本申请大致涉及工业空气压缩机系统，且更具体地，但不排它地，涉及通过利用控制阀来对注入压缩机中的润滑剂的温度进行控制，从而改进压缩机系统效率。
背景技术：
工业压缩机系统配置成产生大量的加压流体(诸如，空气等)。对于系统操作人员而言，对压缩机系统的效率改进会变成成本节约。一些现有的系统具有与某些应用有关的各种缺陷。因此，在本技术领域中，依然需要进一步的贡献。
技术实现要素：
本公开的一个实施例是带有控制系统的独特的压缩机系统，该控制系统可操作以控制油入口温度，使得压缩空气的压力露点温度最小化，从而提高系统效率。其它实施例包括用于压缩机系统的设备、系统、装置、硬件、方法及组合，同时在本文中公开了用于提高压缩机系统的热力学效率的独特的方法。根据一并提供的描述和附图，本申请的更多的实施例、形式、特征、方面、益处以及优点将变得显而易见。
附图说明
图1是根据本公开的一个实施例的压缩机系统的透视图；
图2是根据本公开的一个实施例的流体流动图的示意图；
图3是根据本公开的另一实施例的流体流动图的示意图；
图4是根据本公开的另一实施例的流体流动图的示意图；
图5显示示出根据本公开的一个实施例的控制方法的示范性的流程图；并且，
图6显示示出图5中所示出的控制方法的一个示范性的形式的示范性的流程图。
具体实施方式
出于促进对本发明的原理的理解的目的，现在，将参考附图中所示出的实施例，并且，将使用具体的语言来描述这些实施例。然而，将理解到，从而，本发明的范围不意图由此限制。会设想到所描述的实施例中的任何变更和进一步的修改以及如本文中所描述的本发明的原理的任何进一步的应用，如本发明所涉及的领域的技术人员通常想到的那样。
工业压缩机系统配置成提供处于期望的温度、压力以及质量流率下的压缩流体。一些压缩机系统使用流体-流体热交换器来对系统内的处于各级的压缩流体的温度进行控制。术语“流体”应当被理解为包括在如本文中所公开的压缩机系统中使用的任何气体或液体介质。在某些形式下，本申请可涉及递送具有不止一种流体组分的加压流体，诸如，空气与润滑流体(包括油等)的混合物。当在本文中使用术语油或润滑剂时，其旨在泛指包括石油基剂型或合成剂型且可能具有多种性质和粘度的一类润滑流体。当使用术语空气时，应当理解到，可用其它可压缩的工作流体替代，且其不背离本公开的教导。
现在参考图1，在透视图中显示示范性的压缩机系统10。压缩机系统10包括主动力源20，诸如，电动机、内燃机或流体驱动式涡轮等。压缩机系统10可包括压缩机30，压缩机30可以包括单级或多级压缩。压缩机30可由油浸式(oil-flooded)压缩机(诸如，螺杆型)定义，然而，在本文中设想到其它类型的油浸式正排量压缩机。主动力源20可操作以用于经由驱动轴(未显示)而对压缩机30进行驱动，从而压缩气态流体，诸如，空气和油蒸气等。
结构底座12配置成在支撑面13(诸如，地板或地面)上支撑压缩机系统10的至少部分。从压缩机30排出的压缩工作流体的部分可通过一个或更多个导管40而被运输至集液槽或分离罐50，用于使流体组分(诸如，空气和油等)分离。一个或更多个冷却器60能够与系统10可操作地联接，以便使工作流体冷却至期望的温度。一个或更多个冷却器60能够使流体(诸如，压缩空气、油或其它流体)冷却至控制系统所定义的期望的温度。控制系统能够包括控制器100，控制器100可操作以用于对主动力功率源20和在压缩机30与中间冷却器60之间的各种阀控及流体控制机构(未显示)(诸如，例如卸压阀90)进行控制。
