本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1的前序部分的用于產(chǎn)生壓縮氣體的壓縮機(jī)設(shè)備。

背景技術(shù)：

在工業(yè)和生產(chǎn)行業(yè)中使用的壓縮機(jī)設(shè)備消耗大量電能，或者在可移動(dòng)設(shè)備中由于使用內(nèi)燃機(jī)而消耗大量基于石油的有限自然資源亦或可再生的載能體、例如生物燃料。由于能源成本上升以及由于能量消耗而導(dǎo)致環(huán)境污染，愈加努力來降低能量消耗并且借此同時(shí)降低成本和對(duì)自然資源的消耗。

在如今使用的壓縮機(jī)設(shè)備中，用于產(chǎn)生壓縮空氣的壓縮機(jī)設(shè)備是最為廣泛的設(shè)備。但用于產(chǎn)生各種類型的工藝氣體或用于在較大的距離上輸送氣體的設(shè)備也實(shí)施為壓縮機(jī)設(shè)備，其驅(qū)動(dòng)功率達(dá)到兩位數(shù)的兆瓦范圍。因此，由此出發(fā)，在工業(yè)國家中，所有工業(yè)企業(yè)的整個(gè)消耗的電能的大約10％可能由壓縮機(jī)設(shè)備所消耗。因此不難看出，在該領(lǐng)域中通過新的開發(fā)和創(chuàng)新來改善效率并且借此節(jié)省能量是特別重要的。

在當(dāng)今的壓縮機(jī)設(shè)備中出現(xiàn)如下問題，即，所述壓縮機(jī)設(shè)備在它們的例如對(duì)壓縮空氣的供應(yīng)量方面只能被不充分地調(diào)整。這尤其是在部分負(fù)荷范圍內(nèi)導(dǎo)致不充足的效率并且因此導(dǎo)致不必要的能量消耗。

常用的電動(dòng)機(jī)只能以如下轉(zhuǎn)速運(yùn)行，所述轉(zhuǎn)速依賴于可用的電流的不可影響的電網(wǎng)頻率。這種類型的壓縮機(jī)設(shè)備因此只在如下情況下高效地工作，即，這些壓縮機(jī)設(shè)備準(zhǔn)確地饋送對(duì)應(yīng)于其轉(zhuǎn)速的空氣量。作為調(diào)節(jié)備選方案在這里只剩下斷開設(shè)備或關(guān)閉抽吸調(diào)節(jié)器，這等同于將體積流量減少到幾乎為零。然而兩種調(diào)節(jié)方式在效率方面具有顯著的缺點(diǎn)。

抽吸調(diào)節(jié)器的關(guān)閉導(dǎo)致體積流量減少到幾乎為0，然而必需的驅(qū)動(dòng)功率還非常高并且通常高于滿載功率的50％。容器壓力的下降也不會(huì)導(dǎo)致顯著的改善，因?yàn)樵撓陆翟谝欢ǖ臅r(shí)間延遲之后才開始并且也需要一定的時(shí)間來減少容器壓力。即使在該減少的容器壓力的情況下，功率消耗仍在滿載功率的大約25％處并且排出的容器容積被破壞。

驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的立即斷開雖然是可以的，然而尤其是在電動(dòng)機(jī)的情況下的重新起動(dòng)次數(shù)受限制。因此不可能是任意次數(shù)的起動(dòng)。

節(jié)流調(diào)節(jié)提供另一種可能性。由于節(jié)流調(diào)節(jié)的作用方式降低抽吸壓力，該調(diào)節(jié)方式也極度無效率。

一種針對(duì)不充分地在能量方面合理地調(diào)節(jié)體積流量的問題的替代方案給出了以頻率被調(diào)節(jié)的驅(qū)動(dòng)裝置形式的先進(jìn)技術(shù)。在這里可以在技術(shù)上確定的界限中調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。然而體積流量的這種調(diào)節(jié)成本比較高并且在效率方面也不可優(yōu)化地使用。尤其是在部分負(fù)荷范圍內(nèi)，由于變頻器和電動(dòng)機(jī)的效率較小而產(chǎn)生缺點(diǎn)。

在經(jīng)常使用的帶有或沒有液體噴射系統(tǒng)的螺旋式壓縮機(jī)中，在與頻率被調(diào)節(jié)的驅(qū)動(dòng)裝置組合時(shí)附加地出現(xiàn)效率的明顯惡化，這是因?yàn)檫@種壓縮機(jī)具有在轉(zhuǎn)速范圍上不同的效率。在驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，可以針對(duì)所述驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速來優(yōu)化螺旋式壓縮機(jī)。如果低于或超過所述轉(zhuǎn)速范圍，效率顯著降低。在轉(zhuǎn)速小時(shí)，出現(xiàn)已經(jīng)壓縮的氣體的加強(qiáng)的回流。在轉(zhuǎn)速較高時(shí)，尤其是在包括液體噴射系統(tǒng)的螺旋式壓縮機(jī)中出現(xiàn)明顯的液壓損失。

