КОМПРЕССОРНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ЕГО РАБОТЫ
COMPRESSOR DEVICE AND OPERATION METHOD THEREOF

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к компрессорному устройству.
Более конкретно, данное изобретение относится к компрессорному устройству, которое по меньшей мере снабжено винтовым компрессором с камерой сжатия, которая образована корпусом компрессора, в которой смонтированы с возможностью вращения пара находящихся в зацеплении роторов компрессора, приводным двигателем, который снабжен камерой двигателя, образованной корпусом двигателя, в которой смонтирован с возможностью вращения вал двигателя, который приводит во вращение по меньшей мере один из вышеупомянутых двух роторов компрессора, впускным отверстием в винтовой компрессор для подачи воздуха, выпускным отверстием из винтового компрессора для выпуска сжатого воздуха, и которое присоединено к сосуду высокого давления (ресиверу) через выпускной трубопровод, выпускным отверстием для воздуха из сосуда высокого давления для подачи сжатого воздуха из сосуда высокого давления потребителю, и системой управления для управления одним или несколькими потоками жидкости или газа в пневматическом блоке, причем вышеупомянутая система управления снабжена впускным клапаном на впускном отверстии винтового компрессора и краном или клапаном для закрытия и открытия выпускного отверстия для воздуха сосуда высокого давления.
Уровень техники
Такие компрессорные устройства уже известны, однако они имеют ряд недостатков или открыты для усовершенствования.
В действительности, в большинстве хорошо известных таких компрессорных устройств винтовой компрессор приводится в движение с постоянной скоростью вращения отдельным приводным электродвигателем, питание которого осуществляется непосредственно от сети электропитания.
Чтобы иметь возможность регулировать воздушный поток через винтовой компрессор, на впускном отверстии таких известных винтовых компрессоров предусмотрен впускной клапан.
Этот впускной клапан также действует для ограничения требуемого вращающего момента, который должен обеспечиваться приводным электродвигателем при запуске винтового компрессора, при этом для ограничения требуемого пускового момента впускной клапан закрывают во время запуска.
С другой стороны, в таких известных компрессорных устройствах после того, как винтовой компрессор остановится, сжатый воздух, накачанный в сосуд высокого давления (ресивер) винтовым компрессором, просто выпускается, опять же с целью ограничения пускового момента, насколько это возможно, при последующем повторном запуске винтового компрессора.
Запуск с камерой сжатия винтового компрессора, находящейся под давлением, потребовало бы очень высокого вращающего момента от приводного электродвигателя в таких компрессорных устройствах с приводом с постоянной скоростью.
Если бы вышеупомянутые меры не были предприняты, то приводной электродвигатель был бы не способен развивать достаточный вращающий момент во время запуска, или сеть электропитания была бы не способна подавать необходимый пусковой ток для обеспечения высокого пускового вращающего момента.
Существенный недостаток этих известных компрессорных устройств заключается в том, что очень много энергии теряется из-за сжатого воздуха, уже запасенного в сосуде высокого давления, и теряется из-за сжатого воздуха, находящегося в винтовом компрессоре, после того как компрессор остановится.
В другом известном усовершенствованном типе компрессорного устройства решение вышеупомянутых недостатков отчасти обеспечивается путем оборудования винтового компрессора приводом с регулируемой скоростью.
В этом известном типе компрессорного устройства воздушный поток через винтовой компрессор регулируют путем регулирования скорости вращения приводного электродвигателя, так чтобы никакой впускной клапан не требовался для этой цели.
Кроме того, когда осуществляют запуск винтового компрессора в таком известном компрессорном устройстве, можно также воспользоваться электронным контроллером для реализации более высокого пускового вращающего момента или для ограничения пускового тока, потребляемого из сети электропитания.
Дополнительное преимущество применения такого электронного контроллера заключается в том, что сжатый воздух в сосуде высокого давления не обязательно надо сбрасывать, когда винтовой компрессор остановится, поскольку значительный вращающий момент может быть развит при запуске для преодоления повышенного давления в сосуде высокого давления.
Подобным образом можно обеспечить, что, когда винтовой компрессор остановится, теряется меньше энергии, чем в случае известных компрессорных устройств с приводом с постоянной скоростью.
Однако, чтобы иметь возможность реализовать это, в блоке прежде всего необходимо обеспечить невозвратный (обратный) клапан в выпускном трубопроводе между выпускным отверстием винтового компрессора и сосудом высокого давления для предотвращения той ситуации, когда сжатый воздух, присутствующий в сосуде высокого давления, расширяется и вытекает через выпускной трубопровод после того, как винтовой компрессор был остановлен, под влиянием перепада давления между сосудом высокого давления и камерой сжатия винтового компрессора или давлением окружающей среды.
Кроме того, в случае винтовых компрессоров с впрыском масла сепаратор масла обычно предусматривается в сосуде высокого давления, в котором масло отделяется от потока сжатого воздуха, вытекающего из винтового компрессора, и направляется назад в винтовой компрессор через обратный маслопровод, прикрепленный между сосудом высокого давления и винтовым компрессором.
В таком случае, когда винтовой компрессор останавливают, необходимо предотвратить протекание отделенного масла, имеющегося в сосуде высокого давления, обратно в винтовой компрессор, поскольку в противном случае это привело бы к избытку масла в винтовом компрессоре и могло бы также затруднить последующий запуск винтового компрессора.
Следовательно, в известных компрессорных устройствах типа, обсужденного выше, обратный клапан всегда должен быть обеспечен в обратном маслопроводе.
