СПОСОБ И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРОЙ МАСЛА В КОМПРЕССОРНОЙ УСТАНОВКЕ С ВПРЫСКОМ МАСЛА ИЛИ В ВАКУУМНОМ НАСОСЕ И КОМПРЕССОРНАЯ УСТАНОВКА ИЛИ ВАКУУМНЫЙ НАСОС, СНАБЖЕННЫЕ ТАКИМ УСТРОЙСТВОМ Российский патент 2019 года по МПК F04C29/00 F04C29/02 F04C29/04 

Настоящее изобретение относится к способу и устройству управления температурой масла в компрессорной установке с впрыском масла или в вакуумном насосе и к клапану, применимому в таком устройстве.

Более конкретно, изобретение предназначено для того, чтобы предотвратить образование конденсата в сжатом газе, выходящем из компрессорной установки с впрыском масла, и удерживать температуру масла немного выше фактической точки росы.

Изобретение также можно применить к вакуумным насосам. В конечном счёте, вакуумный насос фактически представляет собой компрессорную установку, вход которой соединен с вакуумной трубкой, резервуаром или чем-то подобным, откуда необходимо откачивать.

Уже известны компрессорные установки с впрыском масла, которые содержат компрессорный элемент, оснащенный впуском газа и выпуском сжатого газа, который соединен с масляным сепаратором, который посредством инжекционной трубки соединен с вышеупомянутым компрессорным элементом, и при этом охладитель прикреплен к инжекционной трубке, который можно обойти с помощью обводной трубки.

Известно, что при сжатии воздуха влага, присутствующая в этом воздухе может конденсироваться под действием роста давления.

Следовательно, для компрессорной установки с впрыском масла смазка и охлаждающее масло, которые подают в компрессорную установку, могут быть загрязнены конденсатом, что часто приводит к ухудшению характеристик этого масла и к износу различных компонентов компрессорной установки.

Более того, конденсат также может вызвать коррозию в компрессорной установке.

Чтобы предотвратить образование конденсата, температуру сжатого газа в компрессорном элементе и внутренних компонентов доводят до температуры, превышающей точку росы.

Тем не менее, всегда следует учитывать, что температура в компрессорном элементе и внутренних компонентах на выходе может быть недостаточно высокой, так как слишком высокая температура приводит к ухудшению охлаждающих и смазывающих свойств масла.

В BE 1.016.814 описано устройство вышеупомянутого типа, в котором используют этот принцип, при этом применяют распределение потока масла через охладитель и обводную трубку, чтобы привести температуру смазывающего и охлаждающего масла до некоторого желаемого значения так, чтобы температуру сжатого газа также косвенно удерживать выше точки росы.

Недостаток такого устройства заключается в том, что теплоту, которую удаляют с помощью охладителя системы, нельзя полезно использовать.

Уже известны системы, в которые интегрирована система рекуперации энергии, которая позволяет конечному пользователю рекуперировать тепло от масла в соответствии с энергетическими потребностями, например, система, раскрытая в документе FR 2 962 529.

Эта система рекуперации энергии может содержать водяной контур, например, в котором нагревают воду, которую может с пользой применять пользователь.

Так как рекуперация энергии вышеупомянутой системы зависит от энергетических потребностей конечного пользователя, например, от количества потребляемой горячей воды, такую систему всегда применяют в сочетании с охладителем, описанным выше, при этом масло направляют в охладитель, если оно недостаточно охлаждено с помощью вышеупомянутой системы рекуперации энергии.

Здесь используют два или несколько термостатических клапанов, которые открываются или закрываются в зависимости от температуры масла, чтобы управлять потоком масла.

Недостаток таких устройств заключается в том, что для них требуется сложная и громоздкая система с термостатическими клапанами.

Дополнительный недостаток таких термостатических клапанов заключается в том, что они могут переключаться только при одной температуре и, следовательно, не могут реагировать на изменения точки росы.

В результате этого всегда закладывают сравнительно большой запас надежности, из-за чего масло охлаждают до сравнительно высокой температуры по максимуму, чтобы можно было учесть любое увеличение точки росы, не идя на риск образования конденсата.

Другой недостаток таких известных устройств заключается в том, что охладитель и система рекуперации энергии расположены последовательно, т.е. все масло, которое проходит через охладитель, также проходит через систему рекуперации энергии.

Может получиться так, что система рекуперации энергии будет нагревать масло вместо того, чтобы охлаждать его, например, если конечный пользователь проводит горячую воду через систему рекуперации энергии, так что охладителю приходится охлаждать это дополнительно нагретое масло.

Однако охладитель не предназначен для этого, так что масло может быть недостаточно охлаждено, что в результате дает вышеупомянутые пагубные последствия.

Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить решение по меньшей мере для одного из вышеупомянутых и других недостатков.

Объектом настоящего изобретения является устройство для управления температурой масла компрессорной установки с впрыском масла или вакуумного насоса, содержащего компрессорный элемент, который имеет впуск газа и выпуск сжатого газа, который соединен с масляным сепаратором, соединенным посредством инжекционной трубки с вышеупомянутым компрессорным элементом, и при этом в части инжекционной трубки установлен охладитель, который можно обойти с помощью обводной трубки, причем устройство оснащено дополнительной трубкой, которая предназначена для подключения параллельно с обводной трубкой и охладителем, и с которой может быть соединена система рекуперации энергии, и устройство оснащено средством распределения потока через охладитель, обводную трубку и дополнительную трубку, и контроллером, предназначенным для управления этим средством управления температурой на вышеупомянутом выпуске компрессорного элемента.

"Часть инжекционной трубки, в которой расположен охладитель" означает участок инжекционной трубки, который можно обойти с помощью обводной трубки.

