專利名稱：壓縮機組的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于對氣體進行壓縮，尤其用于操縱如用于建筑工業中的風動設備之類的非穩定壓力氣體消耗裝置的壓縮機組。
壓縮機工程在重新利用工作過程內或工作過程外的廢熱以便改善能量平衡，由此獲得較高的總效率方面曾有過許多償試。
DE2912190A1公開了一種用于產生壓縮氣體的結構布置，這種布置將多缸往復式活塞內燃機的排氣口連接到廢氣渦輪增壓器的驅動部分上。由廢氣渦輪增壓器的新鮮空氣壓縮機吸入并壓縮的空氣通過中間冷卻器輸送到內燃機的吸氣口內。在該中間冷卻器的下游端，一條管道從通到內燃機的歧管上分出并通到一個小的往復式壓縮機的吸氣口上。該小的往復式壓縮機除非需要，否則是關閉著的，因此它不是內燃機供給能量的恒定消耗裝置。往復式壓縮機的壓力管道與機動車上被輸入壓縮空氣的普通類型的配件相連接，例如制動器、氣壓式減震組件，車門鎖緊系統等。因此，借助這種結構布置，往復式壓縮機能夠提供更多的定壓壓縮空氣，由此縮短了其運轉周期。
已知還有一種通過內燃機操縱壓縮機以提供高溫高壓氣體的方法(EP0248640A1)，在這種方法中，內燃機的廢熱被用來提高壓縮氣體的溫度。這樣，盡管改善了總效率，但這種運轉模式僅局限于特定的應用情況，而不適用于一般要加以冷卻的壓縮氣體。
此外，已知還有一種多級壓縮機，該壓縮機包括插置于其各壓縮級之間并形成熱泵的一個整體部件的冷卻器(DE3134844A1)。在這種情況下，工作過程中所產生的壓縮熱轉化成外部使用的熱。內部則并不使用這樣提供的熱。雖然這樣確實改善了該壓縮機結構布置的能量平衡，但是仍需要外部過程來真正利用該再生能量。以這種形式改善效率對最初所指定類型的獨立壓縮機并不方便。
本發明的目的在于改善壓縮機結構布置的總效率，尤其是改善車輛壓縮機組的總效率。總效率是指所需驅動能量與在預定壓力比下壓縮的氣體量之比。
為實現本發明的目的而提出的一種用于產生壓縮氣體，尤其是壓縮空氣的壓縮機組，它包括一個內燃機，一個插裝在一吸氣管道和一壓力管道之間的壓縮機，該壓縮機由該內燃機通過其輸出的基本上全部的機械能加以驅動，和至少一個廢氣渦輪增壓器，該增壓器包括一個驅動部分和一個壓縮部分，該驅動部分連接到該內燃機的一條排氣管上，其特征在于該廢氣渦輪增壓器的壓縮部分安裝在該壓縮機的所述管道之中至少一個上。
在上述壓縮機組中，還可將兩個廢氣渦輪增壓器的驅動部分串接在該內燃機的排氣管中，使該內燃機的廢氣能先流過一個設置在該壓縮機的壓力管道中進行次級壓縮的廢氣渦輪增壓器的驅動部分，然后流過一個設置在該壓縮機的吸氣管道中進行初級壓縮的廢氣渦輪增壓器的驅動部分。
在上述壓縮機組中，還可在所述每個廢氣渦輪增壓器和該壓縮機之間各裝有一個中間冷卻器。
由此可見本發明涉及任何一種由內燃機驅動的壓縮機，其中由內燃機排出的廢氣中所包含的能量在至少一個廢氣渦輪增壓器中對壓縮氣體進行初級和/或次級壓縮。
所述壓縮機可以是任何一種適合于對氣體進行壓縮的壓縮機。這種壓縮機最好包括具有一可變壓力室的所有壓縮機，例如往復式活塞壓縮機和螺旋槳壓縮機，但也包括根據不同的壓縮原理運轉的所有壓縮機，例如渦輪壓氣機。所述內燃機是往復式活塞發動機，例如柴油機和汽油機，還包括各類將液體或氣體燃料中所貯存的化學能轉化為機械能并將此機械能幾乎全部地輸給壓縮機的旋轉活塞發動機和燃氣輪機。待壓縮的氣體特指空氣，亦可為其它任何適合壓縮的氣體介質。適用的中間冷卻器是各類通常提供來對氣體，尤其是空氣進行冷卻的熱交換器。所用的冷卻劑可以是環境空氣或任何其它適合于在開系統或閉系統中致冷的介質。適用的渦輪增壓器特指那些包括壓縮機徑向推進器和渦輪部分的渦輪增壓器，但任何其它的廢氣渦輪增壓器也可以在較高的運行率下與多級設計一起使用，如具有軸向液力變矩器的渦輪。
