CN1029795C - 压缩机组 - Google Patents

Abstract

一种用于产生压缩气体，特别是压缩空气的压缩机组，其包括一个插装在一吸气管道(60，70，71)和一压力管道(72，73，74)之间并由内燃机(40)驱动的压缩机。在压缩机(50)的上游或上游和下游设置至少一个具有一驱动部分和一压缩部分并由内燃机(40)的废气驱动的废气涡轮增压器以对待压缩的气体进行初级压缩或进行初级和次级压缩。

Description

本发明涉及一种用于对气体，特别是用于操纵如用于建筑工业中的风动设备之类的非稳定压力气体消耗装置的气体进行压缩的压缩机组。

压缩机工程在重新利用工作过程内或工作过程外的废热以便改善能量平衡，由此获得较高的总效率方面曾有过许多偿试。

DE    2912190    A1公开了一种用于产生压缩气体的结构布置，这种布置将多缸往复式活塞内燃机的排气口连接到废气涡轮增压器的驱动部分上。由废气涡轮增压器的新鲜空气压缩机吸入并压缩的空气通过中间冷却器输送到内燃机的吸气口内。在该中间冷却器的下游端，一条管道从通到内燃机的歧管上分出并通到一个小的往复式压缩机的吸气口上。该小的往复式压缩机除非需要，否则是关闭着的，因此它不是内燃机供给能量的恒定消耗装置。往复式压缩机的压力管道与机动车上被输入压缩空气的普通类型的配件相连接，例如制动器、气压式减震组件，车门锁紧***等。因此，借助这种结构布置，往复式压缩机能够提供更多的定压压缩空气，由此缩短了其运转周期。

已知还有一种通过内燃机操纵压缩机以提供高温高压气体的方法（EP    0248640    A1），在这种方法中，内燃机的废热被用来提高压缩气体的温度。这样，尽管改善了总效率，但这种运转模式仅局限于特定的应用情况，而不适用于一般要加以冷却的压缩气体。

此外，已知还有一种多级压缩机，该压缩机包括插置于其各压缩级之间并形成热泵的一个整体部件的冷却器（DE    31    34    844A1）。在这种情况下，工作过程中所产生的压缩热转化成外部使用的热。内部 则并不使用这样提供的热。虽然这样确实改善了该压缩机结构布置的能量平衡，但是仍需要外部过程来真正利用该再生能量。以这种形式改善效率对最初所指定类型的独立压缩机并不方便。

JP    60-132016公开了一种旋转式发动机驱动的空气压缩机，其中旋转式发动机通过两个齿轮传动装置驱动一个离心式风扇。该旋转式发动机的废气被供给一个设置在离心式风扇下游的废气涡轮增压器的驱动部分。该涡轮增压器的驱动部分以机械方式连接到在高速离心式风扇中的涡轮增压器的压缩部分。这样涡轮增压器的压缩部分就起次级压力级作用。在JP    60-132016中公开的压缩机结构需要具有某种能量水平的废气中所含的能量以便能进行次级压缩。

本发明的目的在于改善压缩机结构布置的总效率，尤其是改善车辆压缩机组的总效率。总效率是指所需驱动能量与在预定压力比下压缩的气体量之比。

为实现本发明的目的而提出的一种用于产生压缩气体，尤其是压缩空气的压缩机组，它包括：

一个内燃机，

一个插装在一吸气管道和一压力管道之间的压缩机，该压缩机由该内燃机通过其输出的基本上全部的机械能加以驱动，和

至少一个废气涡轮增压器，该增压器包括一个驱动部分和一个压缩部分，该驱动部分连接到该内燃机的一条排气管上，

其特征在于：该废气涡轮增压器的压缩部分安装在该压缩机的吸气管道上以获得初级压缩。

在上述压缩机组中，还可在压缩机的压力管道中设置一个第二废气涡轮增压器，该增压器的压缩部分用来获得次级压缩。

在上述压缩机组中，还可将两个废气涡轮增压器的驱动部分串接在该内燃机的排气管中，使该内燃机的废气能先流过一个设置在该压 缩机的压力管道中进行次级压缩的废气涡轮增压器的驱动部分，然后流过一个设置在该压缩机的吸气管道中进行初级压缩的废气涡轮增压器的驱动部分。