Как уже было сказано, система рекуперации энергии может содержать теплообменник, в котором может циркулировать вода, чтобы отводить теплоту от масла. Полученную таким образом горячую воду может с пользой применять конечный пользователь для обогрева, санитарно-гигиенических приложений и т.п.

Другое преимущество заключается в том, что охладитель расположен параллельно с системой рекуперации энергии, так что, когда система рекуперации энергии не охлаждает масло, а нагревает его, вследствие того, что вода в теплообменнике слишком горячая, то контроллер может так управлять средством распределения потока, чтобы направить масло непосредственно в охладитель без предварительного прохождения через систему рекуперации энергии.

Таким образом, на охладитель никогда не подают масло, которое дополнительно нагрето системой рекуперации энергии, для которого охладитель не предназначен.

Другое преимущество заключается в том, что охладитель расположен параллельно с системой рекуперации энергии, так что перепады давления на охладителе и системе рекуперации энергии никогда полностью не складываются, что имело бы место при последовательном соединении. Пониженный перепад давления важен для хорошей энергетической эффективности компрессора.

Предпочтительно, предложено устройство со средством определения точки росы на выпуске компрессорного элемента, посредством которого контроллер определяет точку росы, применяя это средство, и на основе этого управляет средством распределения потока, так что температура на выпуске выше, чем полученная точка росы, но меньше, чем полученная точка росы плюс предварительно заданное значение.

Преимущество заключается в том, что путем определения точки росы для конкретного случая или в реальном времени и управления распределением потока, исходя из этой полученной для данного конкретного случая точки росы, можно реагировать на изменение точки росы.

Если точка росы становится ниже из-за изменившегося положения клапана, то по системе охлаждения потечет больше масла, так что в результате смешанное масло будет холоднее, учитывая более низкую точку росы. В результате, срок службы масла увеличится.

Аналогично, если точка росы становится выше из-за изменившегося положения клапана, то по системе охлаждения потечет меньше масла, так что в результате смешанное масло будет теплее, так что можно предотвратить конденсацию. При использовании обычного термостата нет возможности реагировать на это, пока точка росы лежит вне рабочей области установленного значения термостата.

Изобретение также касается компрессорной установки или вакуумного насоса с компрессорным элементом с впрыском масла, который оснащен устройством в соответствии с изобретением для управления температурой масла компрессорной установки с впрыском масла или вакуумного насоса.

В соответствии с предпочтительной конструкцией, изобретение также касается клапана с кожухом, с вращающимся корпусом клапана и четырьмя соединениями, из которых основное соединение может быть использовано как вход или выход соответственно, а другие соединения, соответственно, первое, второе и третье соединение, могут быть использованы как выход или вход соответственно, тем самым, каналы в корпусе клапана устроены так, что в трех отдельных положениях поворота клапана, соответственно в первом, во втором и в третьем положении, канал между основным соединением и первым, вторым и третьим соединением соответственно, является максимальным, и при этом клапан может непрерывно перемещаться между каждым из вышеупомянутых отдельных положений, причем из-за поворота из одного отдельного положения в следующее отдельное положение канал между основным соединением и соединением, относящимся к одному из отдельных положений, пропорционально уменьшается, и одновременно канал между основным соединением и соединением, относящимся к следующему отдельному положению, пропорционально увеличивается.

Основное соединение означает соединение, в которое поступает весь поток или из которого весь поток распределяют по другим оставшимся соединениям.

Такой клапан можно применять в устройстве в соответствии с изобретением, причем основное соединение может быть подключено к инжекционной трубке, а оставшиеся соединения – к обводной трубке, в которой расположен охладитель, при этом из-за поворота между различными отдельными положениями поворота поток масла будет распределен некоторым образом.

Начиная с обводной трубки, сначала задействуют систему рекуперации энергии, а затем охладитель, если нет необходимости остужать масло.

Дополнительное преимущество такого клапана заключается в том, что всегда имеется канал через клапан, независимо от положения клапана.

Более того, поток, который проходит через клапан, всегда является общим потоком, а если канал между основным соединением и одним из соединений уменьшается, то канал до другого соединения в такой же мере увеличивается.

При применении в устройстве в соответствии с изобретением имеется преимущество, которое заключается в том, что всегда будет осуществляться подача масла в компрессорный элемент, чтобы можно было гарантировать смазку и/или охлаждение.

Изобретение также касается способа управления температурой масла компрессорной установки с впрыском масла или вакуумного насоса, содержащего компрессорный элемент, который имеет впуск газа и выпуск сжатого газа, который соединен с масляным сепаратором, соединенным посредством инжекционной трубки с вышеупомянутым компрессорным элементом, и при этом в части инжекционной трубки установлен охладитель, который можно обойти с помощью обводной трубки, причем способ включает в себя следующее: размещают дополнительную трубку параллельно обводной трубке и охладителю, в которой может быть закреплена система рекуперации энергии, при этом способ содержит по меньшей мере этап управления потоком через охладитель, обводную трубку и дополнительную трубку, так чтобы температура на выходе компрессорного элемента падала до некоторых границ.

Для того чтобы лучше показать характеристики изобретения, далее на примере описано несколько предпочтительных вариантов осуществления устройства и способа в соответствии с изобретением для управления температурой масла компрессорной установки с впрыском масла или вакуумного насоса и применяемый клапан, при этом описание не подразумевает каких-либо ограничений и приведено со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

на фиг. 1 схематично показана компрессорная установка с впрыском масла в соответствии с изобретением;

на фиг. 2 показан альтернативный вариант осуществления секции, обозначенной через F2 на фиг. 1;

на фиг. 3 схематически показан клапан в соответствии с изобретением в различных положениях;

на фиг. 4 схематично показан вариант положения III на фиг. 3;

на фиг. 5 схематично показан вариант положения II на фиг. 3; и

на фиг. 6 схематично показан график потока через клапан, изображенный на фиг. 3 в различных положениях.