Недостаток вышеупомянутых обратных клапанов заключается в том, что они приводят к большим потерям на трение.
Кроме того, объем сжатого воздуха в самом винтовом компрессоре всегда теряется, когда винтовой компрессор останавливают, поскольку этот сжатый воздух может вытекать через впускное отверстие винтового компрессора.
Герметичное закупоривание впускного отверстия с помощью впускного клапана с намерением оставить винтовой компрессор под давлением, когда его останавливают, не обеспечивает здесь никакого решения проблемы.
Чтобы иметь возможность приводить в движение роторы компрессора, в известных компрессорных устройствах обычно вал электродвигателя непосредственно или косвенно, например, через приводной ремень или зубчатую шестеренную передачу, присоединен к валу ротора одного из роторов компрессора.
При этом вал ротора компрессора, о котором идет речь, необходимо должным образом уплотнить, что весьма нелегко.
В действительности, определенное давление, обеспечиваемое винтовым компрессором, преобладает в корпусе сжатия, который необходимо изолировать от других секций компрессора, так чтобы они не находились под этим давлением, или от давления окружающей среды.
Для таких применений часто используют «контактное уплотнение».
Применение уплотненного впускного клапана после того, как винтовой компрессор остановится, привело бы, таким образом, к высокому риску возникновения утечек в уплотнении вала ротора.
Кроме того, последующий повторный запуск винтового компрессора, когда он находится под давлением, будет связано с высокими потерями вследствие трения, так что уплотнение может легко повреждаться.
Еще один недостаток известных компрессорных устройств относится к самому уплотнению винтового компрессора.
Вал ротора компрессора, о котором идет речь, вращается с очень высокими скоростями, так что такой тип уплотнения вызывает огромные потери энергии во время работы винтового компрессора, приводящие в результате к сниженному КПД винтового компрессора.
Кроме того, такое «контактное уплотнение» подвержено износу, и если оно не тщательно смонтировано, такое «контактное уплотнение» является очень чувствительным к возникновению утечек.
Еще один аспект известных компрессорных устройств описанного выше типа, который открыт для усовершенствования, заключается в том, что как приводной двигатель, так и винтовой компрессор должны быть снабжены смазкой и охлаждением, которые обычно состоят из отдельных систем и следовательно не приспособлены друг к другу, требуют ряда различных типов смазок и/или хладагентов, и следовательно являются сложными или дорогостоящими.
В добавление, в таких известных компрессорных устройствах с отдельными системами охлаждения для приводного двигателя и роторов компрессора возможности рекуперации потерянного (использованного) тепла, запасенного в хладагентах, оптимальным образом используются не полностью.
В еще одном известном примере, раскрытом в US 5,246,349 А, заявитель SULLAIR CORP US, представлена конфигурация компрессора, в котором электродвигатель с переменным удельным сопротивлением соединен с возможностью создания крутящего момента с ротором винтового компрессора, и в котором газ, проходящий через компрессор, принудительно сначала проходит через двигатель.
Раскрытие изобретения
Цель данного изобретения, таким образом, - обеспечить техническое решение для одного или нескольких из вышеуказанных недостатков и любых других недостатков.
Более конкретно, цель данного изобретения - обеспечить компрессорное устройство, в котором потери энергии минимизированы, и в частности, когда винтовой компрессор остановлен, потеря сжатого воздуха ограничена в как можно большей степени.
Кроме того, цель данного изобретения - реализовать компрессорное устройство, которое является надежным и простым, при этом риск износа и утечек сведен к минимуму, в котором смазка подшипников и охлаждение компонентов осуществляются с помощью очень простых средств, и в котором может быть достигнута улучшенная рекуперация возникающих потерь тепловой энергии.
С этой целью данное изобретение касается компрессорного устройства в соответствии с преамбулой п. 1 формулы изобретения, в котором корпус сжатия и корпус электродвигателя присоединены непосредственно друг к другу для образования корпуса компрессора, причем камера электродвигателя и камера сжатия не изолированы друг от друга, и причем выпускной трубопровод между сосудом высокого давления и винтовым компрессором не содержит запирающих средств, чтобы позволить потоку протекать через выпускной трубопровод в обоих направлениях.
При этом намерение заключается в том, чтобы поток через выпускной трубопровод трубу мог происходить насколько это возможно беспрепятственно, за исключением потерь на трение, причем ни при каких обстоятельствах не предусматриваются обратные клапаны или аналогичные элементы, которые позволяют потоку протекать только в одном направлении через выпускной трубопровод.
Первое большое преимущество такого винтового компрессора согласно данному изобретению заключается в том, что корпус компрессора образует единое целое пространство, состоящее из корпуса сжатия и корпуса электродвигателя, которые соединены непосредственно друг с другом, так что приводные средства роторов компрессора в виде приводного электродвигателя встроены непосредственно в винтовой компрессор.
Здесь следует отметить, что камера сжатия и камера электродвигателя не должны быть изолированы друг от друга, поскольку из-за непосредственного монтажа корпуса электродвигателя и корпуса сжатия друг к другу вал электродвигателя и один из роторов компрессора можно соединять полностью внутри границ корпуса компрессора, без необходимости проходить через секцию, которая находится под другим давлением, что является обычным в известных винтовых компрессорах, например, в которых вал электродвигателя присоединен к ротору компрессора, в которых секция соединительной муфты подвергается давлению окружающей среды.