在具有通過內(nèi)燃機(jī)構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)裝置的壓縮機(jī)設(shè)備中，通過轉(zhuǎn)速變化可進(jìn)行一定的體積流量調(diào)節(jié)。然而，所述體積流量調(diào)節(jié)由于幾乎恒定的轉(zhuǎn)矩需求、幾乎完全使用的螺旋式液體噴射壓縮機(jī)而大幅受限。由此達(dá)到的體積流量調(diào)節(jié)通常只為20％至40％并且因此也通常是不經(jīng)濟(jì)的。在這些壓縮機(jī)設(shè)備中，燃料消耗在壓縮空氣沒有被取出的情況下始終仍處于完全轉(zhuǎn)速和最大運(yùn)行壓力時(shí)的消耗的50％。

除了體積流量調(diào)節(jié)之外，運(yùn)行壓力的調(diào)節(jié)在當(dāng)今的壓縮機(jī)設(shè)備中也不能夠優(yōu)化地實(shí)現(xiàn)。較高的運(yùn)行壓力在設(shè)備體積流量相同的情況下由于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速恒定而導(dǎo)致較高的轉(zhuǎn)矩需求，并且驅(qū)動(dòng)馬達(dá)不能夠提供該更高的轉(zhuǎn)矩。這在實(shí)踐中意味著在壓縮機(jī)使用的靈活性方面存在明顯限制。運(yùn)行壓力的提高實(shí)際上總是只通過改裝設(shè)備來實(shí)現(xiàn)或如下實(shí)現(xiàn)，即，將所述設(shè)備以較高的超出正常運(yùn)行的運(yùn)行壓力來使用，然后可以對(duì)應(yīng)減少所述運(yùn)行壓力。

然而在這樣的操作方式中，對(duì)壓縮機(jī)設(shè)備的投資顯著較高并且靈活性還總是被顯著限制，這是因?yàn)樵谶\(yùn)行壓力較低時(shí)體積流量沒有提高而是僅是功率減少。所述設(shè)備因此不可以完全在其有效功率范圍內(nèi)被使用。這尤其是在使用螺旋式壓縮機(jī)時(shí)這樣。

較高的供應(yīng)量尤其是對(duì)于螺旋式壓縮機(jī)是關(guān)鍵的，因?yàn)樵谶@里不僅在限定的轉(zhuǎn)速范圍方面而且在以限定的轉(zhuǎn)子直徑的可制造性方面出現(xiàn)技術(shù)問題。從大約250至315kW的驅(qū)動(dòng)功率開始，可以達(dá)到所述界限。

尤其是經(jīng)濟(jì)的界限也應(yīng)關(guān)鍵地進(jìn)行評(píng)價(jià)，因?yàn)橛捎谙鄬?duì)小的件數(shù)和顯著的花費(fèi)而使制造變得困難。從之前所述功率范圍開始，其他壓縮系統(tǒng)也開始引入，例如多級(jí)的渦輪壓縮機(jī)。這些渦輪壓縮機(jī)的突出之處在于相比于螺旋式壓縮機(jī)較好的效率。所述功率范圍不構(gòu)成原則上的界限，然而可以對(duì)于小型和中型的制造商構(gòu)成不可克服的限制。

另一個(gè)不顯著的點(diǎn)是地理方面的不同和使用條件，它們?cè)谌蜾N售所述設(shè)備時(shí)出現(xiàn)。壓縮機(jī)設(shè)備的設(shè)計(jì)通常按照規(guī)定應(yīng)用的觀點(diǎn)來進(jìn)行。在這里通常對(duì)使用條件設(shè)置界限，以便對(duì)這樣的壓縮機(jī)設(shè)備不會(huì)不必要地在其制造成本方面提高價(jià)格。這些使用條件通過最大的氣候方面的使用溫度和最大的使用高度來限定。由于過高的使用溫度，壓縮機(jī)設(shè)備的冷卻可能不足夠。不僅驅(qū)動(dòng)馬達(dá)而且實(shí)際的壓縮機(jī)都具有其運(yùn)行溫度的使用極限并且可能在冷卻不足夠時(shí)損壞或在其使用壽命方面被顯著限制，如果運(yùn)行溫度在較長的時(shí)間間隔上非常接近臨界的使用極限的話。

相同地按意義也適于在較大高度上的使用。由于空氣壓力較小，則可能在內(nèi)燃機(jī)中出現(xiàn)過度加熱，這是因?yàn)闆]有足夠量的氧來供燃燒使用。足夠的冷卻也有危害，這是因?yàn)橛捎诳諝饷芏容^小而在相同的冷卻空氣體積流量時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量流的減少。冷卻由此顯著減少。這不僅適用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)而且適用于真正的壓縮機(jī)。在海平面以上2000m的高度時(shí)，這已經(jīng)可能導(dǎo)致直至20％的冷卻功率的減少。如果壓縮機(jī)設(shè)備應(yīng)該為這樣的使用條件進(jìn)行構(gòu)造，那么必須使用較大的冷卻設(shè)備，并且必要時(shí)也需要較大的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)以避免過載。兩者都與顯著較高的成本關(guān)聯(lián)。

由公開文獻(xiàn)DE2848030A1已知用于多級(jí)壓縮氣體、尤其是無油空氣的方法，其中，在這里整個(gè)壓縮過程被這樣分成多個(gè)級(jí)，使得各個(gè)壓縮機(jī)在最佳點(diǎn)運(yùn)行并且在此獲得最小的功率消耗，在部分負(fù)載時(shí)，僅第一和最后的壓縮機(jī)級(jí)在相對(duì)于額定負(fù)載較強(qiáng)烈地改變的條件下運(yùn)行，而壓力比、體積流量并且因此優(yōu)化的運(yùn)行在中間級(jí)中保持不變，并且在負(fù)載變化時(shí)在第一壓縮機(jī)級(jí)中發(fā)生與消耗器的量適配和在最后一級(jí)中發(fā)生與消耗器的壓力適配。