Компрессорная установка 1 с впрыском масла, показанная на фиг. 1, содержит компрессорный элемент 2 с впрыском масла, содержащий впуск 3 газа с впускной трубкой 4 и выпуск 5 сжатого газа.

В этом случае компрессорный элемент 2 представляет собой винтовой компрессорный элемент с двумя сцепленными спиральными роторами 6, которые приводят в действие посредством мотора 7.

Вышеупомянутый выпуск 5 соединен с масляным сепаратором 8 посредством нагнетательной трубки 9.

Масляный сепаратор 9 содержит выпуск 10 газа, вдоль которого очищенный и сжатый газ может быть доставлен в напорную сеть или потребителям сжатого газа, например, пневматическим инструментам.

Масляный сепаратор 9 также содержит выпуск 11 масла, чтобы можно было отвести сепарированное масло, при этом этот выпуск 11 масла соединен с инжекционной трубкой 12 через маслопровод 12а, чтобы можно было подавать масло обратно в компрессорный элемент 2.

В месте впуска 3, в данном случае во впускной трубке 4, предусмотрено средство 13 и, соответственно 14, чтобы можно было определить температуру T_in и влажность RH_in на впуске 3, например, в виде датчиков.

В месте выпуска 5, в данном случае в нагнетательной трубке 9, предусмотрено средство 15 и, соответственно 16, чтобы можно было определить температуру T_out и давление p_out на выпуске 5, например, в виде датчиков.

Охладитель 17 выполнен в инжекционной трубке 12, и его можно обойти посредством обводной трубки 18. Другими словами, охладитель 17 выполнен в части 19 инжекционной трубки 12, то есть его обходит обводная трубка 18.

Также предложено устройство 1 в соответствии с изобретением.

Как показано на фиг. 1, в этом случае, но не обязательно, вышеупомянутая обводная трубка 18 интегрирована в вышеупомянутое устройство 20.

Вышеупомянутая часть 19 инжекционной трубки 12 также интегрирована в устройство 20.

Более того, устройство 20 имеет дополнительную трубку 21, которая соединена параллельно с обводной трубкой 18 и охладителем 17.

Система 22 рекуперации энергии установлена в этой дополнительной трубке 21.

В примере, показанном на фиг. 1, устройство 20 в соответствии с изобретением построено в виде "черного ящика", к которому можно подключить охладитель 17, систему 22 рекуперации энергии, маслопровод 12а и инжекционную трубку 12. Здесь, подключение маслопровода 12а к устройству 20 можно рассматривать как вход устройства 20, а подключение инжекционной трубки 12 к устройству 20 – как выход устройства 20.

Устройство 20 также оснащено средством 23 для распределения потока масла, который направляют по маслопроводу 12а в устройство 20, через обводную трубку 18, охладитель 17 и систему 22 рекуперации энергии.

В этом случае вышеупомянутое средство 23 находится дальше по потоку от охладителя 17. Преимущество этого заключается в том, что охлажденное масло проходит через вышеупомянутое средство 23, так что на него не воздействует теплое или горячее масло, поступающее непосредственно из масляного сепаратора 8.

В инжекционной трубке 12 дальше от устройства 20 расположен масляный фильтр 24, который отфильтровывает из масла загрязнения.

Не исключено, что масляный фильтр 24 будет установлен в самом устройстве 20, причем фильтр 24 предпочтительно расположен дальше по потоку от охладителя 17, дополнительной трубки 21 и обводной трубки 18.

Также имеется поток 25 утечки между точкой А в дополнительной трубке 21, которая расположена между средством 23 распределения потока и системой 22 рекуперации энергии, и точкой В, которая расположена в инжекционной трубке 12, более конкретно в этом примере в части 19 инжекционной трубки 12, в которой расположен охладитель 17.

Точка В находится дальше по потоку от охладителя 17. Тем не менее, если средство 23 распределения потока расположено выше по потоку от охладителя 17, то точка В также должна быть выше по потоку от охладителя 17.

Также возможно, что поток 25 утечки идет из дополнительной трубки 21 до точки, находящейся ниже по потоку от средства 23 распределения потока, или даже дальше по потоку от устройства 20, но предпочтительным является вариант осуществления с потоком 25 утечки, интегрированным в устройство 20.

В примере, показанном на фиг. 1, поток 25 утечки находится в месте средства 23 распределения потока. Не исключено, что поток 25 утечки будет реализован в самом средстве 23 распределения потока.

Вышеупомянутый поток 25 утечки предпочтительно является небольшим, т.е. менее 10% от общего потока масла, даже лучше менее 5% от общего потока масла, и предпочтительно даже меньше 1% от общего потока масла.

Устройство 20 также оснащено средством 26 перекрытия, которое позволяет перекрыть дополнительную трубку, если отсутствует система 22 рекуперации энергии. Оно может быть сконструировано, например, в виде простой механической пробки.

Более того, устройство 20 также оснащено соединительным средством 27, которое позволяет осуществлять соединение между точкой С в дополнительной трубке 21, которая расположена между средством 23 распределения потока и местоположением системы 22 регенерации энергии, и точкой D в инжекционной трубке 19 между охладителем 17 и средством 23 распределения потока. Это соединительное средство 27 также может быть сконструировано в виде простой механической пробки.

Так как система 22 рекуперации энергии, в действительности, имеется на фиг. 1, то средство 26 перекрытия и соединительное средство 27 не функционируют.

На фиг. 2 показан альтернативный вариант осуществления устройства 20, в котором в этом случае нет системы 22 рекуперации энергии. Таким образом, средство 26 перекрытия перекрывает дополнительную трубку 21 и обеспечивает подключение соединительного средства 27 между точками C и D, так что в этом случае масло, которое проходит через охладитель 17, подают через дополнительную трубку 21 на средство 23 распределения потока.

