ES2958916T3 - Dispositivo compresor multietapa inyectado con aceite y método para controlar tal dispositivo compresor - Google Patents

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Abstract

Un dispositivo compresor multietapa con inyección de aceite que comprende al menos un elemento compresor de etapa de baja presión (2) con una entrada (4a) y una salida (5a) y un elemento compresor de etapa de alta presión (3) con una entrada (4b). y una salida (5b), por lo que la salida (5a) del elemento compresor de la etapa de baja presión (2) está conectada a la entrada (4b) del elemento compresor de la etapa de alta presión (3) a través de un conducto (6), caracterizado porque se proporciona un intercooler (9) entre el elemento compresor de la etapa de baja presión (2) y el elemento compresor de la etapa de alta presión (3) en el conducto antes mencionado (6) y porque el dispositivo compresor (1) también está equipado con una restricción (10) para limitar la cantidad de aceite inyectado en el elemento compresor de la etapa de baja presión (2). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo compresor multietapa inyectado con aceite y método para controlar tal dispositivo compresor
La presente invención se refiere a un compresor multietapa inyectado con aceite.
La gente ya conoce los dispositivos compresores multietapa en los que el gas se comprime en dos o más pasos o "etapas", por lo que dos o más elementos compresores se colocan en serie, uno tras otro.
La gente también ya es consciente de los dispositivos compresores multietapa inyectados con aceite en los que se utiliza un refrigerante, en este caso aceite, para refrigerar el gas.
Esto hace posible mejorar la eficiencia, ya que el consumo de la segunda y posteriores etapas disminuirá al refrigerar el gas antes de la segunda etapa y posteriores.
La refrigeración del gas, y por lo tanto, la mejora de la eficiencia podría ser mucho mejor.
La refrigeración podría mejorarse, por ejemplo, mediante un enfriamiento activo adicional. Esto implica extraer de manera efectiva el calor del sistema en lugar de solo agregar un refrigerante al sistema que toma el calor del gas.
Tal enfriamiento activo ofrece mucho más potencial para aumentar la eficiencia.
Sin embargo, esto no es tan simple como parece, ya que habrá una pérdida de presión en un refrigerante, lo que deshará la eficiencia mejorada.
Esta pérdida de presión aumenta debido a la presencia de aceite en el gas, particularmente debido al hecho de que el aceite tiene una viscosidad más alta que el aire. La pérdida de presión dependerá de la cantidad de aceite en el gas: cuanto más aceite haya en el gas, mayor será la pérdida de presión en el refrigerante intermedio.
El documento WO 02/25115 describe un compresor de múltiples etapas con inyección de aceite y un refrigerante intermedio entre las dos etapas.
El objeto de la presente invención es proporcionar una solución a al menos una de las desventajas mencionadas anteriormente y otras al proporcionar un dispositivo compresor multietapa inyectado con aceite, en el que habrá una refrigeración activa para la cual la pérdida de presión mencionada anteriormente no será un problema.
El objeto de la presente invención es un dispositivo compresor multietapa inyectado con aceite que comprende al menos un elemento compresor de etapa de baja presión con una entrada y una salida y un elemento compresor de etapa de alta presión con una entrada y una salida, en la que la salida del elemento compresor de etapa de baja presión está conectada a la entrada del elemento compresor de etapa de alta presión mediante un conducto, con la característica de que en el conducto mencionado anteriormente entre el elemento compresor de etapa de baja presión y el elemento compresor de etapa de alta presión se proporciona un refrigerante intermedio y que el dispositivo compresor también está equipado con una restricción para limitar la cantidad de aceite inyectado en el elemento compresor de etapa de baja presión.
Una ventaja es que la restricción puede limitar la cantidad de aceite inyectado en el elemento compresor de etapa de baja presión.
Esto da como resultado que la pérdida de presión en el refrigerante intermedio sea limitada.
Por lo tanto, se lograrán todas las ventajas de la refrigeración activa del gas para la etapa de alta presión, sin o con solo una desventaja limitada de una pérdida de presión en el refrigerante intermedio.
La restricción se puede implementar de muchas maneras, como una constricción local en el conducto de suministro de petróleo correspondiente.
La restricción se realiza preferentemente mediante una válvula que puede regular la cantidad de aceite inyectado en el elemento compresor de etapa de baja presión, de modo que siempre se inyecte solo la cantidad mínima del aceite requerido y no más de lo necesario.
Esto limitará aún más la pérdida de presión mencionada anteriormente en el refrigerante.
