ВИНТОВОЙ КОМПРЕССОР
SCREW COMPRESSOR

Изобретение относится к винтовому компрессору.
Более конкретно, данное изобретение относится к винтовому компрессору, который содержит по меньшей мере одну камеру сжатия, которая образована в корпусе сжатия, и в которой смонтированы с возможностью вращения пара находящихся в зацеплении винтообразных роторов компрессора. Валы роторов компрессора проходят вдоль первого и второго осевых направлений, которые параллельны друг другу. При этом винтовой компрессор также содержит по меньшей мере один приводной двигатель, и который снабжен камерой двигателя, образованной корпусом двигателя, в которой смонтирован с возможностью вращения вал двигателя. Вал двигателя приводит во вращение по меньшей мере один из вышеупомянутых двух спиральных роторов компрессора и проходит вдоль третьего осевого направления.
Подобные винтовые компрессоры известны, однако они имеют ряд недостатков и могут быть усовершенствованы.
Чтобы иметь возможность приводить в движение роторы компрессора, в известных винтовых компрессорах обычно вал приводного двигателя непосредственно или косвенно, например, через приводной ремень или зубчатую передачу соединен с валом одного из роторов компрессора.
Таким образом, вал ротора такого компрессора должен быть соответствующим образом уплотнен, что весьма нелегко.
В действительности, определенное давление, создаваемое винтовым компрессором, создается в корпусе сжатия, который необходимо изолировать от секций компрессора, которые не находятся под этим давлением, или от давления окружающей среды.
Для этого часто используют «контактное уплотнение».
Однако вал ротора указанного компрессора 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, то способствует возникновению утечек.
Еще один аспект известных винтовых компрессоров описанного выше типа 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 адаптированы друг к другу, требуют ряда различных типов смазок и/или хладагентов, и, следовательно, являются сложными или дорогостоящими.
Вдобавок, в таких известных винтовых компрессорах с отдельными системами охлаждения для приводного двигателя и роторов компрессора возможности рекуперации запасенного в хладагентах потерянного тепла не используются оптимальным образом.
В другом примере, как описано в US 5246349, в приводном компрессоре выходное отверстие для газа двигателя связано с всасывающей частью винтового компрессора, так что внутренняя часть этого двигателя может находится под давлением ниже атмосферного.
Задачей изобретения является разработка винтового компрессора, позволяющего устранить один или несколько из вышеуказанных недостатков и любых других недостатков.
Более конкретно, задачей изобретения является создание надежного и простого винтового компрессора, в котором риск износа и появления 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.
Указанные задачи решаются в винтовом компрессоре, содержащем корпус сжатия, образующий камеру сжатия, в которой с возможностью вращения установлены два находящихся в зацеплении винтообразных ротора в виде винтов, имеющих валы, проходящие вдоль параллельных друг другу первого и второго осевых направлений; и приводной двигатель, корпус которого образует камеру, в которой с возможностью вращения установлен вал двигателя, расположенный вдоль третьего осевого направления и приводящий в движение по меньшей мере один из указанных двух роторов компрессора.
Согласно изобретению корпус сжатия и корпус двигателя непосредственно соединены друг с другом, образуя корпус компрессора, причем камера двигателя и камера сжатия не изолированы друг от друга, а компрессор является вертикальным, так что во время нормальной работы винтового компрессора осевые направления валов роторов компрессора и вала двигателя расположены под углом или перпендикулярно к горизонтальной плоскости, при этом компрессор снабжен текучей средой для охлаждения и/или смазки как приводного двигателя, так и роторов компрессора. Расположенные в области низкого давления концы роторов компрессора опираются на корпус компрессора только в радиальном направлении посредством одного или нескольких входных подшипников, а расположенный противоположно приводимому в движение ротору конец вала двигателя опирается на корпус компрессора в осевом и радиальном направлениях посредством одного или нескольких подшипников двигателя. Кроме того, винтовой компрессор имеет смазывающий контур, для смазки по меньшей мере одного подшипника двигателя, а также указанных входных подшипников; корпус сжатия образует основание или нижнюю часть корпуса компрессора, а корпус двигателя образует головную или верхнюю часть корпуса компрессора. При этом винтовой компрессор имеет охлаждающий контур для охлаждения как приводного двигателя, так и винтового компрессора, через который текучая среда может протекать от головной части корпуса компрессора к основанию корпуса компрессора, причем охлаждающий и смазывающий контуры присоединены к обратному контуру, обеспечивающему выход текучей среды из выпускного отверстия в основании винтового компрессора и возврат этой текучей среды в головную часть корпуса компрессора.
Первым большим преимуществом такого выполнения винтового компрессора является то, что корпус компрессора образует единое пространство, состоящее из корпуса сжатия и корпуса двигателя, которые соединены непосредственно друг с другом, так что приводные средства роторов компрессора в виде приводного двигателя встроены непосредственно в винтовой компрессор.
