CN100470054C

CN100470054C - 油冷式压缩机

Info

Publication number: CN100470054C
Application number: CNB2006100798479A
Authority: CN
Inventors: 中村元
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Shengang Compressor Co.,Ltd.
Priority date: 2005-05-12
Filing date: 2006-05-11
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2026-05-11
Also published as: CN1862019A; JP4546322B2; JP2006316696A

Abstract

油冷式压缩机具备油流路、排出温度检测器和控制装置，所述油流路从油分离回收器的油贮存部开始，到具有二方向可变分流功能的温度调节阀，经通过冷却风扇送风的空冷式油冷却器之后，或者不经过空冷式油冷却器而是经过旁通流路之后，通到上述气体压缩空间，所述油分离回收器将供给压缩机主体内的气体压缩空间后的油从排出气体中分离、回收；所述排出温度检测器检测气体的排出温度；所述控制装置基于由排出温度检测器检测出的排出温度，控制冷却风扇马达及温度调节阀，以调节马达的转速及温度调节阀的分流比。该油冷式压缩机能防止排出气体中水分的冷凝、析出，并能节能。

Description

油冷式压缩机

技术领域

本发明涉及一种备有空冷式油冷却器的油冷式压缩机.

背景技术

以往，备有空冷式油冷却器的油冷式压缩机已被公知(例如，参照特开平6-213186号公报、特开2003-206864号公报).

在特开平6-213186号公报中，公开了下述油冷式压缩机：检测空冷式油冷却器出口处的油温，基于该检测温度，控制用于冷却油冷式冷却器的风量，保持进入压缩主体的油温度为设定温度，由此，抑制油中的水分(drain)的冷凝.

在特开2003-206864号公报中，公开了下述油冷式压缩机：基于检测到的排出温度，控制空冷式油冷却器的冷却风扇的驱动部即马达的转速，将排出温度维持在高于排出气体中水分冷凝、析出的温度的油温.

向气体压缩空间的给油温度越低，则油冷式压缩机的性能越好，但相反，如果该给油温度过低，压缩气体的排出温度就会下降过多，导致气体中的水分冷凝、析出的问题发生.

在压缩机中，气体中水分的冷凝、析出发生在气体处于压缩状态的排出侧，在特开平6-213186号公报记载的油冷式压缩机的情况下，即使空冷式油冷却器出口侧的油温保持在设定温度，而由于上述排出侧的温度不能得到控制，所以有在该排出侧依然不能防止水分的冷凝、析出的问题.进而，气体中水分的冷凝量是气体压力及温度的函数，压力越高，另外温度越低，则水分越容易冷凝.因此，若要仅通过温度控制防止水分冷凝，则需要推测气体压力最高的状态下的排出压力来进行温度控制，结果，不能降低给油温度.即、将排出温度维持在适当温度上是很重要的，如果只根据给油温度的控制，则给油温度<排出温度，即使给油温度低到产生水分的冷凝的程度，排出温度也为排出气体中水分的冷凝温度以上，而即便在排出温度适当的情况下，由于将给油温度设成了能防止排出气体中水分的冷凝的温度，所以给油温度为较高的温度，会产生压缩机性能降低的问题。

特开2003-206864号公报记载的发明，与空冷式油冷却器的冷却风扇马达转速为一定的油冷式压缩机相比，为了避免排出气体中水分的冷凝，对排出温度进行适当的控制，可以获得节能等效果，但是，还希望更进一步节能。