Преимущество этого заключается в том, что подключение части 19 инжекционной трубки 12 от охладителя 17 до устройства 20 всегда можно выполнить одним и тем же способом, в то время как средству 23 распределения потока должна быть достаточно только половины диапазона, и, таким образом, сохраняют быстрое управление.

Если средство 23 распределения потока находится выше по потоку относительно охладителя 17, то соединение будет обеспечивать то, что масло, которое подают через вышеупомянутое средство 23 через дополнительную трубку 21, будет направлено в охладитель 17.

Компрессорное устройство 1 также содержит контроллер 28, который подключен к средству 13, соответственно 14, чтобы он мог определять температуру T_in и влажность RH_in на впуске 3, и к средству 15, соответственно 16, чтобы он мог определять температуру T_out и давление p_out выпуске 5, например, в виде датчиков.

Контроллер 28 также подключен к средству 23 распределения потока, чтобы можно было им управлять.

В этом случае, но не обязательно, контроллер 28 также подключен к средству 26 перекрытия и соединительному средству 27, так что контроллер 28 может определить положение средства 26 перекрытия и соединительного средства 27.

На фиг. 3 показано средство 23 распределения потока. В этом случае это средство сконструировано в виде клапана 29 с кожухом 30, в котором установлен вращающийся корпус 31 клапана.

Выполнено четыре соединения. В этом примере основное соединение 32 выступает в качестве выхода и соединено с инжекционной трубкой 12. Другими словами, основное соединение 32 будет направлять результирующий смешанный поток в инжекционную трубку 12.

Что касается других соединений, которые в этом примере являются входами, первое соединение 33а соединено с обводной трубкой 18, второе соединение 22b соединено с дополнительной трубкой 21, а третье соединение 33с соединено с частью 19, в которой находится охладитель 17.

В соответствии с существующим уровнем техники каналы делают в корпусе 31 клапана так, что в трех отдельных положениях поворота клапана 29 канал между основным соединением 32 и другими соединениями 33а-с максимален.

На фиг. 3 показано три отдельных положения, обозначенные через I, II и III.

Клапан 29 непрерывно поворачивается между этими тремя отдельными положениями, и в результате поворота из одного положения в следующее канал между основным соединением 32 и одним из оставшихся соединений 33а-с уменьшается, и одновременно канал между основным соединением 32 и другим оставшимся соединением 33а-с пропорционально увеличивается.

В этом случае это реализовано посредством четырех соединений 32, 33а-с, расположенных в одной плоскости под углом 90° друг к другу, или отклоняясь от него максимум на 5° или 10°, при этом корпус 31 клапана содержит кольцо, которое может поворачиваться в кожухе 30, и в котором имеется два выреза, чтобы по меньшей мере частично блокировать одно или несколько из остальных соединений 33а-с.

Как видно на фиг. 3, основное соединение 32 всегда открыто.

Ясно, что вместо клапана 29 на фиг. 3 также можно использовать клапанную систему и т.п.

Клапан 29 также оснащен электрическим приводом, не показанным на чертежах, который обеспечивает вращение корпуса 31 клапана. Контроллер 28 подключен к этому приводу, чтобы иметь возможность управлять положением клапана 29.

Ясно, что этот электрический привод также может представлять собой пневматический привод или мотор другого типа.

Также возможно, что вышеупомянутый поток 25 утечки будет реализован в самом клапане 29. На фиг. 4 в качестве примера показан клапан в положении III.

Альтернатива для соединительного средства 27 показана на фиг. 5. Альтернатива представляет собой клапан 29 с асимметричным корпусом 31 клапана. Единственное отличие от клапана 29, показанного на фиг. 1, заключается в конструкции корпуса 31 клапана. Конструкция корпуса 31 клапана такова, что канал между основным соединением 32 и соединением 33а-с в отношении одного отдельного положения уменьшается, в то время как одновременно увеличивается канал между основным соединением 32 и соединением 33а-с в отношении следующего отдельного положения, причем, когда корпус 31 клапана находится во втором положении, имеется по меньшей мере частичный канал 34 между основным соединением 32 и третьим соединением 33с.

В результате, может реализоваться ситуация, когда часть 19 инжекционной трубки 12 с охладителем 17 уже открыта в положении II клапана 29, если дополнительная трубка 21 с системой 22 рекуперации энергии закрыта посредством средства 26 перекрытия. Такой клапан 29 с асимметричным корпусом 31 клапана, как показано на фиг. 5, применим только тогда, когда отсутствует система 22 рекуперации энергии, а дополнительная трубка 21 перекрыта.

Работа компрессорного устройства 1 с впрыском масла очень проста и заключается в следующем.

Во время работы мотор 7 приводит в действие винтовой компрессорный элемент 2.

Из-за вращения спиральных роторов 6 газ, в данном случае воздух, будет всасываться через впуск 3 газа и сжиматься посредством спиральных роторов 6.

Этот сжатый воздух будет выходить из винтового компрессорного элемента 2 через выпуск 5 сжатого газа.

Газ направляют в масляный сепаратор 8, где отделяют масло. Очищенный газ можно, затем, вывести в напорную сеть, к пневматическим инструментам и т.п.

Отделенное масло, которое осталось в масляном сепараторе 8, выводят через инжекционную трубку 12, чтобы снова подать его в винтовой компрессорный элемент 2 для обеспечения его смазки и охлаждения.

При необходимости масло остужают посредством охладителя 17 и системы 22 рекуперации энергии и очищают посредством масляного фильтра 24.

Чтобы гарантировать, что масло достаточно охлаждено, но не стало настолько холодным, чтобы возник конденсат, контроллер 28 управляет клапаном 29 в соответствии со способом, предложенным в изобретении.