Следует отметить, что камера сжатия и камера двигателя не должны быть обязательно изолированы друг от друга, поскольку благодаря непосредственному монтажу корпуса двигателя и корпуса сжатия друг к другу вал двигателя 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 двигателя присоединен к ротору компрессора, при этом секция соединительной муфты подвергается давлению окружающей среды.
Характерная особенность, заключающаяся в том, что такое уплотнение между камерой сжатия и камерой двигателя не является необходимым, составляет значительное преимущество винтового компрессора, выполненного согласно данному изобретению, поскольку достигается большая энергоэффективность винтового компрессора по сравнению с известными винтовыми компрессорами, а также невозможен износ такого уплотнения, и предотвращаются утечки, возникающие в результате некачественного монтажа такого уплотнения.
Еще одним преимуществом такого выполнения винтового компрессора, в котором камера двигателя и камера сжатия образуют единое замкнутое пространство, является то, что не требуется никакого внешнего воздушного охлаждения, так что винтовой компрессор может быть лучше изолирован относительно окружающей среды на тепловом уровне и определенно на акустическом уровне, так что шум, генерируемый винтовым компрессором, может быть значительно снижен по сравнению с существующими винтовыми компрессорами.
Благодаря лучшей тепловой изоляции винтового компрессора, чувствительные электронные компоненты, установленные вблизи винтового компрессора, можно легче или лучше экранировать для защиты от тепла, вырабатываемого винтовым компрессором.
Еще один очень важный аспект винтового компрессора, выполненного согласно данному изобретению, заключается в том, что можно использовать одинаковые смазки и хладагенты очень простым способом как для приводного двигателя, так и для роторов компрессора, поскольку камера двигателя и камера сжатия не отделены друг от друга уплотнением.
Поскольку винтовой компрессор согласно данному изобретению снабжен текучей средой, например, маслом, с помощью которой как приводной двигатель, так и роторы компрессора охлаждаются и/или смазываются, конструкция винтового компрессора очень сильно упрощается, требуется меньшее число различных хладагентов и/или различных смазок, и единое пространство может быть в результате сконструировано дешевле.
Кроме того, благодаря циркуляции текучей среды в течение одного цикла как вдоль приводного электродвигателя, так и вдоль элементов компрессора для охлаждения винтового компрессора, эта текучая среда подвергается большему температурному изменению, чем в том случае, когда используются отдельные системы охлаждения для приводного двигателя и роторов компрессора.
В действительности, эта текучая среда может поглощать тепло как от приводного двигателя, так и от элементов компрессора, вместо поглощения тепла только от одного из этих двух компонентов.
Следствием этого является то, что тепло, запасенное в текучей среде, можно легче рекуперировать, чем в том случае, 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.
Еще одно преимущество винтового компрессора, выполненного согласно данному изобретению, связано с его характерной особенностью, заключающейся в том, что валы ротора компрессора, а также вал двигателя при нормальной работе винтового компрессора проходят вдоль осевых направлений, которые расположены под углом или перпендикулярно к горизонтальной плоскости.
Такое расположение валов под углом относительно горизонтальной плоскости способствует образованию интенсивного потока смазывающих веществ и/или хладагентов, поскольку в принципе они могут обтекать приводной двигатель и роторы компрессора под действием силы тяжести без дополнительных средств или дополнительной энергии, требуемых для этой цели.
Согласно предпочтительному варианту реализации винтового компрессора согласно данному изобретению, винтовой компрессор предпочтительно представляет собой вертикальный винтовой компрессор, причем в этом случае валы роторов компрессора, а также вал двигателя при нормальной работе винтового компрессора проходят вдоль осевых направлений, которые являются вертикальными.
В результате этого действие силы тяжести может, конечно же, усиливаться, поскольку при этом по меньшей мере каналы для смазочных веществ и хладагентов также проходят вертикально.
Предпочтительно валы роторов компрессора и вал двигателя во время нормальной работы винтового компрессора расположены вдоль вертикальных осевых направлений.
Предпочтительно вал двигателя непосредственно присоединен к одному из валов роторов компрессора и проходит вдоль осевого направления соосно с направлением вала ротора компрессора.
Предпочтительно вал двигателя также образует вал ротора одного из роторов компрессора.
Приводной двигатель может быть выполнен в виде электродвигателя с ротором и статором.
Электродвигатель может быть снабжен постоянными магнитами для генерации магнитного поля.
При этом индуктивность электродвигателя вдоль продольной оси отличается от индуктивности электродвигателя вдоль перпендикулярной к ней поперечной оси в степени, достаточной для обеспечения возможности определения положения ротора в статоре путем измерения вышеупомянутой разницы индуктивностей вблизи наружной части корпуса компрессора.
Электродвигатель может представлять собой синхронный электродвигатель.
Кроме того, приводной двигатель может быть выполнен с возможностью выдерживать давление компрессора.
Предпочтительно приводной двигатель выполнен с возможностью генерировать пусковой момент, достаточный для запуска винтового компрессора, когда камера сжатия находится под давлением компрессора.