分离罐50可包括盖52，盖52定位成最接近于分离罐50的顶部部分53。密封件54可定位于盖52与分离罐50之间，以便于在盖52与分离罐50之间提供不透流体的连接。可利用各种机械部件(诸如，螺纹紧固件(未显示)等)来将盖52紧固至分离罐50。卸压(blowdown)导管80可从分离罐50延伸至卸压阀90。当压缩机30被卸载而未将压缩空气供给至末端负载时，卸压阀90可操作以用于降低分离罐50中的压力。在某些配置中，可以省略卸压导管及相关联的阀控。如将为本领域技术人员所知的，空气供给导管82能够可操作地联接至分离罐，以便于将压缩空气递送至单独的容纳罐(未显示)或末端负载，以实现工业用途。油供给导管70可从分离罐50延伸至压缩机30，从而将已在分离罐50中从工作流体中分离出的油供给至压缩机30。在某些实施例中，在压缩机系统10中可使用一个或更多个过滤器81来将颗粒从油中过滤出且/或使污染物(诸如，水等)从工作流体中分离出。
现在参考图2，在图2中，描绘示范性的压缩机系统200的说明性的实施例。压缩机系统200包括以虚线描绘的空气回路210和以实线描绘的油回路212，以定义每个流体的流路。空气回路210以环境空气源为起点，环境空气通过空气入口导管222而被递送至除湿器220的调节器214。除湿器220还包括节热器216和再生器218，节热器216和再生器218各自与调节器214处于流体连通。液体干燥剂回路(ldc)219以与调节器214、节热器216以及再生器218成热量及质量传递关系的方式延伸。应当注意到，在本公开的某些实施例中，除湿器220将不包括节热器。在除湿器220中，通过将与空气一起夹带的水蒸气的至少一部分去除，而使空气干燥或除去水分。冷却回路226定义一流体流路，其穿过调节器214，然后，穿过油冷却器290和后冷却器274，之后通过排水管275而离开。在说明性的实施例中，冷却回路226可包括水，作为传热介质。设想到其它传热介质，作为示例，而非限制，诸如，乙二醇溶液或制冷剂。在某些形式下，冷却回路226可以是带有单独的热交换器(未显示)的闭环系统。在其它形式下，冷却回路226可以是开环系统，且包括出口275处的排水管等。冷却回路226包括通向调节器214的入口227和与下游构件处于流体连通的出口229。调节器214通过空气入口222而接纳空气，使空气流经过调节器214，且与冷却回路226交换热，从而进行冷却，并且，在压缩机260的上游，利用液体干燥剂来从空气去除水成分。继在调节器214中使空气干燥至期望的湿度水平且冷却之后，除湿后的空气通过空气出口导管224而排出，其中，空气出口导管224可操作地联接至除湿器220。然后，空气被引导至压缩机(空气端)260。
在示范性的实施例中，压缩机260是油浸式螺杆压缩机，其中，油被注入压缩机260中，以提供压缩机排出流体的温度控制。在压缩之后，空气与油的混合物被引导至分离罐270，由此，以本领域技术人员所知的方式使空气和油分离。空气出口导管272将相对较纯的空气引导至后冷却器274。在某些实施例中，可操作以用于从空气去除水颗粒的水分离器280和可操作以用于从空气去除水蒸气的干燥器292可定位于后冷却器274的下游。在离开干燥器292之后，压缩空气被递送至存储罐(未显示)或末端使用的机器(也未显示)等。
继在空气-油分离罐270中，使油与空气分离之后，油通过油出口导管276而被去除，油出口导管276可操作地连接至空气-油分离罐270。由压缩机260中的压缩过程，油得到加热，并且，在一些实例中，在油冷却器290中，油得到冷却。油通过油回路212而从分离罐流到控制系统279。控制系统279可包括一个或更多个控制阀281、一个或更多个传感器282以及电子控制器，该电子控制器包括带有可编程存储器的微处理器。控制阀281能够可操作地连接至一个或更多个传感器282和电子控制器284，以便于提供有源实时控制系统。如本领域技术人员将容易理解的，传感器282可包括(但不限于)定位于整个压缩机系统200中的各个位置的压力传感器、温度传感器、质量流量传感器、速度传感器、湿度计以及相对湿度(rh)传感器。在某些实施例中，单独的泵(未显示)可定位于油回路中，从而使油从一个位置移动至另一位置，然而，在其它实施例中，从压缩机260排出的加压流体可能导致油以提供期望的油流率所要求的速度流动。
