專利名稱：一種液體噴射式壓縮機元件的冷卻方法以及實施該方法的液體噴射式壓縮機元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于一種液體噴射式壓縮機元件的冷卻方法。
背景技術(shù)：
目前，為了冷卻液體噴射式壓縮機元件，借助壓縮機元件上專設(shè)的噴射口噴入相 關(guān)壓縮機元件的壓縮室中的液體(諸如水或油)由同一個噴射閥提供。所噴射的相關(guān)液體因此不一定只有冷卻功能，它也可以提供活動部件(諸如螺桿 式壓縮機元件的轉(zhuǎn)子)的潤滑和/或密封。所噴射的液體經(jīng)由壓縮機元件的壓縮空氣出口與壓縮氣體一同離開壓縮機元件， 然后壓縮氣體和液體的混合物被輸送通過液體分離器以從壓縮氣體流中分離液體。接著，所分離的液體經(jīng)由冷卻器被送回噴射閥，然后再次被噴入壓縮機元件中。實際上，發(fā)現(xiàn)當(dāng)壓縮機元件以較高速度或在較高工作壓力下運轉(zhuǎn)時，給相同量的 噴入液體產(chǎn)生更多熱量，這導(dǎo)致通過壓縮機元件的液體的溫度出現(xiàn)更大增長。實際上，發(fā)現(xiàn)當(dāng)壓縮機在炎熱環(huán)境條件下(即，使用高溫冷卻劑)運轉(zhuǎn)時，壓縮機 元件出口處的液體/氣體混合物的溫度會顯著提高。在以油為噴射液體的情況下，重要的是壓縮機元件出口處的油/氣體混合物的溫 度不要過高，因為溫度提高10°c會使油的壽命減半。而在采用其它液體(諸如水)時，必須保證壓縮機元件的壓縮空氣出口處的溫度 不過度升高，因為用于轉(zhuǎn)子的材料、涂層等不能忍受無限的高溫，并且這會對液體的粘性產(chǎn) 生負(fù)面影響，這對于潤滑和密封性是不利的。噴射液體最低能夠達到的溫度受冷卻器中使用的冷卻劑的溫度限制。噴射液體的 溫度只能夠通過使用用于低冷卻劑溫度的超裕度設(shè)計的熱交換器而進一步降低，這些熱交 換器的缺陷在于尺寸很大且昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在修補上述和其它缺陷中的一個或多個。為此，本發(fā)明涉及一種用于冷卻液體噴射式壓縮機元件的方法，其中液體經(jīng)由噴 射閥被噴射到所述壓縮機元件的壓縮室中，其特征在于，它包括以下步驟與任何其它可能 的調(diào)節(jié)無關(guān)地，根據(jù)特定控制參數(shù)控制噴射到所述壓縮機元件的壓縮室中的液體量。根據(jù)本發(fā)明的這種方法的優(yōu)點在于能夠噴射更多的液體，從而使得溫度較少升 高。這允許更高的噴射溫度，同時不超出最高的出口溫度，使得在低冷卻劑溫度的情況下不 需要冷卻器的超裕度設(shè)計。而且，由于噴入液體量調(diào)節(jié)與任何其它可能的調(diào)節(jié)無關(guān)，因此形成非常簡單的調(diào) 節(jié)算法。根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選特性，所噴射的液體量基于溫度測量值(例如離開壓縮
4機元件的壓縮氣體流的溫度和/或環(huán)境溫度)進行調(diào)節(jié)。這種根據(jù)所測溫度值的調(diào)節(jié)使得無論在什么工作狀態(tài)下都能夠優(yōu)化壓縮機元件 的輸出。在低的環(huán)境溫度下，人們可通過這種方式保證噴入壓縮室中的油量滿足只提供有 限的油流，使得壓縮機元件中的總損耗(其由所述噴射液體流和冷卻單元的能耗構(gòu)成)達 到最優(yōu)，因而能量在總體上得到了節(jié)約。通過這種方式能夠保證在高環(huán)境溫度下噴入壓縮室的油量滿足有大的多的油流 被提供，使得冷卻劑的量和/或冷卻單元的功率不必增長很多，因而同樣能夠在總體上節(jié) 約了能量。本發(fā)明還涉及一種液體噴射式壓縮機元件，其使得能夠?qū)嵤┥鲜龇椒?，其中該?縮機元件配備有用于將液體噴入所述壓縮機元件的壓縮室的噴射閥，且該壓縮機元件的特 征在于噴入壓縮室的液體量可以調(diào)節(jié)，因為可以與任何其它可能的調(diào)節(jié)無關(guān)地，而只根據(jù) 特定控制參數(shù)來調(diào)節(jié)上述噴射閥，和/或壓縮機元件設(shè)有用于將液體噴入上述壓縮室的第