當(dāng)然在這里不利的是，多級(jí)壓縮機(jī)為了實(shí)施該方法而通過管道連接以流動(dòng)方式連接液力壓縮機(jī)和柱塞式壓縮機(jī)、尤其是螺旋式壓縮機(jī)，并且通過具有至少兩個(gè)輸出軸的分支變速器，每個(gè)壓縮機(jī)級(jí)以對(duì)于其優(yōu)化的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。壓縮機(jī)級(jí)的數(shù)量應(yīng)該最大為4，其中，第一級(jí)始終是渦輪壓縮機(jī)并且最后一級(jí)是容積式壓縮機(jī)。處于其間的級(jí)是渦輪式壓縮機(jī)或容積式壓縮機(jī)。由此，在僅有限的可調(diào)節(jié)性時(shí)顯著產(chǎn)生較大的在結(jié)構(gòu)上的花費(fèi)。

渦輪壓縮機(jī)和螺旋式壓縮機(jī)的組合布置結(jié)構(gòu)在公開文獻(xiàn)US-PS 36 40 646和FR-PS 13 97 614中公開，但這些解決方案也具有缺點(diǎn)，這是因?yàn)樵谶@里渦輪壓縮機(jī)和螺旋式壓縮機(jī)在一個(gè)軸上以相同的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，由此在良好效率時(shí)的優(yōu)化運(yùn)行對(duì)于涉及該發(fā)明的體積范圍和壓力范圍來說同樣如在相同類型的多級(jí)壓縮機(jī)中那樣是不可能的。

由公開文獻(xiàn)WO 2006 061 221 A1已知一種用于調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的最大轉(zhuǎn)速的方法，所述壓縮機(jī)借助馬達(dá)通過液力的耦合器驅(qū)動(dòng)。在這里的背景是，壓縮機(jī)使用在車輛中并且由車輛的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)一起驅(qū)動(dòng)，從而液力的耦合器保證了不超過壓縮機(jī)的確定的最大轉(zhuǎn)速。液力的耦合器因此只限定地用于調(diào)節(jié)壓縮機(jī)，所述壓縮機(jī)此外作為一級(jí)的工作機(jī)械來設(shè)計(jì)并且應(yīng)該僅在其轉(zhuǎn)速上限方面保持。

最后，WO 2009 090 075 A1涉及一種尤其是用于帶有內(nèi)燃機(jī)的機(jī)動(dòng)車的渦輪增壓器-渦輪復(fù)合系統(tǒng)，其包括廢氣渦輪，所述廢氣渦輪設(shè)置在廢氣流中，以便將廢氣能量轉(zhuǎn)變成機(jī)械的能量，其還包括壓縮機(jī)，所述壓縮機(jī)借助廢氣渦輪可驅(qū)動(dòng)，其中，壓縮機(jī)與內(nèi)燃機(jī)輸出軸處于第二驅(qū)動(dòng)連接中或可切換到該驅(qū)動(dòng)連接中，并且渦輪復(fù)合驅(qū)動(dòng)連接具有包括不同傳動(dòng)比的至少兩個(gè)并聯(lián)的功率分支，以便使在渦輪增壓器驅(qū)動(dòng)連接和內(nèi)燃機(jī)輸出軸之間的轉(zhuǎn)速比變化。該發(fā)明的特點(diǎn)在于，在兩個(gè)功率分支中設(shè)置一個(gè)液力的耦合器。由此可實(shí)現(xiàn)，可調(diào)節(jié)到不同的傳動(dòng)比，以便通過將驅(qū)動(dòng)功率流從一個(gè)功率分支轉(zhuǎn)換到另一個(gè)功率分支，改變?cè)趶U氣渦輪和壓縮機(jī)之間的驅(qū)動(dòng)連接與內(nèi)燃機(jī)輸出軸之間的轉(zhuǎn)速比。

因?yàn)樵谶@里涉及用于改善在車輛中的渦輪增壓器-渦輪復(fù)合系統(tǒng)的一種特別的解決方案，所以雖然已知將液力耦合器原則上用于利用向待驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)上的作用來適配轉(zhuǎn)速比，但不用于改善壓縮機(jī)和其可調(diào)節(jié)性，而是用于在存在的不同運(yùn)行狀態(tài)中在包括內(nèi)燃機(jī)的車輛中更好地利用廢氣渦輪增壓器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

接下來描述的設(shè)備用于產(chǎn)生壓縮空氣或其他適于壓縮的氣體。在這里，本發(fā)明的任務(wù)是，尤其是將不同壓縮機(jī)類型的工作方式和不同的特性這樣相互組合，使得產(chǎn)生這樣的新型壓縮設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)。力求的改善的特性在這里涉及在制造成本少的情況下的最高可能的效率、良好的可調(diào)節(jié)性和很大程度的靈活性。