Характерная особенность, заключающаяся в том, что такое уплотнение между камерой сжатия и камерой электродвигателя не является необходимым, образует значительное преимущество компрессорного устройства, выполненного согласно данному изобретению, поскольку достигается большая энергоэффективность винтового компрессора, чем в случае известных компрессорных устройств, и невозможен никакой износ такого уплотнения, и предотвращаются утечки, возникающие в результате некачественного монтажа такого уплотнения.
Еще один важный аспект винтового компрессора, выполненного согласно данному изобретению, заключается в том, что благодаря отсутствию уплотнения между камерой электродвигателя и камерой сжатия, получается закрытое единое пространство, которое является стойким к приложению долговременного высокого давления, без утечек, которые могут образовываться в уплотнении вала ротора компрессора, как это в действительности имеет место в случае известных компрессорных устройств.
В результате наличия повышенного давления, которое было образовано в камере сжатия и камере электродвигателя во время работы винтового компрессора, оно поддерживается после того, как винтовой компрессор остановится, поскольку это давление больше не является вредным, что согласно данному изобретению предпочтительно реализуется простым образом посредством использования нерегулируемого или саморегулирующегося впускного клапана, предпочтительно в виде обратного клапана.
Кроме того, повторный запуск винтового компрессора из вышеупомянутого состояния под давлением больше не является проблематичным, как это фактически имеет место в случае известных компрессорных устройств, поскольку никакие потери на трения не возникают в уплотнении на валу ротора, так как такое уплотнение больше не применяется.
Таким образом, достигается очень большая экономия энергии, поскольку останов винтового компрессора больше не связан со значительной потерей сжатого воздуха.
В добавление, это позволяет принимать решение об останове винтового компрессора более быстро, когда сжатый воздух, например, временно не требуется, поскольку повторный запуск может быть выполнен быстрее и требует меньше энергии, чем известные компрессорные устройства, по причине того, что давление уже имеется в сосуде высокого давления и камере сжатия, тогда как в случае известных компрессорных устройств в аналогичных обстоятельствах, в отличие от этого, будет зачастую решено управлять компрессором в нейтральном состоянии (без давления).
Это опять же означает большую экономию энергии.
В случае компрессорного устройства согласно данному изобретению необходимо обеспечить, что приводной электродвигатель был типа, который может выдерживать давление компрессора, так что должен использоваться специально приспособленный для этого приводной двигатель.
Чтобы иметь возможность реализовать вышеупомянутые преимущества согласно данному изобретению, лучше всего, если приводной электродвигатель выбран типа, который может генерировать достаточно высокий пусковой момент, чтобы запускать винтовой компрессор, когда камера сжатия находится под давлением компрессора.
Вкратце, возможности данного изобретения определяются в большой степени выбором хорошего приводного электродвигателя.
Еще одно преимущество компрессорного устройства, выполненного согласно данному изобретению, заключается в том, что выпускной трубопровод свободен от запирающих средств, благодаря чему предотвращаются потери на трение в обратных клапанах или аналогичных элементах.
Возможно и полезно конструировать компрессорное устройство без запирающих средств в выпускном трубопроводе, например, путем закрытия винтового компрессора на его впускном отверстии, используя саморегулирующийся впускной клапан и закрывая сосуд высокого давления на его выпускном отверстии для воздуха и выпускном отверстии для масла, причем герметически изолированное единое пространство получается с помощью выпускного трубопровода, состоящее из сосуда высокого давления, присоединенного к камере сжатия и камере электродвигателя с помощью выпускного трубопровода, благодаря чему это изолированное пространство находится более или менее под равномерным давлением.
Поскольку давление в вышеупомянутом герметично изолированном едином пространстве является одинаковым везде, отсутствует движущая сила, которая заставляет сжатый воздух и масло в сосуде высокого давления протекать обратно из сосуда высокого давления к винтовому компрессору, как это имеет место в случае известных компрессорных устройств, что, таким образом, позволяет не использовать обратные клапаны в выпускном трубопроводе.
Вкратце, интеграция приводного электродвигателя в винтовом компрессоре и неиспользование уплотнения на валу ротора обеспечивают значительное упрощение системы управления компрессорного устройства, благодаря чему получают большие преимущества экономии энергии в результате того, что нет необходимости выпускать сжатый воздух, и отсутствия возникновения потерь энергии в обратных клапанах в выпускном трубопроводе или обратном маслопроводе.
Еще один преимущественный аспект компрессорного устройства, выполненного согласно данному изобретению, заключается в том, что одинаковые смазки и хладагенты можно использовать очень простым образом как для приводного электродвигателя, так и для роторов компрессора, поскольку камера электродвигателя и камера сжатия не отделены друга уплотнением.
Согласно предпочтительному варианту реализации компрессорного устройства согласно данному изобретению винтовой компрессор предпочтительно снабжен текучей средой, например, маслом, с помощью которой как приводной электродвигатель, так и винтовой компрессор охлаждаются и/или смазываются.
Таким образом, конструкция компрессорного устройства согласно данному изобретению очень сильно упрощается, требуется меньшее число различных хладагентов и/или различных смазок, и единое пространство может быть в результате сконструировано дешевле.
Кроме того, характерно, что благодаря обеспечению циркуляции текучей среды в течение одного цикла как вдоль приводного электродвигателя, так и вдоль элементов компрессора для охлаждения компрессорного устройства, эта текучая среда подвергается большему изменению температуры, чем когда используются отдельные системы охлаждения для приводного электродвигателя и роторов компрессора.
В действительности, эта текучая среда может поглощать тепло как из приводного электродвигателя, так и из элементов компрессора, вместо тепла только от одного из этих двух компонентов.