在某些实施例(诸如，使用干燥型除湿器配置的实施例)中，可使用相对较热的油来使除湿器再生。加热后的油能够有助于使在空气流过除湿器220时已从空气吸收水的干燥剂变干或再生。在流过再生器218之前，油能够在油冷却器290中冷却，然而，此时，在流动回路212中，油的温度仍然处于升高的温度下，且因此，能够使除湿器220再生。当油被引导通过油回路212中的再生器218时，发生再生。在从再生器218离开之后，油被引导回到控制阀281中的一个或更多个，在此，冷却后的油与未冷却的油混合，然后，以期望的温度通过入口而被递送回到压缩机260。
在一种形式下，通风机(诸如，鼓风机或风扇298)能够用于将由箭头299所表示的来自环境源的空气吹动(或抽吸)通过后冷却器274、油冷却器290以及再生器218，从而分别使压缩空气、油以及再生器218的部分冷却。在所示出的实施例中，鼓风机298将冷却空气按顺序递送至后冷却器298、油冷却器290以及再生器218。在其它形式下，可以并行地递送流向各个冷却后的系统的流299，且/或可以使用另外的通风机或鼓风机。在还有其它一些形式下，在某些实施例中，可以使流299切断或从后冷却器298、油冷却器290以及再生器298中的一个或更多个转向。
在运行中，控制器284连同一个或更多个控制阀281和传感器282可操作以用于对注入压缩机260中的油的温度进行控制。在某些实施例中，理想的是，在具体的压缩机运行点下，所排出的压缩流体的温度处于或高于压力露点温度，使得液态水未从空气和油的工作流体混合物中凝结出来。期望的温度可以是具体运行条件下的压力露点温度加为了安全因素考虑的温度裕度，其中，温度裕度可以包括目标温度升高1°f至多达20°f或更高，以确保在压缩机260的下游，排出温度依然高于露点温度。
现在参考图3，公开了压缩机系统300的另一实施例。在示出的某些方面，图3中所示出的实施例与图2中所示出的实施例类似，其中构件具有相同的标注编号且将不会再次被描述。在此配置中，主水入口302与后冷却器入口304、油冷却器入口306以及调节器入口308处于流体连通。从主水入口302给各构件水入口304、306以及308并行地供水。在某些形式下，离开后冷却器274和油冷却器290的水被引导至排水管375，并且，离开调节器214的水通过水出口310而离开。在未显示的其它形式下，水出口310可以与排水管375处于流体连通，使得各个水通道都一起汇聚于排水管375处。
在此形式下，空气回路312顺着与图2类似的路径。然而，当空气回路312经过水分离器出口314而离开水分离器280时，空气回路312的通道通过第二空气入口316而回送，其中，第二空气入口316联接至调节器214。压缩空气进一步得到干燥，从而将与压缩空气射流一起夹带的任何剩余的水蒸气的至少一部分去除，并且，使压缩空气冷却至在出口318处的消耗器端使用所要求的温度。
现在参考图4，公开了压缩机系统400的另一实施例。在定义的某些方面，图4中所示出的实施例与图2中所示出的实施例类似，其中那些构件具有相同的标注编号，且将不会再次被描述。在此配置中，主水入口402与调节器214处于流体连通，并且，水回路通过水出口404而离开调节器214，且未被引导至另一构件。虽然本文中所描绘的空气回路406与图2中所显示的空气回路类似，但应当理解到，如图3中所描绘的实施例中所示出的，空气回路406可以通过位于干燥器292的下游的调节器而回送，从而进一步使压缩空气冷却且干燥。
