УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОМПРЕССОРНЫХ БЛОКОВ
PERFECTED COMPRESSOR UNIT

Область техники
Изобретение относится к усовершенствованиям компрессорных блоков и, в частности, к модульному компрессорному блоку, имеющему отдельные секции для компрессора, управления и впуска воздуха.
Уровень техники
Бессмазочные компрессоры обычно содержат одно- или многоступенчатый компрессор, двигатель и коробку передач для приведения компрессора в действие и органы управления для управления компрессором. Бессмазочные компрессоры могут также содержать средства для управления охлаждающим воздушным потоком. До настоящего времени конструкция компрессорных блоков диктовалась их компонентами и назначением, а общая конструкция блока учитывалась мало. В результате этого блоки обычно оказывались неоптимизированными по малошумности и громоздкими с точки зрения управления, транспортировки и обслуживания.
Сущность изобретения
Таким образом, цель настоящего изобретения - улучшить общую конструкцию компрессорного блока, чтобы преодолеть указанные выше недостатки.
В изобретении предлагается модульный компрессорный блок, содержащий три отдельных, расположенных рядом секции, а именно: секции впуска воздуха, секции сжатия воздуха и секции управления; в котором секция впуска воздуха содержит средства для забора воздуха, обеспечивающие поступление наружного воздуха, подлежащего сжатию, средства для охлаждения двигателя компрессора и фильтры для фильтрации воздуха, поступающего в средства для забора воздуха; средства для снижения шума, устанавливаемые в принадлежащих им средствах для забора воздуха, и средства для направления воздуха к компонентам секции сжатия воздуха; секция сжатия воздуха содержит компрессор, двигатель, предназначенный для приведения в действие компрессора и всех компонентов блока, необходимых для охлаждения сжатого воздуха и двигателя и отвода тепла из секции сжатия воздуха; в котором секция управления содержит все средства управления компрессорным блоком.
Подобная модульная конструкция компрессорного блока является уникальной для бессмазочных компрессорных блоков. Никакой другой компрессор не имеет аналогичной компоновки, при этом многие компрессоры являются бескорпусными.
Модульная конструкция имеет следующие преимущества.
Масштабирование - модульная конструкция позволяет легко масштабировать размеры моделей, то есть увеличивать и уменьшать их размеры в пределах определенного диапазона. Процесс сборки будет одинаковым для всех моделей, но только компоненты будут различных размеров.
Монтаж - модульная конструкция обеспечивает, что все коммуникации (подача воды, электричества и т.п.) будут располагаться с одной стороны блока 10, что является очень важным при монтаже компрессора, поскольку уменьшает монтажное пространство.
Сборка - отдельные секции блока могут собираться индивидуально, что ускоряет и облегчает процесс сборки за счет сборки подузлов и уменьшает время простоя в ожидании компонентов.
Охлаждение - обеспечивает блок двумя преимуществами: модульная конструкция секции управления и секции сжатия воздуха дает возможность использовать единый охлаждающий поток; если блок не является модульным, тогда охлаждение секции приборов управления должно осуществляться отдельно, что означает применение в корпусе компрессора большего количества выходных отверстий и нагнетательных отверстий, а также дополнительных вентиляторов.
Шум - при использовании корпуса уровень шума компрессора значительно снижается относительно типовых компрессоров. Модульная конструкция, предлагаемая в настоящем изобретении, является основой снижения шума, так как все разнообразные источники шума размещаются в одной секции, а это означает, что можно принять специальные меры, чтобы минимизировать передачу шума кнаружи. Каждая отдельная секция имеет свои характеристики по шуму, которыми можно заниматься по отдельности. Размещение секции сжатия воздуха между секцией впуска воздуха и секцией управления обеспечивает, что все высокошумные компоненты изолируются и не имеют каких-либо прямых связей с наружной средой блока, которые необходимы по различным причинам для других секций.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение будет описано ниже с помощью примера и сопутствующих чертежей.
Фиг.1 - перспективный вид компрессорного блока, предлагаемого в настоящем изобретении.