希望的改善應(yīng)該通過如下方式實(shí)現(xiàn)，即，在具有一個(gè)或多個(gè)主壓縮機(jī)的壓縮機(jī)設(shè)備中，將一個(gè)或多個(gè)預(yù)壓縮機(jī)連接于上游。通過該預(yù)壓縮，將整個(gè)壓縮機(jī)功率分到至少兩個(gè)壓縮機(jī)上。通過合適的中間冷卻，顯著改善這樣的設(shè)備的效率。此外能夠利用這樣的設(shè)備形成運(yùn)行壓力調(diào)節(jié)，所述運(yùn)行壓力調(diào)節(jié)允許操作者調(diào)節(jié)到不同的運(yùn)行壓力，而不用進(jìn)行設(shè)備的改裝。

為了按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)預(yù)壓縮機(jī)的可變的轉(zhuǎn)速，需要另一個(gè)元件。液力耦合器按照本發(fā)明用作在渦輪壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)或主壓縮機(jī)之間的連接環(huán)節(jié)。該液力耦合器允許獨(dú)立于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)或主壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速來改變渦輪壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速。該變化確保用于提高或減少體積流量或預(yù)壓力。渦輪壓縮機(jī)結(jié)合液力耦合器的使用方式產(chǎn)生了工作特性的優(yōu)化組合，因?yàn)閮烧邔?shí)質(zhì)上都是流動(dòng)機(jī)械。轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的適配在該組合中被優(yōu)化并且允許最高的總效率。

希望的體積流量能夠這樣無級(jí)地通過在液力耦合器中環(huán)繞的液體的量來調(diào)整。耦合器的次級(jí)部分的轉(zhuǎn)速在這里確定渦輪壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速并且借此確定體積流量和預(yù)壓力。液力耦合器的次級(jí)部分的轉(zhuǎn)速最大處于液力耦合器的初級(jí)部分的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速減去用于功率傳輸?shù)谋匦璧霓D(zhuǎn)速差并且能夠通過減少液力耦合器中的填充量而向下調(diào)整。

該必需的打滑同時(shí)也造成效率損失。為了將該效率損失保持在界限中，重要的可以是，將渦輪壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速通過一個(gè)或多個(gè)變速器變速系統(tǒng)改變。利用這些固定的級(jí)，能夠阻止渦輪機(jī)離合器在初級(jí)轉(zhuǎn)速和次級(jí)轉(zhuǎn)速之間的過大的轉(zhuǎn)速差，從而效率也在部分負(fù)荷范圍中顯著改善。原則上對(duì)于本發(fā)明的有創(chuàng)造性的壓縮機(jī)設(shè)備的所有結(jié)構(gòu)形式而言適宜的可以是，所使用的變速器可切換地構(gòu)成。

尤其是這樣的主壓縮機(jī)適合于按照本發(fā)明的設(shè)備，所述主壓縮機(jī)能達(dá)到獨(dú)立于預(yù)壓力的最終壓力。這尤其是所有按照位移原理工作的壓縮機(jī)，例如螺旋式壓縮機(jī)、活塞式壓縮機(jī)、渦旋式壓縮機(jī)亦或旋齒壓縮機(jī)。

目前最經(jīng)常使用的壓縮機(jī)類型是螺旋式壓縮機(jī)。所述螺旋式壓縮機(jī)帶有或沒有液體噴射系統(tǒng)地使用。為了在該壓縮機(jī)類型中取得優(yōu)化的效率，須力求將容積比或壓力比可變地構(gòu)造并且借此調(diào)節(jié)依賴于實(shí)際的預(yù)壓力和實(shí)際的最終壓力的優(yōu)化的壓縮比。優(yōu)化的容積比或壓力比的這種調(diào)節(jié)如今已經(jīng)使用在致冷劑工業(yè)的壓縮機(jī)中。通過滑動(dòng)件或其他的合適的調(diào)節(jié)儀器，能夠在運(yùn)行期間產(chǎn)生優(yōu)化的比例。

所述比例的這樣的可調(diào)節(jié)性在具有螺旋式壓縮機(jī)的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)形式中被作為適宜的設(shè)計(jì)來設(shè)置。依賴于實(shí)際的最終壓力和實(shí)際的預(yù)壓力，可以調(diào)節(jié)螺旋式壓縮機(jī)的優(yōu)化的內(nèi)部容積比，在該優(yōu)化的內(nèi)部容積比的情況下這樣影響例如調(diào)節(jié)滑閥和/或合適的閥，使得可以在螺旋式壓縮機(jī)的壓縮空間和排出區(qū)域之間建立可變的連接并且在它們的作用方面借此可實(shí)現(xiàn)內(nèi)部容積比的改變。

在調(diào)節(jié)該優(yōu)化的壓縮比時(shí)有意義的是，利用從螺旋式壓縮機(jī)出來的實(shí)際的排出壓力與進(jìn)入到螺旋式壓縮機(jī)中的進(jìn)入壓力的比例。這按意義在如下情況下也適用，即，主壓縮機(jī)由兩個(gè)或更多個(gè)螺旋式壓縮機(jī)組成。在這里，優(yōu)化的壓縮比也可以這樣調(diào)節(jié)，使得其在相應(yīng)的螺旋式壓縮機(jī)的實(shí)際的排出壓力與實(shí)際的進(jìn)入壓力的比例中來選擇。也在其他適合的壓縮機(jī)類型中可能合適的是，為了優(yōu)化效率而執(zhí)行對(duì)應(yīng)的適配措施。

