ВИНТОВОЙ КОМПРЕССОР И СПОСОБ, ОСУЩЕСТВЛЯЕМЫЙ С ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ Российский патент 2018 года по МПК F04C18/16 F04C28/06 F04C28/24 

Область техники

Изобретение относится к винтовому компрессору с впрыском жидкости и, в частности, к устройству управления для такого компрессора, используемому в процессе перехода компрессора от состояния без нагрузки, одним словом, ненагруженного, в котором никакое количество сжимаемого газа не отводится, к состоянию с нагрузкой, одним словом, нагруженному, в котором винтовой компрессор должен подавать сжатый газ, например, сжатый воздух.

Более конкретно изобретение относится к типу винтового компрессора с впрыском жидкости, который содержит компрессорный элемент с впускным отверстием и управляемым впускным клапаном, выполненным с возможностью перекрывать впускное отверстие; выпускное отверстие и соединенный с ним нагнетательный трубопровод, выполненный с возможностью соединения с находящейся ниже по потоку потребительской сетью и управляемым выпускным клапаном, предназначенным для выпуска сжатого газа в окружающую среду; контур циркуляции жидкости с инжектором для впрыска жидкости в компрессорный элемент; сепаратор жидкости, обеспеченный в нагнетательном трубопроводе, предназначенный для отделения жидкости от сжатого газа, и ёмкость высокого давления для сбора отделенной жидкости; инжекционный трубопровод, который соединяет ёмкость высокого давления с инжектором; устройство управления для управления впускным клапаном и выпускным клапаном во время перехода от ненагруженного состояния к нагруженному состоянию, когда давление в потребительской сети падает до установленного минимального заданного давления сети, при этом в ненагруженном состоянии впускной клапан закрыт, а выпускной клапан открыт, а в нагруженном состоянии впускной клапан открыт, а выпускной клапан закрыт.

При отсутствии нагрузки компрессорный элемент не прекращает работать и, следовательно, продолжает вращаться. Благодаря тому что в этом случае впускное отверстие перекрывается за исключением нескольких калиброванных каналов, выполненных во впускном клапане, в компрессор всасывается лишь ограниченное количество газа, и давление не может увеличиваться, поскольку поступивший газ незамедлительно через выпускное отверстие выпускается в атмосферу.

Таким образом, для поддержания вращения компрессорного элемента при отсутствии нагрузки необходима лишь минимальная энергия.

Переход от ненагруженного к нагруженному состоянию начинается, когда давление в потребительской сети падает ниже минимальной величины, которая предварительно задана и регулируется потребителем.

Предшествующий уровень техники

В случае известных винтовых компрессоров вышеуказанного типа при достижении давления в сети вышеуказанной заданной величины впускной клапан незамедлительно полностью открывается, а выпускной клапан одновременно полностью закрывается.

Когда впускной клапан быстро полностью открывается, большое количество всасываемого газа быстро смешивается с жидкостью, которая впрыскивается в компрессорный элемент за счет давления, действующего в это же время в ёмкости высокого давления.

Исходя из соображений экономии энергии это давление при отсутствии нагрузки поддерживается как можно более низким, поскольку, чем выше это давление, тем больше необходимо энергии, чтобы поддерживать вращение компрессорного элемента при отсутствии нагрузки.

Благодаря быстрому подводу энергии в сжимаемый газ при открытии впускного клапана и вследствие малого количества впрыскиваемой жидкости, из-за низкого в это время давления впрыска, в выпускном отверстии компрессорного элемента внезапно могут возникать нежелательные пики температуры, что может привести к повреждению и выходу из строя винтового компрессора.

Существующие решения этой проблемы, в тех случаях, когда они могут быть использованы, являются сложными и, следовательно, не часто применимыми, и, к тому же, им присущи негативные побочные эффекты, а именно, в процессе перехода компрессора от ненагруженного состоянию к нагруженному существует определенное запаздывание по времени, в течение которого происходит создание заданных давлений в потребительской сети, при этом указанное запаздывание для потребителей предпочтительно должно быть как можно более коротким.

В документе WO 2005/035989 раскрыт винтовой компрессор с впрыском воды, включающий в себя водяной насос в нагнетательном трубопроводе, посредством чего водяной насос включается в момент, когда давление в емкости высокого давления само по себе не может поддерживать достаточное давление впрыска впрыскиваемой воды для исключения появления нежелательных пиков температуры на выходе из компрессорного элемента, чтобы увеличить давление впрыскиваемой воды для получения этого достаточного давления впрыска.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является создание решения, направленного на устранение вышеупомянутых и других недостатков.