Предпочтительно расположенные в области высокого давления концы роторов компрессора опираются на корпус компрессора в осевом и радиальном направлениях посредством одного или нескольких выходных подшипников.
Предпочтительно расположенный противоположно приводимому в движение ротору конец вала двигателя опирается на корпус компрессора в осевом и радиальном направлениях посредством шарикового подшипника, оборудованного средствами создания осевого предварительного натяга, действующего на шарикоподшипник в осевом направлении вала двигателя.
Предпочтительно камера сжатия имеет впускное отверстие для всасывания воздуха, расположенное вблизи концов роторов компрессора в области низкого давления, являющихся ближайшими к головной части корпуса компрессора, а также выходное отверстие для выхода сжатого воздуха, которое расположено вблизи концов роторов компрессора в области высокого давления, являющихся ближайшими к основанию корпуса компрессора.
Охлаждающий контур может быть образован охлаждающими каналами, которые выполнены в корпусе двигателя, и камерой сжатия.
Предпочтительно охлаждающие каналы по меньшей мере частично проходят вдоль осевых направлений.
Предпочтительно текучая среда движется по охлаждающим каналам под действием давления, генерируемого винтовым компрессором.
Предпочтительно охлаждающий контур образован охлаждающими каналами, которые выполнены в корпусе двигателя, и камерой сжатия, а смазывающий контур состоит из одного или нескольких ответвлений охлаждающих каналов в корпусе двигателя, предназначенных для подачи текучей среды к по меньшей мере одному подшипнику двигателя, и выпускных каналов, предназначенных для отвода текучей среды от по меньшей мере одного подшипника двигателя до входных подшипников, откуда текучая среда поступает в камеру сжатия.
Предпочтительно поток текучей среды в смазывающем контуре осуществляется главным образом под действием силы тяжести.
При этом по меньшей мере один подшипник двигателя снабжен резервуаром, предназначенным для приема текучей среды, который изолирован от вала двигателя с помощью лабиринтного уплотнения.
Обратный контур может содержать выпускной трубопровод, расположенный у выпускного отверстия, сосуд высокого давления, присоединенный к выпускному трубопроводу, и обратный маслопровод, присоединенный к сосуду высокого давления.
При этом выпускной трубопровод присоединен к основанию корпуса компрессора, а обратный маслопровод присоединен к головной части корпуса компрессора.
Кроме того, выпускной трубопровод между сосудом высокого давления и винтовым компрессором не содержит запирающих средств, обеспечивая протекание потока через выпускной трубопровод в обоих направлениях.
Предпочтительно обратный маслопровод не содержит саморегулирующихся обратных клапанов.
Предпочтительно сосуд высокого давления имеет выпускное отверстие для воздуха, которое снабжено обратным клапаном.
Предпочтительно во время работы винтового компрессора текучая среда приводится в движение через обратный контур от основания к головной части корпуса компрессора в результате действия давления, генерируемого самим винтовым компрессором.
Предпочтительно большая часть потока текучей среды, которая возвращается через обратный контур, протекает через охлаждающий контур, и только малая часть протекает через смазывающий контур.
Предпочтительно в камере сжатия выполнены впускное отверстие для всасывания воздуха, которое расположено вблизи расположенных в области низкого давления концов роторов компрессора, наиболее близких к головной части корпуса компрессора, и выходное отверстие для выхода сжатого воздуха, которое расположено вблизи расположенных в области высокого давления концов роторов компрессора, наиболее близких к основанию корпуса компрессора, при этом смазывающий контур выполнен в указанном основании для смазки выходных подшипников и состоит из одного или нескольких подающих каналов для подачи текучей среды из камеры сжатия к выходным подшипникам, а также одного или нескольких выпускных каналов для возврата текучей среды из выходных подшипников в камеру сжатия.
Винтовой компрессор может быть снабжен на своем впускном отверстии впускным клапаном, который является нерегулируемым или саморегулирующимся. Этот впускной клапан может представлять собой обратный клапан.
Предпочтительный вариант выполнения винтового компрессора согласно изобретению описан далее со ссылками на чертежи.
На фиг. 1 схематически показан винтовой компрессор, выполненный согласно данному изобретению;
на фиг. 2 показана блок-схема винтового компрессора согласно данному изобретению, иллюстрирующая его использование.
Винтовой компрессор 1 согласно данному изобретению, показанный на фиг. 1, содержит камеру 2 сжатия, которая выполнена в корпусе 3 сжатия.
В камере 2 сжатия смонтированы с возможностью вращения два находящихся в зацеплении винтообразных ротора компрессора - первый винтообразный ротор 4 и второй винтообразный ротор 5.
Эти винтообразные роторы 4 и 5 компрессора имеют спиральный профиль 6, который закреплен вокруг вала 7 ротора и вала 8 ротора, соответственно.
При этом вал 7 ротора проходит вдоль первого осевого направления АА', а вал 8 ротора проходит вдоль второго осевого направления ВВ'.
