压缩机设备及其操作方法与流程

本发明涉及一种压缩机设备及其操作方法。

背景技术：

1、传统压缩机设备的设计通常包含减轻吸入压缩机中的空气湿度的冷凝的措施。然而，冷却强度对压缩机设备在对应操作点的比输出的影响常常被忽视或忽略。

2、通常可安装膨胀元件，其中，油气混合物的压缩端温度被预设为特定值。设定点可被配置为减少喷油螺杆压缩机中的吸入空气湿度的冷凝；然而，在冷却强度和在相应的操作点处相关的可实现的比输出方面，可能低效。

3、现有技术文献wo 0246617 a1描述了一种用于控制包括至少一个油冷压缩机元件的压缩机系统的方法。

技术实现思路

1、因此，本发明的基础目的是提供一种压缩机设备及其操作方法，其中，该压缩机设备可以以特别高的能效操作。

2、该任务通过独立权利要求的特征来解决。从属权利要求中公开了另外的优选实施方式。

3、根据独立权利要求1，提供了一种：

4、压缩机设备，包括能够生成压缩油气混合物的螺杆压缩机；压缩机出口；油分离器，被压缩的油气混合物可转移到该油分离器，并且通过该油分离器，来自压缩油气混合物的压缩空气和油可彼此分离，并且压缩空气可在压缩机出口处排出；分油管道，其将油分离器连接到螺杆压缩机，其中，分油管道包括在油冷却器处的风扇装置；以及控制器，通过该控制器可调节风扇的速度，因此也可调节油冷却器处的油的冷却，其中，可通过控制器确定压缩机设备的当前操作点，其中，通过存储在控制器中的关系，特别是预定和/或预先确定的关系，可根据所确定的当前操作点确定油冷却参数的可调节值，其中，该关系反映了压缩机设备的多个操作点与油冷却参数的多个可调节值之间的关系，并且其中，可通过控制器调节所确定的油冷却参数的值，特别是对于具有限定和/或低比输出的压缩机设备的操作。

5、此外，根据独立专利权利要求4，提供了：

6、一种用于操作压缩机设备的方法，该压缩机设备包括：螺杆压缩机，其能够生成压缩油气混合物；压缩机出口；油分离器，压缩油气混合物可转移到该油分离器，并且通过该油分离器，来自压缩油气混合物的压缩空气和油可彼此分离，并且压缩空气可在压缩机出口处排出；分油管道，其将油分离器连接到螺杆压缩机，其中，分油管道包括在油冷却器处的风扇装置；以及控制器，通过该控制器可调节风扇的速度，因此还可调节油冷却器处的油的冷却，其中，可通过控制器确定压缩机设备的当前操作点，其中，通过存储在控制器中的关系，特别是预定和/或预先确定的关系，可根据所确定的当前操作点确定油冷却参数的可调节值，其中，该关系反映了压缩机设备的多个操作点与油冷却参数的多个可调节值之间的关系，并且其中，可通过控制器调节所确定的油冷却参数的值，特别是对于具有限定和/或低或最小比输出的压缩机设备的操作。

7、因此可影响空气冷却的流体喷射压缩机设备(“封装”)的冷却强度，其具有至少一个变速风扇以用于输送可变量的冷却空气通过冷却器，目的是在相应操作点在预定极限内以最佳(最小)比输出操作机器。这种操作模式用于降低压缩机设备的能耗。压缩机设备可以是单级或多级压缩机设备，其具有以固定或可变速度驱动的至少一个螺杆压缩机。

8、压缩机设备的比输出被计算为压缩机设备的总电力消耗(被除数)和压缩机设备的输送量(除数)的商。应该注意，在操作期间，包括控制器、风扇装置的驱动器和螺杆压缩机的驱动器的若干组件消耗电力。输送体积可被定义为优选在油分离器下游生成的压缩空气的体积流量。体积流量可通过使用适当的测量设备来量化。