原則上所有類型的壓縮機(jī)適合用于預(yù)壓縮，然而渦輪壓縮機(jī)特別好地適合用于預(yù)壓縮。由其結(jié)構(gòu)型式?jīng)Q定地，所述渦輪壓縮機(jī)能抽吸大的體積流量并且將其置于對(duì)應(yīng)的最終壓力中，然而所述最終壓力非常強(qiáng)烈地依賴于轉(zhuǎn)速。渦輪壓縮機(jī)的特性因此允許通過轉(zhuǎn)速變化來顯著產(chǎn)生預(yù)壓力和體積流量的改變。

對(duì)于新型的壓縮機(jī)設(shè)備的在這里所述的要求而言，具有徑向穿流的渦輪壓縮機(jī)特別良好地適合。這些徑向的渦輪壓縮機(jī)允許一級(jí)地構(gòu)成直至四的壓力比。因此產(chǎn)生非常緊湊的結(jié)構(gòu)尺寸和對(duì)于所述要求最好地合適的預(yù)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)型式。

預(yù)壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)可以通過對(duì)應(yīng)的變速器直接通過驅(qū)動(dòng)馬達(dá)發(fā)生，亦或作為包括對(duì)應(yīng)的功率分支的主壓縮機(jī)的一部分發(fā)生。后者引起特別緊湊并且有效率的單元，所述單元不僅可以由內(nèi)燃機(jī)而且可以由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

對(duì)于較大的體積流量而言此外可以的是，將多個(gè)渦輪壓縮機(jī)并聯(lián)或串聯(lián)地連接，尤其是當(dāng)需要極度高的預(yù)壓力時(shí)如此。中間冷卻在這里也確保改善的效率。

附加地可以通過適合的進(jìn)氣導(dǎo)向儀器來實(shí)現(xiàn)渦輪壓縮機(jī)的調(diào)節(jié)范圍的擴(kuò)大。但也考慮其他調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以便擴(kuò)大渦輪壓縮機(jī)的特性曲線簇。這些調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)不僅可以安裝在渦輪壓縮機(jī)上游而且可以安裝在其下游。用于主壓縮機(jī)的其他調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)不僅可以在預(yù)壓縮機(jī)上游而且可以在預(yù)壓縮機(jī)下游、即同時(shí)也在主壓縮機(jī)上游亦或在主壓縮機(jī)下游安裝。所述布置結(jié)構(gòu)取決于包括預(yù)壓縮機(jī)和主壓縮機(jī)的壓縮機(jī)設(shè)計(jì)的需求。

在使用多個(gè)預(yù)壓縮機(jī)時(shí)存在如下可能性，即，將所述預(yù)壓縮機(jī)共同通過一個(gè)液力耦合器驅(qū)動(dòng)亦或?qū)τ诿總€(gè)預(yù)壓縮機(jī)使用一個(gè)單獨(dú)的液力耦合器。如下組合也是可能的：例如在三個(gè)或更多個(gè)預(yù)壓縮機(jī)中，兩個(gè)預(yù)壓縮機(jī)通過一個(gè)液力耦合器驅(qū)動(dòng)。在這里決定性的僅是，對(duì)于相應(yīng)的使用情況涉及技術(shù)上和商業(yè)上合適的組合。

在具有液體噴射壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)形式中，壓縮機(jī)的冷卻和潤滑液也可以用于運(yùn)行液力耦合器并且允許一條共同的回路，該共同的回路具有在成本和利潤之間的優(yōu)化關(guān)系。對(duì)于液力耦合器所需的液體在這里從回流冷卻的冷卻和潤滑液的主流中取出。當(dāng)預(yù)壓縮機(jī)在結(jié)構(gòu)上集成在主壓縮器中時(shí)，用于運(yùn)行液力耦合器的液體可以在主壓縮機(jī)中取出并且也再次在那里引回回路中，只要考慮必需的壓力差的話。

即使在預(yù)壓縮機(jī)的未集成到主壓縮機(jī)中的結(jié)構(gòu)方式中，液力耦合器的工作液體也可以從冷卻和潤滑液的主流中取出并且也再次引回該回路中，同時(shí)考慮必需的壓力差。如果可能不存在該壓力差，那么可以借助液體泵確保必需的壓力差。這不僅適用于預(yù)壓縮機(jī)在主壓縮機(jī)中集成的方案，而且適用于預(yù)壓縮機(jī)不在主壓縮機(jī)中集成的方案。

在沒有液體噴射系統(tǒng)的壓縮機(jī)中存在如下可能性，即，集成有包含用于運(yùn)行液力耦合器的液體的對(duì)應(yīng)的回路亦或一起利用通常包含的油回路，以用于軸承潤滑和殼體冷卻。在相應(yīng)足夠大的油量和泵尺寸時(shí)，也可以在這里構(gòu)成緊湊的結(jié)構(gòu)單元，而不會(huì)有大的附加花費(fèi)。也在這里可以的是，將預(yù)壓縮機(jī)集成地裝入主壓縮機(jī)的壓縮機(jī)殼體中亦或?qū)㈩A(yù)壓縮機(jī)安放在單獨(dú)的殼體中并且將來自油回路的液體為了主壓縮機(jī)的軸承潤滑和殼體冷卻而取出并且也引回到主壓縮機(jī)中。如果油量和/或泵可能不足，那么所述油量和/或泵根據(jù)液力耦合器的要求來重新定尺寸。