发明内容

本发明就是为了解决上述以往的问题、满足上述需求而作出的，提供一种能防止排出气体中水分的冷凝、析出，并能节能的油冷式压缩机。

为了解决上述课题，第1技术方案是一种油冷式压缩机，包括：压缩机主体；油分离回收器，将供给所述压缩机主体内的气体压缩空间的油从排出气体分离并回收；温度调节阀，对被分流的两流路的流量进行调节；冷却风扇，由马达驱动；空冷式油冷却器，借助从所述冷却风扇送出的风对油进行冷却；油流路，从所述油分离回收器的油贮存部经由所述温度调节阀通到所述气体压缩空间，所述油流路在所述温度调节阀到所述气体压缩空间之间，包括经过所述空冷式油冷却器的流路、及与该经过所述空冷式油冷却器的流路并行地设置且不经过所述空冷式油冷却器的旁通流路；排出温度检测器，检测所述排出气体的温度；以及控制装置，基于由所述排出温度检测器检测出的排出温度Td，控制所述冷却风扇的所述马达及所述温度调节阀，以调节所述马达的转速与所述温度调节阀的分流比在所述控制装置中设定最佳排出温度Tdo，所述最佳排出温度Tdo是所述压缩机主体吸入的气体所含有的水分量Ws、与伴随于所述压缩机主体以饱和状态排出的气体的水分量Wd成为同一值时的排出温度，所述控制装置按照下述方式调节所述温度调节阀的分流比：在所述排出温度Td高于所述最佳排出温度Tdo的情况下，与其他情况相比，增加经所述空冷式油冷却器流到所述气体压缩空间的油量；在所述排出温度Td低于所述最佳排出温度Tdo的情况下，与其他情况相比，增加经所述旁通流路流到所述气体压缩空间的油量。

第2技术方案是在第1技术方案的基础上，所述控制装置按照下述方式调节所述温度调节阀的分流比：在所述排出温度Td高于所述最佳排出温度Tdo的情况下，使经所述温度调节阀流到所述气体压缩空间的油全部经过所述空冷式油冷却器，在所述排出温度Td低于所述最佳排出温度Tdo的情况下，所述排出温度Td与所述最佳排出温度Tdo之差越大，使经所述旁通流路流到所述气体压缩空间的油量越多。

第3技术方案是在第2技术方案的基础上，所述控制装置，如果所述排出温度Td低于比所述最佳排出温度Tdo仅高出规定温度ΔT的值Tdo+ΔT，则将所述马达的转速保持一定；如果所述排出温度Td高于比所述最佳排出温度Tdo仅高出规定温度ΔT的值Tdo+ΔT，则调节所述马达的转速，使得排出温度Td成为比所述最佳排出温度Tdo仅高出规定温度ΔT的值Tdo+ΔT。

第4技术方案是在第3技术方案的基础上，所述控制装置，如果所述排出温度Td高于比所述最佳排出温度Tdo仅高出规定温度ΔT的值Tdo+ΔT，则将比所述最佳排出温度Tdo仅高出规定温度ΔT的值Tdo+ΔT作为排出温度Td的目标值进行比例积分微分运算，以调节所述马达的转速。

第5技术方案是在第3技术方案的基础上，所述规定温度ΔT是为了防止在所述控制装置中产生抖动现象而设定的常数。

附图说明

图1是表示本发明的油冷式压缩机的整体构成的示意图。

图2是表示图1所示油冷式压缩机中排出温度与排出气体的含有水分量的关系、以及排出温度与带出水分量的关系的图。

图3是检测排出温度Td与冷却风扇马达转速、温度调节阀的阀口开度的关系图。

具体实施方式

下面，根据附图说明本发明的一个实施方式。.

图1示出了本发明的油冷式压缩机1，该油冷式压缩机1的压缩机主体11以马达12作为驱动部，连接在吸入流路13与排出流路14上。

在吸入流路13上设置有检测吸入气体的温度的吸入温度检测器15、和检测吸入气体的湿度的吸入湿度检测器16，在排出流路14上设有油分离回收器19.另外，在油分离回收器19内的上部设置有油分离元件21，在油分离回收器19内的下部设置有油贮存部22.

而且，在油分离回收器19的油分离元件21与油贮存部22之间的空间部中，设置有检测排出气体的温度的排出温度检测器17、和检测排出气体的压力的排出压力检测器18，在图1中，排出温度检测器17和排出压力检测器18配置于油分离回收器19的油分离元件21与油贮存部22之间的空间部，但是，也可以配置在上述空间部以外的排出流路14的部分上.