Фиг.2 и 3 - виды сбоку компрессорного блока, изображенного на фиг.1, со снятыми боковыми панелями и некоторыми компонентами секции сжатия воздуха.
Фиг.4 - вид в плане компрессорного блока, изображенного на фиг.1, со снятыми верхними панелями секций впуска и сжатия воздуха.
Фиг.5 - вид сзади компрессорного блока, изображенного на фиг.1, со снятыми задними панелями секции впуска воздуха.
Фиг.6 - вид сзади с противоположной стороны компрессорного блока, изображенного на фиг.1, со снятыми задней панелью и дверцами секции управления.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения
Компрессорный блок 10, предлагаемый в настоящем изобретении, содержит три отдельные секции: секцию впуска воздуха 11, секцию сжатия воздуха 12 и секцию управления 13 (фиг.1). Использование трех отдельных секций 11, 12, 13 позволяет создать модульную конструкцию, которая пригодится, чтобы облегчить производство, монтаж, транспортировку и обслуживание блока. Она также облегчает масштабирование, увеличение и уменьшение в размерах, в соответствии с различным уровнем мощности на входе (измеряется в кВт) в диапазоне мощностей компрессора. Три секции 11, 12, 13 блока 10 полностью размещаются внутри корпуса, содержащего множество съемных боковых, задних и верхних крышевых панелей и дверец, закрепленных на опорной раме.
Секция сжатия воздуха 12
На фиг.2, 3 и 4 показано внутреннее устройство секции сжатия воздуха 12, компрессор (не показан) является основным компонентом секции сжатия воздуха 12 и содержит двигатель с высокой переменной скоростью вращения, а двухступенчатый компрессор представляет собой единый блок с несмазываемыми подшипниками.
Помимо компрессора секция сжатия воздуха 12 блока 10 содержит двигатель, все вспомогательное оборудование, необходимое для охлаждения сжатого воздуха и отвода тепла из собственно секции 12. К вспомогательному оборудованию относятся нагнетательный вентилятор охлаждения (не показан), вентилятор 49, охладители 16, 19, водяной контур и контур продувки.
Воздух, сжимаемый на 1-й ступени, покидает компрессор через ее выпуск (не показан), проходит через входной коллектор 17 охладителя 1-й ступени и поступает в охладитель, где охлаждается перед подачей на 2-ю ступень компрессора. Указанный охладитель ниже именуется промежуточный охладитель 16. Воздух выходит из промежуточного охладителя 16 через коллектор 21 охладителя 2-й ступени и поступает на 2-ю ступень. Сжатый воздух, имеющий конечное давление подачи, покидает 2-ю ступень и направляется к входному отверстию 18 выходного охладителя 19, где воздух охлаждается, а затем покидает блок 10 через выпуск воздуха 20 с обратным клапаном и поступает в коммуникации потребителя. Обратный клапан не дает воздуху из коммуникаций потребителя возвращаться в контур компрессора, когда последний остановлен или не находится под нагрузкой.
Промежуточный охладитель 16 и выходной охладитель 19 имеют иную конструкцию по сравнению с традиционными кожухотрубными охладителями, обычно используемыми с подобными типами компрессоров. Они компактнее и, следовательно, могут использоваться в схеме расположения компонентов предлагаемого в настоящем изобретении компрессора.
Когда компрессор не работает или не находится под нагрузкой, остаточный воздух, сжатый компрессором, должен удаляться в атмосферу, чтобы снизить давление в компрессорном блоке 10. Для этого в нагнетательном трубопроводе, расположенном перед обратным клапаном, устанавливается электромагнитный клапан (не показан). Клапан открывается по сигналу, посылаемому органами управления, и дает возможность воздуху проходить через глушитель выхлопа в секцию впуска воздуха 11. Клапан остается открытым до тех пор, пока не поступит сигнал на закрытие, то есть когда компрессор снова будет под нагрузкой.
