МАСЛЯНЫЙ КОНТУР И БЕЗМАСЛЯНЫЙ КОМПРЕССОР, СНАБЖЕННЫЙ ТАКИМ МАСЛЯНЫМ КОНТУРОМ, И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СМАЗКОЙ И/ИЛИ ОХЛАЖДЕНИЕМ ТАКОГО БЕЗМАСЛЯНОГО КОМПРЕССОРА ПОСРЕДСТВОМ ТАКОГО МАСЛЯНОГО КОНТУРА
OIL CIRCUIT AND AN OIL-FREE COMPRESSOR EQUIPPED WITH SUCH OIL CIRCUIT, AND A METHOD OF CONTROLLING LUBRICATION AND/OR COOLING OF SUCH OIL-FREE COMPRESSOR BY MEANS OF SUCH OIL CIRCUIT

Настоящее изобретение относится к масляному контуру и безмасляному компрессору, снабженному таким масляным контуром и способу управления смазкой и/или охлаждением такого безмасляного компрессора посредством такого масляного контура.
Более конкретно, изобретение предназначено для обеспечения масляного контура для улучшенного способа управления смазкой и/или охлаждением безмасляного компрессора, содержащего двигатель с регулируемой частотой вращения или скоростью, то есть с управлением приводом с регулируемой скоростью (VSD) посредством этого улучшенного масляного контура.
Известно, что масляный контур используется для смазки и охлаждения компонентов в таком двигателе.
Этими компонентами являются, например, но не ограничиваются ими, подшипники и шестерни двигателя.
При высоких оборотах двигателя, эти подшипники и шестерни нуждаются в точно дозированной масляной смазке: ни слишком много масла, что может привести к гидравлическим потерям и даже перегреву; ни слишком мало масла, что может привести к чрезмерному трению и перегреву.
Поэтому, применяется смазка струей масла, при которой масло направляется точно в то место, где оно требуется, посредством форсунок с очень точной конфигурацией.
Это место может быть дорожкой качения подшипников или местом, где зубья шестерен входят в зацепление друг с другом.
Масло в масляном контуре нуждается в охлаждении, чтобы избежать перегрева масла в масляном контуре и сопутствующих изменений смазочных свойств масла.
Масляный контур, который снабжает форсунки отфильтрованным и охлажденным маслом с заданным уровнем давления, обычно содержит масляный резервуар, роторный масляный насос, масляный радиатор, масляный фильтр и соединительные трубопроводы, которые могут быть встроены в другие компоненты безмасляного компрессора. Кроме того, часто имеются клапаны минимального давления, перепускные трубопроводы, датчики давления масла и датчики температуры масла.
Обычно масляный контур для такого безмасляного компрессора устроен следующим образом.
Масло откачивается из масляного резервуара с использованием роторного масляного насоса, после чего масло направляется в масляный радиатор. Радиатор будет охлаждать масло до того, как оно будет подано на любые компоненты, подлежащие смазке, и любые компоненты, подлежащие охлаждению безмасляного компрессора.
Во время смазки и охлаждения, температура масла будет повышаться.
После того, как масло пройдет через компоненты безмасляного компрессора, подлежащие смазке и/или охлаждению, оно будет направлено обратно в масляный резервуар через возвратный трубопровод. Горячее масло будет направляться роторным масляным насосом из масляного резервуара в масляный радиатор, где масло будет охлаждаться, прежде чем снова направляться к компонентам безмасляного компрессора.
Вышеупомянутый роторный масляный насос играет важную роль: если вовремя не подается достаточное количество масла в форсунки, недостаточное смазывание может привести к повреждению или выходу из строя подшипников и/или шестерен.
Можно использовать роторный масляный насос, который приводится в действие отдельным двигателем.
Это имеет преимущество в том, что роторным масляным насосом можно управлять, но недостаток состоит в том, что для этого двигателя требуется отдельный двигатель и блок управления. В результате, безмасляный компрессор будет не только дороже, но и больше, и, кроме того, безмасляный компрессор будет содержать дополнительные компоненты, которые необходимо обслуживать, и которые подвержены поломкам.