现在参考图5，公开了示范性的控制方法500。控制方法500开始于步骤502，并且，相对于如通过压缩机系统中的一个或更多个传感器而测量的实际排出温度t实际，确定空气端压缩机目标排出温度t目标。在一种形式下，t目标可被定义为所要求的温度，以确保在系统中的任何位置处，压缩流体的实际温度都处于或高于压力露点温度。在其它形式下，t目标可由另外的控制标准或其它的控制标准定义。如果在步骤506，t实际大于t目标，则方法移动至步骤508，否则，方法移动至步骤520或步骤530。如果t实际大于t目标，则控制系统将减少油流的能量。在如步骤510中所显示的一个方面，油流的能量的减少可包括渐进地调整一个或更多个阀，从而经由流向油冷却器的油流的增加和/或绕过油冷却器的旁通油流的减少而降低油的温度。在如步骤512中所显示的另一方面，油流的能量的减少可包括渐进地提高一个或更多个通风机的速度，以降低油的温度。在步骤514，方法返回至开始步骤502。
如果在步骤506，t实际小于t目标，则在步骤520，控制系统将增加油流的能量。在如步骤522中所显示的一个方面，油流的能量的增加可包括渐进地调整一个或更多个阀，从而经由流向油冷却器的油流的减少和/或绕过油冷却器的旁通油流的增加而升高油的温度。在如步骤524中所显示的另一方面，油流的能量的增加可包括渐进地降低一个或更多个通风机的速度，以升高油的温度。在步骤526，方法返回至开始步骤502。
如果在步骤506，t实际等于t目标或属于t目标的预定的可接受范围，则在步骤530，方法将保持油流的能量恒定。然后，在步骤532，方法返回至开始步骤502。
现在参考图6，以示出图5的控制系统的一种形式公开了示范性的控制方法600。控制方法600开始于步骤602，并且，相对于如通过压缩机系统中的一个或更多个传感器而测量的实际排出温度t实际，确定空气端压缩机目标排出温度t目标。在一种形式下，t目标可被定义为所要求的温度，以确保在系统中的任何位置处，压缩流体的实际温度都处于或高于压力露点温度。在其它形式下，t目标可由另外的控制标准或其它的控制标准定义。如果在步骤606，t实际大于t目标，则方法移动至步骤608，否则，方法移动至步骤620或步骤630。如果t实际大于t目标，则控制系统将在步骤中渐进地打开阀，以增加流向油冷却器的油流。在步骤610，在阀以100%打开的情况下，方法查询t实际是否仍然大于t目标。如果是这样的话，则在步骤612，方法将使通风机或鼓风机速度渐进地提高至高达100%，从而将最大量的冷却空气提供到油冷却器，然后，在步骤614，返回至开始步骤602。应当理解到，在某些实施例中，步骤610时的阀开度的渐进的增大和通风机或鼓风机速度的渐进的提高612可能不以顺次的方式发生(即，在实时控制方案中，两个步骤可能同时发生)。
如果在步骤606，t实际小于t目标，则在步骤620，控制系统将逐步渐进地关闭阀，以减少流向油冷却器的油流。在步骤622，在阀位于最小化或关闭的位置的情况下，方法查询t实际是否仍然小于t目标。如果是这样的话，则在步骤624，方法将使通风机或鼓风机速度渐进地降低成小至0%，从而切断到油冷却器的冷却空气，然后，在步骤626，返回至开始步骤602。应当理解到，在某些实施例中，步骤620时的阀位置的渐进的降低和步骤624时的通风机或鼓风机速度的渐进的降低可能不以顺次的方式发生(即，在实时控制方案中，两个步骤可能同时发生)。
如果在步骤606，t实际等于t目标或属于t目标的预定的可接受范围，则在步骤630，方法将保持阀和通风机或鼓风机恒定。然后，在步骤632，方法返回至开始步骤602。
在一个方面，本公开包括压缩机系统，压缩机系统包括：流体压缩机，其可操作以用于压缩可压缩的工作流体；除湿器，其可操作以用于在流体压缩机的上游，从可压缩的工作流体去除水分，除湿器包括调节器和再生器；节热器可以任选地与除湿器相关联；润滑供给系统，其可操作以用于将油供给至压缩机；油冷却器，其配置成在流体压缩机的下游，使油冷却；后冷却器，其配置成在流体压缩机的下游，使压缩空气冷却；控制器，其可操作以用于确定从压缩机排出的压缩工作流体的目标温度；控制阀，其可操作地联接至控制器，并且，与油冷却器处于流体连通；并且，其中，控制阀对通过油冷却器的油流率进行控制，使得油以有效地产生处于目标温度下的压缩工作流体的预定温度被供给到压缩机。