Этот способ содержит этап управления потоком через охладитель 17, обводную трубку 18 и, если имеется, дополнительную трубку 21, так чтобы температура T_out на выпуске 5 находилась в некоторых пределах.

Чтобы определить эти границы, контроллер 28 будет использовать точку росы в данном конкретном случае.

Контроллер определит точку росы, исходя из сигналов от средств 13, 14 и 16, другими словами, на основании температуры T_in на впуске, давления p_out на выпуске и влажности RH_in на впуске 3, применяя известные формулы.

Здесь важно отметить, что точка росы будет определена для данной ситуации, другими словами, в реальном времени, так что точка росы, применимая в конкретный момент времени известна для всех моментов времени. Так как точка росы меняется, то вышеупомянутые определенные границы будут меняться.

Необходимо отметить, что если компрессорное устройство 1 выключено или запущено то, чтобы вычислить точку росы, можно применять заданное давление на выпуске 5 вместо текущего давления p_out на выпуске 5, чтобы предотвратить (негативное) влияние переходных явлений при определении точки росы.

Более того, также возможно, что вместо сигнала от датчика 14 влажности будут применять установку значения влажности, равного 100%. Это можно сделать, например, чтобы сэкономить на еще одном датчике, либо если датчик 14 неисправен.

Когда контроллер 28 определит точку росы, он будет управлять температурой T_out на выпуске 5 путем управления потоком через охладитель 17, обводную трубку 18 и дополнительную трубку 21, так чтобы температура T_out на выпуске 5 была больше, чем точка росы, но меньше, чем точка росы плюс предварительно заданное значение.

Это предварительно заданное значение может составлять, например, 10 градусов. При задании верхней границы можно предотвратить слишком высокую температуру масла, так что охлаждающие и смазочные свойства масла сохраняются, а срок службы масла не сокращается.

Предпочтительно, контроллер 28 будет управлять температурой T_out на выпуске 5 так, чтобы она всегда была выше, чем точка росы плюс некоторое значение, например, 2 градуса или 1 градус. В результате получают некоторый запас надежности, чтобы гарантировать, что температура T_out на выпуске 5 не станет слишком низкой.

Чтобы управлять потоком, контроллер 28 приведет в действие клапан 29, более конкретно, контроллер 28 повернет корпус 31 клапана в клапане 29.

Если температура T_out на выпуске 5 выше точки росы плюс предварительно заданное значение, то контроллер 28 обеспечит, чтобы корпус 31 клапана повернулся так, чтобы по меньшей мере часть потока, проходящего через обводную трубку 18, была направлена через дополнительную трубку 21.

Это означает, что в положении I на фиг. 3 корпус 31 клапана будет поворачиваться в направлении по часовой стрелке, так что корпус 31 клапана частично перекроет первое соединение 33а клапана 29, чтобы весь поток масла не мог пройти через обводную трубку 18, и одновременно будет частично открыто второе соединение 33b, так что будет получен частичный канал до основного соединения 32, и часть потока масла сможет пройти через дополнительную трубку 21 и систему 22 рекуперации энергии.

Изменение потока масла через обводную трубку 18, охладитель 17 и систему 22 рекуперации энергии схематично показано на графике на фиг. 6, где ясно видно, как различные скорости потока меняются в зависимости от поворота корпуса 31 клапана из положения I в положение II. Кривая Е показывает поток, который проходит через первое соединение 33а и, тем самым, через обводную трубку 18, кривая F показывает поток, который проходит через второе соединение 33b и систему 22 рекуперации энергии, а кривая G показывает поток, который проходит через третье соединение 33с и охладитель 17.

Результирующий смешанный поток пройдет через основное соединение 32 в инжекционную трубку 12 и компрессорный элемент 2.

Необходимо отметить, что весь поток всегда подают на компрессорный элемент 2, так как канал до второго соединения 33b увеличивается пропорционально уменьшению канала до первого соединения 33а. Это также можно получить и на фиг. 6: сумма потоков E, F и G всегда 100% для любого положения клапана 29.

Когда масло, проходящее через систему 22 рекуперации энергии, в достаточной мере охлаждено, то результирующий смешанный поток также будет прохладнее. Это охлажденное масло будет подано в компрессорный элемент 2, и оно может обеспечить падение температуры T_out на выпуске 5.

Если продолжать поворачивать корпус 31 клапана, то через систему 22 рекуперации энергии будет направлено больше масла, и оно еще больше остынет. Наконец, клапан 29 перейдет в положение II на фиг. 3 и 4, в котором все масло направляют через систему 22 рекуперации энергии.

Если температура T_out на выпуске 5 все еще слишком высокая, то контроллер 28 постепенно переведет клапан 29 из положения II в положение III.

Это означает, что только когда все масло направлено через систему 22 рекуперации энергии, и, тем не менее, требуется дальнейшее охлаждение, то масло будет направлено через охладитель 17 путем дополнительного поворота корпуса 31 клапана.

Если температура T_out на выпуске 5 слишком низкая, и, другими словами, требуется меньше охлаждать масло, то контроллер повернет корпус 31 клапана в направлении против часовой стрелки. Таким образом, по меньшей мере часть потока, который проходит через охладитель 17, будет направлена через дополнительную трубку 21, и когда поток проходит через дополнительную трубку 21, его по меньшей мере частично проводят через обводную трубку 18 путем дополнительного поворота корпуса 31 клапана в направлении против часовой стрелки, если окажется, что температура T_out все еще слишком низкая.

Если температура T_out на выпуске 5 слишком высокая, и система 22 рекуперации энергии не обеспечивает достаточного охлаждения масла, например, из-за того, что вода в системе слишком горячая, то контроллер 28 повернет клапан 29 в положение III на фиг. 3 и 4.