По этой причине, интересно приводить в действие роторный масляный насос тем же двигателем, что и компрессорный элемент безмасляного компрессора. Это обеспечит работу роторного масляного насоса при работе компрессорного элемента. Это также означает, что при более высокой скорости или оборотах двигателя и компрессорного элемента безмасляного компрессора, когда требуется больше масла для смазки и охлаждения безмасляного компрессора, больше масла перекачивается и направляется в масляный радиатор, а затем двигатель и/или компрессорный элемент.
Однако давление масла может не повышаться слишком высоко, и при более высоких скоростях или оборотах двигателя и компрессорного элемента, роторный масляный насос будет перекачивать столько масла, что давление становится слишком высоким. Слишком высокое давление масла является не допустимым, например, потому что тогда слишком много масла используется для смазки подшипника, так что потери в подшипниках возрастают.
Вот почему в масляном контуре за масляным радиатором проложен перепускной трубопровод с клапаном, который при определенной скорости будет отводить часть перекачиваемого масла обратно в масляный резервуар.
Чем выше скорость двигателя и, следовательно, роторного масляного насоса, тем больше масла клапан направит обратно в масляный резервуар через перепускной трубопровод.
Таким образом, давление масла в масляном контуре не будет слишком высоким.
Согласно обычному масляному контуру, все масло, которое подается на двигатель и/или компрессорный элемент, будет проходить через масляный радиатор.
Таким образом, такие известные масляные контуры также имеют недостаток, заключающийся в том, что при низких скоростях машины масло охлаждается слишком сильно, поскольку масляный радиатор предназначен для охлаждения масла на максимальной скорости машины, когда масло нагревается больше всего из–за потерь во вращающихся частях.
В результате при этих низких скоростях, масло будет иметь высокую вязкость, что приведет к потерям масла в подшипниках.
Кроме того, большая разница температур будет происходить в масле на низких и высоких скоростях.
Эти большие перепады температур вредны для двигателя безмасляного компрессора.
В результате этого, часто выбирают масляный радиатор, охлаждающая способность которого регулируется, что, конечно, дороже и сложнее.
Более того, необходимо будет использовать большой радиатор, рассчитанный на весь поток масла на максимальной скорости.
Подходящими роторными масляными насосами для масляного контура являются шестеренные насосы, внутренние шестеренные насосы, такие как героторные насосы и лопастные насосы.
В патенте США 3,995,978 описан героторный насос.
Такие насосы могут быть сконструированы, чтобы накачивать точное количество масла, когда они приводятся с теми же оборотами, что и двигатель компрессорного элемента, посредством соответствующего выбора ширины насоса и/или количества зубьев шестерни или лопастей, что позволяет установить роторный масляный насос непосредственно на оси двигателя, что приведет к очень компактной, надежной, эффективной и недорогой машине.
Однако недостатком конфигурации такого типа, при которой роторный масляный насос установлен непосредственно на оси двигателя компрессорного элемента, является то, что роторный масляный насос необходимо устанавливать в относительно высоком положении в безмасляном компрессоре и, следовательно, он находится в относительно высоком положении относительно масляного резервуара.
Это означает, что при запуске безмасляного компрессора, роторному масляному насосу сначала необходимо всасывать воздух из всасывающего трубопровода, который гидравлически связан с масляным резервуаром, а затем необходимо всасывать и откачивать масло из масляного резервуара.
Этот запуск будет легче, если в роторном масляном насосе уже есть немного масла, так что при запуске роторного масляного насоса это масло распространяется и обеспечивает герметизацию в роторном масляном насосе, так что мощность всасывания роторного масляного насоса сразу становится оптимальной.
По этой причине, во время сборки роторного масляного насоса в роторный масляный насос часто подается небольшой объем масла, то есть объем, который является небольшим по отношению к общему объему масла в масляном контуре.
Однако когда насос запускается только впервые через длительное время после его сборки, этот начальный объем масла уже частично или полностью испаряется и, следовательно, уже не достаточен для правильного запуска роторного масляного насоса.
В патенте США 3,859,013 описан роторный масляный насос, в котором во входном канале между роторным масляным насосом и масляным резервуаром предусмотрена некая сифоноподобная структура, которая сконфигурирована таким образом, что небольшой объем масла удерживается во входном канале рядом с масляным резервуаром. Однако при запуске безмасляного компрессора, роторному масляному насосу все еще необходимо всасывать значительный объем воздуха, прежде чем масло будет всасываться из сифоноподобной структуры.