从油贮存部22延伸出油流路27，所述油流路27经油过滤器23、温度调节阀24及空冷式油冷却器25，或者经油过滤器23、温度调节阀24及旁通流路26，通到压缩机主体11内的气体压缩空间、轴承·轴封部等给油部位.此外，温度调节阀24具有二方向可变分流功能.即、温度调节阀24具有下述功能：能够将经空冷式油冷却器25流到压缩机主体11内的气体压缩空间等处的油量、与经旁通流路26流到上述气体压缩空间等处的油量调节成任意的分流比.另外，空冷式油冷却器25备有由独立于马达12的另外的马达28驱动的冷却风扇29。

吸入温度检测器15、吸入湿度检测器16、排出温度检测器17及排出压力检测器18与控制装置31相连，表示由这些检测器检测到的吸入温度、吸入湿度、排出温度及排出压力的吸入温度信号、吸入湿度信号、排出温度信号及排出压力信号被输入到控制装置31.进而，控制装置31与温度调节阀24及马达28相连，基于输入的上述吸入温度信号、吸入湿度信号、排出温度信号及排出压力信号，由控制装置31控制温度调节阀24及马达28，使得注入到上述气体压缩空间中的油的温度达到适当的温度.即、调节温度调节阀24的分流比，调节马达28的转速.

接着，说明上述结构构成的油冷式压缩机1的运转方法.

在由上述结构构成的油冷式压缩机1中，从吸入流路13吸入到压缩机主体11中的气体，从油流路27接受油的注入而在气体压缩空间中被压缩，从而升压、升温，伴随着油排出到排出流路14中，并被导向油分离回收器19.在该油分离回收器19中，压缩气体与油分离，压缩气体被向从油分离回收器19的上部延伸出的排出流路14的部分送出，油则被暂时贮存在油贮存部22中.然后，该油贮存部22的油流入油流路27中，经油过滤器23，由温度调节阀24分流到空冷式油冷却器25侧和旁通流路26侧，并被送往上述气体压缩空间，之后从排出流路14返回油分离回收器19，反复进行循环.

在油分离回收器19中，为了防止来自压缩气体的水分冷凝，需要将压缩气体维持在下述温度下，即、可靠地将水分保持在气体状态下的温度，也就是使水分成为水蒸气的温度.

在压缩机主体11的吸入气体为例如空气的情况下，若设吸入温度为Ts(℃)，吸入湿度为Ds(％)，则1m³的吸入气体中的含有水分量Ws(kg/m³)用下式表示.

【式1】

Ws＝0.622×1.293×Hs÷760 (1)

Hs(＝Ds÷100×Hs′)：水蒸气分压(mmHg)

Hs′(＝10^{8.884-2224.4÷(273+Ts)})：饱和水蒸气压力(mmHg)

注：“10^X”是指10的X幂(10^x).

接着，若设压缩空气的压力即排出压力为Pd(kg/cm²G)、压缩空气的温度即排出温度为Td(℃)，则伴随1m³的饱和状态压缩空气流出的、带出水分量Wd(kg/m³)用下式表示.

【式2】

Wd＝0.622×1.293×Hd÷{760÷1.033×(1.033+Pd)} (2)

Hd(＝100÷100×Hd′＝Hd′)：水蒸气分压(mmHg)

Hd′(＝10^{8.884-2224.4÷(273+Td)})：饱和水蒸气压力(mmHg)

对吸入气体是大气、吸入压力Ps为760mmHg、吸入温度Ts为40℃、吸入湿度Ds为75％、排出压力Pd为7kg/cm²G的情况下，排出温度Td(℃)与含有水分量Ws(kg/m³)的关系、及排出温度Td(℃)与带出水分量Wd(kg/m³)的关系进行运算，结果如图2所示，图中曲线I与含有水分量Ws对应，曲线II与带出水分量Wd对应.

在包含油分离回收器19的排出流路14中，为了防止从压缩空气冷凝的水的析出，使含有水分量Ws≤带出水分量Wd即可，根据图2可以看出，在排出温度为约80℃以上时，为该大小关系的状态，在排出流路14中，不会析出来自压缩空气的冷凝水.