В этой связи изобретение относится к винтовому компрессору с впрыском жидкости вышеупомянутого типа, снабженному устройством управления, которое выполнено таким, что при переходе от ненагруженного состояния к нагруженному, когда величина давления впрыска ниже минимальной пороговой величины, впускной клапан остается закрытым и открывается с определенным запаздыванием, при этом имеются средства для постепенного повышения давления в ёмкости высокого давления во время этого запаздывания открытия впускного клапана и для открытия впускного клапана лишь в том случае, когда давление впрыска достигает минимальной пороговой величины.

Благодаря этому, если во время перехода от ненагруженного состояния к нагруженному давление впрыска слишком низкое, это давление сначала увеличивается до минимальной величины давления, выше которого вышеупомянутая опасность повреждения винтового компрессора предотвращается.

Поскольку давление впрыска непосредственно зависит от давления в ёмкости высокого давления, давление впрыска и давление в указанной ёмкости могут быть использованы в качестве контрольного параметра для определения момента времени, в который клапан по окончании периода запаздывания может быть полностью открыт при отсутствии опасности возникновения температурных пиков.

Для конкретного винтового компрессора экспериментальным путем может быть определено минимальное давление впрыска, выше которого вышеуказанная опасность повреждения винтового компрессора полностью исключается, и при достижении давления впрыска этой минимальной величины впускной клапан может быть просто полностью открыт, что обеспечивает простое управление.

Для того чтобы время запаздывания при полном открытии впускного клапана было как можно более коротким, целесообразно как можно быстрее создать давление в ёмкости высокого давления с достижением минимальной величины давления для открытия впускного клапана и при этом поддерживать это минимальное давление по возможности более низким с установлением рабочих параметров винтового компрессора во время перехода от ненагруженного состояния к нагруженному в зависимости, например, от окружающей температуры, в том случае, если пороговая величина опасности возникновения температурных пиков зависит от этих рабочих условий.

Устройство управления может быть также обеспечено алгоритмом, который определяет минимальное давление впрыска или относительное давление в ёмкости высокого давления, например, посредством расчета, исходя из известных характеристик винтового компрессора и его рабочих параметров, или на основе экспериментальных данных, которые позволяют определить минимальное давление как функцию рабочих параметров.

В результате управление становится более сложным, но потребитель не должен будет в течение продолжительного времени ожидать создания достаточного давления в сети после перехода от ненагруженного состояния к нагруженному.

Согласно возможному варианту выполнения средство для постепенного повышения давления в ёмкости высокого давления во время перехода от ненагруженного состояния к нагруженному может быть образовано с помощью обводного канала с калиброванным проходом, предназначенного для обхода впускного клапана и всасывания газа при закрытом впускном клапане, при этом в указанном обводном канале обеспечен управляемый отсечной клапан, причем процесс управления осуществляется так, что отсечной клапан закрыт при нахождении компрессора в ненагруженном состоянии и открыт во время перехода от ненагруженного состояния к нагруженному.

Преимущество такого варианта выполнения заключается в том, что имеющимися впускными клапанами можно легко управлять в схеме в соответствии с изобретением, за счет использования дополнительного обводного канала, проходящего от одного конца впускного клапана до другого.

Согласно другому возможному варианту выполнения указанные средства реализованы посредством выполнения впускного клапана и выпускного клапана управляемыми независимо друг от друга и за счет того, что устройство управления выполнено таким, что во время указанного перехода, когда давление сети падает до минимального уровня, открытый выпускной клапан незамедлительно закрывается, в то время как впускной клапан всё ещё остается закрытым до момента времени, когда давление в ёмкости высокого давления возрастает в достаточной степени.

Изобретение относится также к электрическому или электронному устройству управления для управления переходом от ненагруженного состояния к нагруженному, как раскрыто выше, чтобы предотвратить во время открытия впускного клапана снижение давления впрыска до величины меньшей, чем минимальное давление, ниже которого возможна опасность возникновения слишком больших температурных пиков в выпускном отверстии компрессорного элемента.

Изобретение также относится к способу управления винтовым компрессором с впрыском жидкости вышеупомянутого типа, который во время перехода от ненагруженного состояния к нагруженному включает в себя этапы, на которых:

определяют давление в потребительской сети;

определяют давление впрыска или давление в ёмкости высокого давления в момент времени, когда давление в потребительской сети падает до минимального давления сети;

если давление впрыска или давление в ёмкости высокого давления в этот момент времени больше или равно минимальной величине, то впускной клапан незамедлительно открывают;

если давление впрыска или давление в ёмкости высокого давления в этот момент времени меньше минимальной величины, то впускной клапан открывают с определенным запаздыванием и активируют средства, обеспечивающие постепенное повышение давления в ёмкости высокого давления в период этого запаздывания в открытии впускного клапана; и

открывают впускной клапан только, когда давление впрыска или давление в ёмкости высокого давления достигнет вышеуказанной минимальной величины.