Целью настоящего изобретения является обеспечение решения по меньшей мере одного из вышеупомянутых и других недостатков.
Задачей настоящего изобретения является масляный контур для смазки и охлаждения безмасляного компрессора, содержащего двигатель с переменной скоростью и компрессорный элемент, приводимый в действие упомянутым двигателем,
при этом масляный контур снабжен масляным резервуаром с маслом и роторным масляным насосом, выполненным с возможностью подачи масла из масляного резервуара через впускной канал перед роторным масляным насосом к компрессорному элементу и/или двигателю через масляный трубопровод;
причем роторный масляный насос снабжен ротором, установленным на валу вращения, при этом роторный масляный насос имеет рабочий объем, и роторный масляный насос приводится в действие двигателем компрессорного элемента;
при этом масляный контур дополнительно снабжен возвратным трубопроводом, выполненным с возможностью направления масла от компрессорного элемента и/или двигателя обратно в масляный резервуар;
причем масляный контур дополнительно снабжен перепускным трубопроводом и перепускным клапаном с приводом от давления, которые выполнены с возможностью непосредственного направления части масла между роторным масляным насосом и компрессорным элементом и/или двигателем обратно в масляный резервуар без части масла, проходящего через компрессорный элемент и/или двигатель во время его возвращения в масляный резервуар; и
при этом масляный контур дополнительно снабжен масляным радиатором, с той характеристикой, что масляный радиатор установлен в перепускном трубопроводе, и перепускной клапан расположен в масляном трубопроводе.
Преимущество состоит в том, что при низких скоростях компрессорного элемента, когда требуется небольшое охлаждение, небольшая часть масла в масляном контуре будет направляться через перепускной трубопровод и, таким образом, охлаждаться; в то время как на высоких скоростях, когда требуется большее охлаждение, относительно большая часть масла в масляном контуре будет направляться через перепускной трубопровод и, таким образом, будет охлаждаться больше.
Благодаря меньшему охлаждению на низких скоростях и большему охлаждению на высоких скоростях, температура масла будет оставаться более постоянной и, следовательно, разница температур будет меньше по сравнению с известными контурами охлаждения.
Кроме того, средняя температура масла также будет выше, так что масло будет иметь более низкую вязкость, что приведет к меньшим потерям масла в подшипниках и в других местах безмасляного компрессора, где масло используется для смазки.
Другое преимущество состоит в том, что на низких скоростях, масло не будет охлаждаться, поскольку масло не будет направляться через перепускной трубопровод и масляный радиатор. Таким образом, масло не будет иметь слишком большую вязкость на низких скоростях.
Кроме того, на высоких скоростях масло не станет слишком горячим, потому что через радиатор подается больше масла.
Другое преимущество состоит в том, что масляный радиатор может иметь меньшие размеры, то есть в перепускном трубопроводе можно выбрать меньший масляный радиатор для меньшего расхода масла по сравнению с известными масляными контурами, где масляный радиатор находится в масляной трубе перед перепускным клапаном.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, впускной канал снабжен заслонкой, высота которой больше, чем высота осевой линии вала вращения роторного масляного насоса, уменьшенная на наименьший диаметр ротора роторного масляного насоса, деленный на два.
Преимущество этого предпочтительного варианта осуществления состоит в том, что обеспечивается то, что после остановки безмасляного компрессора, значительный объем масла остается в роторном масляном насосе и во впускном канале между роторным масляным насосом и заслонкой, так что при повторном запуске безмасляного компрессора роторный масляный насос полностью смачивается маслом, и мощность всасывания роторного масляного насоса сразу же становится очень высокой.
Таким образом, поток масла запускается быстро и плавно в масляном контуре при (повторном) запуске безмасляного компрессора.
Предпочтительно, высота заслонки меньше, чем высота осевой линии вала вращения роторного масляного насоса, уменьшенная на наименьший диаметр вала вращения роторного масляного насоса, деленный на два.
Это предотвратит утечку масла через вал вращения роторного масляного насоса и/или исключит необходимость в дополнительных уплотнениях упомянутого вала.