Двигатель обычно охлаждается водой и/или воздухом, воздух для охлаждения подается подходящим нагнетательным вентилятором для охлаждения и выбрасывается вместе с воздухом утечки, появляющимся в процессе сжатия воздуха, через две выхлопные трубы. Указанные трубы располагаются в магистрали с глушителем 51 воздуха, отводимого от двигателя. Глушитель специально спроектирован, чтобы снижать любой шум, производимый компрессором, и с минимальными потерями направлять охлаждающий поток кнаружи компрессорного блока 10. Для этого глушитель содержит различные специально спроектированные звукопоглощающие экраны и шумопоглощающие материалы. Предпочтительно глушитель 51 представляет собой короб из листового металла, выложенный пеноматериалом, короб имеет специальную форму, чтобы ликвидировать линию видимости к отверстиям и поглотить как можно больше звуковой энергии прежде, чем отводимый воздух покинет верхние панели 63 корпуса. Звукопоглощающие экраны спроектированы совместно с коробом так, чтобы не только снижать шум, но также обслуживать воздушный поток, то есть удерживать падение давления в заданных пределах.
Нагнетательный вентилятор охлаждения двигателя предпочтительно устанавливается непосредственно на выходном охладителе 19 и впускном коллекторе воздуха для охлаждения двигателя.
Охлаждающая вода поступает в компрессорный блок 10 через впуск воды 27, сначала она должна пройти через электромагнитный клапан (не показан), который открывается только по сигналу от компрессора, когда он запускается. Затем вода должна пройти к впускному коллектору воды, что распределяет поток ко всем зонам, где требуется охлаждающая вода, а именно к двигателю, промежуточному охладителю 16, выходному охладителю 19 и приводу переменной скорости. Потоком воды к указанным компонентам управляют с помощью расходомерного окна в выпускном коллекторе воды 28, который по каналам выводит ее из компрессора.
Компрессор устанавливается на промежуточном охладителе 16 с помощью коллекторов 17, 21 охладителя. Все компоненты секции сжатия воздуха 12, за исключением вентилятора, устанавливаются на опорной плите (основании) 22, лежащей на виброизолирующей опоре 23. Впускной трубопровод 24 1-й ступени и выпускной трубопровод 2-й ступени предпочтительно имеют гибкие соединения, обеспечивающие определенную свободу движения и позволяющие выдерживать технологические допуски узлов.
Схема расположения компрессора не имеет аналогов, поскольку он размещается между выходным фланцем 1-й ступени и входным фланцем 2-й ступени на коллекторах 17, 21 промежуточного охладителя, при этом двигатель подвешен в середине. Фланцы обеспечивают термическое расширение, благодаря чему исчезает потребность в громоздких и дорогих компенсаторах теплового расширения.
Установка компрессора и конструкция коллекторов 17, 18 таковы, что компрессор находится в подвешенном состоянии, что облегчает доступ к компрессору и охладителям 16, 19 при проведении обслуживания. Блок 10, предлагаемый в настоящем изобретении, специально проектировался, чтобы получить указанное преимущество.
Рама корпуса компрессорного блока содержит боковые направляющие 60, центральные направляющие 61 и стойки 64 и формирует конструкцию, воспринимающую вес компрессора. Горизонтальные боковые направляющие 60 находятся в верхней части корпуса и крепятся к секции впуска воздуха 11 и секции управления 13 у любого края. Центральные направляющие 61 крепятся к любой боковой направляющей 60 и поддерживают верхние панели 63.
Центральные направляющие 61, поддерживающие верхние панели 63, также используются для удержания компрессора от смещения с монтажного положения в любую сторону с помощью подходящих средств крепления. Компрессор устанавливается непосредственно на специально спроектированные коллекторы, которые крепят его к промежуточному охладителю 16. Вместо традиционного кожухового или трубного охладителя промежуточный коллектор 16 характеризуется специальной конструкцией, облегчающей исполнение применяемой схемы расположения. Использование определенных типов несмазываемых подшипников обеспечивает жизнеспособность применяемой схемы расположения как системы с эффективным гашением вибрации.
