КОМПРЕССОРНАЯ УСТАНОВКА
COMPRESSOR PLANT

Изобретение относится к компрессорным установкам, в частности к компрессорной установке с переменной скоростью вращения, содержащей корпус, в котором расположен компрессор, приводимый в действие электродвигателем с фиксированным заданным максимальным числом оборотов компрессора, охладитель воздуха, забирающий через входное отверстие воздух из окружающей среды и выводящий его через выходное отверстие обратно в окружающую среду, и изолированный контур охлаждения с хладагентом для охлаждения сжатого компрессором газа или воздуха.
Известные компрессорные установки, как правило, разрабатываются для эксплуатации в определенных условиях, таких как максимальная температура внешней среды. Такие условия называется эксплуатационными.
Если номинальные эксплуатационные условия превышены, надежность работы компрессорной установки уже нельзя гарантировать, точнее могут возникнуть непредвиденные перерывы в ее работе.
В таких случаях принимают решение использовать либо крупногабаритную компрессорную установку, вырабатывающую меньше тепла, чем малогабаритная компрессорная установка, работающая при тех же параметрах, либо компрессорную установку с максимальной производительностью, но с ограничением максимально допустимого числа оборотов, например, за счет использования коробки передач с меньшим передаточным отношением, чем в штатных условиях. По этой причине возникает переизбыток тепла, который может быть использован для противодействия более высокой температуре внешней среды.
Однако такая установка экономически невыгодна, и, кроме того, ее работа не оптимальна во всех номинальных условиях, что приводит к потере производительности.
Из документа JP 62029852 известна компрессорная установка, содержащая корпус с расположенным в нем компрессором, приводимым в действие электродвигателем с переменной скоростью вращения и блоком управления, регулирующим число оборотов электродвигателя.
Недостатком этого устройства является то, что указанный блок управления числом оборотов не осуществляет настройки максимального числа оборотов, а работает на принципе динамического ограничения числа оборотов.
Задачей изобретения является устранение вышеуказанных недостатков посредством оснащения компрессорной установки саморегулирующимся блоком управления, гарантирующим работу компрессорной установки с максимальной производительностью при любой температуре окружающей среды с постоянно оптимальным процессом охлаждения.
Для решения поставленной задачи предложена компрессорная установка, содержащая корпус, в котором расположен компрессор, приводимый в действие электродвигателем с переменной скоростью вращения и с блоком управления, устанавливающим максимальное число оборотов для компрессора, охладитель воздуха, забирающий через входное отверстие в корпусе воздух из окружающей среды и выводящий его через выходное отверстие обратно в окружающую среду, и изолированный контур охлаждения с хладагентом для охлаждения сжатого компрессором газа или воздуха. При этом блок управления выполнен с возможностью снижения указанного установленного максимально допустимого числа оборотов компрессора с достижением определенного значения, как только измеренная температура окружающей среды поднимается выше максимального заданного уровня, и увеличения заданного максимально допустимого числа оборотов, как только температура окружающей среды упадет ниже упомянутого уровня.
Преимущество такого устройства в соответствии с изобретением состоит в том, что когда значение температуры окружающей среды становится выше номинального уровня, для работы при котором предназначено компрессорное устройство, максимально допустимое число оборотов будет автоматически снижаться, в результате чего компрессорная установка будет вырабатывать меньше тепла, и охлаждающая способность охладителя воздуха будет достаточной для того, чтобы компрессор даже при этой повышенной температуре внешней среды достаточно охлаждался во избежание нежелательных остановок вследствие перегрева и для гарантии хорошей работы устройства.
Предпочтительно заданное максимальное число оборотов дополнительно снижается, когда температура вышеупомянутого охладителя сжатого газа недостаточна или температура хладагента превышает заданный уровень.
За счет непрерывного или периодического контроля температуры воздуха окружающей среды и контура охлаждения, а также регулирования заданного максимально допустимого числа оборотов в зависимости от результатов измерения, компрессорная установка даже при температурах окружающей среды, превышающих номинально заданные, сможет постоянно функционировать с максимальной производительностью без риска остановок или повреждения.