Изобретение также касается безмасляного компрессора, снабженного масляным контуром для его смазки и охлаждения,
при этом безмасляный компрессор содержит двигатель с переменной скоростью и компрессорный элемент, приводимый в действие этим двигателем;
причем масляный контур снабжен масляным резервуаром с маслом и роторным масляным насосом, выполненным с возможностью подачи масла из масляного резервуара через впускной канал перед роторным масляным насосом к компрессорному элементу и/или двигателю через масляный трубопровод;
при этот роторный масляный насос снабжен ротором, установленным на валу вращения, при этом роторный масляный насос имеет рабочий объем, и роторный масляный насос приводится в действие двигателем компрессорного элемента;
причем масляный контур дополнительно снабжен возвратным трубопроводом, выполненным с возможностью направления масла от компрессорного элемента и/или двигателя обратно в масляный резервуар;
при этом масляный контур дополнительно снабжен перепускным трубопроводом и перепускным клапаном с приводом от давления, которые выполнены с возможностью непосредственного направления части масла между роторным масляным насосом и компрессорным элементом и/или двигателем обратно в масляный резервуар без части масла, проходящего через компрессорный элемент и/или двигатель во время его возвращения в масляный резервуар; и
причем масляный контур дополнительно снабжен масляным радиатором, с той характеристикой, что безмасляный компрессор выполнен так, что масляный радиатор расположен в перепускном трубопроводе, и перепускной клапан расположен в масляном трубопроводе.
И наконец, изобретение относится к способу управления смазкой и/или охлаждением безмасляного компрессора посредством масляного контура,
при этом этот безмасляный компрессор содержит двигатель с переменной и компрессорный элемент, приводимый в действие упомянутым двигателем;
причем масляный контур снабжен масляным резервуаром с маслом и роторным масляным насосом, выполненным с возможностью подачи масла из масляного резервуара через впускной канал перед роторным масляным насосом к компрессорному элементу и/или двигателю посредством масляного трубопровода;
при этом роторный масляный насос приводится в действие двигателем компрессорного элемента;
причем масляный контур дополнительно снабжен перепускным трубопроводом и перепускным клапаном с приводом от давления, через который часть масла между роторным масляным насосом и компрессорным элементом и/или двигателем направляется обратно в масляный резервуар без этой части масла, проходящего через компрессорный элемент и/или двигатель во время его возвращения в масляный резервуар; и
при этом масляный контур дополнительно снабжен масляным радиатором, с той характеристикой, что часть перекачиваемого масла, которая направляется обратно в масляный резервуар через перепускной трубопровод и перепускной клапан, проходит через масляный радиатор, который находится в перепускном трубопроводе, и что перепускной клапан управляется таким образом, что заданное давление достигается в масляном трубопроводе между перепускным клапаном и компрессорным элементом и/или двигателем.
Предпочтительно двигатель компрессорного элемента запускается только после того, как масло или смазочный материал с более высокой летучестью, чем масло, были введены в масляный контур в положении за и выше, роторный масляный насос.
С целью лучшего демонстрирования характеристик изобретения, некоторые предпочтительные варианты осуществления масляного контура согласно изобретению и безмасляного компрессора, снабженного таким масляным контуром, описаны ниже в качестве примера без какого–либо ограничения, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 схематично показывает безмасляный компрессор, снабженный масляным контуром согласно изобретению;
Фиг.2 схематично показывает изменение расхода роторного масляного насоса как функции скорости двигателя;
Фиг.3 показывает изменение давления в масляном трубопроводе за перепускным клапаном как функции скорости двигателя;
Фиг.4 схематично показывает двигатель и роторный масляный насос по фиг.1 более подробно;
Фиг.5 показывает вид согласно стрелке F3 на фиг.4, на котором корпус роторного масляного насоса частично срезан;
Фиг.6 более подробно показывает часть, обозначенную F4 на фиг.5;
Фиг.7 показывает альтернативный вариант осуществления части на фиг.6.
В этом случае, безмасляный компрессор 1, показанный на фиг.1, представляет собой винтовое компрессорное устройство с винтовым компрессорным элементом 2, трансмиссией 3 (или «коробкой передач») и двигателем 4 с переменной скоростью, при этом безмасляный компрессор 1 снабжен масляным контуром 5 согласно изобретению.