在改善的方面，本公开可将目标温度定义为工作流体的压力露点温度加上预定的安全裕度；并且，包括：电子控制器和传感器，其可操作地联接至控制阀；冷却回路，其限定于调节器内；冷却回路进一步限定于后冷却器和油冷却器内；其中，冷却回路包括水，以作为冷却流体；其中，冷却回路中的冷却流体从水入口导管并行地进入调节器、油冷却器以及后冷却器；一个或更多个通风机，其与后冷却器、油冷却器以及再生器处于流体连通；水分离器，其配置成在压缩机的下游，从压缩空气去除水；其中，压缩空气在从水分离器离开之后，被引导通过调节器，并且，其中，入口空气在进入流体压缩机之前，被引导通过调节器。
在另一方面，本公开包括一种系统，该系统包括：油浸式流体压缩机，其可操作以用于压缩其中夹带油的混合物的工作流体；除湿器，可操作以用于在流体压缩机的上游，从可压缩的工作流体去除水分，除湿器包括调节器和再生器；任选的节热器可以与除湿器相关联；空气-油分离器，与压缩机处于流体连通；油冷却器，其配置成在空气-油分离器的下游，使油冷却；控制阀，其配置成将一部分的油从空气-油分离器引导至油冷却器，之后再次进入压缩机中；一个或更多个传感器，其可操作以用于发送指示温度、压力、流率和/或速度的信号；以及控制器，其配置成从一个或更多个传感器接收输入信号，计算从压缩机排出的压缩工作流体的目标温度，并且，命令控制阀移动至导致在目标温度下排出压缩工作流体的位置。
在改善的方面，本公开包括：目标温度，其可被定义为压力露点温度加上期望的温度裕度；后冷却器，其定位于压缩机的下游；一个或更多个通风机或鼓风机，其与后冷却器、油冷却器以及再生器处于流体连通；具有冷却流体的冷却回路，其经过调节器；其中，冷却回路包括：水；水分离器，其配置成在压缩机的下游，从压缩空气去除水；其中，入口空气被引导通过位于压缩机的上游的调节器，并且，从压缩机排出的压缩空气通过分离器而被引导回，之后用于消耗器使用。
在另一方面，本公开包括一种方法，该方法包括：在油浸式压缩机的压缩机排出口处，测量压缩工作流体的实际温度；在压缩机的上游，将入口空气调节成期望的温度和水分含量；确定工作流体的目标压缩机排出温度；在压缩机的下游，使油从工作流体中分离出；确定进入压缩机的油的产生工作流体的目标排出温度所要求的期望的入口温度；以及利用控制阀来对通过油冷却器的油的流率进行控制，以提供期望的油入口温度。
在改善的方面，本公开包括用于如下的步骤的方法：当实际温度大于目标温度时，将阀渐进地打开至100%的开度；渐进地提高与油冷却器处于流体连通的通风机的速度，直到实际温度处于或低于目标温度为止；当实际温度低于目标温度时，将阀渐进地关闭至0%的开度；渐进地降低与油冷却器处于流体连通的通风机的速度，直到实际温度处于或高于目标温度为止；根据期望的油入口温度，改变通过经过油冷却器的冷却回路的水的流率。
虽然在附图和前文的描述中已详细地示出且描述了本发明，但在本质上，这样的示出和描述将被认为是说明性的，而不是限制性的，理解到，仅显示且描述了优选的实施例，并且，期望保护发明的精神内的所有的改变和修改。应当理解到，虽然上文的描述中所利用的词语(诸如，优选、优选地、优选的或更优选的)的使用指出，如此描述的特征可能是更理想的，然而，但这可能不是必要的，并且，可在本发明的范围内设想到不具有该特征的实施例，该范围由所附权利要求定义。在阅读权利要求时，意图是，当使用诸如，“一”、“一个”、“至少一个”或“至少一部分”的词语时，除非在权利要求中，专门相反地阐明，否则不旨在将权利要求限于仅一个项目。当使用语言“至少一部分”和/或“一部分”时，除非专门相反地阐明，否则该项目能够包括一部分和/或整个项目。
除非另有规定或限制，否则术语“被安装”、“被连接”、“被支撑”和“被联接”及其变型被广泛地使用，且包含直接和间接的安装、连接、支撑和联接两者。而且，“被连接”和“被联接”不局限于物理或机械连接或联接。