Далее в целях лучшего пояснения особенностей изобретения на примере, никаким образом не ограничивающем изобретение, и со ссылками на чертежи описано несколько предпочтительных вариантов выполнения винтового компрессора с впрыском жидкости в соответствии с изобретением, устройство управления для управления переходом от ненагруженного состояния к нагруженному и способ их использования.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан винтовой компрессор с впрыском жидкости в соответствии с изобретением, схематичный вид;

на фиг. 2 – часть, показанная на фиг. 1 обведенным прямоугольником F2;

на фиг. 3 – кривая, показывающая зависимость давления в винтовом компрессоре, отображенном на фиг. 1, от времени;

на фиг. 4 и фиг. 5 – винтовой компрессор, представленный на фиг. 1, но показанный в ином состоянии, чем во время работы;

на фиг. 6 – таблица с результатами экспериментов по выбору определенных рабочих параметров винтового компрессора, показанного на фиг. 1;

на фиг. 7 и фиг. 8 – два возможных варианта выполнения элемента, показанного на фиг. 2.

Варианты осуществления изобретения

Устройство, показанное на фиг. 1, представляет собой винтовой компрессор 1 с впрыском жидкости в соответствии с изобретением, содержащий компрессорный элемент 2 известного винтового типа с корпусом 3, в котором размещены два находящихся в сцеплении винтовых ротора 4, приводимых во вращение электродвигателем или подобным приводом, который на фигуре не показан.

Компрессорный элемент 2 содержит впускное отверстие 5, которое может быть перекрыто управляемым впускным клапаном 6, имеющим впускное отверстие 7, соединенное посредством впускного трубопровода 8 с впускным фильтром 9 для всасывания газа, в данном случае воздуха, из окружающей среды.

Компрессорный элемент 2, кроме того, содержит выпускное отверстие 10 и соединенный с ним нагнетательный трубопровод 11, который через ёмкость 12 высокого давления, в которой размещен сепаратор 13 жидкости, и охладитель 14 подключен к находящейся ниже по потоку потребительской сети 15, служащей для питания различных пневматических инструментов или тому подобного (на фигуре не показаны).

В выпускном отверстии 10 компрессорного элемента 2 обеспечен обратный клапан 16, а на выходе из ёмкости 12 высокого давления установлен клапан 17 минимального давления.

Ёмкость 12 высокого давления снабжена выпускным ответвлением 18, которое сообщается с впускным отверстием 7 впускного клапана 6 и может быть перекрыто выпускным клапаном 19, выполненным в виде управляемого электрического клапана.

Винтовой компрессор 1 снабжен контуром 20 циркуляции жидкости для впрыска жидкости 21, в данном случае масла, транспортируемой из ёмкости 12 высокого давления, в компрессорный элемент 2 с целью смазки и/или охлаждения и/или уплотнения между роторами 4 и между роторами 4 и корпусом 3.

Контур 20 циркуляции жидкости содержит инжектор 22 или подобный элемент, который сообщается с жидкостью 21, находящейся под давлением в ёмкости 12 высокого давления, посредством инжекционного трубопровода 23 с установленным в нём фильтром 24 для жидкости.

Жидкость 21, которая протекает из ёмкости 12 высокого давления к инжектору 22, для регулирования температуры в нагнетательном трубопроводе может быть направлена в обход с прохождением через охладитель 27 жидкости и далее посредством ответвления 26 через термостатический клапан 25.

Управляемый отсечной клапан 28 на инжекторе 22 предотвращает протекание жидкости обратно из компрессорного элемента 2 в ёмкость 12 высокого давления, и протекание жидкости из ёмкости 12 высокого давления в компрессорный элемент 2, когда этот компрессорный элемент 2 остановлен.

Впускной клапан 6 более подробно показан на фиг. 2 и состоит из корпуса 29, в котором установлен тарельчатый клапан 30 с возможностью перемещения между положением, в котором впускное отверстие 5 компрессорного элемента 2 перекрыто, как показано на фиг. 1, и положением, в котором впускное отверстие 5 максимально открыто, как показано на фиг. 5.

В этом случае впускной клапан 6 открывается и закрывается известным образом под действием управляющего давления, которое отбирают, например, из верха ёмкости 12 высокого давления через управляющий трубопровод 31. Управление выпускным клапаном 6 посредством управляющего давления обеспечивается с помощью регулирующего клапана 32 или подобного устройства, предназначенного для закрытия или открытия закрытого впускного клапана 6.

В самом тарельчатом клапане 30 и в корпусе 29 впускного клапана 6 выполнены калиброванные каналы 33 и 34, соответственно, которые создают постоянное сообщение между впускным отверстием 7 впускного клапана 6 и впускным отверстием 5 компрессорного элемента 2 для того, чтобы обеспечить управляемое всасывание воздуха при закрытии впускного клапана 6.