Cuando las condiciones lo exigen, la válvula puede permitir que se inyecte más aceite para evitar el sobrecalentamiento. En todos los demás casos, es posible cambiar a la inyección mínima.
La presencia del refrigerante intermedio significa que se necesita menos aceite para la refrigeración, ya que el refrigerante intermedio puede hacerse cargo de parte de la refrigeración que anteriormente realizaba el aceite. Debido a que se necesita e inyecta menos aceite, la pérdida de presión en el refrigerante intermedio también será limitada.
Es posible que el dispositivo compresor esté equipado con un separador de aceite provisto en el conducto aguas arriba del refrigerante intermedio para separar el aceite.
La ventaja de esto es que puede garantizar que ningún, o prácticamente ningún, aceite ingrese al refrigerante intermedio, de modo que el problema de la pérdida de presión pueda eliminarse por completo.
Esto también da como resultado la posibilidad de separar cualquier condensado que se forme en el refrigerante intermedio.
Cuando el aceite no se separa antes del refrigerante intermedio, este condensado terminaría en el aceite y sería difícil separarlo.
La invención también se relaciona con un método para controla un dispositivo compresor multietapa inyectado con aceite que comprende al menos un elemento compresor de etapa de baja presión con una entrada y una salida y un elemento compresor de etapa de alta presión con una entrada y una salida, en la que la salida del elemento compresor de etapa de baja presión está conectada a la entrada del elemento compresor de etapa de alta presión mediante un conducto, con la característica de que en el conducto mencionado anteriormente entre el elemento compresor de etapa de baja presión y el elemento compresor de etapa de alta presión se proporciona un refrigerante intermedio y que el dispositivo compresor también está equipado con una restricción para limitar la cantidad de aceite inyectado en el elemento compresor de etapa de baja presión y con las características de que el método comprende las siguientes etapas:
- medir o determinar la potencia, la eficiencia o la temperatura en la salida del elemento compresor de etapa de baja presión;
- abrir, o abrir aún más, la válvula si la potencia, eficiencia o temperatura medida o determinada es superior a un valor predeterminado.
- cerrar, o cerrar aún más, la válvula si la potencia, eficiencia o temperatura medida o determinada es igual o menor que un valor predeterminado (T<máx.>).
Las ventajas de tal método son obviamente similares a las ventajas mencionadas anteriormente del dispositivo compresor multietapa inyectado con aceite.
Con la idea de demostrar mejor las características de la invención, se describe a continuación, como un ejemplo no exhaustivo, algunas modalidades preferidas de un dispositivo compresor multietapa inyectado con aceite de acuerdo con la invención y el método para controlar tal dispositivo compresor, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que: La Figura 1 muestra el esquema para un dispositivo compresor multietapa inyectado con aceite de acuerdo con la invención;
La Figura 1. El esquema para el dispositivo compresor multietapa inyectado con aceite 1 comprende dos etapas o "etapas" en este caso: una etapa de baja presión con un elemento compresor de etapa de baja presión 2 y una etapa de alta presión con un elemento compresor de etapa de alta presión 3.
Ambos elementos del compresor 2, 3 son, por ejemplo, elementos del compresor de tornillo, pero esto no es necesario para la invención.
Ambos elementos del compresor 2, 3 también están provistos de un circuito de aceite para la inyección de aceite en los elementos del compresor 2, 3. Para mayor claridad, estos circuitos de aceite no se muestran o solo se muestran parcialmente en la Figura.
El elemento compresor de etapa de baja presión 2 tiene una entrada 4a para gas y una salida 5a para gas comprimido.
La salida de gas 5a está conectada a la entrada 4b del elemento compresor de etapa de alta presión 3 a través de un conducto 6.
El elemento compresor de etapa de alta presión 3 también está equipado con una salida 5b, en la que la salida 5b está conectada a un separador de líquidos 7.
Es posible que la salida 8 de este separador de líquido 7 se conecte a un posrefrigerante.
Se incluye un refrigerante intermedio 9 en el conducto 6 mencionado anteriormente entre el elemento compresor de etapa de baja presión 2 y el elemento compresor de etapa de alta presión 3.
Dispositivo compresor 1. También está equipado con una restricción 10 para limitar la cantidad de aceite inyectado en el elemento compresor de etapa de baja presión 2.
En este caso, pero no necesariamente para la invención, esta restricción 10 se lleva a cabo con una válvula 10, que permitirá la regulación de la cantidad de aceite a inyectar.