Кроме того, первое осевое направление АА' и второе осевое направление ВВ' являются параллельными друг другу.
Кроме того, имеются впускное отверстие 9, проходящее сквозь стенки корпуса 3 сжатия до камеры 2 сжатия, предназначенное для всасывания воздуха, например, из окружающей среды 10 или поступающего от первой ступени компрессора, а также выпускное отверстие 11, предназначенное для выхода сжатого воздуха, например, к потребителю сжатого воздуха или в последующую ступень компрессора.
Камера 2 сжатия винтового компрессора образована внутренними стенками корпуса 3 сжатия, которые имеют форму, которая близко соответствует внешним контурам пары винтообразных роторов 4 и 5 компрессора, чтобы вызывать перемещение воздуха, всасываемого через впускное отверстие 9, во время вращения роторов 4 и 5 компрессора между спиральным профилем 6 и внутренними стенками корпуса сжатия 3 в направлении к выпускному отверстию 11, и таким образом, для сжатия воздуха и для повышения давления в камере сжатия 2.
Направление вращения роторов 4 и 5 компрессора определяет направление перемещения и таким образом также определяет, какой из каналов 9 и 11 будет действовать в качестве впускного отверстия 9 или выпускного отверстия 11.
Впускное отверстие 9 находится, таким образом, у конца 12 низкого давления роторов 4 и 5 компрессора, а выпускное отверстие 11 находится рядом с концом 13 высокого давления роторов 4 и 5 компрессора.
Кроме того, винтовой компрессор снабжен приводным двигателем 14.
Этот приводной двигатель 14 имеет корпус 15 двигателя, который закреплен над корпусом 3 сжатия, и внутренние стенки которого окружают камеру 16 двигателя.
В камере 16 двигателя смонтирован с возможностью вращения вал 17 приводного двигателя, и в показанном варианте осуществления данного изобретения вал 17 двигателя непосредственно присоединен к первому (но не обязательно) винтообразному ротору 4 компрессора, чтобы приводить его во вращение.
Вал 17 двигателя проходит вдоль третьего осевого направления СС', которое в этом случае также совпадает с осевым направлением АА' вала 7 ротора, так что вал 17 ротора расположен соосно с ротором 4 компрессора.
Для присоединения вала 17 двигателя к ротору 4 компрессора один конец 18 вала 17 двигателя снабжен цилиндрическим углублением 19, в которое вставлен конец 20 вала 7 ротора, и который расположен близко к концу 12 низкого давления ротора 4 компрессора.
Кроме того, вал 17 двигателя снабжен каналом 21, в котором расположен болт 22, ввернутый во внутреннюю резьбу в конце 20 вала 7 ротора.
Конечно, возможны и другие способы соединения вала 17 двигателя с валом 7 ротора.
Альтернативно, винтовой компрессор 1 по данному изобретению выполнен так, что вал 17 двигателя также является валом 7 ротора одного из роторов 4 компрессора за счет выполнения вала 17 двигателя и вала 7 ротора в виде единой детали, так что средства для соединения вала 17 двигателя и вала 7 ротора не требуются.
В примере, показанном на фиг. 1, приводной двигатель 14 представляет собой электродвигатель 14 с ротором 23 и статором 24. Ротор 23 электродвигателя оборудован постоянными магнитами 25 для генерации магнитного поля ротора, а статор 24 оборудован электрическими обмотками 26 для генерации магнитного поля статора, которое переключается и воздействует известным образом на магнитное поле ротора, обеспечивая его вращение. Однако не исключено использование других типов приводных двигателей 14.
Предпочтительно электродвигатель 14 представляет собой синхронный электродвигатель 14.
Важной характерной особенностью данного изобретения является то, что корпус 3 сжатия и корпус 15 двигателя присоединены непосредственно друг к другу, в данном случае болтами 27, для образования корпуса 28 винтового компрессора 1, причем камера 16 двигателя и камера 2 сжатия не изолированы друг от друга.
В показанном примере корпус 3 сжатия и корпус 15 двигателя фактически сконструированы в виде отдельных частей корпуса 28 компрессора, которые соответствуют частям винтового компрессора 1, и которые содержат внутри приводной двигатель 14 и роторы 4 и 5 компрессора, соответственно.
Однако корпус 15 двигателя и корпус 3 сжатия не обязательно должны быть выполнены в виде отдельных частей, они могут быть выполнены в виде единого целого.
В качестве альтернативы не исключается, что корпус 28 компрессора содержит большее или меньшее число частей, которые полностью или частично заключают в себе роторы 4 и 5 компрессора, или приводной двигатель 14, или все эти компоненты вместе.
Важнейшей особенностью данного изобретения является то, что в отличие от известных винтовых компрессоров в нем не используется уплотнение, которое отделяет камеру 16 двигателя и камеру 2 сжатия друг от друга, что является значительным преимуществом винтового компрессора 1, выполненного согласно данному изобретению, благодаря более низким потерям энергии, меньшему износу и меньшему риску образования утечек.