二噴射閥。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選特性，上述第二噴射閥被制成連接調(diào)節(jié)器的可控閥，所述調(diào)節(jié) 器優(yōu)選連接到至少一個用于測量壓縮機元件的壓縮空氣出口處的溫度和/或用于測量環(huán) 境溫度的溫度傳感器。


為更好地解釋本發(fā)明的特性，下面僅以舉例而非限制性的方式參考附圖描述根據(jù) 本發(fā)明的用于冷卻液體噴射式壓縮機元件的方法和用于實施這種方法的壓縮機元件的下 列優(yōu)選變型，其中所述附圖示意性地給出了設(shè)有根據(jù)本發(fā)明的壓縮機元件的壓縮機設(shè)施。
具體實施例方式在本例中，附圖中的壓縮機單元1被實現(xiàn)為噴油式螺桿壓縮機，其設(shè)有壓縮機元 件2，壓縮機元件2在本例中由電極3驅(qū)動且設(shè)有進氣口 4和壓縮空氣出口 6，所述進氣口 4用于經(jīng)由空氣過濾器5吸入待壓縮的氣體，所述出口 6經(jīng)由止回閥7通到管道8，所述管 道8連接已知類型的液體分離器9。壓縮空氣出口 6指的是壓縮機元件2的壓縮氣體和噴射液體的混合物通過其被壓 出壓縮室的出口。經(jīng)由壓縮空氣管路10 (其經(jīng)由最小壓力閥11連接上述液體分離器9)，處于某一工 作壓力下的壓縮氣體可被壓縮空氣的用戶取出，諸如供給壓縮空氣網(wǎng)絡(luò)或類似物。上述液體分離器9借助噴射管道12連接到上述壓縮機元件2，具體地連接設(shè)在壓 縮機元件2上的第一噴射閥13。在上述噴射管道12上設(shè)有冷卻器14，其在本例中被實現(xiàn)為(但不一定非要這樣) 空氣冷卻的熱交換器，因此上述噴射管道12被分成第一部分12A和第二部分12B，所述第一 部分12A延伸于液體分離器9和冷卻器14之間，所述第二部分12B延伸于冷卻器14和壓 縮機元件2之間。在本例中，與上述冷卻器14相對地設(shè)有風(fēng)扇15，其由諸如電動馬達或類似物(在附圖中未示出)驅(qū)動。在本例中，在上述噴射管道12的第一部分12A中設(shè)有已知類型的恒溫旁路閥16， 當(dāng)恒溫旁路閥16連接噴射管道12的上述第二部分12B時可橋接上述冷卻器14。在本例中，還在噴射管道的上述第二部分12B中設(shè)有油過濾器17，必要時油過濾 器17可以與噴射管道12的第一部分12A中的上述恒溫旁路閥16集成在同一殼體中。需要時，壓縮機單元1還可以設(shè)有包括進給閥18的流量控制設(shè)備(未在附圖中示 出)，所述進給閥18設(shè)在壓縮機元件2的進氣口 4處且以已知的方式由殼體構(gòu)成，在所述殼 體中閥元件可以在其中用于吸入氣體的入口最大的打開位置和其中入口完全封閉的關(guān)閉 位置之間移動。根據(jù)本發(fā)明，噴入壓縮室的液體的量可以調(diào)節(jié)，在本例中是因為壓縮機元件2設(shè) 有第二噴射閥19，在噴射閥19上連接有噴射管道12的、具體是所述噴射管道12的第二部 分12B的支路。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選特性，上述第二噴射閥19被實現(xiàn)成調(diào)節(jié)閥，所述調(diào)節(jié)閥連接控 制單元20，所述控制單元20還連接到測量傳感器。