Если это так, и система 22 рекуперации энергии, тем не менее, получает больше охлаждающей способности, так что, в принципе, может обеспечить достаточное охлаждение, то контроллер 28 не сможет обнаружить этого, исходя из сигналов датчиков 13, 14, 15. Таким образом, контроллер 28 будет продолжать подавать поток через охладитель 17, даже если имеется возможность рекуперировать тепло от масла.

Можно добавить дополнительные датчики в систему 22 рекуперации энергии, например, датчики, которые определяют температуру воды в системе 22 рекуперации энергии, и на основе сигналов от этих дополнительных датчиков контроллер 28 повернет клапан 29 обратно, если обнаружит, что система 22 рекуперации энергии может охладить масло.

Тем не менее, в примере показано, что имеется небольшой поток 25 утечки, который обеспечит, что небольшой поток масла, проходящий через систему 22 рекуперации энергии, направляют к основному соединению 32 клапана 29.

В момент, когда система 22 рекуперации энергии может охладить масло, этот небольшой поток масла будет охлажден, и конечный смешанный поток будет иметь более низкую температуру.

При подаче этого охлажденного смешанного потока температура T_out на выпуске 5 упадет, так что, наконец, контроллер 28 повернет обратно клапан 29, чтобы можно было снова использовать систему 22 рекуперации энергии.

Другими словами, обеспечивая поток 25 утечки, контроллер 28 автоматически повернет обратно клапан 29, когда система 22 рекуперации энергии сможет охлаждать масло.

Если система 22 рекуперации энергии отсутствует, то устройство 20 будет модифицировано, как показано на фиг. 2.

Во-первых, дополнительная трубка 21 будет перекрыта с использованием средства 26 перекрытия, так что через дополнительную трубку 21 масло проходить не будет.

Соединительное средство 27 позволит маслу, проходящему через охладитель 17, протекать через клапан 29 через второе соединение 33b. Здесь важно отметить, что, например, соединение части 19 инжекционной трубки 12, маслопровода 12 и инжекционной трубки 12 с устройством 20 будет выполнено таким же образом, как и в примере, показанном на фиг. 1.

Это означает, что в этом случае, если клапан 29 находится в положении II, то масло, которое прошло через охладитель 17, может пройти через клапан 29.

Даже если соединительное средство 27 исключено, а клапан 29, как показано на фиг. 5, используют, то масло, которое проходит через охладитель 17, также будет способно пройти через клапан 29 через третье соединение 33с, когда он находится в положении II. Это схематически показано на фиг. 5.

В этих случаях контроллеру 28 необходимо только изменять положение клапана 29 между положением I и положением II. Другими словами, контроллер 28 никогда не переведет клапан 29 в положение III. Таким образом, клапану 29 требуется только половина диапазона, и, тем самым, сохраняют быстрое управление.

Если соединительного средства 27 не предусмотрено, и клапан 29, как показано на фиг. 5, не используют, то клапан 29 должен изменять положение между положением I и положением III, тем самым, он всегда будет проходить через положение II. Это, конечно, негативно воздействует на скорость управления.

Дополнительное преимущество заключается в том, что устройство 20 можно очень легко адаптировать, и можно адаптировать на месте при установке в компрессорном устройстве 1 в зависимости от того, имеется ли система 22 рекуперации энергии или нет.

Настоящее изобретение никак не ограничено описанными в качестве примера и показанными на чертежах вариантами осуществления, но такой способ и устройство в соответствии с изобретением для оптимизации температуры масла компрессорной установки с впрыском масла, а также применяемый при этом клапан, можно реализовать в соответствии с различными вариантами, не отклоняясь от объема изобретения.

Группа изобретений относится к способу и устройству управления температурой масла в компрессорной установке с впрыском масла или в вакуумном насосе и компрессорной установке или вакуумному насосу, снабженным таким устройством. Устройство для управления температурой масла компрессорной установки (1) с впрыском масла или вакуумного насоса, содержащего компрессорный элемент (2) c впуском (3) газа и выпуском (5) сжатого газа, который соединен с масляным сепаратором (8), соединенным посредством инжекционной трубки (12) с элементом (2). В части (19) трубки (12) установлен охладитель (17), выполненный с возможностью его обхода с помощью обводной трубки (18). Устройство (20) оснащено трубкой (21) для соединения параллельно с трубкой (18) и охладителем (17). Система (22) рекуперации энергии выполнена с возможностью соединения с трубкой (21). Устройство (20) оснащено средством (23) распределения потока через охладитель (17), трубки (18, 19) и контроллером (28) для управления средством управления температурой на выпуске (5) элемента (2). Группа изобретений направлена на предотвращение образования конденсата и удержание температуры масла выше фактической точки росы. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для управления температурой масла компрессорной установки (1) с впрыском масла или вакуумного насоса, содержащего компрессорный элемент (2), который имеет впуск (3) газа и выпуск (5) сжатого газа, который соединен с масляным сепаратором (8), соединенным посредством инжекционной трубки (12) с вышеупомянутым компрессорным элементом (2), при этом в части (19) инжекционной трубки (12) установлен охладитель (17), который выполнен с возможностью его обхода с помощью обводной трубки (18), отличающееся тем, что устройство (20) оснащено дополнительной трубкой (21), которая предназначена для соединения параллельно с обводной трубкой (18) и охладителем (17), при этом система (22) рекуперации энергии выполнена с возможностью соединения с дополнительной трубкой (21), причем устройство (20) оснащено средством (23) распределения потока через охладитель (17), обводную трубку (18) и дополнительную трубку (21) и контроллером (28), предназначенным для управления этим средством управления температурой (T_out) на вышеупомянутом выпуске (5) компрессорного элемента (2).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средство (23) распределения потока содержит клапан (29) с кожухом (30), с вращающимся корпусом (31) клапана и четырьмя соединениями (32, 33а-с), из которых основное соединение (32) может быть использовано как вход или выход соответственно, а другие соединения (33а-с), соответственно первое (33а), второе (33b) и третье соединения (33с), могут быть использованы как выход или вход соответственно, при этом каналы в корпусе (31) клапана выполнены так, что в трех отдельных положениях поворота клапана, соответственно в первом, во втором и в третьем положениях, канал между основным соединением (32) и первым (33а), вторым (33b) и третьим соединением (33с) соответственно является максимальным, и при этом клапан (29) может непрерывно перемещаться между каждым из вышеупомянутых отдельных положений, так что при повороте из одного отдельного положения в следующее отдельное положение канал между основным соединением (32) и соединением (33а-с), относящимся к одному из отдельных положений, пропорционально уменьшается, и одновременно канал между основным соединением (32) и соединением (33а-с), относящимся к следующему отдельному положению, пропорционально увеличивается, причем основное соединение (32) клапана (29) соединено с инжекционной трубкой (12), первое соединение (33а) – с обводной трубкой (18), второе соединение (33b) – с дополнительной трубкой (21), а третье соединение (33с) – с частью (19) инжекционной трубки (12), в которой расположен охладитель (17).