Чтобы иметь возможность управлять приводным электродвигателем 14 без необходимости использовать датчики, которые подвергаются высокому давлению в узле, образованном камерой 2 компрессора и камерой 16 двигателя, индуктивность электродвигателя 14 вдоль продольной оси DD', которое соответствует первичному направлению DD' магнитного поля ротора, отличается от индуктивности электродвигателя 14 вдоль поперечной оси QQ', перпендикулярной к оси DD'.
Предпочтительно, чтобы эти индуктивности электродвигателя 14 вдоль продольной оси DD' и поперечной оси QQ' были достаточно различными, так что положение ротора 23 двигателя в статоре 24 двигателя можно определять путем измерения вышеупомянутой разницы индуктивностей вблизи наружной части корпуса 28 компрессора.
Приводной двигатель 14 должен выдерживать давление компрессора.
Практическая проблема, которая должна быть решена в случае таких приводных двигателей 14, связана с электрическими соединениями приводного двигателя 14, а более конкретно, переходными отверстиями для электрических кабелей снаружи, где действует атмосферное давление, сквозь корпус 15 двигателя к камере 16 двигателя, которая в винтовом компрессоре 1 находится под давлением компрессора, что представляет собой непростую проблему.
Для реализации такого электрического соединения приводного двигателя 14, согласно данному изобретению, можно использовать соединение с использованием уплотнения типа стекло-металл.
Металлические штифты внедряют в отверстия в корпусе 15 двигателя путем уплотнения их в отверстиях стеклянным веществом, которое расплавляется вокруг штифтов.
Затем к обоим концам штифтов можно присоединить электрические кабели.
Кроме того, предпочтительно приводной двигатель 14 выбирают из тех, которые могут генерировать достаточно большой пусковой момент, чтобы запускать винтовой компрессор 1, когда камера 2 сжатия находится под давлением компрессора, при этом можно предотвращать выпуск сжатого воздуха, когда винтовой компрессор 1 остановлен.
Тот факт, что камера 2 сжатия и камера 16 двигателя образую единое замкнутое пространство, в сочетании с другой характерной особенностью винтового компрессора 1, который является не горизонтальным, а предпочтительно вертикальным, приводит к другим важным техническим преимуществам, как будет показано далее.
Вертикальный винтовой компрессор 1 здесь означает, что валы 7 и 8 роторов 4 и 5 компрессора, а также вал 17 приводного двигателя 14 во время нормальной работы винтового компрессора 2 проходят вдоль осевых направлений АА', ВВ' и СС', которые являются вертикальными.
Однако согласно данному изобретению не исключается, что они могут отклоняться от точного вертикального положения, например, под большим углом к горизонтальной плоскости.
Предпочтительно камера 2 сжатия имеет основание 29 или нижнюю часть всего корпуса 28 винтового компрессора 1, а корпус 15 двигателя образует головную часть 30 или верхнюю часть корпуса 28 компрессора.
Кроме того, находящиеся в области низкого давления концы 12 роторов 4 и 5 являются ближайшими к головной части 30 корпуса 29 компрессора, а находящиеся в области высокого давления концы 13 роторов 4 и 5 являются ближайшими к основанию 29 корпуса 28 компрессора, так что отверстие 9 для всасывания воздуха и область низкого давления винтового компрессора 1 расположены выше, чем выпускное отверстие 11 для выхода сжатого воздуха.
Эта особенно полезно для эффективного охлаждения и смазки двигателя 14 и роторов 4 и 5 компрессора, а также для поддержания эксплуатационной надежности без дополнительных средств, когда винтовой компрессор 1 остановлен, т.к. присутствующие хладагент и смазывающее вещество могут вытекать наружу под действием силы тяжести.
Компонентами винтового компрессора 1, которые должны смазываться и охлаждаться, являются роторы 4 и 5 компрессора, вал 17 двигателя, а также подшипники, с помощью которых эти компоненты установлены в корпусе 28 компрессора.
Расположение подшипников показано на фиг. 1 и позволяет конструировать вал 17 двигателя и вал 7 ротора и/или вал 8 ротора с ограниченной площадью поперечного сечения или по меньшей мере с площадью поперечного сечения, меньшей чем у обычных винтовых компрессоров аналогичного типа.
В этом случае валы 7 и 8 роторов поддерживаются на обоих концах 12 и 13 подшипником, тогда как вал 17 двигателя также поддерживается подшипниками на его конце 31 на головной стороне корпуса 28 компрессора.
Роторы 4 и 5 компрессора зафиксированы в аксиальном и радиальном направлениях в корпусе 28 компрессора посредством подшипников 32 и 33 на концах роторов в области высокого давления - цилиндрическим или игольчатым роликовым подшипником 32 и шариковым подшипником 33 с глубоким желобом.
С другой стороны концы роторов 4 и 5 в области низкого давления компрессора фиксируются только радиально в корпусе 28 с помощью цилиндрического или игольчатого роликового подшипника 34.