上述測量傳感器在本例中包括設(shè)在壓縮機元件2的壓縮空氣出口 6上的第一溫度 傳感器21，以及例如可設(shè)在壓縮機單元的殼體上以測量環(huán)境溫度的第二溫度傳感器22。根據(jù)本發(fā)明，上述第二噴射閥19可通過很多種方式實現(xiàn)，它優(yōu)選包括電控閥，所 述電控閥可連續(xù)調(diào)節(jié)，換句話說，所述電控閥具有連續(xù)可變的流出開口。然而，根據(jù)本發(fā)明，這并非必要條件，因為可以采用其流出開口可以按照多個固定 階段進行調(diào)節(jié)的閥門。噴射閥19也可以氣動控制或者制成恒溫閥。根據(jù)本發(fā)明的用于冷卻液體噴射式壓縮機元件的方法非常簡單，并且具體如下。當(dāng)壓縮機單元1運行時，電極3驅(qū)動壓縮機元件2，使得大氣經(jīng)由空氣過濾器5通 過進給閥18被吸入。根據(jù)本發(fā)明，為了排放壓縮機元件2中的壓縮熱，來自冷卻器14的冷卻液體將經(jīng) 由噴射管道12且分別經(jīng)由第一和第二噴射閥13、19被提供，所述液體在本例中為油。由于第二噴射閥19的存在，可以將更多的油噴入壓縮機元件2的壓縮室，使得可 以保持低的壓縮空氣出口 6處的溫度，即使是處于高的環(huán)境溫度和/或高的壓縮機速度和 /或高的壓縮機壓力下，然而噴射的油不必另外冷卻，使得在低環(huán)境溫度和/或轉(zhuǎn)速和/或 壓力下不需要冷卻器14的超裕度設(shè)計。通過這種方式還保證了在功率與只具有一個噴射閥的常規(guī)壓縮機元件相同的情 況下，在壓縮機元件2上對油的加熱減少了。在本例中，第二噴射閥19被制成由控制單元20控制的調(diào)節(jié)閥。根據(jù)本發(fā)明，噴射入壓縮室的液體量基于特定控制參數(shù)來調(diào)節(jié)，而與任何其它可 能的調(diào)節(jié)無關(guān)。在本例中，這得以實現(xiàn)的原因是經(jīng)由第二噴射閥19噴射的液體量基于至少一個 溫度測量值來調(diào)節(jié)，在本例中為兩個測量值，即由第一溫度傳感器21測量其溫度的離開壓 縮機元件的壓縮氣體流的溫度，和由第二溫度傳感器22測量的環(huán)境溫度。其優(yōu)點在于噴入壓縮機元件2的壓縮室的油的量可作為環(huán)境溫度的函數(shù)進行調(diào) 節(jié)，使得無論處于何種環(huán)境溫度，由壓縮機元件的驅(qū)動器和冷卻單元構(gòu)成的壓縮機單元的
6輸出均可得到優(yōu)化。在低的環(huán)境溫度下，通過這種方式可以保證噴入壓縮室的油的量被確定成在源自 進入壓縮機元件的油流的損耗和冷卻單元的冷卻功率之間達到最優(yōu)，從而節(jié)約能量。由于能夠在壓縮室中具有更大的噴射流，壓縮機單元的良好運行將得到保證，即 使是處于例如超過40°C的環(huán)境溫度下，同時冷卻器14不必嚴(yán)格地超裕度設(shè)計成在更低的 環(huán)境溫度下工作，且油的使用壽命不受負(fù)面影響。很清楚第二噴射閥19的控制可以通過很多種方式來實現(xiàn)，例如通過將壓縮空氣 出口 6處測得的溫度控制成某一目標(biāo)值，所述目標(biāo)值或作為環(huán)境溫度的函數(shù)變化或不這樣。如果該目標(biāo)值變化，則可以借助為環(huán)境溫度的函數(shù)的算法來計算它。還可以在預(yù)定上限值和下限值之間調(diào)節(jié)在壓縮空氣出口處測得的溫度，其中所述 極限值或作為環(huán)境溫度的函數(shù)變化或不這樣。同樣，相關(guān)的上限值和下限值可以借助為環(huán)境溫度的函數(shù)的算法來計算。提供下限值的優(yōu)點在于在高相對濕度的情況下，在高的操作壓力和高的環(huán)境溫 度下，通過充分關(guān)閉第二噴射閥19可以避免在噴射液體中形成凝結(jié)。