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что средство (23) распределения потока расположено ниже по потоку относительно охладителя (17).

4. Устройство по п. 2 или 3, отличающееся тем, что основное соединение (32) выступает в качестве выхода, а оставшиеся соединения (33а-с) – в качестве входа, причем оставшиеся соединения (33а-с) соединены с обводной трубкой (18), охладителем (17) и дополнительной трубкой (21), и при этом основное соединение (32) подает результирующий смешанный поток в инжекционную трубку (12).

5. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что устройство (20) оснащено средством определения точки росы на выпуске (5), посредством которого контроллер (28) определяет точку росы, и на основе этого управляет средством (23) распределения потока, так что температура (T_out) на выпуске (5) выше, чем полученная точка росы, но меньше, чем полученная точка росы плюс предварительно заданное значение.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что вышеупомянутое средство определения точки росы на выпуске (5) содержит один или несколько из следующих датчиков и/или сигналов:

датчик (13) температуры для определения температуры (T_in) на впуске (3);

датчик (15) давления для определения давления (p_out) на выпуске (5) или по меньшей мере во время запуска или отключения компрессорного устройства (1) или вакуумного насоса, сигнал давления на выпуске равен заданному давлению;

датчик (14) влажности для определения влажности (RH_in) газа на впуске (3) или сигнал, что влажность равна 100%.

7. Устройство по п. 5 или 6, отличающееся тем, что контроллер (28) выполнен с возможностью управления средством (23) распределения потока так, чтобы температура (T_out) на выпуске (5) была выше, чем полученная точка росы.

8. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что поток (25) утечки расположен между точкой (А) в дополнительной трубке (21), которая расположена между средством (23) распределения потока и системой (22) рекуперации энергии, и точкой (В), которая расположена в инжекционной трубке (12) либо выше по потоку относительно охладителя (17), либо ниже по потоку относительно охладителя (17), если средство (23) распределения потока расположено ниже по потоку относительно охладителя (17).

9. Устройство по любому из пп. 2-8, отличающееся тем, что устройство (20) оснащено средством (26) перекрытия, которое позволяет перекрывать дополнительную трубку (21), если к ней не присоединена система (22) рекуперации энергии, и соединительным средством (27), которое в этом случае позволяет выполнить соединение между точкой (С) в дополнительной трубке (21), которая расположена между клапаном (29) и местом системы (22) рекуперации энергии, и точкой (D) в инжекционной трубке (12), которая расположена между охладителем (17) и клапаном (29) так, что если клапан (29) находится выше по потоку относительно охладителя (17), то поток, который проходит через дополнительную трубку (21), направляют на охладитель (17), или так, что если клапан (29) находится ниже по потоку относительно охладителя (17), то поток, который проходит через охладитель (17), направляют через дополнительную трубку (21) на клапан (29), причем если система (22) рекуперации энергии не присоединена, то контроллер (28) управляет клапаном (29) так, чтобы канал между основным соединением (32) и соединением (33с), к которому присоединен охладитель (17), оставался полностью перекрытым.

10. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что устройство (20) оснащено масляным фильтром (24), который расположен ниже по потоку относительно охладителя (17), дополнительной трубки (21) и обводной трубки (18).

11. Компрессорная установка или вакуумный насос с компрессорным элементом (2) с впрыском масла, отличающийся тем, что в компрессорной установке (1) или вакуумном насосе имеется устройство (20) по любому из предыдущих пп. 1-10, предназначенное для управления температурой масла компрессорной установки с впрыском масла.

12. Способ управления температурой масла компрессорной установки (1) с впрыском масла или вакуумного насоса, содержащих компрессорный элемент (2), который имеет впуск (3) газа и выпуск (5) сжатого газа, который соединен с масляным сепаратором (8), соединенным посредством инжекционной трубки (12) с вышеупомянутым компрессорным элементом (2), при этом в части (19) инжекционной трубки (12) закреплен охладитель (17), который выполнен с возможностью его обхода с помощью обводной трубки (18), отличающийся тем, что способ включает в себя следующие этапы:

размещают дополнительную трубку (21) параллельно обводной трубке (18) и охладителю (17), при этом система (22) рекуперации энергии выполнена с возможностью установки в дополнительной трубке (21), при этом способ содержит по меньшей мере этап управления потоком через охладитель (17), обводную трубку (18) и дополнительную трубку (21), так чтобы температура (T_out) на выходе компрессорного элемента (2) падала до заданных границ.