Согласно изобретению, необязательно, чтобы безмасляный компрессор 1 был винтовым компрессором 1, поскольку компрессорный элемент 2 также может быть другого типа, например зубчатым компрессорным элементом, спиральным компрессорным элементом, лопастным компрессорным элементом и т.д.
Компрессорный элемент 2 снабжен корпусом 6 с впуском 7 для втягивания газа и выпуском 8 для сжатого газа. Два сопряженных винтовых ротора 9 установлены на подшипниках в корпусе 6.
Масляный контур 5 будет снабжать безмасляный компрессор 1 маслом 11 для смазки и, при необходимости, охлаждения компонентов безмасляного компрессора 1.
Этими компонентами являются, например, шестерни в трансмиссии 3, подшипники, на которых установлены винтовые роторы 9, в компрессорном элементе 2 и т.д.
Масляный контур 5 содержит масляный резервуар 10 с маслом 11 и масляный трубопровод 12 для подачи масла 11 к компонентам безмасляного компрессора 1 для смазки и/или охлаждения.
В масляном трубопроводе 12 предусмотрен роторный масляный насос 13, чтобы иметь возможность откачивать масло 11 из масляного резервуара 10.
Роторный масляный насос 13 приводится в действие двигателем 4 компрессорного элемента 2.
Роторный масляный насос 13 может быть соединен непосредственно с валом двигателя 4 или с приводным валом. Этот приводной вал затем соединяется с двигателем 4 через муфту. Затем шестерня устанавливается на приводной вал, который приводится в действие коробкой передач. Один или несколько компрессорных элементов 2 могут приводиться в действие через коробку передач.
Перепускной клапан 14 и перепускной трубопровод 15, который ведет от масляного трубопровода 12 обратно к масляному резервуару 10, предусмотрены в масляном трубопроводе 12 за роторным масляным насосом 13.
Хотя в показанном примере перепускной клапан 14 прикреплен к масляному трубопроводу 12, не исключено, что перепускной клапан 14 прикреплен к перепускному трубопроводу 15. Также не исключено, что используется трехходовой клапан, который прикреплен в месте соединения масляного трубопровода 12 с перепускным трубопроводом 15.
Перепускной клапан 14 будет распределять масло 11, которое закачивается роторным масляным насосом 13: одна часть будет подведена к компонентам безмасляного компрессора 1 для смазки и/или охлаждения через масляный трубопровод 12, другая часть будет возвращена обратно в масляный резервуар 10 через перепускной трубопровод 15.
В этом случае, но не обязательно, перепускной клапан 14 представляет собой механический клапан 14.
В предпочтительном варианте осуществления, клапан 14 представляет собой подпружиненный клапан, то есть клапан 14 содержит пружину или пружинный элемент, посредством чего пружина будет открывать клапан 14 больше или меньше в зависимости от давления p перед или после клапана 14.
В этом случае, клапан будет подпружиненным клапаном 14, который будет закрывать и открывать перепускной трубопровод 15 в зависимости от давления p за клапаном 14. Когда определенное пороговое значение давления p будет превышено, клапан 14 откроет перепускной трубопровод 14, так что часть перекачиваемого масла 11 будет течь по перепускному трубопроводу 15 в масляный резервуар 10.
Согласно изобретению, масляный радиатор 16 размещен в перепускном трубопроводе 15. Это означает, что масло 11, которое течет через перепускной трубопровод 15, может быть охлаждено, но масло 11, которое течет по масляному трубопроводу 12 к компонентам, подлежащим смазке и/или охлаждению, не будет охлаждаться.
Другими словами, охлажденное холодное масло 11 будет направлено в масляный резервуар 10 через перепускной трубопровод 15.
В этом случае, вышеупомянутый масляный радиатор 16 образует часть теплообменника 17. Масляный радиатор 16 может представлять собой, например, пластинчатый радиатор, но в данном изобретении может быть использован любой тип радиатора, который подходит для охлаждения масла 11.