另外，附圖中的壓縮機單元1的工作與已知的壓縮機單元相類似，其中壓縮氣體 和油的混合物被帶至液體分離器9，在液體分離器9中，油在離心力的作用下以已知的方式 從壓縮氣體中分離出來。經(jīng)凈化的壓縮空氣隨后可經(jīng)由上述最小壓力閥11和壓縮空氣管路10被取出以用 在各種壓縮空氣應(yīng)用場合中。在液體分離器9處從壓縮空氣中分離出來的油在所述液體分離器9的底部被收 集，并且在所述液體分離器9中的壓力Pw作用下加壓通過噴射管道12，油在管道12處被風(fēng) 扇15冷卻。在給出的實例中只提及了噴油式壓縮機元件，但是本發(fā)明也可以用于其中另一種 液體被噴入壓縮室的壓縮機元件，諸如由水潤滑的壓縮機元件。當(dāng)然，經(jīng)由噴射閥13和19噴入的液體不必一定是來自于根據(jù)本發(fā)明的液體分離 器；相反地，該液體也可以由單獨的容器提供。冷卻器14也不必一定要制成空氣冷卻的熱交換器，因為這種冷卻器可以是任何 類型的熱交換器。根據(jù)未在附圖中示出的根據(jù)本發(fā)明的方法的變型，噴射液體的量還可以只通過一 個噴射閥13來調(diào)節(jié)，所述噴射閥13為此可以作為特定控制參數(shù)的函數(shù)(而與任何其它可 能的調(diào)節(jié)無關(guān))連續(xù)調(diào)節(jié)或不這樣。在后一種情形下，除了噴射閥13外，不必提供額外的噴射閥。噴入壓縮室的液體的量不必一定是由根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)器20來調(diào)節(jié)。因此，根據(jù)本發(fā)明還可以使用毛細(xì)管，其測量壓縮機元件的出口溫度，并且以連續(xù) 的方式直接設(shè)定或調(diào)節(jié)額外的噴油。還可以例如采用對例如壓縮機元件的出口溫度直接起反應(yīng)的雙金屬。在上述實例中，用于調(diào)節(jié)噴射液體量的特定控制參數(shù)始終包括溫度值，但是，根據(jù) 本發(fā)明，這并非必要條件，因為該控制參數(shù)還可以例如包括
-過程的總效率(功率測量值作為控制參數(shù))；-液體的冷卻效率(液體冷卻單元的功率作為控制參數(shù))；-液體壽命(油的質(zhì)量測量值作為控制參數(shù))；或類似值。本發(fā)明不限于在附圖中示出且以舉例方式描述的這些實施例和方法；相反地，根 據(jù)本發(fā)明的用于冷卻液體噴射式壓縮機元件的這種方法及用于實施這種方法的壓縮機元 件可被制成各種變型，同時仍然落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于液體噴射式壓縮機元件的冷卻方法，其中液體經(jīng)由噴射閥(13)被噴射到所述壓縮機元件(2)的壓縮室中，其特征在于，該方法包括以下步驟與任何其它可能調(diào)節(jié)無關(guān)地，根據(jù)特定控制參數(shù)調(diào)節(jié)將要噴射到所述壓縮機元件(2)的所述壓縮室中的液體量。
2.如權(quán)利要求1所述的冷卻方法，其特征在于，噴射的所述液體量基于溫度測量值來 調(diào)節(jié)。
3.如權(quán)利要求2所述的冷卻方法，其特征在于，噴射的所述液體量基于離開所述壓縮 機元件(2)的壓縮氣體流的溫度和/或基于環(huán)境溫度進行調(diào)節(jié)。
4.如權(quán)利要求3所述的冷卻方法，其特征在于，其包括以下步驟通過控制噴射的所述 液體量將壓縮空氣出口處的溫度調(diào)節(jié)至預(yù)定目標(biāo)值。
5.如權(quán)利要求4所述的冷卻方法，其特征在于，所述壓縮空氣出口處的溫度目標(biāo)值基 于為環(huán)境溫度的函數(shù)的算法來計算。