Por supuesto, no se excluye que se aplique una restricción pasiva o no regulable 10 en lugar de una válvula 10, por ejemplo, en forma de un estrechamiento en el conducto en el punto donde generalmente se encuentra la válvula 10. La válvula 10 mencionada anteriormente puede ser una válvula regulable abierta-cerrada o una válvula regulable continuamente.
Se proporciona una unidad de control o regulador 11 para controlar o regular esta válvula 10.
En este caso, también se proporciona un sensor de temperatura 12 que puede determinar o medir la temperatura en la salida 5a del elemento compresor de etapa de baja presión 2. Este sensor 12 está conectado a la unidad de control o regulador 11 mencionado anteriormente.
También es posible utilizar un medidor de potencia o un medidor de eficiencia en lugar de un sensor de temperatura 12. En este caso, pero no necesariamente para la invención, el dispositivo compresor 1 está equipado con un separador de aceite 13, que se proporciona en el conducto 6 aguas arriba del refrigerante intermedio 9 para separar el aceite que se inyecta en el elemento compresor de etapa de baja presión 2.
También se proporciona un conducto de aceite 14 que se va desde este separador de aceite 13 hacia el elemento compresor de etapa de baja presión 2 para dirigir el aceite separado por el separador de aceite 13 a través de este conducto de aceite 14 al elemento compresor de etapa de baja presión 2 para ser inyectado en el elemento compresor de etapa de baja presión 2 allí.
Esto significa que este conducto de aceite. 14 va hacia la válvula 10 mencionada anteriormente.
Alternativamente, también es posible que este conducto de aceite 14 funcione desde el separador de aceite 13 hasta el separador de líquido 7 aguas abajo del elemento compresor de etapa de alta presión 3.
Esto se muestra esquemáticamente utilizando la línea de puntos 14a, que representa este conducto de aceite 14a. Tal conducto de aceite 14a guiará el aceite separado por el separador de aceite 13 a través de este conducto de aceite 14a al separador de líquido 7. No se excluye que una bomba de aceite 14b o similar se use para desplazar el aceite. En este caso, tanto un refrigerante de aceite 15 como un filtro 16 se proporcionarán en el conducto de aceite 14.
El filtro 16 puede filtrar cualquier impureza en el aceite antes de que el aceite se reinyecte en el elemento compresor 2. También se proporciona un conducto de retorno de aceite 17, que sale del separador de líquido 7 con una rama 17a al elemento compresor de etapa de alta presión 3 y una rama 17b al elemento compresor de etapa de baja presión 2. Como se puede ver en la Figura 1, el conducto de aceite 14 se une con la rama 17b en el punto P, por lo que el refrigerante de aceite 15 y el filtro 16 mencionados anteriormente se incluyen aguas arriba del punto P en el conducto de aceite 14. Naturalmente, este no es necesariamente el caso y tanto el refrigerante de aceite 15 como el filtro 16 se pueden incluir aguas abajo del punto P en el conducto de aceite 14, de modo que tanto el aceite del separador de líquido 7 como el aceite del separador de aceite 13 se enfríen y filtren mediante el refrigerante de aceite 15 y el filtro 16, respectivamente. Si se proporciona el conducto de aceite 14a, también puede estar provisto de un refrigerante de aceite 15 y un filtro 16. El funcionamiento del dispositivo compresor multietapa inyectado con aceite 1 es muy simple y es el siguiente: durante el funcionamiento, el gas comprimido, por ejemplo, aire, será aspirado a través de la entrada 4a del elemento compresor de etapa de baja presión 2 y se someterá a una primera etapa de compresión.
El gas parcialmente comprimido. fluirá a través del conducto 6 al refrigerante intermedio 9, donde se refrigerará y luego fluirá a la entrada 4b del elemento compresor de etapa de alta presión 3, donde se someterá a una compresión posterior. El aceite se inyectará tanto en la etapa 2 de baja presión como en el elemento compresor 3 de la etapa de alta presión, lo que garantizará la lubricación y la refrigeración de los elementos 2, 3 del compresor.
El gas comprimido saldrá del elemento compresor de etapa de alta presión 3 a través de la salida 5b y será guiado al separador de aceite 7.
El aceite inyectado se separará y el gas comprimido posiblemente pueda ser guiado a un posrefrigerante antes de ser enviado a los consumidores.
Para garantizar que no haya una gran pérdida de presión en el refrigerante intermedio 9, la válvula 10 será controlada por la unidad de control 11 de modo que la de temperatura T<saiida>en la salida 5a del elemento compresor de etapa de baja presión 2 permanezca por debajo de un valor específico T<máx.>.
Para ello, el primer paso será determinar la temperatura T<salida>.