Кроме того, имеется электрическое или электронное устройство 35 управления для регулирования давления р15 в потребительской сети 15 в пределах интервала давлений, определяемого минимальным давлением p15min в сети и максимальным давлением p15max в сети, которые могут быть предварительно заданы пользователем винтового компрессора 1 и поступают в устройство 35 управления, подключенное к датчику 36 давления, который измеряет или определяет давление р15 в потребительской сети 15.

Устройство 35 управления, кроме того, снабжено программным обеспечением или тому подобным средством для управления впускным клапаном 6 с помощью регулирующего клапана 32 и выпускным клапаном 19, осуществляемого таким образом, что если давление воздуха в потребительской сети 15 вследствие выпуска воздуха падает ниже минимального давления p15min в сети, винтовой компрессор приводится в нагруженное состояние. При этом впускной клапан 6 открыт, а выпускной клапан закрыт до прекращения выпуска какого-либо количества сжатого воздуха, и в результате давление р15 в потребительской сети 15 возрастает. С момента времени, когда давление р15 достигает максимального давления p15max в сети, устройство управления переключается из нагруженного состояния компрессора в ненагруженное состояние, в котором впускной клапан закрыт, а выпускной клапан открыт, как это показано на фиг. 1.

В результате всасывания воздуха компрессорным элементом 2, который ещё продолжает работать, не происходит, за исключением небольшого количества воздуха, всасываемого через калиброванные каналы 33 и 34 и сжимаемого в компрессоре.

Как результат, в ёмкости 12 высокого давления устанавливается постоянное равновесное давление р12u, величина которого зависит от используемых калиброванных каналов, которые предпочтительно выбирают так, что при отсутствии нагрузки компрессора давление р12u устанавливается как можно более низким.

Величину этого давления р12u измеряют, например, с помощью датчика 37 давления, сигнал от которого поступает в устройство 35 управления.

Всё это поясняется на фиг. 3 диаграммой, на которой приведены графические зависимости давления р15 в потребительской сети 15 и давления р12 в ёмкости 12 высокого давления от времени.

Период перед моментом времени tA является периодом времени нахождения компрессора в ненагруженном состоянии с постоянным давлением р12u.

Время tA на диаграмме представляет собой момент времени, в который давление р15 в потребительской сети падает до минимального давления р15min, заданного потребителем. Указанный момент времени определяет переход компрессора от ненагруженного состояния к нагруженному, при этом устройство управления в соответствии с изобретением предотвращает незамедлительное открытие впускного клапана 6, как это обычно происходит в известных винтовых компрессорах, и впускной клапан, как раз наоборот, открывается лишь позднее, с определенным запаздыванием, в момент времени tB, т.е. в момент времени, когда давление р12 в ёмкости 12 высокого давления достигает установленной необходимой минимальной пороговой величины р12min, выше которой не существует опасности возникновения в выпускном отверстии 10 компрессорного элемента 2 нежелательных температурных пиков при внезапном открытии впускного клапана 6.

Давление р12min для конкретного компрессора 1 может быть определено, например, экспериментальным путем.

Для создания возможности повышения давления от р12u до безопасной величины р12min в период времени запаздывания tB-tA в описанном примере выпускной клапан 19 в момент времени tA закрывается, как это показано на фиг. 4.

Воздух, который всасывается через калиброванные каналы 33 и 34, в этом случае не может быть выпущен и обеспечивает частичное повышение давления от р12 в ёмкости 12 высокого давления, при этом в идеализированном представлении это повышение давления происходит в соответствии с линейной зависимостью на фиг. 3, и степень повышения давления р12 зависит от выбора калиброванных каналов 33 и 34.

В момент времени tB, когда давление р12 в ёмкости 12 высокого давления достигает установленной безопасной минимальной величины давления р12min, впускной клапан 6 быстро полностью открывается, в то же время выпускной клапан 19 остается закрытым, как показано на фиг. 5.

Начиная с этого момента, давление р12 быстро увеличивается, как показано на фиг. 3, так что может быстро увеличиваться и давление р15 в потребительской сети 15, что также отражено на фиг. 3.

Для потребителя, конечно, важно, чтобы необходимое давление в сети 15 можно было создать как можно быстрее, и чтобы, соответственно, период запаздывания tВ-tА был как можно более коротким, и, другими словами, чтобы разность давлений р12min – р12u была как можно меньшей величины, или, таким образом, для заданного р12u величина необходимого минимального давления р12min была как можно меньшей для надежной работы.

Эта установленная величина давления р12min может соответствовать большему давлению, чем необходимое давление впрыска р22min, составляющее для надежной работы, например, 100 КПа (1 бар). Вместе с тем, более короткое время запаздывания в потребительской сети может быть достигнуто путем ввода этой величины р12min, в частности, в устройство 35 управления, и, например, установки её более низкой в таких ситуациях, когда это возможно.