另一種可能性在于，將液力耦合器在獨(dú)立的油回路中運(yùn)行。這尤其是在如下情況中是合適的，即，液力耦合器包括變速器和預(yù)壓縮機(jī)在內(nèi)被安裝在一個(gè)單獨(dú)的殼體中。然而一種這樣的解決方案需要顯著較高的在結(jié)構(gòu)方面的花費(fèi)，這是因?yàn)椴粌H可能需要單獨(dú)的油泵而且需要合適的油冷卻器。必須在個(gè)別情況中測(cè)試是否該附加花費(fèi)在經(jīng)濟(jì)方面是合理的。當(dāng)這些在結(jié)構(gòu)上的構(gòu)件設(shè)置在一個(gè)單獨(dú)的殼體中時(shí)，此外可以作為備選方案合適的是，液力耦合器具有單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)裝置并且因此對(duì)此不與主壓縮機(jī)耦合。

為此，原則上也要說明的是，用于液力耦合器的單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)裝置的問題原則上是重要的并且須根據(jù)壓縮機(jī)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)來回答。如果原則上力求預(yù)壓縮機(jī)和主壓縮機(jī)以及所有結(jié)構(gòu)上的構(gòu)件和驅(qū)動(dòng)裝置在一個(gè)殼體中的緊湊的結(jié)構(gòu)形式，那么然而可以特別是在特殊的使用情況中不僅在技術(shù)上而且在經(jīng)濟(jì)上合適的是，將各個(gè)構(gòu)件在結(jié)構(gòu)上分開并且單獨(dú)地驅(qū)動(dòng)。

為了調(diào)節(jié)液力耦合器的填充狀態(tài)，合適的是，將壓縮機(jī)的希望的最終壓力與實(shí)際的運(yùn)行壓力比較。如果實(shí)際的運(yùn)行壓力小于希望的運(yùn)行壓力，那么可以提高液力耦合器的填充直到達(dá)到最大的轉(zhuǎn)速。如果超過爭取實(shí)現(xiàn)的運(yùn)行壓力，那么以類似的方式減少在液力耦合器中的工作液體，直至達(dá)到希望的運(yùn)行壓力。

在這里規(guī)定，利用適合的閥影響工作液體的流入亦或工作液體的流出。閥在工作液體的流入和流出區(qū)域中的組合也是一種結(jié)構(gòu)上的備選方案。通過工作液體的持久的流入和流出同時(shí)確保對(duì)應(yīng)的冷卻，這是因?yàn)楸仨殞?dǎo)出液力耦合器的損耗熱量。用于監(jiān)控和調(diào)節(jié)液力耦合器的另一種備選方案是轉(zhuǎn)速監(jiān)控裝置。對(duì)取得的預(yù)壓力的監(jiān)控也可以考慮作為液力耦合器的運(yùn)行狀態(tài)的顯示。

利用以上描述的實(shí)施方式能夠?qū)崿F(xiàn)如下優(yōu)點(diǎn)：

1.體積流量適配

主壓縮機(jī)被驅(qū)動(dòng)馬達(dá)保持在恒定轉(zhuǎn)速上并且因此抽吸要壓縮的氣體的恒定體積流量。如果由預(yù)壓縮機(jī)形成預(yù)壓力，那么整個(gè)壓縮機(jī)設(shè)備的體積流量提高。在1巴的預(yù)壓力時(shí)在相同溫度的情況下體積流量加倍，在2巴時(shí)成為三倍并且在3巴時(shí)甚至成為四倍。

2.較小的制造成本

為了實(shí)現(xiàn)具有希望的體積流量的壓縮機(jī)設(shè)備，主壓縮機(jī)在1巴的預(yù)壓力并且在相同溫度的情況下尺寸確定為只如在沒有預(yù)壓縮的壓縮機(jī)設(shè)備中的一半那樣大。在2巴的預(yù)壓力時(shí)結(jié)構(gòu)尺寸甚至減少至通常的結(jié)構(gòu)尺寸的大致三分之一，并且類似地在3巴時(shí)減少至通常的結(jié)構(gòu)尺寸的大約四分之一。

在具有由電動(dòng)機(jī)形成的驅(qū)動(dòng)裝置的壓縮機(jī)設(shè)備中，可以附加地放棄變頻器的使用，從而也可以使用成本顯著較低的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)。用于預(yù)壓縮機(jī)、液力耦合器和附加的中間冷卻器的附加成本支出顯著小于可實(shí)現(xiàn)的成本節(jié)省，由此，按照本發(fā)明的解決方案在企業(yè)管理上是有意義的。

3.效率的改善

通過在預(yù)壓縮機(jī)和主壓縮機(jī)之間的優(yōu)化選擇的壓縮比能夠在良好的中間冷卻的情況下以多于15％改善總效率。這導(dǎo)致能量消耗的顯著減少并且因此導(dǎo)致在運(yùn)行壓縮機(jī)設(shè)備時(shí)的顯著的成本節(jié)約。

4.壓縮機(jī)設(shè)備的較靈活的使用

如果設(shè)備的操作者希望較高的運(yùn)行壓力，則所述運(yùn)行壓力可以通過降低預(yù)壓力并且借此減少體積流量而形成。主壓縮機(jī)對(duì)于較高的壓力需要較高的轉(zhuǎn)矩，并且預(yù)壓縮機(jī)可以通過較小的預(yù)壓力減少其轉(zhuǎn)矩需求直至再次建立在一方面驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的可用轉(zhuǎn)矩和另一方面預(yù)壓縮機(jī)和主壓縮機(jī)需要的轉(zhuǎn)矩之間的平衡。