Обычно корпус включает в себя электронный отсек с охладителем воздуха, который забирает воздух из окружающей среды через входное отверстие и выводит его через выходное отверстие обратно в окружающую среду, вследствие чего для предотвращения какого-либо повреждения электронных деталей задают максимальный уровень температуры охлажденного воздуха, который используется для этой цели. Охладитель воздуха этого электронного отсека обычно рассчитан на номинальные параметры, а превышение максимальной температуры охлаждения воздуха будет приводить к нежелательным остановкам компрессорной установки.
Возможно также использование дополнительного охладителя воздуха, который будет охлаждать электронный отсек и включаться только тогда, когда температура окружающей среды угрожает подняться выше заданного уровня. Это также максимально снизит энергопотребление.
Этот дополнительный охладитель может работать независимо или может быть использован в сочетании с управлением заданным максимальным числом оборотов компрессора, причем работой этого охладителя предпочтительно управляет вышеупомянутый блок управления.
Особенности и преимущества изобретения будут более понятны из нижеследующего описания, представленного в качестве неограничивающего примера со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг.1 схематично показана компрессорная установка в соответствии с изобретением;
на фиг.2 и 3 показаны два алгоритма управления, которые могут быть использованы в устройстве, показанном на фиг.1.
Показанная на фиг.1 компрессорная установка 1 содержит корпус 2, в данном случае разделенный посредством перегородки 3 на два отсека 4 и 5. В отсеке 4 расположен компрессор 6, приводимый в действие электродвигателем 7 с переменной скоростью вращения, например управляемым по частоте электродвигателем, с помощью блока 8 управления с устанавливаемым максимальным числом оборотов Nmax. При этом отсек 5 является электронным отсеком, где находятся электронные детали 9, например, такие как вышеупомянутый блок 8 управления.
Отсек 4 охлаждается охладителем 10 воздуха, забирающим воздух из окружающей среды через входное отверстие 11 и выводящим его обратно в окружающую среду через выходное отверстие 12, как это показано стрелкой А. Компрессорная установка 1 дополнительно оснащена контуром 13 охлаждения жидкостного или воздушного типа, для охлаждения сжатого компрессором газа, который через отводную трубу 14 и соединение 15 может быть подан в напорную воздушную сеть.
Электронный отсек 5 содержит охладитель 16 воздуха, забирающий воздух из окружающей среды через входное отверстие 17 и выводящий его обратно в окружающую среду через электронный отсек 5 и выходное отверстие 18, как это показано стрелкой В.
Хотя на фиг.1 показана компрессорная установка 1, в которой охладители 10 и 16 воздуха отсеков 4 и 5 являются независимыми, не исключен и вариант, в котором эти охладители воздуха 10 и 16 объединены, или вариант, в котором они содержат общие детали.
Дополнительно для охлаждения воздуха, всасываемого посредством охладителя 16, предусмотрен охладитель 19.
Кроме того, компрессорная установка 1 содержит средства 20 определения температуры Т20 воздуха окружающей среды, средства 21 определения температуры Т21 контура охлаждения 13 компрессорной установки, например, на выходе этого контура охлаждения 13, а также средства 22 определения температуры Т22 охлажденного воздуха, проходящего через электронный отсек 5 для охлаждения электронных деталей 9. Эти средства 20, 21 и 22 электрически связаны с блоком 8 управления посредством соединений 23.
Компрессорная установка выполнена с возможностью работы в номинальных условиях с максимальной температурой окружающей среды Tmax, которая задается в блоке 8 управления.
В блок 8 управления в соответствии с изобретением заложен алгоритм 24, который систематизирован на фиг.2. Этот алгоритм предназначен для установки максимального числа оборотов Nмакс компрессора 6. На первом этапе 25 температура Т20 окружающей среды сравнивается с установленным уровнем температуры Tmax окружающей среды, а на этапе 26 это заданное максимально допустимое число оборотов Nmax снижается, как только температура Т20 окружающей среды угрожает подняться выше установленного максимального уровня Tmax. Как только температура Т20 окружающей среды опускается ниже вышеупомянутого уровня Tmax, установленное максимально допустимое число оборотов снова увеличивается до исходного уровня.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения установленное максимальное число оборотов Nmax устанавливают посредством указанного алгоритма так, чтобы охлаждающая способность охладителя 10 воздуха при отслеживаемой температуре окружающей среды все время была достаточной для обеспечения работы компрессора 6 с этим установленным максимальным числом оборотов Nmax без перегрева.