Следствием этого является то, что тепло, запасенное в текучей среде, можно легче рекуперировать, чем когда текучая среда подвергается только малому изменению температуры.
Однако необходимо учитывать тот факт, что различные рабочие температуры необходимо будет выбирать для приводного электродвигателя или роторов компрессора.
Данное изобретение также относится к использованию вышеупомянутого компрессорного устройства, причем такое использование означает, что при запуске винтового компрессора никакое давление не образуется в сосуде высокого давления, впускной клапан открывается автоматически в результате работы винтового компрессора, и давление сжатия образуется в напорном клапане, и причем, кроме того, когда винтовой компрессор останавливают, обратный клапан на сосуде высокого давления автоматически закрывает выпускное отверстие для воздуха сосуда высокого давления, и причем впускной клапан также автоматически герметично закупоривает впускной трубопровод, так что после того, как винтовой компрессор остановится, как сосуд высокого давления, так и камера сжатия и камера электродвигателя винтового компрессора остаются под давлением сжатия.
Предпочтительно, согласно использованию компрессорного устройства согласно данному изобретению, когда осуществляют повторный запуск винтового компрессора, причем давление сжатия все еще присутствует в сосуде высокого давления, впускной клапан вначале закрывается, после чего впускной клапан открывается автоматически под действием эффекта всасывания, создаваемого вращением роторов компрессора.
Краткое описание чертежей
Предпочтительный вариант реализации компрессорного устройства согласно данному изобретению описан далее с помощью примера, без какого-либо ограничения, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 схематически показано компрессорное устройство согласно данному изобретению;
на фиг. 2 показан поперечный разрез, в более подробном виде, винтового компрессора компрессорного устройства, указанного условным обозначением F2 на фиг. 1.
Осуществление изобретения
Компрессорное устройство 1 согласно данному изобретению, показанное на фиг. 1, в первую очередь содержит винтовой компрессор 2, который показан более подробно на фиг. 2, причем этот винтовой компрессор 2 имеет камеру сжатия 3, которая образована корпусом сжатия 4.
В камере сжатия 3 смонтированы с возможностью вращения пара входящих в зацепление роторов компрессора, более конкретно первый ротор 5 компрессора и второй ротор 6 компрессора.
Эти роторы 5 и 6 компрессора имеют винтовой профиль 7, который закреплен вокруг вала ротора 5 и 6 компрессора, о котором идет речь, соответственно вала 8 ротора и вала 9 ротора.
При этом вал 8 ротора проходит вдоль первого осевого направления АА′, тогда как вал 9 ротора проходит вдоль второго осевого направления ВВ′.
Кроме того, первое осевое направление АА′ и второе осевое направление ВВ′ являются параллельными друг другу.
Кроме того, винтовой компрессор снабжен приводным двигателем 10.
Этот приводной двигатель 10 снабжен корпусом 11 двигателя, который прикреплен вблизи над корпусом сжатия 4, и внутренние стенки которого окружают камеру 12 двигателя.
В камере 12 двигателя смонтирован с возможностью вращения вал 13 приводного двигателя 10, и в показанном варианте осуществления данного изобретения этот вал 13 двигателя непосредственно присоединен к первому ротору 5 компрессора для приведения его во вращение, но это не обязательно должно быть именно так.
Вал 13 двигателя проходит вдоль третьего осевого направления СС′, которое в этом случае также совпадает с осевым направлением АА′ вала 8 ротора, так чтобы вал 13 двигателя был выровнен с ротором 5 компрессора, о котором идет речь.
Для присоединения вала 13 двигателя к ротору 5 компрессора один конец 14 вала 13 двигателя снабжен цилиндрической выемкой 15, в которую конец 16 вала 8 ротора, который расположен вблизи конца 17 низкого давления ротора 5 компрессора, может вставляться соответствующим образом.
Кроме того, вал 13 двигателя снабжен каналом 18, в который крепится болт 19, который ввинчивают во внутреннюю винтовую резьбу, обеспеченную в вышеупомянутом конце 16 вала 8 ротора.
Конечно же, существует множество других способов присоединения вала 13 двигателя к валу 8 ротора, которые не исключены из данного изобретения.
Альтернативно, в действительности не исключается, что винтовой компрессор 2 согласно данному изобретению конструируют таким образом, что вал 13 двигателя также образует вал 8 одного из роторов 5 компрессора, путем конструирования вала 13 электродвигателя и вала 8 ротора виде единой детали, так чтобы никаких соединительных средств не требовалось для соединения вала 13 двигателя и вала 8 ротора.
Кроме того, в примере, показанном на фиг. 1 и 2, приводной двигатель 10 представляет собой электродвигатель 10 с ротором 20 двигателя и статором 21 двигателя, причем более конкретно в показанном примере ротор 20 электродвигателя 10 снабжен постоянными магнитами 22 для генерации магнитного поля ротора, тогда как статор 21 двигателя снабжен электрическими обмотками 23 для генерации магнитного поля статора, которое включается и воздействует известным образом на магнитное поле ротора, чтобы вызвать вращение ротора 20 электродвигателя, однако другие типы приводных двигателей 10 не исключаются согласно данному изобретению.
Кроме того, имеется впускное отверстие 24, проходящее сквозь стенки корпуса сжатия 4 до камеры сжатия 3 для засасывания воздуха, например, воздуха из окружающей среды 25 или поступающего из предыдущей ступени компрессора, а также выпускное отверстие 26 для выпуска сжатого воздуха, например, к потребителю сжатого воздуха или в последующую ступень компрессора.