在上述压缩机组中，还可在所述每个废气涡轮增压器和该压缩机之间各装有一个中间冷却器。

由此可见本发明涉及任何一种由内燃机驱动的压缩机，其中由内燃机排出的废气中所包含的能量在至少一个废气涡轮增压器中对压缩气体进行初级或初级和次级压缩。

所述压缩机可以是任何一种适合于对气体进行压缩的压缩机。这种压缩机最好包括具有一可变压力室的所有压缩机，例如往复式活塞压缩机和螺旋桨压缩机，但也包括根据不同的压缩原理运转的所有压缩机，例如涡轮压气机。所述内燃机是往复式活塞发动机，例如柴油机和汽油机，还包括各类将液体或气体燃料中所贮存的化学能转化为机械能并将此机械能几乎全部地输给压缩机的旋转活塞发动机和燃气轮机。待压缩的气体特指空气，亦可为其它任何适合压缩的气体介质。适用的中间冷却器是各类通常提供来对气体，尤其是空气进行冷却的热交换器。所用的冷却剂可以是环境空气或任何其它适合于在开***或闭***中致冷的介质。适用的涡轮增压器特指那些包括压缩机径向推进器和涡轮部分的涡轮增压器，但任何其它的废气涡轮增压器也可以在较高的运行率下与多级设计一起使用，如具有轴向液力变矩器的涡轮。

根据本发明，至少一个废气涡轮增压器与一个本身为已知的压缩机联系起来，该压缩机由一个内燃机驱动并通过一个过滤器和一条吸气管道获得待压缩的气体，并将该气体通过一条压力管道输入一个压力箱中。至少一个废气涡轮增压器安装在该压缩机的上游或上游和下游以便有选择地进行初级压缩或初级和次级压缩，它由内燃机的废气 操动，该内燃机将其所产生的几乎所有的机械能传输给该压缩机。但这并不排除内燃机可能会将其产生的机械能的一小部分供给润滑油泵之类的附件。

使待压缩的气体受到初级和次级两次压缩是特别有利的。这样会因为每个独立的压缩级具有较低的压缩比而提供甚至更好的总效率。而且，通过提供在各独立压缩级之间起中间冷却器作用的相应的热交换器还可进一步提高总效率。这样，由于压缩气体的温度得到降低，使压缩机组的能量需要也随之减小。

以下参照附图对本发明的实施例进行更加详细的描述，其中：

图1是本发明压缩机组的基本线图;

图2示出了一个包含有一个安排在压缩机上游的废气涡轮增压器的压缩机组;

图3示出了如图2所示的压缩机组，其中插装有一个中间冷却器;

图4示出了一个在压缩机上游和下游两处安装有废气涡轮增压器的压缩机组;

图5示出了如图4所示的压缩机组，其中插装有一个中间冷却器;

图6示出了如图4所示的压缩机组，其中插装有二个中间冷却器;

图7示出了一个具有特殊的废气传导方式的压缩机组。

各附图所示的工作原理图仅仅包含压缩机结构布置的主要结构部件中的少数几个，以图示出了对本发明是必要的那些元件。操作压缩机所需要的其它结构件及次组件与本发明无关，需要时可以加上，而不会对本发明的实质产生任何影响。

如图1所示，一个压缩机50连接到一个本身为已知的内燃机40上。此压缩机适合于吸收该内燃机输出的全部机械能，或其中绝大部分机械能，以便将此能量转化为压缩功。该压缩机可在其入口和出口之间产生有压差P。内燃机40的排气口由一个排气管30连接到一个废气涡 轮增压器20上。另一个排气管32排出膨胀的废气。废气涡轮增压器20的压缩部分产生压差P1。这样就保证内燃机40的机械能利用压缩机50转化为压差以及内燃机40的废气能量能利用废气涡轮增压器20转化为压差。因此，由于串联压缩级的结构布置，压缩机组的总压差等于各级压差的总和，在本例中即为P1和P2之和。各压缩级的顺序原则上没有什么影响。