9、目的是通过以优化压缩机设备在对应操作点的比输出，也就是说，使其尽可能接近最优水平(即，最小值)的方式影响风扇速度来修改和调节压缩机设备的冷却过程的强度。由于外部限制，冷却过程的强度可存在上限和下限。这些可包括组件或操作材料的最高允许温度或避免压缩机设备中的吸入湿度冷凝的最低允许温度。冷却强度可在这些允许是极限内变化，即使这些极限之外甚至更高或甚至更低的冷却强度可实现比输出的进一步改进。

10、根据具体实施方式示例，该压缩机设备可具有空气冷却的单级喷油螺杆压缩机，该螺杆压缩机的驱动速度可变，并且具有变速风扇以用于输送可变量的冷却空气通过油路中的风扇装置。

11、在此实施方式中，操作点可由以下进行表征：压缩机设备的出口处的压力或压缩机设备的内部压力(油分离器湿侧)、螺杆压缩机的速度、螺杆压缩机入口处的可用冷却空气的温度和密度、由压缩机的安装条件导致的其入口或出口处的冷却空气的流阻、油的当前性质(例如，粘度等级和粘度指数)、油分离器筒的污染条件和冷却器的污染条件。该操作点可由外部边界条件、压缩机中的组件或操作材料的当前老化条件、压缩机控制系统中实现的压力或体积流量控制方法(输送速率控制方法)和/或通过从上级控制系统到压缩机控制系统的控制命令产生。操作点可被认为时间上是可变的以及在任何时间点上是预定的。

12、风扇速度的增加导致风扇驱动器的功耗更高以及冷却空气体积增加，因此压缩机(在特定实施方式中：风扇装置中的油)的冷却强度更高。冷却强度更高也导致油注入螺杆压缩机中的温度和油气混合物离开螺杆压缩机的温度(压缩端温度，vet)降低。更低的油温导致油的操作粘度更高并且在通过螺杆压缩机运输油时粘度损失更高，这增加了其所需轴功率。更高的操作粘度改进了螺杆压缩机中的油的密封效果，因此减小了压缩过程中的内部泄漏损失，这继而对螺杆压缩机的输送量和所需轴功率有影响。

13、风扇速度的增加或冷却的加强对螺杆压缩机的输送量和所需轴功率的影响的强度和正负取决于当前操作点和当前风扇速度。例如，尽管风扇速度的增加总是导致风扇驱动器的功耗增加，但根据当前操作点和当前风扇速度，风扇速度的增加会使螺杆压缩机的输送量或所需轴功率增加或减少。

14、如果风扇速度降低，则发生正负不同的相似效果。

15、风扇速度的变化在相应的操作点可具有以下效果：

16、·风扇驱动器的功耗变化

17、·螺杆压缩机的所需轴功率变化

18、·风扇驱动器的功耗变化

19、这些变量一起包括在压缩机设备的比输出(总电力消耗和输送体积的商)中。当所述效果叠加时存在压缩机装置的比输出在相应操作点最优(即，极小)的风扇速度。这可被称为最佳风扇速度，其包括最佳冷却强度，特别是最佳vet或最佳喷油温度。

20、目标是在压缩机设备操作期间实质上调节最佳风扇速度或最佳冷却强度，特别是关联的最佳vet，并且跟踪操作点随时间的变化，只要冷却强度保持在允许极限内，或者在符合冷却强度的允许极限的同时尽可能接近该最佳值，只要这是可能的。

21、这些允许极限可为固定的或可变的。冷却强度的固定极限的示例可以是对抗油老化的vet上限。

22、在优选实施方式中，压缩机设备在风扇装置和螺杆压缩机之间具有油温传感器。对于由螺杆压缩机吸入的空气和/或环境空气，压缩机设备可具有至少一个空气温度传感器。对于特别是螺杆压缩机的出口处油气混合物的温度，压缩机设备还可包括温度传感器。此外，对于特别是油分离器中或油分离器处生成的油气混合物的压力，压缩机设备还可包括压力传感器。对于特别是油分离器下游或压缩机出口处生成的压缩空气的压力，压缩机设备还可包括压力传感器。控制器可连接到这些传感器中的至少一个并设置为读取它们。