На этапе 27 алгоритма 24 температура Т21 хладагента контура охлаждения 3 и/или температура сжатого воздуха сравниваются с заданным максимальным уровнем Т21max и так же, как на этапе 26, максимально допустимое число оборотов Nmax снова уменьшается, как только температура Т21 вышеупомянутого хладагента поднимается выше заданного уровня T21max.
Очевидно, что этот алгоритм можно использовать непрерывно или с регулярными перерывами и что величина, на которую уменьшают или корректируют установленное максимальное число оборотов, может зависеть от полученного результата измерения и, как следствие, может зависеть от разности между измеренными температурами и соответствующими максимальными заданными уровнями.
Компрессорная установка 1 работает следующим образом.
Когда температура Т20 окружающей среды поднимается выше заданного максимального уровня Tmax, установленное максимальное число оборотов Nmax понижается на заранее определенную величину. В результате компрессор 6 будет приводиться в действие с меньшим количеством оборотов, что приведет к снижению выделения тепла, которое зависит главным образом от числа оборотов компрессора 6 и от степени сжатия газа на выходе из него.
Кроме того, поскольку при таком регулировании существует опасность, что температура Т21 контура охлаждения 13 окажется слишком высокой, установленное максимальное число оборотов Nmax будет установлено даже на более низком уровне, так что не будет никакой опасности перегрева частей компрессора в отсеке 4.
Таким образом, гарантируется, что компрессорная установка 1 может постоянно приводиться в действие с достижением максимального числа оборотов, а значит, и максимальной производительности по сжатому газу с учетом доступной охлаждающей способности охладителя 10 воздуха и контура охлаждения 13.
Обыкновенный блок управления числом оборотов электродвигателя обычно не осуществляет такое регулирование, а работает с динамически ограниченным числом оборотов.
По выбору, в блок 8 управления может быть заложен второй алгоритм 28, который схематически отображен на фиг.3, и это гарантирует защиту электронных деталей 9 в электронном отсеке 5 с учетом того, что эти детали 9 нельзя устанавливать незащищенными при высоких температурах, и того, что в результате температура Т22 охлажденного воздуха, который проходит через электронный отсек 5, не может подняться выше определенного критического уровня.
Алгоритм 28 предусматривает на первом этапе 29 сравнение температуры Т20 окружающей среды с заданным максимальным уровнем Tmax, который может быть или не быть таким же, как используемый в алгоритме 24. На втором этапе 30 осуществляется сравнение температуры Т22 охлажденного воздуха в отсеке 5 с предыдущим установленным максимальным уровнем T22max.
Когда температура Т20 окружающей среды поднимается выше T20max, включается контур охлаждения 13 и происходит дополнительное охлаждение охлажденного воздуха, который проходит через электронный отсек.
Если обе температуры - температура Т20 окружающей среды и температура Т22 охлажденного воздуха - становятся больше, чем их соответствующие установленные максимальные уровни Тмакс и T22max, то на этапе 31 охлаждающая способность Q охладителя 19 устанавливается большей, чтобы сделать температуру Т22 охлажденного воздуха чуть ниже критической температуры для электронных деталей 9.
Этот второй алгоритм 28 дает следующие преимущества:
- охладитель 16 воздуха не обязательно делать крупногабаритным, чтобы обеспечить совместимость с номинальными температурами окружающей среды;
- нет потерь энергии при дополнительном охлаждении, когда достаточно охладителя 16 воздуха, как это бывает при нормальных температурах окружающей среды;
- за счет дополнительного охлаждения воздуха электронного отсека 5 для обеспечения охлаждения чуть ниже критической температуры 9, экономится дополнительная энергия с помощью минимальной охлаждающей способности. В результате, общий КПД машины остается как можно более высоким.
Кроме того, второй алгоритм может применяться с определенной частотой непрерывно или с перерывами.
Очевидно, что оба алгоритма 24 и 28 можно применять в компрессорной установке 1 как по отдельности, так и совместно. Также очевидно, что оба алгоритма можно применять как в одном блоке 8 управления, так и в отдельных блоках управления.
Данное изобретение ни в коей мере не ограничивается вариантом осуществления, описанным выше в качестве примера и отображенным на чертежах, и в рамках объема изобретения компрессорная установка может быть выполнена любых размеров и форм.