Конец 31 вала 17 двигателя, противоположный ротору 4 компрессора, поддерживается аксиально и радиально в корпусе 28 компрессора подшипниками с помощью шарикового подшипника 35 с глубоким желобом.
На конце 31 расположены средства создания натяга в виде пружинного элемента 36, например, вогнутой пружинной шайбы, которые предназначены для поджатая подшипника 35 вдоль осевого направления СС' в направлении против силы, создаваемой находящимися в зацеплении винтообразными роторами 4 и 5 компрессора, для частичной разгрузки подшипников, расположенных на концах роторов 4 и 5 в области высокого давления.
Возможны и другие расположения подшипников для установки валов 7 и 8 роторов и вала 17 двигателя, реализованные с помощью иных видов подшипников.
Для охлаждения и смазки винтового компрессора 1 используется текучая среда 37, например, масло, с помощью которой приводной двигатель 14, роторы 4 и 5 компрессора охлаждаются и смазываются, так что функции охлаждения и смазки выполняются одной и той же текучей средой 37.
Кроме того, винтовой компрессор 1 согласно данному изобретению снабжен охлаждающим контуром 38 для охлаждения как приводного двигателя 14, так и винтового компрессора 1, через который текучая среда 37 может протекать от головной части 30 корпуса 28 компрессора к основанию 29 корпуса 28 компрессора.
В показанном примере этот охлаждающий контур 38 состоит из охлаждающих каналов 39, которые выполнены в корпусе 15 двигателя и в самой камере сжатия 2.
Охлаждающие каналы 39 предотвращают попадание текучей среды 37 внутрь воздушного зазора между ротором 23 двигателя и статором 24 двигателя, что приводило бы к потерям энергии и т.п.
В показанном примере большая часть охлаждающих каналов 39 ориентированы аксиально, и некоторые части охлаждающих каналов 39 расположены концентрично оси АА', но их ориентация не играет большой роли - главным является обеспечение интенсивного потока текучей среды 37.
Согласно данному изобретению, текучая среда 37 приводится в движение по охлаждающим каналам 39 под действием давления, создаваемого самим винтовым компрессором 1, как будет пояснено далее со ссылкой на фиг. 2.
Из-за значительного тепла, генерируемого в винтовом компрессоре 1, необходимо, чтобы быть создан достаточно большой поток текучей среды 27 через охлаждающие каналы 39.
С другой стороны, винтовой компрессор 1 также снабжен смазывающим контуром 40 для смазки подшипника 35 двигателя и входного подшипника 34.
Этот смазывающий контур 40 состоит из одного или нескольких ответвлений 41 охлаждающих каналов 39 в корпусе 15 двигателя для подачи текучей среды 37 к подшипнику 35 двигателя и из выпускных каналов 42 для удаления текучей среды 37 из подшипника 35 двигателя до входных подшипников 34, откуда текучая среда 37 может попадать в камеру 2 сжатия.
Таким образом, текучая среда 37 может легко протекать от подшипника 35 двигателя к входному подшипнику 34, откуда она может дальше свободно обтекать роторы 4 и 5 компрессора.
В показанном примере ответвления 41 в основном проходят в радиальном направлении, но это не является необходимым согласно данному изобретению.
Кроме того, ответвления 41 имеют диаметр, значительно меньший диаметра охлаждающих каналов 28, так что только малое количество текучей среды протекает через смазывающий контур 40 по сравнению с количеством текучей среды 37, которая протекает через охлаждающий контур 38 для охлаждения.
Таким образом, поток текучей среды 37 в смазывающем контуре 40 и в аксиально проходящих выпускных каналах 42 в основном происходит под действием силы тяжести, и только в малой степени в результате давления компрессора, генерируемого винтовым компрессором 1, так что, когда винтовой компрессор 1 остановлен, текучая среда 37 может вытекать и не накапливается.
Другой характерной особенностью является то, что под подшипником 35 двигателя имеется резервуар 43 для приема текучей среды 37, к которому присоединены ответвления 41 и выпускные каналы 42.
Кроме того, предпочтительно резервуар 43 изолирован от вала 17 двигателя с помощью лабиринтного уплотнения 44.
Еще один аспект винтового компрессора 1 согласно данному изобретению заключается в том, что в основании 29 выполнен смазывающий контур 45 для смазки выходных подшипников 32 и 33.
Этот смазывающий контур 45 состоит из одного или нескольких подающих каналов 46, предназначенных для подачи текучей среды 37 из камеры 2 сжатия к выходным подшипникам 32 и 33, а также одного или нескольких выходных каналов 47 для возврата текучей среды 37 от выходных подшипников 32 и 33 в камеру 2 сжатия.
Таким образом, преимущественно выходные каналы 47 проходят к камере сжатия 2 над входом подающих каналов 46 для создания необходимого перепада давления и равномерного потока текучей среды 37 через смазывающий контур 45.