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что содержит следующие этапы:

определяют точку росы на выпуске (5);

управляют скоростью потока через охладитель(17), обводную трубку (18) и дополнительную трубку (21) так, чтобы температура (T_out) на выпуске (5) была выше, чем полученная точка росы, но ниже, чем полученная точка росы плюс предварительно заданное значение.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что во время этапа управления потоками управление ими осуществляют так, чтобы температура (T_out) на выпуске (5) была выше, чем полученная точка росы.

15. Способ по любому из пп. 12-14, отличающийся тем, что во время этапа управления потоками выполняют следующие действия:

если температура (T_out) на выпуске (5) слишком высокая, то по меньшей мере часть потока, который проходит через обводную трубку (18), направляют через дополнительную трубку (21), и только если весь поток идет через дополнительную трубку (21) и температура (T_out) на выпуске (5) все еще слишком высокая, то поток по меньшей мере частично направляют через охладитель (17);

если температура (T_out) на выпуске (5) слишком низкая, то по меньшей мере часть потока, который проходит через охладитель (17), направляют через дополнительную трубку (21), и только если весь поток идет через дополнительную трубку (21) и температура (T_out) на выпуске (5) все еще слишком низкая, то поток по меньшей мере частично направляют через обводную трубку (18).

16. Способ по любому из пп. 12-14, отличающийся тем, что содержит этап обеспечения потока (25) утечки между точкой (А) в дополнительной трубке (21) и частью (19) инжекционной трубки (12), в которой расположен охладитель (17), причем этот поток (25) утечки возникает между охладителем (17) и средством (23) распределения потока.

17. Способ по любому из пп. 12-16, отличающийся тем, что применяют клапан (29) для управления потоком через охладитель (17), обводную трубку (18) и дополнительную трубку (21), при этом клапан (29) содержит

кожух (30) с вращающимся корпусом (31) клапана и четырьмя соединениями (32, 33а-с), из которых основное соединение (32) может быть использовано как вход или выход соответственно, а другие соединения (33а-с), соответственно первое (33а), второе (33b) и третье соединения (33с), могут быть использованы как выход или вход соответственно, при этом каналы в корпусе (31) клапана выполнены так, что в трех отдельных положениях поворота клапана, соответственно в первом, во втором и в третьем положениях, канал между основным соединением (32) и первым (33а), вторым (33b) и третьим соединением (33с) соответственно является максимальным, и при этом клапан (29) может непрерывно перемещаться между каждым из вышеупомянутых отдельных положений, так что при повороте из одного отдельного положения в следующее отдельное положение канал между основным соединением (32) и соединением (33а-с), относящимся к одному из отдельных положений, пропорционально уменьшается и одновременно канал между основным соединением (32) и соединением (33а-с), относящимся к следующему отдельному положению, пропорционально увеличивается,

причем основное соединение (32) клапана (29) соединено с инжекционной трубкой (12), первое соединение (33а) – с обводной трубкой (18), второе соединение (33b) – с дополнительной трубкой (21), а третье соединение (33с) – с частью (19) инжекционной трубки (12), в которой расположен охладитель (17), и тем, что если нет системы (22) рекуперации энергии, то способ содержит этап перекрытия дополнительной трубки (21) и соединения точки (С) в дополнительной трубке (21), которая расположена между клапаном (29) и местом системы (22) рекуперации энергии, с точкой (D), расположенной в инжекционной трубке (12) между охладителем (17) и клапаном (29), так, что если клапан (29) находится выше по потоку относительно охладителя (17), то поток, который подают через клапан (29) посредством дополнительной трубки (21), направляют на охладитель (17), либо так, что если клапан (29) находится ниже по потоку относительно охладителя (17), то поток, который проходит через охладитель (17), подают на клапан (29) через дополнительную трубку (21), и при этом способ состоит в управлении клапаном (29) во время управления потоками, так что положение клапана (29) меняется между первым и вторым отдельными положениями.

18. Способ по любому из пп. 12-16, отличающийся тем, что применяют клапан (29) для управления потоком через охладитель (17), обводную трубку (18) и дополнительную трубку (21), при этом клапан (29) содержит кожух (30)

с вращающимся корпусом (31) клапана и четырьмя соединениями (32, 33а-с), из которых основное соединение (32) может быть использовано как вход или выход соответственно, а другие соединения (33а-с), соответственно первое (33а), второе (33b) и третье соединения (33с), могут быть использованы как выход или вход соответственно, при этом каналы в корпусе (31) клапана выполнены так, что в трех отдельных положениях поворота клапана, соответственно в первом, во втором и в третьем положениях, канал между основным соединением (32) и первым (33а), вторым (33b) и третьим соединением (33с) соответственно является максимальным, и при этом клапан (29) может непрерывно перемещаться между каждым из вышеупомянутых отдельных положений, так что при повороте из одного отдельного положения в следующее отдельное положение канал между основным соединением (32) и соединением (33а-с), относящимся к одному из отдельных положений, уменьшается, в то время как одновременно канал между основным соединением (32) и соединением (33а-с), относящимся к следующему отдельному положению, пропорционально увеличивается, при этом корпус (31) клапана выполнен так, что когда он находится во втором положении, имеется по меньшей мере частичный канал (34) между основным соединением (32) и третьим соединением (33с),

причем основное соединение (32) клапана (29) соединено с инжекционной трубкой (12), первое соединение (33а) – с обводной трубкой (18), второе соединение (33b) – с дополнительной трубкой (21), а третье соединение (33с) – с частью (19) инжекционной трубки (12), в которой расположен охладитель (17), причем система (22) рекуперации энергии отсутствует, при этом способ содержит этап перекрытия дополнительной трубки (21), и способ включает в себя управление клапаном (29) во время управления потоками, так что положение клапана (29) меняется между первым и вторым отдельными положениями.