ВИНТОВОЙ МАСЛОЗАПОЛНЕННЫЙ КОМПРЕССОРНЫЙ АГРЕГАТ
SCREW-TYPE OIL-FILLED COMPRESSOR UNIT

Изобретение относится к компрессоростроению и может быть использовано в системах смазки винтовых компрессоров.
Известен винтовой маслозаполненный компрессорный агрегат (патент США №4394113) с раздельной системой смазки подшипниковых узлов и впрыска в рабочую полость. Маслобак системы смазки подшипниковых узлов соединен уравнительной линией со всасывающим трубопроводом и трубопроводом для добавки масла в маслобак из маслоотделителя. Основным недостатком данного технического решения является низкая эффективность системы при сжатии агрессивных газов и газов, содержащих компоненты, конденсирующиеся в процессе сжатия и растворяющиеся в масле.
В маслобаке происходит постоянный контакт масла с газом под давлением всасывания, к тому же добавка масла при падении уровня в маслобаке осуществляется из маслоотделителя, где масло может находиться под воздействием сжатого газа, содержащего компоненты, конденсирующиеся в процессе сжатия, и может иметь характеристики, не приемлемые для смазки подшипниковых узлов.
Наиболее близким к предложенному является винтовой маслозаполненный компрессорный агрегат (авт.свид. СССР №1679059, опуб. 1991 г.) с раздельной системой смазки подшипниковых узлов и впрыска в рабочую полость, содержащий компрессор с ведущим и ведомым роторами, установленных в подшипниках с образованием при вращении рабочих полостей, и двухконтурную систему смазки, включающую первый контур подвода масла в рабочую полость компрессора с маслоотделителем и маслоохладителем и второй контур подвода масла к подшипниковым узлам с маслобаком и маслоохладителем. Предохранение от воздействия вредных компонентов сжимаемой среды на смазочное масло осуществляется путем надува со стороны картеров очищенного газа с давлением в промежуточных камерах.
Основным недостатком данного агрегата, при сжатии агрессивных газов и газов, содержащих компоненты, конденсирующиеся в процессе сжатия и растворяющиеся в масле, является наличие дополнительной системы надува газом, что усложняет конструкцию агрегата. При наддуве газом из трубопровода нагнетания система очистки газа, состоящая из холодильника и влагоотделителя, не удалит агрессивные компоненты, содержащиеся в газе, и кроме этого производительность агрегата уменьшается за счет перепуска сжатого газа, что особенно скажется для агрегатов малых производительностей.
Вышеуказанные известные технические решения не решают проблем эксплуатации в тяжелых технологических (например, уменьшение расхода газа, подаваемого на всасывание компрессора) и климатических (низкая температура окружающей среды) условиях.
Технический результат изобретения - повышение надежности агрегата при сжатии агрессивных газов, газов, содержащих компоненты, конденсирующиеся в процессе сжатия и растворяющиеся в масле, а также при эксплуатации в тяжелых технологических и климатических условиях.
Технический результат достигается тем, что в винтовом маслозаполненном компрессорном агрегате, содержащем компрессор с ведущим и ведомым роторами, установленными в подшипниках с образованием при вращении рабочих полостей, и двухконтурную систему смазки, включающую первый контур подвода масла в рабочую полость компрессора с маслоотделителем и маслоохладителем и второй контур подвода масла к подшипникам с маслобаком и маслоохладителем, согласно изобретению первый контур имеет систему поддержания оптимальной температуры газа в маслоотделителе, включающую датчик температуры газа в маслоохладителе, связанный со средством охлаждения маслоохладителя с возможностью регулирования расхода охлаждающей среды, и второй контур имеет систему поддержания оптимальной температуры масла в трубопроводе подвода масла к подшипникам, включающую датчик температуры масла, подводимого к подшипникам, связанный со средством охлаждения маслоохладителя второго контура с возможностью регулирования расхода охлаждающей среды.
Кроме того, каждый из контуров включает подключенный параллельно маслоохладителю трубопровод с перепускным клапаном, выполненный с возможностью открытия и сброса части масла соответственно в маслоохладитель или маслобак при повышении давления подводимого масла сверх заданного.
Кроме того, на роторах со стороны подшипников установлены промежуточные уплотнения, каждое из которых представляет собой торцевое уплотнение с масляным затвором и расходной втулкой.
Кроме того, маслобак находится под атмосферным давлением. Кроме того, маслобак находится под давлением инертного газа.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
на фиг.1 изображен предлагаемый винтовой маслозаполненный компрессорный агрегат;
на фиг.2 - выноска А на фиг.1, торцевое уплотнение со стороны всасывания;
на фиг.3 - выноска Б на фиг.1, торцевое уплотнение со стороны нагнетания.