根據本發明，至少一個廢氣渦輪增壓器與一個本身為已知的壓縮機聯系起來，該壓縮機由一個內燃機驅動并通過一個過濾器和一條吸氣管道獲得待壓縮的氣體，并將該氣體通過一條壓力管道輸入一個壓力箱中。廢氣渦輪增壓器安裝在該壓縮機的上游和/或下游以便有選擇地進行初級和/或次級壓縮，它由內燃機的廢氣操動，該內燃機將其所產生的幾乎所有的機械能傳輸給該壓縮機。但這并不排除內燃機可能會將其產生的機械能的一小部分供給潤滑油泵之類的附件。
使待壓縮的氣體受到初級和次級兩次壓縮是特別有利的。這樣會因為每個獨立的壓縮級具有較低的壓縮比而提供甚至更好的總效率。而且，通過提供在各獨立壓縮級之間起中間冷卻器作用的相應的熱交換器還可進一步提高總效率。這樣，由于壓縮氣體的溫度得到降低，使壓縮機組的能量需要也隨之減小。
以下參照附圖對本發明的實施例進行更加詳細的描述，其中

圖1是本發明壓縮機組的基本線圖;
圖2示出了一個包含有一個安排在壓縮機上游的廢氣渦輪增壓器的壓縮機組;
圖3示出了如圖2所示的壓縮機組，其中插裝有一個中間冷卻器;
圖4示出了一個包含有一個安排在壓縮機下游的廢氣渦輪增壓器的壓縮機組;
圖5示出了如圖4所示的壓縮機組，其中插裝有一個中間冷卻器;
圖6示出了一個在壓縮機上游和下游兩處安裝有廢氣渦輪增壓器的壓縮機組;
圖7示出了如圖6所示的壓縮機組，其中插裝有一個中間冷卻器;
圖8示出了如圖6所示的壓縮機組，其中插裝有二個中間冷卻器;
圖9示出了一個具有特殊的廢氣傳導方式的壓縮機組。
各附圖所示的工作原理圖僅僅包含壓縮機結構布置的主要結構部件中的少數幾個，以圖示出了對本發明是必要的那些元件。操作壓縮機所需要的其它結構件及次組件與本發明無關，需要時可以加上，而不會對本發明的實質產生任何影響。
如圖1所示，一個壓縮機50連接到一個本身為已知的內燃機40上。此壓縮機適合于吸收該內燃機輸出的全部機械能，或其中絕大部分機械能，以便將此能量轉化為壓縮功。該壓縮機在其入口和出口之間產生有壓差P2。內燃機40的排氣口由一個排氣管30連接到一個廢氣渦輪增壓器20上。另一個排氣管32排出膨脹的廢氣。廢氣渦輪增壓器20的壓縮部分生產壓差P1。這樣就保證內燃機40的機械能及內燃機40的廢氣能量能分別利用壓縮機50和廢氣渦輪增壓器20轉化為壓差。因此，由于串聯壓縮級的結構布置，壓縮機組的總壓差等于各級壓差的總和，在本例中即為P1和P2之和。各壓縮級的順序原則上沒有什么影響。
對于一種給定的壓縮機結構布置，需要確定的能量來產生預定的壓差，而這部分能量可以看作內燃機40輸出的恒定能量。在內燃機40單位時間轉化的能量額定的情況下，本發明壓縮機組的總效率要比已知壓縮機組的總效率高，因為前者具有較大的壓縮比。這樣就可以利用所產生的廢熱使處理過程得益。
從圖2中可看出，待壓縮的氣體在過濾器10中加以過濾并由一個廢氣渦輪增壓器21通過吸氣管道60吸入。接著，得到增壓的氣體通過一條壓力管道70輸入壓縮機50。內燃機40的作用是驅動該機縮機50。由內燃機40排出的廢氣通過排氣管30輸入廢氣渦輪增壓器21，然后通過排氣管32排出。經壓縮的氣體從壓縮機50通過一條壓力管道70輸入一個由一安全閥81控制的壓力箱80內。壓縮氣體再從該壓力箱80通過一條壓力管道75，經一個保壓止回閥82，再通過一條壓力管道76輸至各排放口83處。圖3此外還示出了一個插裝在廢氣渦輪增壓器21和壓縮機50之間的中間冷卻器90。該中間冷卻器90對增壓的氣體進行冷卻，以降低壓縮機組的動力需求。中間冷卻器90通過一條壓力管道71與壓縮機50連通。