Esta de temperatura T<salida>se medirá en este caso directamente con el sensor 12.
Sin embargo, está claro que hay otras formas de determinar esta T<salida>. Por ejemplo, también se puede determinar o calcular a partir de la temperatura después del refrigerante intermedio 9 o en función de los parámetros ambientales y las condiciones de trabajo del elemento compresor de etapa de baja presión 2.
El método para controlar la válvula 10 es además el siguiente:
- apertura o apertura adicional de la válvula 10 si la T<salida>medida o determinada es mayor que un valor predeterminado T<máx.>,
- cierre o cierre adicional de la válvula 10 si la temperatura T<salida>medida o determinada es igual o menor que un valor predeterminado T<máx.>.
De esta manera, se puede inyectar aceite o aceite adicional cuando sea necesario para que la temperatura no aumente demasiado.
En momentos en que la temperatura es lo suficientemente baja, la inyección de aceite puede reducirse o detenerse nuevamente.
Si la válvula 10 es una válvula abierta-cerrada, el aceite se inyectará o no.
Si la válvula 10 se puede regular continuamente, el caudal del aceite se puede ajustar con precisión para cumplir con el requisito actual.
Esta capacidad de regulación garantiza que siempre se obtenga una inyección mínima de aceite.
Aunque la regulación de la válvula 10 en el ejemplo descrito anteriormente se lleva a cabo en función de la<salida>de temperatura T<salida>, no se excluye que el control se base en la potencia o la eficiencia.
En tales casos, la válvula 10 será controlada por la unidad de control 10 de modo que la potencia o eficiencia permanezca por encima de un cierto valor P<máx.>o E<máx.>, para garantizar que no haya una gran pérdida de presión en el refrigerante intermedio 9.
Además del control de la válvula 10, el método en este caso también incluirá la etapa de separar el aceite aguas abajo del elemento compresor de etapa de baja presión 2 y aguas arriba del refrigerante intermedio 9 con la ayuda del separador de aceite 13.
Este aceite separado se descargará al elemento compresor de etapa de baja presión 2 a través del conducto de aceite 14.
El conducto de aceite 14 se encontrará con la rama 17b del conducto de retorno 17 en el punto P para ir a la válvula 10 y, en última instancia, al elemento compresor de etapa de baja presión 2.
Alternativamente, si el dispositivo compresor 1 está equipado con un conducto de aceite 14a, el método puede incluir la etapa de separar el aceite aguas abajo del elemento compresor de etapa de baja presión 2 y aguas arriba del refrigerante intermedio 9 usando el separador de aceite 13 y posteriormente bombearlo al separador de líquido 7 aguas abajo del elemento compresor de etapa de alta presión 3.
Debido a este paso adicional, incluso el aceite inyectado mínimo en el elemento compresor de etapa de baja presión 2 se eliminará del gas, de modo que haya una pérdida de presión mínima en el refrigerante intermedio 9.
De esta manera, el gas siempre se puede refrigerar activamente con el refrigerante intermedio 9 antes de pasar al elemento compresor de etapa de alta presión 3 sin que esto vaya acompañado de una pérdida de presión significativa y, por lo tanto, una pérdida de eficiencia.
El aire refrigerado activamente se comprimirá aún más en el elemento compresor de etapa de alta presión 3 con un rendimiento mucho mayor que cuando no está presente el refrigerante intermedio 9.
Otro aspecto de la invención es que el dispositivo compresor solo está provisto del separador de aceite 1.3 con un conducto de aceite adicional 14 o 14a y no con la válvula 10 que regula la inyección de aceite.
En este caso, por lo tanto, no habrá una inyección mínima de aceite, sino que solo todo el aceite inyectado en el elemento compresor de etapa de baja presión 2 será separado por el separador de aceite 13 antes de que el gas sea conducido al refrigerante intermedio 9.
La presente invención no se limita de ninguna manera a las modalidades descritas como ejemplos y mostradas en las figuras, sino que se puede lograr un dispositivo compresor de múltiples etapas inyectado con aceite de acuerdo con la invención, y un método para controlar tal dispositivo compresor siguiendo diferentes variantes sin ir más allá del alcance de la invención.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. - Un dispositivo compresor multietapa inyectado con aceite que al menos uno comprende un elemento compresor de etapa de baja presión (2) con una entrada (4a) y una salida (5a) y un elemento compresor de etapa de alta presión (3) con una entrada (4b) y una salida (5b), en la que la salida (5a) del elemento compresor de etapa de baja presión (2) está conectada a la entrada (4b) del elemento compresor de etapa de alta presión (3) a través de un conducto (6), en el conducto mencionado anteriormente (6) entre el elemento compresor de etapa de baja presión (2) y el elemento compresor de etapa de alta presión (3) se proporciona un refrigerante intermedio (9), caracterizado porque el dispositivo compresor (1) también está equipado con una restricción (10) para limitar la cantidad de aceite inyectado en el elemento compresor de etapa de baja presión (2), y que el dispositivo compresor (1) está equipado con un separador de aceite (13) que se proporciona en el conducto (6) aguas arriba del refrigerante intermedio (9) para separar aceite.