Винтовой маслозаполненный компрессорный агрегат, показанный на фиг.1, содержит винтовой компрессор 1, двухконтурную систему смазки - контур подвода масла в рабочую полость и контур подвода масла к узлам трения - соединенные с компрессором 1, трубопровод 2 всасывания, трубопровод 3 нагнетания с клапаном 4 поддержания давления, трубопровод 5 отвода утечек масла с дроссельным устройством 6, подсоединенный к трубопроводу 2 всасывания. Винтовой компрессор содержит ведущий 7 и ведомый 8 (на фиг.1 не показан) роторы, установленные на опорных подшипниках 9 и упорных подшипниках 10, а на роторах 7 и 8 установлены торцевые уплотнения 11 и концевое уплотнение 12. Корпус компрессора 1 выполнен с полостями: полости 13 - находящиеся под давлением всасывания (Рвс), полости 14 - находящиеся под давлением масла в маслобаке (Рмб), полости 15 - находящиеся под давлением нагнетания (Рнг).
Контур подвода масла в рабочую полость содержит трубопровод 16 нагнетания с обратным клапаном 17, соединяющий полости 15 компрессора 1 с газовой полостью маслоотделителя 18, в котором размещен фильтр 19 масла, соединенный через обратный клапан 20 и параллельно через пусковой насос 21 с маслоохладителем 22 (в данной конструкции воздушного охлаждения), который соединен с трубопроводом 23 подвода масла в рабочую полость с отсечным клапаном 24 и дроссельным устройством 25. Параллельно маслоохладителю 22 подсоединен трубопровод 26 перепуска масла в маслоотделитель 18 с перепускным клапаном 27, систему поддержания оптимальной температуры газа в маслоотделителе 18, состоящий из трубопровода перепуска масла помимо маслоохладителя 28 с регулирующим клапаном 29, датчика температуры 30, устройства изменения расхода охлаждающей среды маслоохладителя (в данной конструкции расход охлаждающей среды изменяется регулированием частоты вращения вентиляторов 31).
Контур подвода масла к узлам трения содержит маслобак 32, клапан обратный 33, фильтр грубой очистки масла 34, фильтр тонкой очистки масла 35, насос пусковой 36, насос рабочий 37, маслоохладитель 38 (в данной конструкции воздушного охлаждения), трубопровод 39 подвода масла к узлам трения, трубопровод 40 слива в маслобак 32, трубопровод 41 перепуска масла в маслобак 32 с перепускным клапаном 42, систему поддержки оптимальной температуры в коллекторе подвода масла к узлам трения, состоящий из трубопровода 43 перепуска масла помимо маслоохладителя 38 с регулирующим клапаном 44, датчика 45 температуры, устройства изменения расхода охлаждающей среды маслоохладителя (в данной конструкции расход охлаждающей среды изменяется регулированием частоты вращения вентилятора 46).
Торцевое уплотнение 11 (фиг.2, 3) состоит из корпуса, вращающегося уплотнительного кольца 47, аксиального подвижного (не вращающегося) уплотнительного кольца 48, которое поджимается к кольцу 47, и расходной втулки 49, расположенной со стороны подшипников 9. В состав компрессора со стороны торца нагнетания входит щелевое уплотнение 50, которое препятствует утечкам сжатого газа. Полость 13 с давлением Рвс позволяет работать торцовым уплотнениям со стороны нагнетания и всасывания в одинаковых условиях.
Агрегат работает следующим образом. Газ поступает в компрессор 1 через всасывающий трубопровод 2, сжимается вместе с маслом в рабочих полостях и через трубопровод 16 поступает в маслоотделитель 18. Здесь газ, за счет центробежного эффекта и фильтрующего барабана отделяется от масла и через клапан поддержания давления 4 и трубопровод 3 направляется потребителю. Небольшое количество масла, отделившееся в барабане, через трубопровод 5 с дроссельным устройством 6 отводится на всасывание компрессора. С целью предотвращения уноса масла из маслоотделителя на нерасчетных режимах установлен клапан поддержания давления 4, настроенный на необходимое давление, зависящее от давления нагнетания (так, например, при Рнг=0,7 МПа клапан настраивается на 0,35 МПа).