參照海平面和環(huán)境溫度，與環(huán)境條件的適配因此也是可以的。驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的利用率也可以通過合適的監(jiān)控一并考慮。這例如在電動(dòng)機(jī)中通過監(jiān)控繞組溫度是可能的。因此，阻止了馬達(dá)的過載，同時(shí)壓縮機(jī)設(shè)備可以總是被盡可能利用直至達(dá)到使用極限值。這按意義也適用于以內(nèi)燃機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置的組合。所述設(shè)備因此能靈活地對(duì)不同的使用條件起反應(yīng)，由此，按照本發(fā)明的壓縮機(jī)設(shè)備的顯著擴(kuò)大的使用范圍在沒有結(jié)構(gòu)上的適配的情況下是可能的。

5.壓縮機(jī)設(shè)備的使用范圍的擴(kuò)大

在通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)設(shè)備中，按照本發(fā)明可以的是，通過監(jiān)控不同的參數(shù)(例如電流消耗和電流電壓)亦或通過監(jiān)控繞組溫度，優(yōu)化地適配馬達(dá)的利用率。

用于監(jiān)控電動(dòng)機(jī)的其他參數(shù)也是可以的。極端的環(huán)境條件如通過放到高處的低空氣壓力或極高的環(huán)境溫度可以通過改變預(yù)壓力并且借此改變預(yù)壓縮機(jī)和主壓縮機(jī)的功率消耗來補(bǔ)償。這樣可以阻止馬達(dá)的過載并且同時(shí)可以使馬達(dá)直至使用極限的利用率成為可能，而不會(huì)損害馬達(dá)或縮短其使用壽命。

這按意義即使在使用內(nèi)燃機(jī)時(shí)也適用。在這里將作為燃料噴射量的函數(shù)的其他參數(shù)例如廢氣溫度、實(shí)際的轉(zhuǎn)矩、亦或冷卻水溫度進(jìn)行監(jiān)控并且作為對(duì)所述利用率的評(píng)估來考慮。

在沒有液體噴射系統(tǒng)的螺旋式壓縮機(jī)中，按照本發(fā)明的壓縮機(jī)設(shè)備同樣是有利的。在這里存在如下問題，即，通過兩級(jí)的實(shí)施方式，最大的最終壓力被限制。所述最大的最終壓力處于10至11巴的范圍中(在特殊情況中也直至13巴)并且通過在第二級(jí)之后最大可允許的出口溫度決定。原則上適用的是，運(yùn)行壓力越大，則出口溫度越高。

如果通過按照本發(fā)明的預(yù)壓縮，在第一級(jí)之前的預(yù)壓力保持在大于0.5巴的水平上，則在第二級(jí)之后的壓縮最終壓力可以提高到15巴或更高，并且不會(huì)超過臨界的出口溫度。此外也可以顯著擴(kuò)大進(jìn)氣體積流量的調(diào)節(jié)范圍。

在較高的運(yùn)行壓力時(shí)，在轉(zhuǎn)速被調(diào)節(jié)的常規(guī)驅(qū)動(dòng)裝置中存在如下問題，即，在低轉(zhuǎn)速時(shí)這么多的壓縮氣體回流，使得由此可能已經(jīng)導(dǎo)致高的出口溫度。第二個(gè)問題在于轉(zhuǎn)矩需求。該轉(zhuǎn)矩需求如已知那樣隨運(yùn)行壓力升高并且可以通過壓縮氣體的回流在低轉(zhuǎn)速時(shí)已經(jīng)超過用于最大可允許的轉(zhuǎn)矩的界限值。壓縮機(jī)設(shè)備因此必須保持在最低轉(zhuǎn)速中，所述最低轉(zhuǎn)速也與在低轉(zhuǎn)速時(shí)電動(dòng)機(jī)的不充分冷卻相關(guān)。

體積流量的調(diào)節(jié)范圍因此在常規(guī)設(shè)備中非常受限制并且可能在10巴作為最大的運(yùn)行壓力時(shí)已經(jīng)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速只能下降大約40％。體積流量調(diào)節(jié)范圍因此只處于直至40％。在其功率方面類似的按照本發(fā)明的壓縮機(jī)設(shè)備可以在相同的運(yùn)行壓力、例如10巴時(shí)將體積流量調(diào)節(jié)范圍實(shí)現(xiàn)直至70％至80％。

如果預(yù)壓力保持在最低水平上，即使在帶有液體噴射系統(tǒng)的壓縮機(jī)設(shè)備中運(yùn)行壓力仍能夠在還良好的效率和還高的體積流量調(diào)節(jié)范圍的情況下得以顯著提高。預(yù)壓力用于確保：較高的運(yùn)行壓力始終還可以利用主壓縮機(jī)的技術(shù)上優(yōu)化的壓縮比形成。10巴的大氣標(biāo)準(zhǔn)表示壓縮比為11，其中，0.5巴的預(yù)壓力在壓縮至15.5巴的情況下也表示主壓縮機(jī)的壓縮比為11。