在油冷式压缩机1中，为了尽可能地不浪费能源并抑制噪音，希望保持含有水分量Ws≤带出水分量Wd的关系，并尽可能地降低排出温度.鉴于此，使含有水分量Ws＝带出水分量Wd，在控制装置31中，基于分别从吸入温度检测器15、吸入湿度检测器16以及排出压力检测器18向控制装置31输入的信号所表示的吸入温度Ts、吸入湿度Ds及排出压力Pd，算出最佳排出温度Tdo.此外，在吸入气体为大气、吸入压力Ps为760mmHg、吸入温度Ts为40℃、吸入湿度Ds为75％、排出压力Pd为7kg/cm²G的情况下，参照上文所述及如图2，最佳排出温度Tdo为约80℃.

接着，基于最佳排出温度Tdo和从排出温度检测器17向控制装置31输入的温度信号所表示的检测到的排出温度Td之差，按照下述方式，通过控制装置31控制温度调节阀24及冷却风扇29的马达28.

在最佳排出温度Tdo+ΔT>检测排出温度Td的情况下，冷却风扇29的马达28保持“一定转速”.同时，在检测排出温度Td高于最佳排出温度Tdo的情况下，控制温度调节阀24，使得流向空冷式油冷却器25侧的油量与其他情况相比增大.相反，如果检测排出温度Td低于最佳排出温度Tdo，则控制温度调节阀24，使得流向旁通流路26侧的油量与其他情况相比增大.换句话说，例如，如果检测排出温度Td高于最佳排出温度Tdo，则控制温度调节阀24，使得经温度调节阀24流到上述气体压缩空间的油全部经过空冷式油冷却器25.如果检测排出温度Td低于最佳排出温度Tdo，则控制温度调节阀24，检测排出温度Td与最佳排出温度Tdo之差越大，使经旁通流路26流到上述气体压缩空间的油量越多.

上述ΔT，是为了防止控制装置31中产生抖动(chattering)现象而导入的常数，例如在最佳排出温度Tdo为约80℃的情况下，ΔT为2℃左右.

上述“一定转速”是指能够产生马达冷却用风量Qm_min和油冷却器冷却用风量Qa_min中较大的一个风量的、冷却风扇29的马达28的转速，其中，所述马达冷却用风量Qm_min是指：在一定情况下，为了对马达12进行空冷而将马达12内的线圈温度维持在容许最高温度以下所需的、单位时间的马达冷却用风量；所述油冷却器冷却用风量Qa_min是指：在一定情况下，为了对空冷式油冷却器25进行空冷而将从油分离回收器19的二次侧的排出流路14供给的排出气体维持在容许最高温度以下所需的、单位时间的油冷却器冷却用风量.

更加具体地说，马达冷却用风量Qm_min的上述一定情况是指下述情况：在作为油冷式压缩机1的驱动部的马达12的特性上，转速为马达12所能容许的最低转速，而且马达12的周围温度是马达12所能容许的最高温度.另外，油冷却器冷却用风量Qa_min的上述一定情况是指下述情况：在作为油冷式压缩机1的驱动部的马达12的特性上，转速为马达12所能容许的最低转速，马达12的周围温度是马达12所能容许的最高温度，而且，经温度调节阀24，所有油均被导向空冷式油冷却器25侧.

另一方面，在最佳排出温度Tdo+ΔT≤检测排出温度Td的情况下，控制冷却风扇29的马达28的转速，使得检测排出温度Td成为最佳排出温度Tdo+ΔT，并且，控制温度调节阀24，将来自油贮存部22的油全部导向空冷式油冷却器25.

此外，在这种情况下，冷却风扇29的马达28的转速为上述“一定转速”以上.具体地说，基于最佳排出温度Tdo和由设置于油分离回收器19的排出温度检测器17检测到的排出温度Td之差，在控制装置31中，进行比例积分微分(PID)运算，算出马达28的转速，基于该计算结果，控制马达28.

例如，用于算出马达28的转速的比例积分微分运算式用下述式表示.