Кроме того, согласно данному изобретению, корпус 15 двигателя и/или корпус 3 компрессора с охлаждающими каналами 39, ответвлениями 41, выходными каналами 42, смазывающим контуром 45 и резервуаром 43 предпочтительно изготавливаются с помощью экструзии, поскольку это является очень простым процессом изготовления. Таким образом, реализована простая система для смазки различных подшипников 32-35, а также для охлаждения приводного двигателя 14 и роторов 4 и 5 компрессора.
На фиг. 2 показана наиболее практичная конструкция, в которой применяется винтовой компрессор 1, выполненный согласно данному изобретению.
Впускной трубопровод 48 здесь присоединен к впускному отверстию 9 винтового компрессора 1, в котором имеется впускной клапан 49, который позволяет регулировать входной поток подачи воздуха в винтовой компрессор 1.
Предпочтительно этот впускной клапан 49 представляет собой нерегулируемый или саморегулирующийся клапан, а наиболее предпочтительно - обратный клапан 49, изображенный на фиг. 2.
Выпускной трубопровод 50 присоединен к выпускному отверстию 11, который соединен с сосудом высокого давления (ресиверу) 51, оборудованным сепаратором 52 масла.
Сжатый воздух, смешанный с текучей средой 37, которая действует в качестве смазки и хладагента, выходит из винтового компрессора 1 через выпускное отверстие 11, и в сосуде высокого давления 51 смесь разделяется сепаратором 52 на два потока: с одной стороны - на выходной поток сжатого воздуха через выпускное отверстие 53 для воздуха, расположенное над сосудом высокого давления 51, а с другой стороны - на выходной поток текучей среды 37 через выпускное отверстие 54 для масла, расположенное на дне сосуда высокого давления 51.
В показанном примере выпускное отверстие 53 для воздуха сосуда высокого давления 51 также оборудовано обратным клапаном 55.
Кроме того, трубопровод 56 потребителя, который можно закрывать краном или клапаном 57, присоединен к выпускному отверстию 53 для воздуха.
Секция 58 трубопровода 56 потребителя сконструирована в виде радиатора 58, который охлаждается с помощью принудительного воздушного потока окружающего воздуха, поступающего от вентилятора 59, конечно с целью охлаждения сжатого воздуха.
Аналогично этому, выпускное отверстие 54 для масла также оборудовано обратным маслопроводом 60, который присоединен к головной части 30 корпуса 28 компрессора для впрыскивания масла 37.
Секция 61 обратного маслопровода 60 также сконструирована в виде радиатора 61, который охлаждается вентилятором 62.
Обходной (байпасный) трубопровод 63 также выполнен в обратном маслопроводе 60 и расположен в параллель вдоль секции обратного маслопровода 60 с радиатором 61.
С помощью одного клапана 64 масло 37 можно направлять через секцию 61, чтобы охлаждать масло 37, например, во время нормальной работы винтового компрессора 1, или через обходной трубопровод 63, чтобы не охлаждать масло 37, как например, во время запуска винтового компрессора 1.
Как показано более подробно на фиг. 2, охлаждающий контур 38 и смазывающий контур 40 присоединены к обратному контуру 65 для удаления текучей среды 37 из выпускного отверстия 11 в основании 29 винтового компрессора 1 и для возврата удаленной текучей среды к головной части 30 корпуса 28 компрессора.
В показном примере этот обратный контур 65 образован выпускным трубопроводом 50, выполненным на выпускном отверстии 11, сосудом высокого давления 51, присоединенным к выпускному трубопроводу 50, и обратным маслопроводом 60, присоединенным к сосуду высокого давления 51.
Таким образом, выпускной трубопровод 50 присоединен к основанию 29 корпуса 28 компрессора, а обратный маслопровод 60 присоединен к головной части 30 корпуса 28 компрессора.
Кроме того, во время работы винтового компрессора 1 текучая среда 37 движется через обратный контур 65 от основания 29 к головной части 30 корпуса 28 компрессора в результате давления компрессора, генерируемого самим винтовым компрессором 1.
Это также происходит в варианте осуществления данного изобретения, изображенном на фиг. 2, поскольку обратный контур 65 начинается от стороны камеры сжатия 2 у основания 29 корпуса 28 компрессора, и эта сторона камеры сжатия 2 расположена на конце 13 высокого давления роторов 4 и 5 компрессора.
Согласно предпочтительному варианту выполнения винтового компрессора 1 выпускной трубопровод 50 между сосудом высокого давления 51 и винтовым компрессором 1 не содержит запирающих средств, чтобы поток через выпускной трубопровод 50 мог течь в обоих направлениях.
Согласно еще более предпочтительному варианту выполнения винтового компрессора, обратный маслопровод 60 также не содержит саморегулирующихся обратных клапанов.
Огромное преимущество такого варианта выполнения винтового компрессора 1 заключается в том, что его система клапанов для закрытия винтового компрессора 1 является намного более простой, чем в известных винтовых компрессорах.