Камера сжатия 3 винтового компрессора 2, как известно, образована внутренними стенками корпуса сжатия 4, которые имеют форму, которая точно соответствует наружным контурам пары роторов 5 и 6 компрессора, чтобы всасывать воздух внутрь через впускное отверстие 24 во время вращения роторов 5 и 6 компрессора между винтовым профилем 8 и внутренними стенками корпуса сжатия 4 в направлении выпускного отверстия 26 и в результате сжимать воздух и повышать давление в камере сжатия 3.
Направление вращения роторов 5 и 6 компрессора определяет направление перемещения воздуха и тем самым также определяет, какой из каналов 24 и 26 будет действовать в качестве впускного отверстия 24 или выпускного отверстия 26.
Впускное отверстие 24 расположено, таким образом, на конце 17 низкого давления роторов 5 и 6 компрессора, тогда как выпускное отверстие 26 расположено вблизи конца 27 высокого давления роторов 5 и 6 компрессора.
Впускная труба 28, таким образом, присоединена к впускному отверстию 24 винтового компрессора 1, в котором имеется впускной клапан 29, который позволяет регулировать входящий поток подачи воздуха к винтовому компрессору 2.
Этот впускной клапан 29 образует часть системы управления 30, предназначенной для регулирования потоков жидкости и газа в компрессорном устройстве 1.
Выпускной трубопровод 31 присоединен к выпускному отверстию 26, которое ведет к сосуду высокого давления 32, который снабжен сепаратором 33 масла.
Сосуд высокого давления 32 имеет выпускное отверстие 34 для воздуха, предназначенное для подачи сжатого воздуха из сосуда высокого давления 32 к потребителю.
С этой целью трубопровод 35 потребителя, который может закрываться краном или клапаном 36, присоединен к выпускному отверстию 34 для воздуха сосуда высокого давления 32.
Этот кран или этот клапан 36 также образует часть вышеупомянутой системы управления 30 для регулирования потоков жидкости и газа в компрессорном устройстве 1.
Выпускное отверстие 34 для воздуха сосуда высокого давления 32 также оборудовано обратным клапаном 37.
Кроме того, секция 38 трубопровода 35 потребителя сконструирована в виде радиатора 38, который охлаждается с помощью принудительного воздушного потока окружающего воздуха 25, поступающего от вентилятора 39, конечно с целью охлаждения сжатого воздуха.
Имеется также выпускное отверстие 40 на сосуде высокого давления 32, на который прикреплен обратный маслопровод 41, который присоединен к корпусу 11 двигателя приводного двигателя 10 винтового компрессора 2.
Секция 42 обратного маслопровода 41 также сконструирована в виде радиатора 42, который охлаждается вентилятором 43.
В этом случае обходной (байпасный) трубопровод 44 также обеспечен в обратном маслопроводе 41, который присоединен в параллель вдоль секции обратного маслопровода 41 с радиатором 42, но это также не является строго обязательным.
С помощью одного или нескольких управляемых клапанов 45 текучая среда 46, такая как масло, может направляться через секцию 42 обратного маслопровода 41, для того чтобы охлаждать масло, например, во время нормальной работы винтового компрессора 2, или через обходной трубопровод 44, для того чтобы не охлаждать масло, как, например, во время запуска винтового компрессора 2.
Во время работы винтового компрессора 2 сжатый воздух, смешанный с маслом 46, который предпочтительно действует в качестве смазки и хладагента для винтового компрессора, выходит из винтового компрессора 2 через выпускное отверстие 26, причем эта смесь разделяется на два потока в сосуде высокого давления 32 с помощью сепаратора 33 масла, с одной стороны, выходной поток сжатого воздуха через выпускное отверстие 34 для воздуха, расположенное над сосудом высокого давления 32, и, с другой стороны, выходной поток текучей среды 46 или масла через выпускное отверстие 40, расположенное на дне сосуда высокого давления 32.
Управляемые клапаны 45 и даже сам сепаратор 33 масла могут также рассматриваться в качестве компонентов вышеупомянутой системы управления 30 для регулирования потоков жидкости и газа в компрессорном устройстве 1.
Важнейшей характерной особенностью данного изобретения является то, что корпус сжатия 3 и корпус 15 двигателя присоединены непосредственно друг к другу, в этом случае болтами 47, для образования корпуса 48 компрессора винтового компрессора 2, причем более конкретно камера 12 двигателя и камера сжатия 3 не изолированы герметично друг от друга.
В показанном примере корпус сжатия 4 и корпус 15 двигателя фактически сконструированы в виде отдельных частей корпуса 48 компрессора, которые более или менее соответствуют частям винтового компрессора 2, которые соответственно содержат внутри приводной двигатель 10 и роторы 5 и 6 компрессора.
Однако внимание привлекается здесь к тому факту, что корпус 11 двигателя и корпус сжатия 4 не обязательно должны быть сконструированы в виде таких отдельных частей, но точно также могут быть сконструированы в виде единого целого.
В качестве альтернативы не исключается, что корпус 48 компрессора конструируется из большего или меньшего числа частей, которые полностью или частично содержат внутри роторы 5 и 6 компрессора, или приводной двигатель 10, или вместе все эти компоненты.
Важнейшим для данного изобретения является то, что, в отличие от того, что имеет место в случае известных компрессорных устройств, никакое уплотнение не используется, которое отделяет камеру 12 двигателя и камеру сжатия 3 друг от друга, что только по этой причине, как объяснялось во введении, является значительным преимуществом винтового компрессора 2, выполненного согласно данному изобретению, из-за более низких потерь энергии, меньшего износа и меньшего риска образования утечек.