如圖4所示，一個廢氣渦輪增壓器22設置在壓縮機50的上游以使離開壓縮機50的氣體流受到進一步或次級壓縮。廢氣渦輪增壓器22的驅動部分通過一條排氣管31與內燃機40的排氣口連通。廢氣通過一條排氣管33膨脹排出。該廢氣渦輪增壓器22由一條壓力管道74連接到壓力箱80上。以圖5中可以看出，此外在壓縮機50下游安裝有一個中間冷卻器91以便減小壓縮機組的動力需要，其原理類似于圖3。該中間冷卻器91通過一條壓力管道73與廢氣渦輪增壓器22連通。
圖6示出了一個壓縮機組，其中廢氣渦輪增壓器21和22分別設置在壓縮機50的上下游位置。圖7示出了另一種壓縮機組，它包括一個設置在第一廢氣渦輪增壓器21下游處的中間冷卻器90以便減小輸入功率，其原理類似于圖6。除了圖7所示之外，圖8還示出在壓縮機50的下游設有一個中間冷卻器91以便進一步減小輸入壓縮機內的總輸入功率。如有必要，可以加上一些部件來排除中間冷卻器90和91產生的冷凝物。
圖9示出了一種壓縮機組，它包括兩個串接在驅動端處的廢氣渦輪增壓器21和22。在這種情況下內燃機40排出的廢氣先輸到下游處的廢氣渦輪增壓器22的驅動端。在廢氣渦輪增壓器22中，廢氣產生部分膨脹，然后通過排氣管30輸入上游處的廢氣渦輪增壓器21的驅動端。在廢氣渦輪增壓器21中，廢氣產生進一步膨脹，然后通過排氣管32排出。這種結構布置的好處在于對進行次級壓縮并因此而做更多功的廢氣渦輪增壓器22直接供給高能的廢氣，而沒有任何旁路損失。接著廢氣經過部分膨脹得到進一步的利用，即驅動廢氣渦輪增壓器21。
權利要求
1.一種用于產生壓縮氣體，尤其是壓縮空氣的壓縮機組，它包括一個內燃機(40)，一個插裝在一吸氣管道(60，70，71)和一壓力管道(72，73，74)之間的壓縮機(50)，該壓縮機(50)由內燃機(40)通過其輸出的基本上全部的機械能加以驅動，和至少一個廢氣渦輪增壓器(20，21，22)，該增壓器包括一個驅動部分和一個壓縮部分，該驅動部分連接到該內燃機(40)的一條排氣管(30，32；31，33)上，其特征在于該廢氣渦輪增壓器(20，21，22)的壓縮部分安排在該壓縮機(50)的所述管道(60，70，71；72，73，74)之中至少一個上。
2.如權利要求1所述的壓縮機組，其特征在于兩個廢氣渦輪增壓器(21，22)的驅動部分串接在該內燃機(40)的排氣管(30，32;31，33)中，使該內燃機(40)的廢氣能先流過一個設置在該壓縮機(50)的壓力管道(72，73，74)中進行次級壓縮的廢氣渦輪增壓器(22)的驅動部分，然后流過一個設置在該壓縮機(50)的吸氣管道(60，70，71)中進行初級壓縮的廢氣渦輪增壓器(21)的驅動部分。
3.如權利要求1或2所述的壓縮機組，其特征在于在所述每個廢氣渦輪增壓器(21，22)和該壓縮機(50)之間各裝有一個中間冷卻器(90，91)。
全文摘要
一種用于產生壓縮氣體，尤其是壓縮空氣的壓縮機組，它包括一內燃機；一插裝在一吸氣管道和一壓力管道間的壓縮機，該壓縮機由內燃機通過其輸出的基本上全部的機械能加以驅動；和至少一廢氣渦輪增壓器，該增壓器包括一驅動部分和一壓縮部分，該驅動部分連接到內燃機的一條排氣管上；其特征在于壓縮部分安排在所述管道中至少一個上。還可將兩個廢氣渦輪增壓器的驅動部分串接在內燃機的排氣管中，以使廢氣先后流過進行次級和初級壓縮的驅動部分。還可在各增壓器和壓縮機之間各裝有一中間冷卻器。
文檔編號F24J3/00GK1068396SQ9210586
公開日1993年1月27日 申請日期1992年7月10日 優先權日1991年7月10日
發明者哈羅德·文策爾 申請人:哈羅德·文策爾