分別減少或增大注射迴路17的冷卻能力時始終最先關閉或最後打開冷卻器19，這將節約能量。

圖4示出了根據本發明的壓縮機裝置1的第二替代實施例。

在這種情況下，前述旁通管23僅跨過可控制閥20延伸，所述可控制閥例如構建為節流閥。

如果可控制閥20出現故障，則旁通管23用作安全裝置，從而始終能夠確保將液體供給至壓縮空間4是可行的。

圖5示出了根據本發明的壓縮機裝置1的第三替代實施例。

在這種情況下，提供起自液體分離器13並且通到入口5的第三獨立注射管17c。

冷卻器25也合併在該第三獨立注射管17c內。在這種情況下，還設置可控制閥26以控制液體流速。

還在入口5的位置處在第三獨立注射管17c內設置霧化器27。

該霧化器27將霧化(例如噴射或噴霧化)液體供給物，從而使得液體將以小液滴進入入口5中。

由於這種霧化，氣體和液體之間的傳熱將最優化，因為在兩者之間形成了更大的接觸面積。

傳熱的幅度將特別地由液滴的尺寸及其在氣流中的分布而確定。

霧化器27可以包括大量的高頻振動棒和注射管嘴。替代方案可以是基於射流膨脹(jet expansion)氣體/液體混合物的霧化器27。

優選地，霧化器27可以被控制，以便控制液體的尺寸，並且能夠改變液體的分布。

對於第三注射管17c，可以藉助冷卻器25而控制液體供給物的溫度、藉助於可控制閥26而控制流速以及藉助於霧化器27而控制噴霧。

這將允許液體注射和霧化在入口5中且小液滴具有最優的分布以及具有所需的溫度和流速，由此，其可以響應於有關潤滑、密封和冷卻的改變(環境)參數和需求。

根據本發明，前述液體可以是油或水。

本發明決不受限於作為示例描述和附圖中示出的實施例，但是這種用於控制壓縮機裝置的液體注射的方法以及液體注射的壓縮機裝置可以根據不同的變化方案而實施，而不脫離本發明的範圍。