Поскольку камера 12 двигателя и камера сжатия 3 сконструированы в виде единого пространства, другие компоненты компрессорного устройства 1 согласно данному изобретению могут быть сконструированы проще, чем в случае известных компрессорных устройств.
Важной характерной особенностью компрессорного устройства 1 согласно данному изобретению является то, что выпускной трубопровод 31 между сосудом высокого давления 32 и винтовым компрессором 2 свободен от запирающих средств, чтобы обеспечить поток через выпускной трубопровод 31 в обоих направлениях, так чтобы этот поток мог предпочтительно осуществляться как можно более беспрепятственно, и потери на трение были в результате как можно более ограниченными.
Большое преимущество такого компрессорного устройства 1, выполненного согласно данному изобретению, заключается в том, что его система управления 30, предназначенная для регулирования потоков жидкости и газа в компрессорном устройстве 1, является намного более простой, чем у известных компрессорных устройств 1.
Говоря более конкретно, только впускной клапан 29 является необходимым для обеспечения правильной работы винтового компрессора 2.
Кроме того, более энергоэффективная работа может быть достигнута даже с этим одним клапаном 29.
В действительности, в случае компрессорного устройства 1, выполненного согласно данному изобретению, приводной двигатель 10 встроен в корпус 48 компрессора, причем камера 12 двигателя и камера сжатия 3 не изолированы герметично друг от друга, так что давление в сосуде высокого давления 32 и давление в камере сжатия 3, а также в камере 12 двигателя являются практически равными после того, как компрессор 2 остановится.
Соответственно, когда винтовой компрессор 2 остановлен, масло, имеющееся в сосуде высокого давления 32, не будет стремиться вытекать обратно в винтовой компрессор 2 и более конкретно в приводной двигатель 10, как это имеет место в случае известных винтовых компрессоров, при этом давление в приводном двигателе в общем случае равно давлению окружающей среды.
В случае известных винтовых компрессоров обратный клапан должен всегда быть обеспечен в обратном трубопроводе 41 для масла, что не обязательно в случае компрессорного устройства 1 согласно данному изобретению.
Аналогично, в случае известных компрессорных устройств обратный клапан обеспечивают в выпускном трубопроводе 31, чтобы предотвратить возможность вытекания сжатого воздуха, находящегося в сосуде высокого давления, через винтовой компрессор и впускное отверстие, когда винтовой компрессор остановлен.
В случае компрессорного устройства 1 согласно данному изобретению достаточно герметично закрыть впускное отверстие в винтовой компрессор 2 и закрыть выпускное отверстие 34 для воздуха из сосуда высокого давления 32, когда винтовой компрессор 2 остановлен, так чтобы как сосуд высокого давления 32, так и камера сжатия 3 и камера двигателя 12 оставались под давлением сжатия после того, как компрессорное устройство 1 остановится.
Предпочтительно, чтобы впускной клапан 29 согласно данному изобретению представлял собой саморегулирующийся обратный клапан 29, и саморегулирующийся обратный клапан был обеспечен на выпускном отверстии 34 для воздуха из сосуда высокого давления 32, так чтобы закрытие впускного отверстия 24 и выпускного отверстия 34 для воздуха, когда компрессорное устройство 1 остановлено, выполнялось автоматически без какого-либо вмешательства оператора или системы управления.
Это невозможно в случае известных компрессорных устройств, поскольку они всегда снабжены уплотнением, которое отделяет камеру двигателя и камеру сжатия друг от друга, обычно реализуемого с помощью уплотнения на вращающемся валу ротора.
Поддержание камеры сжатия под давлением в случае известных компрессорных устройств привело бы к повреждению этого уплотнения.
Преимущество компрессорного устройства 1, выполненного согласно данному изобретению, которое непосредственно связано с этим, заключается в том, что никакой или почти никакой сжатый воздух не теряется, когда винтовой компрессор 2 остановлен.
Будет понятно, что это образует важную экономию энергии.
Еще один аспект заключается в том, что вышеупомянутые дополнительные невозвратные (обратные) клапаны в обратном маслопроводе и в выпускном трубопроводе в известных компрессорных устройствах необходимо принудительно открывать во время работы, так что возникают большие потери энергии, которые не возникают в случае компрессорного устройства 1 согласно данному изобретению.
В дополнение, характерная особенность компрессорного устройства 1, выполненного согласно данному изобретению, заключающаяся в том, что камера 12 двигателя и камера сжатия 3 не изолированы друг от друга, также является очень преимущественной в сочетании с другой предпочтительной характерной особенностью компрессорного устройства 1 согласно данному изобретению, более конкретно заключающейся в том, что винтовой компрессор 2 представляет собой вертикальный винтовой компрессор 2, который обеспечивает другие важные технические преимущества, как будет продемонстрировано далее.
Вертикальный винтовой компрессор 2 здесь означает, что валы 8 и 9 роторов 5 и 6 компрессора, а также вал 13 приводного двигателя 10 во время нормальной работы винтового компрессора 1 проходят вдоль аксиальных (осевых) направлений АА′, ВВ′ и СС′, которые являются вертикальными или по меньшей мере очень сильно отклоняются от горизонтальной плоскости.
Согласно еще более предпочтительному варианту реализации компрессорного устройства 1 согласно данному изобретению, корпус сжатия 4, таким образом, образует основание 49 или нижнюю часть всего корпуса 48 винтового компрессора 2, тогда как корпус 11 двигателя образует головную часть 50 или верхнюю часть корпуса 48 компрессора.