Оптимальная величина давления р12min может быть определена экспериментально, например, как функция переменных рабочих параметров, таких как окружающая температура, температура жидкости и тому подобное, при этом полученные данные могут быть введены в устройство управления, в зависимости от того, насколько усложненным может быть это устройство 35 управления.

Само собой разумеется, что если давление р12 в ёмкости 12 высокого давления в момент времени tA больше, чем р12min, то в это время не может быть никаких температурных пиков, которые могли бы привести к нежелательному повреждению винтового компрессора 1, и в это время отсутствует необходимость в запаздывании или, другими словами, моменты времени tA и tB совпадают или, иными словами, открытие впускного клапана 6 и закрытие выпускного клапана 19 происходят одновременно в момент tA. Давление р12 в ёмкости 12 высокого давления изменяется и растет, как показано пунктирной кривой линией р12′.

Вместо использования зависимости момента времени tB от измеренного давления в качестве альтернативы представляется возможным вычислить или экспериментально определить разность tB-tA и ввести её в устройство 35 управления.

Например, можно также ввести в устройство управления ограниченное количество дискретных величин давления р12min или периода запаздывания tB-tA для реализации упрощенной модели управления, в которой эти дискретные величины зависят, например, от ряда рабочих параметров, таких как время, в течение которого функционировал компрессорный элемент 2, время, в течение которого компрессорный элемент был остановлен, окружающая температура и тому подобное, которые являются параметрами, оказывающими влияние на температуру и вязкость жидкости и, как следствие, также на опасность возникновения температурных пиков в выпускном отверстии 10.

Например, ясно, что период запаздывания tB-tA может быть меньше в том случае, если винтовой компрессор 1 используется в теплых условиях (например, при температуре выше 30˚С), в которых винтовой компрессор 1 работал довольно продолжительное время для достаточного нагревания и довольно продолжительное время не останавливался для того, чтобы он мог охладиться в достаточной степени, по сравнению со случаем использования винтового компрессора 1 в холодных условиях, причем лишь кратковременного использования после продолжительного перерыва в работе.

Это позволяет, например, вводить в устройство управления таблицу заданных параметров для определения периода запаздывания tB-tA в соответствии с погодой, пример которой приведен на фиг. 6. В таблице заданными параметрами являются:

температура Та окружающей среды, например, выше или ниже 30˚С;

продолжительность времени работы tRun компрессорного элемента 2, которая может быть больше или меньше периода Х;

длительности tStop остановки в работе компрессорного элемента 2, которая может быть больше или меньше периода Y или Z, в зависимости от окружающей температуры.

Понятно, что поскольку давление р12 в ёмкости 12 высокого давления и давление р22 впрыска тесно связаны друг с другом, такое же управление, конечно, может быть осуществлено путем измерения давления р22 впрыска, подачи его на устройство управления и ввода минимального необходимого давления впрыска.

Кроме того, понятно, что в примере на фиг. 1 существующий обычный винтовой компрессор с впрыском жидкости может быть использован в качестве базового устройства, только в котором устройство 35 управления должно быть приспособлено для открытия впускного клапана 6 с определенным запаздыванием tB-tA при переходе компрессора от ненагруженного состояния к нагруженному.

На фиг. 7 представлен вариант выполнения впускного клапана 6 в соответствии с изобретением, в котором, в отличие от варианта на фиг. 2, используется дополнительный обводной канал 38 с калиброванным проходом, предназначенный для обхода установленного во впускном клапане 6 тарельчатого клапана 30 и всасывания воздуха при закрытом впускном клапане 6, при этом в указанном обводном канале установлен управляемый отсечной клапан 39, выполненный в данном случае в виде электрического клапана, который подключен к устройству 35 управления.

В этом случае устройство 35 управления выполнено так, чтобы отсечной клапан 39 закрывался в ненагруженном состоянии и открывался в момент времени tA, что приводит к постепенному росту давления р12 в ёмкости высокого давления во время запаздывания tB-tA, происходящему с большей скоростью, так что давление р12min будет достигаться быстрее, и, другими словами, период запаздывания tB-tA будет уменьшен по отношению к ситуации, показанной на фиг. 2.

Теоретически дополнительный обводной канал 38 также может быть реализован, не удерживая впускной клапан 6 полностью закрытым во время периода запаздывания tB-tA, но немного открывая его.

Фиг. 8 поясняет другой вариант выполнения впускного клапана 6, согласно которому выпускной клапан 19 сообщается с камерой 40 управляющего давления впускного клапана 6 посредством выпускного ответвления 18, из которого поток выпускаемого воздуха проходит во впускное отверстие 7 впускного клапана 6 через канал 41, образующий продолжение выпускного ответвления 18.