【式3】

Y＝Kp×(Td-Tdo)+{KI×(Td-Tdo)/TI+YI}+Kd×

{(Td-Tdo)-Yd} (3)

Y：马达的转速

Kp：比例增益

KI：积分增益

Kd：微分增益

TI：积分时间

YI：前次积分成分

Yd：前次控制偏差

但是，在实际运算中使用的情况下，排出温度Td的目标值并不是最佳排出温度Tdo，而是最佳排出温度Tdo+ΔT，故代替式(3)，将下式用于比例积分微分运算.

【式4】

Y＝Kp×{Td-(Tdo+ΔT)}+〔KI×{Td-(Tdo+ΔT)}/TI+YI〕+Kd×〔{Td-(Tdo+ΔT)}〕 (4)

这样，在油冷式压缩机1中，在最佳排出温度Tdo+ΔT>检测排出温度Td的情况下，也可以将冷却风扇29的动力维持在必要的最低限度的状态下，保持排出温度适当，避免水分的冷凝、析出，能够节能并能抑制噪音.

此外，参照图3进行说明.该图3是检测排出温度Td和冷却风扇29的马达28的转速的关系图(线(A)与线(B))、以及检测排出温度Td与从油过滤器23向空冷式油冷却器25连通的温度调节阀24阀口开度的关系图(线(C)与线(D)).

图3的左侧纵轴表示从油过滤器23向空冷式油冷却器25连通的温度调节阀24阀口开度.在该轴上标注为100％的位置，表示该阀口开度为最大、即经温度调节阀24流到压缩机主体11的气体压缩空间的油全部经过空冷式油冷却器25的状态.换句话说，该图3也可以称作检测排出温度Td与温度调节阀24的二方向分流比的关系图.另外，图3的右侧纵轴是将最高转速看作100％时，以百分比为单位表示冷却风扇29的马达28的转速的轴.

如上文所述，在检测排出温度Td为最佳排出温度Tdo+ΔT以上的情况下，控制冷却风扇29的马达28的转速，使检测排出温度Td变为最佳排出温度Tdo+ΔT.此外，从图3的线(A)可以理解，这里，在检测排出温度Td为最佳排出温度Tdo+ΔT以上的情况下，该冷却风扇29的马达28是对应于检测排出温度Td基本成比例地增减来确定的.另外，从图3的线(B)可以理解，如果检测排出温度Td低于最佳排出温度Tdo+ΔT，则将马达28的转速保持在预先设定的最低转速即“一定转速”上.

另一方面，如果检测排出温度Td高于最佳排出温度Tdo，从图3的线(C)可以理解，从油过滤器23向空冷式油冷却器25连通的温度调节阀24的阀口开度为100％，成为经温度调节阀24流到压缩机主体11的气体压缩空间的油全部经过空冷式油冷却器25的状态.另外，从图3的线(D)可以理解，在检测排出温度Td低于最佳排出温度Tdo的情况下，检测排出温度Td与最佳排出温度Tdo之差越大，经旁通流路26流到压缩机主体11的气体压缩空间的油量越大.换句话说，检测排出温度Td越低，则与经过空冷式油冷却器25的油量相比，经旁通流路26流到压缩机主体11的气体压缩空间的油量越多.另外，在图3的检测排出温度Tmin的时刻，从油过滤器23向空冷式油冷却器25连通的温度调节阀24的阀口开度变为0％，成为经温度调节阀24流到压缩机主体11的气体压缩空间的油全部经过旁通流路26的状态.

此外，在上述例子中，是基于由排出温度检测器17检测的检测排出温度Td，进行温度调节阀24、冷却风扇29的马达28的控制，但是，在控制装置31具有上述比例积分微分运算功能的情况下，也可以基于其比例积分微分运算的输出Pa(图3的横轴(才))进行上述控制.此外，在***的时间常数较大的情况下，或增益较小的情况下，ΔT没有宽度则控制性较为优良，而在时间常数短、增益大的情况下，ΔT有宽度则稳定性较为优良.

此外，在本发明中，必须检测排出温度，从而需要排出温度检测器17，但是，其他的吸入温度检测器15、吸入湿度检测器16、排出压力检测器18则不是必需的.