2. - Dispositivo compresor multietapa inyectado con aceite de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la restricción (10) es una válvula (10).
3. - Dispositivo compresor multietapa inyectado con aceite de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la válvula (10) es una válvula regulable abierta-cerrada.
4. - Dispositivo compresor multietapa inyectado con aceite de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la válvula (10) es una válvula continuamente regulable.
5. - Dispositivo compresor multietapa inyectado con aceite de acuerdo con una de las reivindicaciones mencionadas anteriormente, caracterizado porque el dispositivo compresor (1) está equipado con un conducto de aceite (14) que va desde el separador de aceite (13) hasta el elemento compresor de etapa de baja presión (2).
6. - Dispositivo compresor multietapa inyectado con aceite de acuerdo con una de las reivindicaciones mencionadas anteriormente, caracterizado porque el dispositivo compresor (1) está equipado con un conducto de aceite (14a) que va desde el separador de aceite (13) hasta un separador de líquido (7) que se proporciona aguas abajo del elemento compresor de etapa de alta presión (3).
7. - Dispositivo compresor multietapa inyectado con aceite de acuerdo con la reivindicación 5 o 6, caracterizado porque se proporciona un refrigerante de aceite (15) y/o un filtro (16) en el conducto de aceite (14, 14a) mencionado anteriormente.
8. - Dispositivo compresor multietapa inyectado con aceite de acuerdo con una de las reivindicaciones mencionadas anteriormente, caracterizado porque el dispositivo compresor (1) está equipado además con una unidad de control o regulador (11) para regular o controlar la restricción (10) o válvula (10) de modo que la temperatura (T<salida>) en la salida (5a) del elemento compresor de etapa de baja presión (2) permanezca por debajo de un valor específico (T<máx.>) o que la potencia se minimice o que la eficiencia se maximice.
9. - Dispositivo compresor multietapa inyectado con aceite de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque el dispositivo compresor (1) está equipado con un sensor de temperatura (12) que mide directamente la temperatura (T<salida>) en la salida (5a) del elemento compresor de etapa de baja presión (2) o porque esta temperatura (T<salida>) se deriva de otros parámetros.
10. - Método para controlar un dispositivo compresor multietapa inyectado con aceite (1) que comprende al menos un elemento compresor de etapa de baja presión (2) con una entrada (4a) y una salida (5a) y un elemento compresor de etapa de alta presión (3) con una entrada (4b) y una salida (5b), en la que la salida (5a) del elemento compresor de etapa de baja presión (2) está conectada a la entrada (4b) del elemento compresor de etapa de alta presión (3) a través de un conducto (6), se proporciona un refrigerante intermedio (9) entre el elemento compresor de etapa de baja presión (2) y el elemento compresor de etapa de alta presión (3) en el conducto mencionado anteriormente (6) y caracterizado porque el dispositivo compresor (1) también está equipado con una restricción (10) para limitar la cantidad de aceite inyectado en el elemento compresor de etapa de baja presión (2) y que el método comprende las siguientes etapas:
- medir o determinar la potencia, eficiencia o temperatura (T<salida>) en la salida (5a) del elemento compresor de etapa de baja presión (2);
- abrir o abrir aún más la válvula (10) si la potencia, eficiencia o temperatura medida o determinada (T<salida>) es mayor que el valor predeterminado (T<m á x>);
- cerrar o cerrar aún más la válvula (10) si la potencia, eficiencia o temperatura medida o determinada (T<salida>) es igual o menor que el valor predeterminado (T<m á x>);
- separar el aceite aguas abajo del elemento compresor de la etapa de baja presión (2) y aguas arriba del refrigerante intermedio (9).
11. - Método de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque el método comprende las siguientes etapas: - descargar el aceite separado al elemento compresor de la etapa de baja presión (2).
12. - Método de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque el método comprende las siguientes etapas: - bombear el aceite separado a un separador de líquido (7) aguas abajo del elemento compresor de etapa de alta presión (3).
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