В этом случае давление выпускаемого воздуха формирует управляющий сигнал на открытие впускного клапана 6, при этом впускной клапан 6 и выпускной капан 19 управляются совместно, но в противоположном направлении, т.е. когда выпускной клапан 19 открывается, впускной клапан 6 практически одновременно закрывается, и наоборот. Оба клапана 6 и 19, таким образом, не управляются независимо один от другого, как и в случае, показанном на фиг. 1.

Согласно варианту, показанному на фиг. 8 впускной клапан 6 так же, как и на фиг. 7, снабжен дополнительным обводным каналом 38 с отсечным клапаном 39.

В этом случае при переходе от ненагруженного состояния к нагруженному устройство 35 управления выполнено с возможностью управления не только впускным клапаном 6, но также одновременно и выпускным клапаном 19 после определенного периода запаздывания tB-tA, в течение которого отсечной клапан 39 в обводном канале 38 открывается для постепенного повышения давления р12 до величины р12min, чтобы обеспечить надежную работу в такой степени, в какой это необходимо.

В период запаздывания tB-tA обводной канал 38 открывается, впускной клапан 6 закрывается и открывается выпускной клапан 19, так что в переходный период в течение нескольких секунд после момента tA поток всасывается в большем количестве, чем отводится, и в результате давление р12 увеличивается.

Из вышеизложенного ясно, что в зависимости от типа впускного клапана 6 и выпускного клапана 19 во время короткого периода запаздывания tB-tA, когда впускной клапан закрывается, могут быть задействованы различные средства для постепенного повышения давления р12 в ёмкости 12 высокого давления до безопасной величины р12min, обеспечивающей безопасное открытие впускного клапана 6 при отсутствии каких-либо проблем, обусловленных пиками слишком высоких температур в выпускном отверстии 10.

Само собой разумеется, что изобретение не ограничивается показанными впускными клапанами 6 и может быть распространено также на другие типы клапанов, такие как поворотные дисковые клапаны или подобные клапаны.

Изобретение никоим образом не ограничивается вариантами, описанными выше в качестве примера и показанными на фигурах. Винтовой компрессор с впрыском жидкости в соответствии с изобретением, устройство управления для управления переходом компрессора от ненагруженного состояния к нагруженному и способ, осуществляемый с их использованием, могут быть реализованы во всех разновидностях вариантов без выхода за пределы объема изобретения.

Группа изобретений относится к винтовому компрессору и способу, осуществляемому с его использованием. Винтовой компрессор с впрыском жидкости снабжен впускным клапаном (6) и выпускным клапаном (19), контуром (20) циркуляции жидкости с инжектором (22), устройством (35) управления для перехода компрессора от ненагруженного состояния к нагруженному. В ненагруженном состоянии впускной клапан (6) закрыт, а выпускной клапан (19) открыт. В нагруженном состоянии впускной клапан (6) открыт, а выпускной клапан (19) закрыт. Во время указанного перехода, когда давление впрыска ниже минимальной пороговой величины, впускной клапан (6) остается закрытым и открывается с определенным запаздыванием. При этом используются средства для постепенного повышения давления впрыска в период этого запаздывания и для открытия впускного клапана (6), когда давление впрыска достигает минимальной пороговой величины. Группа изобретений направлена на устранение причин, приводящих к повреждению и выходу из строя винтового компрессора. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Винтовой компрессор с впрыском жидкости, содержащий компрессорный элемент (2) с впускным отверстием (5) и управляемым впускным клапаном (6), выполненным с возможностью перекрывать впускное отверстие (5); выпускное отверстие (10) и соединенный с ним нагнетательный трубопровод (11), выполненный с возможностью соединения с находящейся ниже по потоку потребительской сетью (15) и управляемым выпускным клапаном (19), предназначенным для выпуска сжатого газа в окружающую среду; контур (20) циркуляции жидкости с инжектором (22) для впрыска жидкости в компрессорный элемент (2); сепаратор (13) жидкости, обеспеченный в нагнетательном трубопроводе (11), предназначенный для отделения жидкости от сжатого газа, и ёмкость (12) высокого давления для сбора отделенной жидкости; инжекционный трубопровод (23), который соединяет ёмкость (12) высокого давления с инжектором (22); устройство (35) управления для управления впускным клапаном (6) и выпускным клапаном (19) во время перехода от ненагруженного состояния к нагруженному состоянию, когда давление (р15) в потребительской сети (15) падает до установленного минимального заданного давления (р15min) сети, при этом в ненагруженном состоянии впускной клапан (6) закрыт, а выпускной клапан (19) открыт, а в нагруженном состоянии впускной клапан (6) открыт, а выпускной клапан (19) закрыт, отличающийся тем, что устройство (35) управления выполнено таким, что при переходе от ненагруженного состояния к нагруженному, когда давление впрыска (р22) ниже минимальной пороговой величины, впускной клапан (6) остается закрытым и открывается с определенным запаздыванием (tB-tA), при этом имеются средства для постепенного повышения давления (р12) в ёмкости (12) высокого давления в период запаздывания (tB-tA) в открытии впускного клапана (6) и для открытия впускного клапана (6) только в том случае, если давление впрыска (р22) достигнет минимальной пороговой величины.