Кроме того, концы 17 низкого давления роторов 5 и 6 компрессора предпочтительно представляют собой концы 17, которые являются ближайшими к головной части 50 корпуса 48 компрессора, а концы 27 высокого давления роторов 5 и 6 компрессора представляют собой концы 27, которые являются ближайшими к основанию 49 корпуса 48 компрессора, так что впускное отверстие 24 для всасывания воздуха и сторона низкого давления винтового компрессора 2 расположены выше, чем выпускное отверстие 24 для удаления сжатого воздуха.
Эта конфигурация особенно полезна для обеспечения простого охлаждения и первичной смазки приводного двигателя 10 и роторов 5 и 6 компрессора.
Компоненты винтового компрессора 2, которые наверняка необходимо смазывать и охлаждать, конечно же, представляют собой компоненты, которые вращаются, более конкретно роторы 5 и 6 компрессора, вал 13 двигателя, а также подшипники, с помощью которых эти компоненты поддерживаются в корпусе 48 компрессора.
Полезное расположение подшипников также показано на фиг. 2, поскольку оно позволяет конструировать вал 13 двигателя и вал 8 ротора и/или вал 9 ротора с ограниченной площадью поперечного сечения или по меньшей мере с меньшей площадью поперечного сечения, чем это обычно имеет место в случае известных винтовых компрессоров аналогичного типа.
В этом случае валы 8 и 9 роторов, таким образом, поддерживаются на обоих концах 12 и 13 подшипником, тогда как вал 13 двигателя также поддерживается подшипниками на его конце 51 на головной стороне корпуса 48 компрессора.
Говоря более конкретно, роторы 5 и 6 компрессора поддерживаются аксиально и радиально в корпусе 48 компрессора подшипниками на их конце 27 высокого давления, с помощью ряда выходных подшипников 52 и 53, в этом случае соответственно цилиндрическим подшипником или игольчатым роликовым подшипником 52 в сочетании с шариковым подшипником 53 с глубоким желобом.
С другой стороны, на их конце 17 низкого давления роторы 5 и 6 компрессора поддерживаются только радиально в корпусе 48 компрессора подшипниками с помощью входного подшипника 54, который в этом случае также представляет собой цилиндрический подшипник или игольчатый роликовый подшипник 54.
И наконец, на конце 50, противоположном приводимому в движение ротору 5 компрессора, вал 13 двигателя поддерживается аксиально и радиально в корпусе 48 компрессора подшипниками, с помощью подшипника 55 двигателя, который в этом случае представляет собой шариковый подшипник 55 с глубоким желобом.
Средства натяжения 56, таким образом, обеспечены на конце 51, в этом случае в виде пружинного элемента 56, а более конкретно вогнутой пружинной шайбы 56, которая прикреплена между подшипником 55 двигателя и крышкой 57 корпуса двигателя.
Эти средства натяжения 56 предназначены для приложения аксиального предварительного натяга на подшипник 55 двигателя, и этот предварительный натяг ориентирован вдоль осевого направления СС вала 13 двигателя в направлении против усилия, генерируемого находящимися в зацеплении роторами 5 и 6 компрессора, так чтобы упорный подшипник 53 на конце высокого давления роторов 5 и 6 компрессора был в некоторой степени разгружен.
Конечно же, многие другие расположения подшипников для поддержки валов 8 и 9 роторов и вала 13 двигателя, реализованные со всеми видами различных подшипников, не исключены из объема данного изобретения.
Для охлаждения и смазки винтового компрессора 2 компрессорное устройство 1 согласно данному изобретению предпочтительно снабжено текучей средой 46, например, маслом, но другая текучая среда не исключается, с помощью которой как приводной двигатель 10, так и роторы 5 и 6 компрессора охлаждаются или смазываются, и предпочтительно как функция охлаждения, так и функция смазки выполняются одной и той же текучей средой 46.
Кроме того, компрессорное устройство согласно данному изобретению снабжено обратным контуром 58 для удаления текучей среды 46 из выпускного отверстия 26 в основании 49 винтового компрессора 2 и для возврата удаленной текучей среды 46 в головную часть 50 корпуса 48 компрессора.
В примере, показанном на фиг. 1 и 2, вышеупомянутый обратный контур 58 образован комплектом, состоящим из выпускного трубопровода 31, сосуда высокого давления 32 и обратного маслопровода 41.
Во время работы компрессорного устройства 1 текучая среда 46, таким образом, приводится в движение через обратный контур 58 из основания 49 к головной части 50 корпуса 48 компрессора в результате давления компрессора, создаваемого самим компрессорным устройством 1.
Кроме того, выпускной трубопровод 31 присоединен к основанию 49 корпуса 48 компрессора, а обратный маслопровод 41 присоединен к головной части 50 корпуса 48 компрессора.
Во-первых, охлаждающий контур 59 присоединен к вышеупомянутому обратному контуру 58 для охлаждения как приводного двигателя 10, так и винтового компрессора 2.
Текучая среда 46 может протекать через этот охлаждающий контур 58 из головной части 50 корпуса 48 компрессора к основанию 49 корпуса 48 компрессора.
Более конкретно, охлаждающий контур 59 состоит из охлаждающих каналов 60, которые обеспечены в корпусе 11 двигателя и из самой камеры сжатия 3, причем охлаждающий каналы 60 проходят от обратного маслопровода 41 к камере сжатия 3.
Большая часть потока текучей среды, который возвращается через обратный контур 58, таким образом, протекает через охлаждающий контур 59, за исключением малой части для смазки, как будет объяснено далее.