Монтаж компрессора указанным образом имеет следующие преимущества.
Легкость сборки - узел при монтаже фиксируется лишь двумя соединениями. Таким образом, вся секция сжатия воздуха 12 может изготавливаться как подузел, а затем устанавливаться в блок 10.
Компактная конструкция - комбинированная конструкция коллектора охладителя 2-й ступени и впуска 2-й ступени избавляют от необходимости использовать прямой трубопровод большой длины, идущий в осевом направлении ко второй ступени.
Стоимость - для уплотнения фланцевых соединений требуется лишь простая прокладка или кольцевое уплотнение, что дешевле сложных соединений. У компрессора отсутствует лапа крепления, поэтому для монтажа двигателя не требуется дополнительного каркаса. Поскольку компрессор является частью секции сжатия воздуха 12, изолируется весь узел, вследствие чего отсутствуют затраты на специальные изолирующие устройства для компрессора.
Обслуживание - так как компрессор устанавливается на коллекторах 17, 21 промежуточного охладителя только с помощью выходного фланца первой ступени и входного фланца второй ступени, это дает возможность не применять отводные трубопроводы компрессора, что обеспечивает доступ к роторам и позволяет снимать охладители 16, 19 для чистки. Ни один из существующих компрессоров не обслуживался подобным образом, обеспечивая легкость проведения работ. Компрессор домкратом может поднять один человек, то есть не требуется тяжелое подъемное оборудование. При необходимости компоненты могут проверяться регулярно и легко заменяться. Сказанное означает, что блок 10 может занимать намного меньшую площадь по сравнению с существующими компрессорами.
Данная компоновка компрессора не имеет аналогов. В существующих схемах расположения, имеющих воздушный канал и блок двигателя, устанавливаемый наверху охладителя, требовались гибкие соединения на выпуске 1-й ступени и на впуске 2-й ступени, а двигатель монтировался с помощью лапы наверху охладителей.
Каждая из указанных характеристик «внесла свой вклад» в компактность схемы расположения.
Секция 11 впуска
Секция 11 впуска обеспечивает компрессор средствами подачи (всасывания) воздуха в блок 10. Сначала воздух проходит через фильтр грубой очистки 30, установленный снаружи впускного патрубка 31 (фиг.3 и 5). Впускной патрубок 31 оснащен шумопонижающим экраном 32, который специально спроектирован для погашения шума на входе в компрессор без снижения воздушного потока или увеличения падения давления. Воздух поступает через нагнетательный патрубок 31 и попадает в нагнетательную камеру 33, где он затем всасывается через два воздушных всасывающих фильтра 34, которые закреплены внизу камеры-сборника 35, при этом вокруг нее имеется большое количество свободного пространства, облегчающего проведение операций обслуживания. Впуск 1-й ступени компрессора крепится к входному раструбу 36 с помощью гибкого соединительного устройства, а сам раструб 36 устанавливается внутри камеры-сборника 35. Воздух поступает на 1-ю ступень компрессора через раструб 36, который обеспечивает однородный воздушный поток.
Воздух для охлаждения двигателя компрессора также поступает через фильтр грубой очистки 30, после чего проходит через зазор в нагнетательном патрубке 31, вторичный фильтр 37 и попадает в нагнетательный вентилятор охлаждения, установленный в секцию сжатия воздуха 12.
Секция управления 13
В секции управления 13 содержатся все электрические компоненты, необходимые для управления компрессором 14. Секция 13 разделена на три секции: секция 40 подачи электропитания, секция 41 привода переменной скорости и секция 42 вспомогательных устройств (фиг.6).
В соответствии с требованиями техники безопасности основная линия электропитания проходит через разъединитель 43, находящийся в первой секции 40, затем питание распределяется по остальным электрическим цепям. Затем линия электропитания идет через электромагнитный фильтр 44 к линейному реактору и приводу переменной скорости 45, который размещается во второй секции 41. Питание для вспомогательных устройств, трансформатора для питания цепей управления, контроллера подшипников, контакторов и интерфейса оператора, находящихся в третьей секции 42, отбирается на участке цепи между электромагнитным фильтром 44 и линейным реактором.