Контур подвода масла в рабочую полость работает следующим образом. Масло из маслоотделителя 18 через фильтр 19, клапан обратный 20, маслоохладитель 22, трубопровод 23 с отсечным клапаном 24 и дроссельным устройством 25 поступает в рабочую полость компрессора. Необходимое давление масла, поступающего в рабочую полость компрессора, устанавливается настройкой клапана перепускного 27. При превышении этого давления по трубопроводу 26 происходит сброс масла в маслоотделитель. Клапан отсечной 24 открывается при пуске агрегата и закрывается при остановке, тем самым предотвращает заполнение компрессора маслом. Перед пуском агрегата включается пусковой масляный насос 21. После запуска агрегата и набора заданного давления в маслоотделителе пусковой насос отключается, и масло поступает в рабочую полость компрессора под действием перепада давления (по безнасосной схеме). Поддержание оптимальной температуры газа в маслоотделителе, исходя из условий исключения конденсации «тяжелых» углеводородов (около 95°С), осуществляется следующим образом. При снижении температуры газа ниже 90°С по сигналу от датчика температуры 30 с помощью частотного преобразователя происходит плавное снижение оборотов электродвигателя вентилятора 31, что уменьшает расход охлаждающего воздуха, увеличивает температуру масла и повышает температуру газа в маслоотделителе. Возможен вариант регулирования путем включения-отключения электродвигателя вентилятора. Если этого оказывается недостаточно, в алгоритм работы включается регулирующий клапан 29, который по сигналу от датчика температуры 30 перепускает по трубопроводу 28 помимо маслоохладителя 22 необходимое количество горячего масла, подогревая тем самым масло, идущее в рабочую полость компрессора.
Выше 95°С температура газа в маслоотделителе при нормальной не аварийной работе агрегата с полностью включенными вентиляторами маслоохладителя подниматься не может, т.к. маслоохладитель 22 и диаметр дроссельного устройства 25 подбираются исходя из наихудших условий эксплуатации.
Контур подвода масла к узлам трения работает следующим образом. Масло из маслобака 32 через клапан обратный 33, фильтр грубой очистки 34, насос рабочий 37, маслоохладитель 38, фильтр тонкой очистки масла 35, трубопровод 39 поступает к промежуточным торцовым уплотнениям 11 и концевому уплотнению 12. Здесь масло охлаждает уплотнения и далее из концевого уплотнения сливается в полость 14 со стороны всасывания, из промежуточных уплотнений масло через расходные втулки 49 (фиг.2, 3) направляется на смазку и охлаждение подшипников 9, 10 (фиг.1) и сливается в полость. Из полостей 14 масло по трубопроводу 40 сливается в маслобак. Необходимое давление масла в трубопроводе 39 устанавливается настройкой клапана перепускного 42. При повышении этого давления по трубопроводу 41 происходит сброс масла в маслобак. Перед пуском компрессорного агрегата включается пусковой маслонасос 36. После запуска агрегата по достижении заданного времени (6...10 сек) пусковой насос отключается, работает рабочий насос 37 (подача масла к уплотнителям - насосная).
Поддержание оптимальной температуры масла (50…60°С) в трубопроводе 39, исходя из условий оптимальной вязкости масла подаваемого к узлам трения, осуществляется аналогично контуру подвода масла в рабочую полость компрессора. При снижении температуры масла ниже 50°С по сигналу датчика температуры 45 с помощью частотного преобразователя происходит плавное снижение оборотов электродвигателя вентилятора 46 маслоохладителя 38, что уменьшает расход охлаждающего воздуха и увеличивает температуру масла. Возможен вариант регулирования путем включения-отключения электродвигателя вентилятора. Если этого оказывается недостаточным, в алгоритм работы включается регулирующий клапан 44, который по сигналу датчика температуры 45 перепускает по трубопроводу 43 помимо маслоохладителя 38 необходимое количество горячего масла, подогревая тем самым масло в трубопроводе 39. Выше 60°С температура масла в трубопроводе 39 при нормальной не аварийной работе агрегата с полностью включенными вентиляторами маслоохладителя подниматься не может, т.к. маслоохладитель 38 и зазоры в расходных втулках 49 (фиг.2, 3) подбираются исходя из наихудших условий эксплуатации.
С целью исключения влияния атмосферного воздуха на свойства масла (окисление) в маслобаке 32, возможен вариант исполнения винтового маслозаполненного компрессорного агрегата с контуром подвода масла к узлам трения заполненным инертным газом (например, азотом) под давлением (0,12…0,15 МПа).
Таким образом, в предлагаемой конструкции винтового маслозаполненного компрессорного агрегата в контуре подвода масла к узлам трения полностью отсутствует контакт масла со сжимаемым газом, а контуры смазки имеют системы поддержания оптимальной температуры газа в маслоотделителе и масла в коллекторе подвода масла к узлам трения, что повышает надежность подшипников и агрегата в целом при сжатии загрязненных, агрессивных газов, газов, содержащих компоненты, конденсирующие в процессе сжатия и растворяющиеся в маслах, а также при эксплуатации агрегата в тяжелых технологических и климатических условиях, при этом требования к качеству масла в контуре подвода масла в рабочую полость могут быть значительно снижены.