6.如權(quán)利要求3所述的冷卻方法，其特征在于，其包括以下步驟通過控制噴射的所述 液體量在預(yù)設(shè)的上限值和下限值之間設(shè)定所述壓縮機元件(2)的壓縮空氣出口處的溫度。
7.如權(quán)利要求6所述的冷卻方法，其特征在于，所述上限值和/或下限值基于為環(huán)境溫 度的函數(shù)的算法來計算。
8.如權(quán)利要求1所述的冷卻方法，其特征在于，噴射的所述液體量基于功率測量值來 調(diào)節(jié)。
9.如權(quán)利要求8所述的冷卻方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)基于壓縮機的功率和/或用于 冷卻待噴射的液體的冷卻單元的功率來完成。
10.如權(quán)利要求9所述的冷卻方法，其特征在于，其包括以下步驟通過控制待噴射的 液體量將壓縮機的功率和/或冷卻單元的功率調(diào)節(jié)至最小值。
11.如上述權(quán)利要求中任一項所述的冷卻方法，其特征在于，待噴射的液體量借助具有 專門的調(diào)節(jié)閥的形狀的第二噴射閥(19)來調(diào)節(jié)。
12.如權(quán)利要求11所述的冷卻方法，其特征在于，所述第二噴射閥(19)由控制單元 (20)控制。
13.一種用于實施如前述權(quán)利要求中任一項所述的冷卻方法的液體噴射式壓縮機元 件，其中所述壓縮機元件(2)配備有用于將液體噴入所述壓縮機元件(2)的壓縮室的噴射 閥(13)，其特征在于噴入壓縮室的液體量能夠被調(diào)節(jié)，因為所述噴射閥(13)是可調(diào)節(jié)的和/或所述壓縮機 元件(2)設(shè)有用于將液體噴入所述壓縮室的第二噴射閥(19)。
14.如權(quán)利要求13所述的液體噴射式壓縮機元件，其特征在于，所述噴射閥(13)和/ 或所述第二噴射閥(19)被制成可控閥，所述可控閥連接到調(diào)節(jié)器(20)。
15.如權(quán)利要求14所述的液體噴射式壓縮機元件，其特征在于，所述調(diào)節(jié)器(20)連接 到至少一個溫度傳感器(21，22)，所述溫度傳感器用于測量所述壓縮機元件出口處的溫度 和/或測量環(huán)境溫度。
16.如權(quán)利要求14所述的液體噴射式壓縮機元件，其特征在于，所述調(diào)節(jié)器(20)連接 到至少一個功率測量器，所述功率測量器用于測量所述壓縮機的功率和/或冷卻待噴射液 體的冷卻單元的功率。2
17.如權(quán)利要求13所述的液體噴射式壓縮機元件，其特征在于，所述噴射閥(13)和/ 或所述第二噴射閥(19)被制成可電動或可氣動控制的閥。
18.如權(quán)利要求13所述的液體噴射式壓縮機元件，其特征在于，所述噴射閥(13)和/ 或所述第二噴射閥(19)能夠以連續(xù)的方式調(diào)節(jié)。
19.如權(quán)利要求13所述的液體噴射式壓縮機元件，其特征在于，所述噴射閥(13)和/ 或所述第二噴射閥(19)能夠根據(jù)多個階段被調(diào)節(jié)。
20.如權(quán)利要求13所述的液體噴射式壓縮機元件，其特征在于，所述噴射閥(13)和/ 或所述第二噴射閥(19)被制成恒溫閥。
全文摘要
一種液體噴射式壓縮機元件的冷卻方法，其中液體經(jīng)由噴射閥(13)被噴入所述壓縮機元件(2)的壓縮室，其特征在于該方法包括以下步驟與任何其它可能的調(diào)節(jié)無關(guān)地，根據(jù)特定控制參數(shù)控制噴射到所述壓縮機元件(2)的壓縮室中的液體量。
文檔編號F04C18/16GK101981319SQ200980111651
公開日2011年2月23日 申請日期2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月31日
發(fā)明者K·A·L·馬滕斯 申請人:阿特拉斯·科普柯空氣動力股份有限公司