2. Винтовой компрессор по п. 1, отличающийся тем, что выпускной клапан (19) сообщается с впускным отверстием (7) впускного клапана (6).

3. Винтовой компрессор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что во впускном клапане (6) выполнен калиброванный канал (33, 34), который образует обход для всасывания газа через впускной клапан (6) при его закрытии.

4. Винтовой компрессор по п. 3, отличающийся тем, что калиброванный канал (33, 34) выполнен между впускным отверстием (7) впускного клапана (6) и впускным отверстием (5) компрессорного элемента (2).

5. Винтовой компрессор по п. 1, отличающийся тем, что впускной клапан (6) и выпускной клапан (19) выполнены управляемыми независимо один от другого и средства повышения давления (р12) в ёмкости (12) высокого давления во время перехода от ненагруженного состояния к нагруженному образованы посредством выполнения устройства (35) управления таким, что в процессе перехода открытый выпускной клапан (19) закрывается, в то время как в период вышеуказанного запаздывания (tB-tA) впускной клапан (6) остается закрытым.

6. Винтовой компрессор по п. 5, отличающийся тем, что устройство (35) управления выполнено таким, что выпускной клапан (19) закрывается в начале перехода от ненагруженного состояния к нагруженному, т.е. в момент времени (tA), когда давление (р15) сети падает до минимального давления (р15 min) сети.

7. Винтовой компрессор по любому из пп. 5 или 6, отличающийся тем, что средства повышения давления образованы дополнительным обводным каналом (38) с калиброванным проходом, предназначенным для обхода впускного клапана (6) для всасывания газа при закрытии впускного клапана (6), при этом обводной канал (38) снабжен управляемым отсечным клапаном (39), причем устройство (35) управления выполнено таким, что управляемый отсечной клапан (39) в ненагруженном состоянии закрыт и открывается при переходе от ненагруженного состояния к нагруженному.

8. Винтовой компрессор по п. 7, отличающийся тем, что отсечной клапан (39) в дополнительном обводном канале (38) открывается в начале перехода от ненагруженного состояния к нагруженному, т.е. в момент времени (tA), когда давление (р15) сети падает до минимального давления (р15min) сети.

9. Винтовой компрессор по п. 1, отличающийся тем, что впускной клапан (6) и выпускной клапан (19) совместно управляемы, но в противоположном направлении, устройство (35) управления выполнено таким, что во время перехода от ненагруженного состояния к нагруженному, в момент времени (tA), когда давление (р15) сети падает до минимального давления (р15min) сети, впускной клапан (6) остается закрытым, а выпускной клапан (19) остается открытым, и эти клапаны (6 и 19) управляются одновременно с определенным запаздыванием (tB-tA) с открытием впускного клапана (6) и закрытием выпускного клапана (19) и, кроме того, средства для повышения давления (р12) в ёмкости (12) высокого давления в период этого запаздывания (tB-tA) образованы с помощью дополнительного обводного канала (38) с калиброванным проходом для обхода впускного клапана (6) для всасывания газа при закрытии впускного клапана (6), при этом в обводном канале (38) обеспечен управляемый отсечной клапан (39) и устройство (35) управления выполнено таким, что указанный отсечной клапан (39) закрыт в ненагруженном состоянии и открывается в период перехода от ненагруженного состояния к нагруженному.

10. Винтовой компрессор по п. 9, отличающийся тем, что отсечной клапан (39) в дополнительном обводном канале (38) открывается в начале перехода от ненагруженного состояния к нагруженному, т.е. в момент времени (tA), когда давление (р15) сети падает до минимального давления (р15min) сети.

11. Винтовой компрессор по п. 1, отличающийся тем, что устройство (35) управления представляет собой электрическое или электронное устройство управления, а впускной клапан (6) и выпускной клапан (19) управляются с помощью электромагнитного клапана.

12. Винтовой компрессор по п. 1, отличающийся тем, что для измерения давления (р12) в ёмкости (12) высокого давления или давления (р22) впрыска обеспечен датчик (37) давления, а устройство (35) управления выполнено таким, что открытие впускного клапана (6) активируется при переходе от ненагруженного состояния к нагруженному, когда измеренное давление (р12 и р22) равно заданной величине (р12min или р22min).