附圖說明

接著應(yīng)該借助兩個(gè)示意的附圖進(jìn)一步解釋該壓縮機(jī)設(shè)備的基本設(shè)計(jì)。其中：

圖1示出包括主壓縮機(jī)和預(yù)壓縮機(jī)的可能的壓縮機(jī)設(shè)備的示意的構(gòu)造，其中沒有液體噴射系統(tǒng)，以及

圖2示出包括預(yù)壓縮機(jī)和主壓縮機(jī)的可能的壓縮機(jī)設(shè)備的示意的構(gòu)造，其中帶有液體噴射系統(tǒng)并且將液體用于運(yùn)行液力耦合器。

具體實(shí)施方式

在按照?qǐng)D1的壓縮機(jī)設(shè)備中，通過空氣過濾器10凈化抽吸空氣并且然后將該抽吸空氣通過連接導(dǎo)管15輸送給預(yù)壓縮機(jī)20。通過另一個(gè)連接導(dǎo)管16將預(yù)壓縮的抽吸空氣輸送給中間冷卻器25并且盡可能好地將其冷卻。冷卻的并且預(yù)壓縮的空氣然后輸送給主壓縮機(jī)30。

所述主壓縮機(jī)原則上可以是任何類型的壓縮機(jī)，也可以是多級(jí)的壓縮機(jī)，其中，在主壓縮機(jī)的各個(gè)壓縮機(jī)級(jí)之間帶有或沒有中間冷卻。

主壓縮機(jī)30通過驅(qū)動(dòng)馬達(dá)40驅(qū)動(dòng)。該驅(qū)動(dòng)馬達(dá)40也可以是任何可以用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)形式。這例如可以是電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)亦或任何類型的渦輪。

在主壓縮機(jī)30中，將壓縮空氣壓縮至希望的運(yùn)行壓力并且通過連接導(dǎo)管17輸送給壓力容器60。為了維持最小的運(yùn)行壓力，在壓力容器60的出口上裝配最小壓力閥65。壓縮的空氣從最小壓力閥65通過取出導(dǎo)管18流動(dòng)至取樣點(diǎn)70。

通過主壓縮機(jī)30驅(qū)動(dòng)的液力耦合器55連同變速器變速系統(tǒng)50用于驅(qū)動(dòng)預(yù)壓縮機(jī)20，所述變速器變速系統(tǒng)包括液力耦合器55和變速器56。在這里涉及包括預(yù)壓縮機(jī)20和配設(shè)給該預(yù)壓縮機(jī)的液力耦合器55的示例圖。

但對(duì)于理解本發(fā)明重要的是，在這里所涉及的構(gòu)件按照壓縮機(jī)設(shè)備應(yīng)該多次地并且在需要的設(shè)計(jì)中使用。這樣已經(jīng)說明，多個(gè)預(yù)壓縮機(jī)20可以與多個(gè)液力耦合器55配合作用，并且這些預(yù)壓縮機(jī)也可以提供用于不同構(gòu)造的主壓縮機(jī)30的預(yù)壓力。因此，在這里示出的變速器56也只是示例性的。也可能需要多個(gè)變速器以及預(yù)壓縮機(jī)的單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)裝置和單獨(dú)的液體回路。所有這些其他的組合選項(xiàng)不特意以圖示描述，但同樣應(yīng)該包括在技術(shù)教導(dǎo)中。

在按照?qǐng)D2的壓縮機(jī)設(shè)備中，將抽吸空氣通過空氣過濾器10凈化并且然后通過連接導(dǎo)管15輸送給預(yù)壓縮機(jī)20。通過另一個(gè)連接導(dǎo)管16，將預(yù)壓縮的抽吸空氣輸送給中間冷卻器25并且盡可能好地冷卻。

冷卻的并且預(yù)壓縮的空氣然后輸送給主壓縮機(jī)30。所述主壓縮機(jī)在該結(jié)構(gòu)形式中是帶有液體噴射系統(tǒng)的壓縮機(jī)。主壓縮機(jī)30通過驅(qū)動(dòng)馬達(dá)40驅(qū)動(dòng)。該驅(qū)動(dòng)馬達(dá)40也可以是任何可以用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)形式。這可以如之前說明的那樣例如是電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)亦或任何類型的渦輪。

在主壓縮機(jī)30中，將壓縮空氣再次壓縮至希望的運(yùn)行壓力并且通過連接導(dǎo)管17輸送給壓力容器60。為了維持最小的運(yùn)行壓力，在壓力容器60的出口上裝配最小壓力閥65。壓縮的空氣從最小壓力閥65通過取出導(dǎo)管18流動(dòng)至取樣點(diǎn)70。

在壓力容器60中與壓縮空氣分離的液體通過導(dǎo)管31、過濾器34、導(dǎo)管32、液體冷卻器35以及導(dǎo)管33再次輸送給主壓縮機(jī)30。通過主壓縮機(jī)30驅(qū)動(dòng)的液力耦合器包括變速器變速系統(tǒng)50在內(nèi)用于驅(qū)動(dòng)預(yù)壓縮機(jī)20。主壓縮機(jī)30的冷卻和潤滑液的部分流作為用于液力耦合器55的工作液體起作用。所述部分流通過導(dǎo)管51取出并且然后輸送給液力耦合器55。

從液力耦合器55再次排出的工作液體通過導(dǎo)管52再次輸送給主壓縮機(jī)30。