Более конкретно, для обеспечения правильной работы винтового компрессора 1 необходим только впускной клапан 49, а также средство для закрытия выпускного отверстия 53 для воздуха, такое как, например, обратный клапан 55 или кран или клапан 57.
Впускной клапан 49 не обязательно должен быть регулируемым, как обычно имеет место, но предпочтительно представляет собой саморегулирующийся обратный клапан 49, как показано на фиг. 2. Кроме того, более энергоэффективная эксплуатация может быть обеспечена с этим одним клапаном 49.
В винтовом компрессоре 1 согласно данному изобретению приводной двигатель 14 встроен в корпус 28 компрессора, причем камера 16 двигателя и камера 2 сжатия не изолированы друг от друга, так что давление в сосуде высокого давления 51 и давление в камере 2 сжатия, а также в камере 16 двигателя практически одинаковы, т.е. равны давлению компрессора.
Таким образом, когда винтовой компрессор 1 остановлен, масло 37, имеющееся в сосуде высокого давления 51, не будет стремиться вытекать обратно в винтовой компрессор 1 и в приводной двигатель 14, как это происходит в известных винтовых компрессорах, в которых давление в приводном двигателе обычно равно давлению окружающей среды.
В известных винтовых компрессорах в обратном маслопроводе 60 всегда должен быть использован обратный клапан, который отсутствует в винтовом компрессоре, выполненном согласно данному изобретению.
Аналогично этому, в известных винтовых компрессорах в выпускном трубопроводе 50 установлен обратный клапан для предотвращения возможности вытекания сжатого воздуха, имеющегося в сосуде высокого давления, через винтовой компрессор и впускное отверстие, когда винтовой компрессор остановлен.
В известных винтовых компрессорах наличие этих обратных клапанов приводит к значительной потери энергии.
В винтовом компрессоре 1, выполненном согласно данному изобретению, достаточно герметично закрыть впускное отверстие 9 с помощью впускного клапана 49, когда винтовой компрессор 1 остановлен, чтобы как сосуд высокого давления 51, так и камера 2 сжатия и камера 16 двигателя оставались под давлением сжатия после того, как винтовой компрессор 1 остановлен.
Впускное отверстие 9 герметично закрывается с помощью обратного клапана 49 автоматически под действием давления, действующего в винтовом компрессоре 1, и за счет пружины в обратном клапане 49, причем, когда винтовой компрессор 1 остановлен, отсутствует какое-либо дополнительное засасывающее усилие от воздуха для вытягивания обратного клапана 49 в открытое состояние.
Это невозможно в известных винтовых компрессорах, поскольку они всегда снабжены уплотнением, которое отделяет камеру двигателя и камеру сжатия друг от друга, обычно реализуемым с помощью уплотнения на вращающемся валу 7 ротора.
Поддержание камеры сжатия под давлением в известных винтовых компрессорах приводит к повреждению этого уплотнения.
В винтовом компрессоре 1 согласно изобретению практически отсутствует потеря сжатого воздуха, когда винтовой компрессор 1 остановлен. Это обеспечивает большую экономию энергии.
Вышеупомянутые дополнительные обратные клапаны в обратном маслопроводе и в выпускном трубопроводе в известных винтовых компрессорах необходимо принудительно открывать во время работы, так что происходят большие потери энергии, которые не происходят в винтовом компрессоре 1 согласно изобретению.
Таким образом, преимущество винтового компрессора, выполненного согласно данному изобретению, заключается в том, что когда винтовой компрессор 1 запускают при отсутствии давления в сосуде высокого давления 51, саморегулирующийся впускной клапан 49, который выполнен в виде обратного клапана 49, открывается автоматически за счет действия винтового компрессора 1, и в сосуде высокого давления 51 создается давление сжатия.
Затем, когда винтовой компрессор 1 останавливается, обратный клапан 55 на сосуде высокого давления 51 автоматически закрывает выпускное отверстие 53 для воздуха сосуда высокого давления 51, а впускной клапан 49 также автоматически герметично закрывает впускной трубопровод 48, так что после того, как винтовой компрессор остановлен, как сосуд высокого давления 51, так и камера 2 сжатия и камера 16 двигателя винтового компрессора остаются под давлением сжатия.
В результате сжатый воздух практически не теряется.
Кроме того, давление может создаваться намного быстрее при повторном запуске, что обеспечивает более гибкое использование винтового компрессора 1 и также способствует более эффективному использованию энергии.
При повторном запуске винтового компрессора 1, когда имеется давление сжатия в сосуде высокого давления 51, впускной клапан 49 вначале автоматически закрывается и остается закрытым до тех пор, пока роторы 4 и 5 компрессора не достигнут достаточно высокой скорости, после чего саморегулирующийся впускной клапан 49 автоматически открывается под действием эффекта всасывания, созданного вращением роторов 4 и 5 компрессора.
Изобретение не ограничено описанными и показанными на чертежах вариантами выполнения винтового компрессора, и винтовой компрессор может быть реализован во всех возможных вариантах различными способами без выхода за пределы сущности изобретения.