Секция 42 вспомогательных компонентов и секция 40 подачи электропитания имеют открывающиеся дверцы 46 (фиг.1), а доступ в секцию 41 привода переменной скорости осуществляется через съемную декоративную панель 47. Указанное помогает осуществлять контроль за электромагнитным излучением.
Секция управления 13 охлаждается воздухом, поступающим через два внешних фильтра 48, расположенных в верхней части двух шарнирных дверец доступа 46 секции 13. Воздух через секцию 13 направляется через гребенчатые защитные элементы, которые специально спроектированы, чтобы и снижать шум. Секция управления 13 снабжена различными каналами, позволяющими воздуху течь между секцией 40 подачи электропитания, секцией 41 привода переменной скорости и секцией 42 вспомогательных устройств, чтобы должным образом охлаждать компоненты. Каналы имеют различные размеры, чтобы подавать требующееся количество воздуха к разным частям секции управления 13, а затем через каналы 46 в секцию сжатия воздуха 12.
Вентилятор 49, расположенный на противоположном конце блока 10 (фиг.4), подает воздух в блок 10 через внешние фильтры 48 и секцию управления 13 в секцию сжатия воздуха 12, затем воздух покидает блок 10 через канал 50, находящийся над камерой-сборником 35. Этот воздух глушителем 51, действующим как охлаждающий и шумопоглощающий экран, направляется для охлаждения воздуха над горячими поверхностями в секции сжатия воздуха 12, и, следовательно, он поддерживает температуру в блоке 10 на допустимом уровне.
В секции управления 12 также установлены экраны, выполняющие четыре функции:
1) ослаблять любой шум, который может пройти через внешние фильтры 48;
2) способствовать охлаждению блока 10 посредством направления воздушного потока над соответствующими устройствами секции 13;
3) способствовать электромагнитному экранированию;
4) защищать оператора от удара электрическим током и обеспечить соответствие требованиям правил электрической безопасности.
Дистанционный мониторинг
Блок 10 может оборудоваться средствами осуществления дистанционного мониторинга. Это обеспечивает, что график обслуживания будет динамичным, чтобы компоненты заменялись только тогда, когда необходимо, тем самым будут решаться вопросы защиты окружающей среды и эксплуатационных затрат на блок. Будет также обеспечиваться дистанционная диагностика неисправностей, что снижает время простоя компрессора.
Можно будет исключить составление графиков обслуживания расходных компонентов компрессора, так как температуры и давления могут быть подвержены мониторингу дистанционно. Используя указанные средства, будет возможно определять, когда компоненты нуждаются в замене или чистке. Контроллер постоянно следит за определенными параметрами, записи с данными можно получать дистанционно. Данные могут анализироваться, чтобы определить, когда требуется заменить фильтры или почистить охладители.
Имеются следующие преимущества дистанционного мониторинга.
Для компрессора - если блок 10 функционирует в загрязненной окружающей среде, может потребоваться замена фильтров на более регулярной основе. Такой подход позволит избежать падения производительности блока ниже заданного уровня и увеличит срок эксплуатации компрессора.
Для потребителя - если блок 10 используется в чистой окружающей среде, то расходные компоненты заменяются только тогда, когда они должны заменяться, тем самым снижаются затраты на обслуживание и время простоя компрессора для чистки.
Для окружающей среды - компоненты заменяются только тогда, когда они должны заменяться, а химические средства для чистки охладителей 16, 19 применяются только, когда необходимо.
Транспортировка
Конструкция опорной плиты 22 и схема расположения компонентов означают, что единственным компонентом, нуждающимся в фиксации при транспортировке, является компрессор 14. Виброизолирующая опора 23, используемая для опорной плиты 22, не нуждается в каких-либо креплениях, чтобы избежать перемещений при транспортировке, что существенно облегчает транспортировку.