例如，在油冷式压缩机1的吸入气体为大气、将该大气的湿度视作最大时的100％而进行运转的情况下，不需要压缩机主体11的吸入侧的吸入湿度检测器16.另外，在这种情况下，将大气的最高温度设为所能想到的温度、例如40℃，只要在40℃以下的吸入条件下运转，则大气中的水分量少于该40℃时的水分量，能可靠地防止压缩空气中冷凝的水的析出，因此，吸入侧的吸入温度检测器15也不再必要.进而，在诸如吸入气体为大气的情况下，如果可以将吸入压力看作是一定的，就可以根据压缩机主体11的规格而确定唯一的排出压力，从而排出压力检测器18也不再必要.

Claims

1.一种油冷式压缩机，其特征是，包括：

压缩机主体；

油分离回收器，将供给所述压缩机主体内的气体压缩空间的油从排出气体分离并回收；

温度调节阀，对被分流的两流路的流量进行调节；

冷却风扇，由马达驱动；

空冷式油冷却器，借助从所述冷却风扇送出的风对油进行冷却；

油流路，从所述油分离回收器的油贮存部经由所述温度调节阀通到所述气体压缩空间，所述油流路在所述温度调节阀到所述气体压缩空间之间，包括经过所述空冷式油冷却器的流路、及与该经过所述空冷式油冷却器的流路并行地设置且不经过所述空冷式油冷却器的旁通流路；

排出温度检测器，检测所述排出气体的温度；以及

控制装置，基于由所述排出温度检测器检测出的排出温度(Td)，控制所述冷却风扇的所述马达及所述温度调节阀，以调节所述马达的转速与所述温度调节阀的分流比，

在所述控制装置中设定最佳排出温度(Tdo)，所述最佳排出温度(Tdo)是所述压缩机主体吸入的气体所含有的水分量(Ws)、与伴随于所述压缩机主体以饱和状态排出的气体的水分量(Wd)成为同一值时的排出温度，

所述控制装置按照下述方式调节所述温度调节阀的分流比：

在所述排出温度(Td)高于所述最佳排出温度(Tdo)的情况下，与其他情况相比，增加经所述空冷式油冷却器流到所述气体压缩空间的油量；

在所述排出温度(Td)低于所述最佳排出温度(Tdo)的情况下，与其他情况相比，增加经所述旁通流路流到所述气体压缩空间的油量。

2.根据权利要求1所述的油冷式压缩机，其特征是，

所述控制装置按照下述方式调节所述温度调节阀的分流比：

在所述排出温度(Td)高于所述最佳排出温度(Tdo)的情况下，使经所述温度调节阀流到所述气体压缩空间的油全部经过所述空冷式油冷却器，

在所述排出温度(Td)低于所述最佳排出温度(Tdo)的情况下，所述排出温度(Td)与所述最佳排出温度(Tdo)之差越大，使经所述旁通流路流到所述气体压缩空间的油量越多。

3.根据权利要求2所述的油冷式压缩机，其特征是，

所述控制装置，

如果所述排出温度(Td)低于比所述最佳排出温度(Tdo)仅高出规定温度(ΔT)的值(Tdo+ΔT)，则将所述马达的转速保持一定；

如果所述排出温度(Td)高于比所述最佳排出温度(Tdo)仅高出规定温度(ΔT)的值(Tdo+ΔT)，则调节所述马达的转速，使得排出温度(Td)成为比所述最佳排出温度(Tdo)仅高出规定温度(ΔT)的值(Tdo+ΔT)。

4.根据权利要求3所述的油冷式压缩机，其特征是，

所述控制装置，

如果所述排出温度(Td)高于比所述最佳排出温度(Tdo)仅高出规定温度(ΔT)的值(Tdo+ΔT)，则将比所述最佳排出温度(Tdo)仅高出规定温度(ΔT)的值(Tdo+ΔT)作为排出温度(Td)的目标值进行比例积分微分运算，以调节所述马达的转速。

5.根据权利要求3所述的油冷式压缩机，其特征是，

所述规定温度(ΔT)是为了防止在所述控制装置中产生抖动现象而设定的常数。