В этом случае, масляный радиатор 16 имеет фиксированную или постоянную охлаждающую способность для данного потока масла и потока охладителя. Это означает, что охлаждающая способность не может быть отрегулирована. Регулируя поток охлаждающей жидкости, действительно можно регулировать охлаждающую способность. Однако это не является обязательным.
От перепускного клапана 14, масляный трубопровод 12 проходит к компонентам безмасляного компрессора 1 для смазки и охлаждения, если это необходимо. Здесь масляный трубопровод 12 будет разделен на вспомогательные трубопроводы 18, которые могут быть частично интегрированы в компрессорный элемент 2.
Кроме того, масляный контур 5 снабжен возвратным трубопроводом 19 для переноса масла 11 от компрессорного элемента 2 обратно в масляный резервуар 10 после его смазки и, если необходимо, охлаждения компонентов.
Это масло 11 будет иметь более высокую температуру.
В масляном резервуаре 10, это горячее масло 11 будет смешано с охлажденным холодным маслом 11, которое направляется в масляный резервуар 10 через перепускной трубопровод 15.
Работа безмасляного компрессора 1 с масляным контуром 5 является очень простой и заключается в следующем.
Когда компрессорный элемент 2 приводится в действие двигателем 4, сопряженные вращающиеся винтовые роторы 9 будут всасывать и сжимать воздух.
Во время работы, различные компоненты компрессорного элемента 2, трансмиссии 3 и двигателя 4 будут смазываться и охлаждаться.
Поскольку роторный масляный насос 13 приводится в действие двигателем 4 компрессорного элемента 2, при запуске безмасляного компрессора 1 он будет перекачивать масло 11 и подавать его к компонентам безмасляного компрессора 1, которые должны быть смазаны и охлаждены, через масляный трубопровод 12 и вспомогательные трубопроводы 18.
Изменение расхода Q роторного масляного насоса 13 в зависимости от скорости n двигателя 4 показано на фиг.2.
Как видно из этого чертежа, при низких скоростях n, роторный масляный насос 13 будет перекачивать меньше масла 11 по сравнению с высокими скоростями n. Это является выгодным, так как на низких скоростях n требуется меньше смазки и охлаждения, и больше на высоких скоростях n.
На низких скоростях n, все перекачиваемое масло 11 будет подано к компрессорному элементу 2 и двигателю 4, т.е. перепускной клапан 14 закроет перепускной трубопровод 15, так что масло 11 не сможет вернуться в масляный резервуар 10 вдоль перепускного трубопровода 15 и масляного радиатора 16. Поскольку на низких скоростях n охлаждение не требуется, так как масло 11 едва нагревается, это не является проблемой, и это гарантирует, что масло 11 не станет слишком холодным.
Изменение давления р в масляном трубопроводе 12 за перепускным клапаном 14 показано на фиг.3
Давление будет систематически увеличиваться пропорционально скорости n, пока не будет достигнуто определенное давление p’, соответствующее скорости n’.
Когда эта скорость n', давление p' достигается таким, что перепускной клапан 14 будет частично открыт для перепускного трубопровода 15.
В результате, при более высоких скоростях, чем n’, часть перекачиваемого масла 11 будет проходить через перепускной клапан 14 через перепускной трубопровод 15.
Это схематично показано на фиг.2, где кривая разделена на две ветви: часть потока Q масла, соответствующая зоне I, будет перемещаться по масляному трубопроводу 12 к компонентам безмасляного компрессора 1, подлежащим смазке и охлаждению, в то время как другая часть потока Q масла, соответствующая зоне II, будет возвращена в масляный резервуар 10 через перепускной трубопровод 15.
Поскольку перепускной клапан 14 будет открыт, то при скорости n’ давление p больше не будет расти пропорционально скорости n двигателя 4, а кривая сглаживается, как показано на фиг.3.
Чем выше скорость n, тем больше будет открываться перепускной клапан 15 при более высоком давлении p за перепускным клапаном 15 в масляном трубопроводе 12. Действительно, при более высокой скорости n расход Q вращающегося масляного насоса 13 будет больше, так что это давление p также будет расти, так что перепускной клапан 14 будет открываться больше.
Характеристики пружины подпружиненного перепускного клапана 14 выбираются таким образом, что перепускной клапан 14 управляется пружиной так, что в масляном трубопроводе 12 между перепускным клапаном 14 и компрессорным элементом 2 и/или двигателем 4 достигается заданное давление p по кривой фиг.3.