对于一种给定的压缩机结构布置，需要确定的能量来产生预定的压差，而这部分能量可以看作内燃机40输出的恒定能量。在内燃机40单位时间转化的能量额定的情况下，本发明压缩机组的总效率要比已知压缩机组的总效率高，因为前者具有较大的压缩比。这样就可以利用所产生的废热使处理过程得益。

从图2中可看出，待压缩的气体在过滤器10中加以过滤并由一个废气涡轮增压器21通过吸气管道60吸入。接着，得到增压的气体通过一条压力管道70输入压缩机50。内燃机40的作用是驱动该压缩机50。由内燃机40排出的废气通过排气管30输入废气涡轮增压器21，然后通过排气管32排出。经压缩的气体从压缩机50通过一条压力管道72输入一个由一安全阀81控制的压力箱83内。压缩气体再从该压力箱80通过一条压力管道75，经一个保压止回阀80，再通过一条压力管道76输至各排放口83处。图3此外还示出了一个插装在废气涡轮增压器21和压缩机50之间的中间冷却器90。该中间冷却器90对增压的气体进行冷却，以降低压缩机组的动力需求。中间冷却器90通过一条压力管道71与压缩机50连通。

图4示出了一个压缩机组，其中废气涡轮增压器21和22分别设置在压缩机50的上下游位置。图5示出了另一种压缩机组，它包括一个设置在第一废气涡轮增压器21下游处的中间冷却器90以便减小输入功率，其原理类似于图4。除了图5所示之外，图6还示出在压缩机50的 下游设有一个中间冷却器91以便进一步减小输入压缩机内的总输入功率。如有必要，可以加上一些部件来排除中间冷却器90和91产生的冷凝物。

图7示出了一种压缩机组，它包括两个串接在驱动端处的废气涡轮增压器21和22。在这种情况下内燃机40排出的废气先输到下游处的废气涡轮增压器22的驱动端。在废气涡轮增压器22中，废气产生部分膨胀，然后通过排气管30输入上游处的废气涡轮增压器21的驱动端。在废气涡轮增压器21中，废气产生进一步膨胀，然后通过排气管32排出。这种结构布置的好处在于：对进行次级压缩并因此而做更多功的废气涡轮增压器22直接供给高能的废气，而没有任何旁路损失。接着废气经过部分膨胀得到进一步的利用，即驱动废气涡轮增压器21。

Claims (4)

1、一种用于产生压缩气体，尤其是压缩空气的压缩机组，它包括：

一个内燃机(40)，

一个插装在一吸气管道(60，70，71)和一压力管道(72，73，74)之间的压缩机(50)，该压缩机(50)由内燃机(40)通过其输出的基本上全部的机械能加以驱动，和

至少一个废气涡轮增压器(20，21)，该增压器包括一个驱动部分和一个压缩部分，该驱动部分连接到该内燃机(40)的一条排气管(30，32；31，33)上，

其特征在于：该废气涡轮增压器(20，21)的压缩部分安排在该压缩机(50)的吸气管道(60，70，71)上以获得初级压缩。

2、如权利要求1所述的压缩机组，其特征在于：在该压缩机（50）的压力管道（72，73，74）中设置一个第二废气涡轮增压器（22），该增压器的压缩部分用来获得次级压缩。

3、如权利要求2所述的压缩机组，其特征在于：两个废气涡轮增压器（21，22）的驱动部分串接在该内燃机（40）的排气管（30，32;31，33）中，使该内燃机（40）的废气能先流过一个设置在该压缩机（50）的压力管道（72，73，74）中进行次级压缩的废气涡轮增压器（22）的驱动部分，然后流过一个设置在该压缩机（50）的吸气管道（60，70，71）中进行初级压缩的废气涡轮增压器（21）的驱动部分。

4、如权利要求1至3中任一项所述的压缩机组，其特征在于：在所述每个废气涡轮增压器（21，22）和该压缩机（50）之间各装有一个中间冷却器（90，91）。

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