13. Винтовой компрессор по п. 12, отличающийся тем, что измеряемое давление является давлением (р22) впрыска, а заданная величина (р22min) давления впрыска является вышеуказанной минимальной пороговой величиной давления.

14. Винтовой компрессор по п. 12, отличающийся тем, что измеряемое давление представляет собой давление (р12) в ёмкости (12) высокого давления, а заданная величина давления (р12min) представляет собой давление в ёмкости (12) высокого давления, определяемое с помощью вычислений или экспериментальным путем, выше величины (р12min) которого не происходит повреждения винтового компрессора (1) из-за температурных пиков в выпускном отверстии (10) компрессорного элемента (2) во время перехода от ненагруженного состояния к нагруженному.

15. Винтовой компрессор по п. 14, отличающийся тем, что заданная величина давления (р12min) представляет собой расчетное давление или давление, определяемое экспериментальным путем, которое является, по возможности, более низким с учетом безопасного предела или без учета этого предела и является функцией окружающей температуры Та и температуры Т21 жидкости.

16. Винтовой компрессор по п. 11, отличающийся тем, что устройство (35) управления выполнено таким, что определяется запаздывание в открытии впускного клапана (6) в период перехода от ненагруженного состояния к нагруженному и впускной клапан (6) открывается после окончания периода запаздывания (tВ-tA).

17. Винтовой компрессор по п. 11, отличающийся тем, что период запаздывания (tВ-tA) определяется расчетным путем или экспериментально для определенного винтового компрессора (1) с впрыском жидкости в зависимости от заданной или минимальной пороговой величины (р12min или р22min) давления (р12) в ёмкости (12) высокого давления или давления (р22) впрыска; от окружающей температуры (Та); периода времени (tRun), в течение которого функционировал компрессорный элемент (2), чтобы учесть нагревание жидкости, и периода времени (tStop), в течение которого компрессорный элемент (2) не работал, чтобы учесть охлаждение жидкости.

18. Винтовой компрессор по п. 1, отличающийся тем, что устройство (35) управления представляет собой устройство управления другого типа по сравнению с устройством управления, посредством которого компрессорный элемент (2) систематически останавливается для переключения от нагруженного состояния к ненагруженному.

19. Способ управления винтовым компрессором с впрыском жидкости, содержащим компрессорный элемент (2) с впускным отверстием (5) и управляемым впускным клапаном (6), выполненным с возможностью перекрывать впускное отверстие (5); выпускное отверстие (10) и соединенный с ним нагнетательный трубопровод (11), соединенный с находящейся ниже по потоку потребительской сетью (15) и управляемым выпускным клапаном (19), предназначенным для выпуска сжатого газа в окружающую среду; контур (20) циркуляции жидкости с инжектором (22) для впрыска жидкости (21) в компрессорный элемент (2); сепаратор (13) жидкости, обеспеченный в нагнетательном трубопроводе (11), предназначенный для отделения жидкости от сжатого газа, и ёмкость (12) высокого давления для сбора отделенной жидкости; инжекционный трубопровод (23), который соединяет ёмкость высокого давления с инжектором (22) для впрыска жидкости в компрессорный элемент (2); устройство (35) управления для управления впускным клапаном (6) и выпускным клапаном (19) во время перехода от ненагруженного состояния к нагруженному состоянию, когда давление (р15) в потребительской сети (15) падает до минимального заданного давления (р15min) сети, при этом в ненагруженном состоянии впускной клапан (6) закрыт, а выпускной клапан (19) открыт, а в нагруженном состоянии впускной клапан (6) открыт, а выпускной клапан (19) закрыт, отличающийся тем, что во время перехода от ненагруженного состояния к нагруженному способ включает в себя этапы, на которых:

определяют давление (р15) в потребительской сети (15);

определяют давление (р22) впрыска или давление (р12) в ёмкости (12) высокого давления в момент времени (tA), когда давление (р15) в потребительской сети падает до минимального давления (р15min) сети;

если давление (р22) впрыска или давление (р12) в ёмкости (12) высокого давления в момент времени (tA) больше или равно минимальной величине (р22min, р12min), то впускной клапан (6) незамедлительно открывают;

если давление (р22) впрыска или давление (р12) в ёмкости (12) высокого давления в этот момент времени меньше минимальной величины (р22min, р12min), то впускной клапан (6) открывают с определенным запаздыванием (tB-tA) и активируют средства, обеспечивающие постепенное повышение давления (р12) в ёмкости (12) высокого давления в период этого запаздывания (tB-tA) в открытии впускного клапана (6); и

открывают впускной клапан (6) только, когда давление впрыска (р22) или давление (р12) в ёмкости (12) высокого давления достигнет вышеуказанной минимальной величины (р22min, р12min).