23、通过控制器，对于压缩机设备所生成的压缩空气可调节若干限定的压力，特别是手动或自动调节。对于可变操作，可通过控制器调节螺杆压缩机的若干限定和/或可变速度。这样做时，例如，控制器可根据源自消费者的压缩空气要求的压力接近不同的速度。

24、在优选方法中，可确定压缩机设备的多个，特别是两个操作点，以确定当前操作点，该关系反映了操作参数和油冷却参数之间的关系。通过考虑关系中表征操作点的两个操作参数，可特别容易且有效地优化操作。

25、为了确定当前操作点，特别优选的是将螺杆压缩机的速度确定为操作参数，并且将特别是油分离器中或油分离器处生成的油气混合物的压力确定为操作参数。因此，经由该关系根据这两个操作参数确定油冷却参数。这里确定油气混合物的压力是有利的，因为油分离器，特别是油分离器的油分离器筒的任何增加的压力损失均不影响油气混合物的压力或油分离器湿侧的压力。

26、另选地，还可通过将螺杆压缩机的速度确定为操作参数，并将油分离器下游，特别是压缩机出口处生成的压缩空气的压力确定为操作参数，来确定当前操作点。然后经由该关系根据这两个操作参数确定油冷却参数。

27、原理上，油冷却参数可由指派给风扇装置的风扇装置的速度形成，其中，由控制器以限定方式控制风扇装置，以调节从该关系推导的速度，因此调节速度。

28、然而，优选地，油冷却参数由特别是螺杆压缩机的出口处生成的油气混合物的温度形成，其中从该关系推导的油气混合物的温度通过控制器和风扇装置调节和/或调整。

29、特别简单的设计可包括修改vet的控制方法，其通常存在于压缩机设备中并使用风扇速度作为控制变量。该修改包括确定和使用相应操作点的vet的设定点值，在调节时调节属于最佳或最小比输出的最佳风扇速度或最佳冷却强度。

30、另选地，油冷却参数也可由油冷却器下游，特别是螺杆压缩机的进油口处的油温形成，其中，通过控制器和风扇装置调节和/或调整从该关系推导的油温。

31、该关系可被设计成公式，特别是从性能图和/或数学公式推导出。优选地，该公式是在测试中确定的性能图的性能图近似。另选地，该关系也可被设计成性能图并存储在控制器中。

32、例如，为了确定相应操作点的最佳vet设定点，可针对多个操作点在测试系列中确定比输出为最佳的vet。可从测试系列创建性能图，可从其为各个操作点获取或计算vet的最佳设定点值，通过改变风扇速度调节其得到螺杆压缩机的最佳比输出的良好近似。该性能图可用于确定当前操作点的最佳vet设定点。

33、当推导性能图时，可省略对最佳冷却强度的影响相对小的表征操作点的各个变量。例如，如果操作点仅由压缩机设备的出口处的压力和螺杆压缩机的速度表征，并且对于表征操作点的所有其它变量使用固定参考值，则可获得在实践中可靠地工作并实现良好近似的最佳比输出的方法。

34、在创建性能图时可用作基础的固定参考值的示例可以是可用冷却空气的温度(例如，要创建的性能图参考20℃的冷却空气温度)和处于新条件(粘度等级和粘度指数)下的特定油。

35、在优选方法中，可通过控制器确定压缩机设备吸入的空气和/或环境空气的温度，其中，根据预定校正模型，特别是以考虑了所确定的空气温度的数学公式的形式校正通过该关系确定的油冷却参数，由此优选规定，然后通过控制器调节以校正模型校正的油冷却参数。这样，可简单且有效地考虑当前空气温度。