Чтобы получить достаточную величину расхода текучей среды через охлаждающие каналы 60 в корпусе 11 двигателя, согласно предпочтительному варианту данного изобретения, используется определенная движущая сила, которая генерируется давлением компрессора компрессорного устройства 1.
Это также в действительности имеет место в варианте осуществления данного изобретения, изображенном на фиг. 1 и 2, поскольку обратный контур 58 начинается от стороны камеры сжатия 3 у основания 49 корпуса 48 компрессора, и эта сторона камеры сжатия 3 расположена на конце 27 высокого давления роторов 5 и 6 компрессора.
Охлаждающие каналы 60 в корпусе 11 двигателя, через которые текучая среда 46 протекает во время работы винтового компрессора 2, также обеспечивают, что текучая среда 46 не попадает внутрь воздушного зазора между ротором 20 двигателя и статором 21 двигателя, что привело бы к потерям энергии и аналогичным явлениям.
Кроме того, обратный контур 58 также присоединен к смазывающему контуру 61 для смазки подшипника 55 двигателя или подшипников 55 двигателя, а также входных подшипников 54.
Этот смазывающий контур 61 состоит из одного или нескольких ответвлений 62 охлаждающих каналов 60 в корпусе 11 двигателя для подачи текучей среды 46 к подшипнику 55 двигателя или подшипникам 55 двигателя вплоть до входных подшипников 54, откуда текучая среда 46 может втекать в камеру сжатия 3.
Поток текучей среды 46 в смазывающем контуре 61, таким образом, является значительно более низким, чем в охлаждающем контуре 59, а поток текучей среды 46 в смазывающем контуре 61 в основном происходит под действием силы тяжести.
Другой преимущественной характерной особенностью является то, что под подшипником 55 двигателя имеется резервуар 66 для приема текучей среды 46, к которому присоединены одно или несколько ответвлений 62 и выходные каналы 63, которые прикреплены в корпусе 11 двигателя для направления текучей среды 45 к подшипнику 55 двигателя и к входным подшипникам 54 соответственно.
Кроме того, резервуар 64 предпочтительно изолирован от вала 13 двигателя с помощью лабиринтного уплотнения 65.
В показанном примере охлаждающие каналы 60 являются в основном аксиально ориентированными, и в некоторых частях также радиально ориентированы, но направление этих охлаждающих каналов 60 не играет большой роли, поскольку интенсивный поток текучей среды обеспечивается под влиянием прикладываемых давлений сжатия в этих охлаждающих каналах 60.
Кроме того, смазывающий контур 66 обеспечен в основании 49 для смазки выходных подшипников 52 и 53.
Этот смазывающий контур 66 состоит из одного или нескольких подающих каналов 67, предназначенных для подачи текучей среды 46 из камеры сжатия 3 к выходным подшипникам 52 и 53, а также одного или нескольких выходных каналов 68 для возврата текучей среды от выходных подшипников 52 и 53 в камеру сжатия 3.
Таким образом, является преимущественным для выходных каналов 68, что они проходят к камере сжатия 3 над входом подающих каналов 67, чтобы получить необходимый перепад давления для равномерного потока текучей среды через смазывающий контур 66.
Будет понятно, что согласно данному изобретению реализована очень простая и эффективная система для смазки различных подшипников 51-54, а также для охлаждения приводного двигателя 10 и роторов 5 и 6 компрессора.
Использование согласно данному изобретению компрессорного устройства, выполненного согласно данному изобретению, является также очень преимущественным.
Таким образом, изобретением является то, что, когда винтовой компрессор 2 запускается, причем никакого давления еще не образовалось в сосуде высокого давления 32, саморегулирующийся впускной клапан 24, который сконструирован в виде невозвратного (обратного) клапана 29, открывается автоматически за счет действия винтового компрессора 2, и давление сжатия образуется в сосуде высокого давления 32.
Затем, когда винтовой компрессор останавливают, обратный клапан 37 на сосуде высокого давления 32 автоматически закрывает выходное отверстие 34 для воздуха сосуда высокого давления 32, и впускной клапан 29 также автоматически герметично закрывает входной трубопровод 28, так что после того, как винтовой компрессор 2 остановится, как сосуд высокого давления 32, так и камера сжатия 3 и камера 12 двигателя винтового компрессора 2 остаются под давлением сжатия.
Таким образом, теряется очень мало сжатого воздуха, или сжатый воздух не теряется.
Кроме того, давление может образовываться намного быстрее при повторном запуске, что обеспечивает более гибкое (универсальное) использование винтового компрессора, а также способствует более эффективному использованию энергии.
При повторном запуске винтового компрессора 2, причем имеется давление сжатия в сосуде высокого давления 32, впускной клапан 29 вначале закрывается автоматически до тех пор, пока роторы 5 и 6 компрессора не достигнут достаточно высокой скорости, после чего саморегулирующийся впускной клапан 29 открывается автоматически под действием силы всасывания, созданной вращением роторов 5 и 6 компрессора.
Данное изобретение никоим образом не ограничено вариантами реализации компрессорного устройства 1 согласно данному изобретению, описанными в качестве примера и показанными на чертежах, но компрессорное устройство 1 согласно данному изобретению может быть реализовано во всех видах вариантов и различными способами, без отхода от объема данного изобретения.
Данное изобретение также никоим образом не ограничено использованием компрессорного устройства 1 согласно данному изобретению, описанным в этом техническом описании, но такое компрессорное устройство 1, выполненное согласно данному изобретению, может быть использовано многими другими способами без отхода от объема данного изобретения.