36、仅基于性能图的实施方式的缺点可在于，该方法没有接收关于基于性能图值的设定点规格是否实际导致最佳冷却强度或最佳比输出的调节或到何种质量的任何反馈。如果性能图中没有考虑表征操作点的相关变量，则可能存在相应操作点的实际最佳冷却强度与基于性能图值设定的冷却强度之间的相关差异，以使得实际比输出未达到最佳。例如，如果在创建性能图时未考虑可用冷却空气的温度，并且用于创建性能图的测试系列仅在参考温度下进行，则在现实中进行该过程时，可用冷却空气的不同温度将对该过程设定的冷却强度有影响。测试系列表明，在可用冷却空气的温度较高并且在其它方面表征操作点的变量不变的情况下，在较高的vet下调节最佳比输出，其继而包括最佳风扇速度或最佳冷却强度。

37、例如，如果要考虑可用冷却空气的当前温度，则可在操作点对从性能图确定的目标vet进行数学校正。作为第一近似，在计算目标vet时与参考温度的偏差可描述如下，

38、vetsoll；korr＝vetsoll+[(ta-tr)*n/nmax]

39、其中ta描述可用冷却空气的温度并且tr是创建性能图的参考温度，并且n是螺杆压缩机的速度。

40、在另一优选方法中，可在当前操作点通过控制器对油冷却参数的第二值，特别是最佳值进行搜索，特别是迭代搜索，在该第二值下压缩机设备以比从该关系推导的特别是校正的油冷却参数的第一值下更低的比输出操作。这样，可实现比输出特别低的压缩机设备的操作模式。

41、优选地，如果在搜索期间找到第二值，则在当前操作点通过控制器调节该第二值。

42、在优选的特定实施方式中，对于第二值的搜索，特别是迭代搜索，通过控制器调节油冷却参数的多个值，通过控制器为各个调节后的值确定和/或估计压缩机设备的比输出。

43、如果关系中所考虑的油冷却参数是风扇的速度，则可在搜索第二值时针对风扇速度调节若干值。如果关系中所考虑的油冷却参数是vet，则可在搜索第二值时针对vet或风扇速度调节若干值。如果关系中所考虑的油冷却参数是喷油温度，则可在搜索第二值时调节喷油温度或风扇速度的若干值。

44、例如，迭代搜索可如下实现：

45、从起点(例如，|vetsoll-vetist|<0.5k的量)开始，可进行冷却强度的迭代增量变化。随后，可评估变化步骤对比输出的影响，并且可基于此确定很可能改进比输出的下一变化步骤。例如，如果通过风扇速度增加一个速度增量的前一变化步骤改进(即，减小)了比输出，则在后续变化步骤中风扇速度可再次增加一个速度增量。否则，风扇速度可降低一个速度增量。在迭代开始时，例如，用于改进风扇速度的速度增量的大小可为20rpm。有利地，速度增量的量可适应相对于前一速度增量在前一变化步骤中观测到的比输出变化(步长控制)。这使得有利的是如果冷却强度接近最佳，则进行小增量的变化，如果当前冷却强度离最佳较远，则进行大增量的变化。

46、有若干替代方案来评估增量迭代过程中的比输出的变化。例如，可通过合适的传感器来测量总电力消耗和螺杆压缩机的输送量，并且所测量的值可用于该过程。由此，可在该过程中将比输出计算为总电力消耗和螺杆压缩机的输送量的商。然后，变化的评估包括比较基于变化步骤前后测量的值计算的比输出。另选地，这些测量值也可全部或部分被所谓“虚拟传感器”或“虚拟传感器值”代替。这些是基于合适的模型计算或模拟的值，表示物理变量的实际值的良好近似，即使没有来自真实传感器的测量值可用或用于这些物理变量。例如，传统变频器经由其接口提供变频器的电力消耗的近似值，其至少部分地基于这些“虚拟传感器”。

47、有利地，压缩机设备也可由在该方法的上下文中已经提及的特征和优点表征，反之亦然。