Масло 11, которое направляется через перепускной трубопровод 15, будет проходить, и охлаждаться масляным радиатором 16.
Поскольку охлажденное масло 11, которое направляется через перепускной трубопровод 15, поступает в масляный резервуар 10, температура масла 11 в масляном резервуаре 10 будет падать. Это холодное масло 11 затем перекачивается роторным масляным насосом 13 и подается в компрессорный элемент 2 и/или двигатель 4.
Поскольку на высоких скоростях n в безмасляном компрессоре 1 генерируется больше тепла, требуется больше охлаждения, что точно обеспечивается вышеприведенным способом.
При увеличении скорости n, роторный масляный насос 13 всегда будет откачивать больше масла 11 из масляного резервуара 10. Поскольку в результате давление p за перепускным клапаном 14 всегда будет выше, этот перепускной клапан 14 будет реагировать на это, всегда направляя больше масла 11 через перепускной трубопровод 15, так что давление p не поднимается слишком высоко и продолжает следовать кривой на фиг.3.
В результате, с увеличением скорости n будет охлаждаться все больше масла 11, так что повышающаяся температура безмасляного компрессора 1 может быть приспособлена к этим увеличивающимся скоростям n.
Это показано на фиг.2, в результате чего зона II всегда становится больше при более высоких скоростях n.
Вышеизложенное ясно показывает, что при низких скоростях n, масло 11 мало или вообще не охлаждается, а при увеличении скорости n, масло 11 все больше охлаждается.
В результате этого, температура масла будет в среднем более постоянной и более высокой, что гарантирует, что вязкость масла 11 будет в среднем ниже, так что будет меньше потерь масла в роторном масляном насосе 13 и в местах смазывания.
Как можно видеть из фиг.2, на всех скоростях n поток Q масла, который проходит через перепускной трубопровод 15 и масляный радиатор 16 (зона II), будет меньше, чем поток Q масла, который подается на компрессорный элемент 2 и/или двигатель 4 (зона I).
Это означает, что масляный радиатор 16 может иметь меньшие размеры по сравнению с известными контурами охлаждения.
Масло 11 компрессорного элемента 2 и/или двигателя 4 будет возвращаться обратно в масляный резервуар 10 через возвратный трубопровод 19.
Это масло 11 будет иметь более высокую температуру, чем масло 11 в масляном резервуаре 10.
В дополнение к этому горячему маслу 11, охлажденное масло 11 также будет поступать в масляный резервуар 10 через перепускной трубопровод 15.
Оба будут смешиваться вместе в масляном резервуаре 10, что приведет к маслу 11 при определенной температуре между температурой охлажденного масла 11 и горячего масла 11.
Что касается масляного резервуара 10, роторный масляный насос 13 снова будет перекачивать масло 11, и будут соблюдаться способ и управление, изложенные выше.
Хотя в показанном примере, пружинный механический клапан используется в качестве перепускного клапана 14, можно использовать электронный перепускной клапан 14, который управляется контроллером 20.
На фиг.1, этот контроллер 20 показан пунктирной линией в качестве примера. Этот контроллер 20 будет управлять перепускным клапаном 14, например, на основе сигнала от датчика 21 давления, который расположен за перепускным клапаном 14 в масляном трубопроводе 12. Контроллер 20 будет управлять перепускным клапаном 14 так, чтобы давление p, которое зарегистрировано датчиком 21 давления, соответствовало контуру кривой на фиг.3. Другими словами: перепускной клапан 14 управляется так, что в масляном трубопроводе 12 между перепускным клапаном 14 и компрессорным элементом 2 и/или двигателем 4 достигается заданное давление p.
Хотя в показанных и описанных примерах масляный контур 5 показан отдельно от компрессорного элемента 2 и двигателя 4, конечно, не исключено, что масляный контур 5 интегрирован или физически образует часть компрессорного элемента 2 и/или двигателя 4.
Во всех вариантах осуществления, показанных и описанных выше, возможно, что масляный контур 5 также содержит масляный фильтр. Этот масляный фильтр может, например, но не обязательно, быть установлен в масляном трубопроводе 12 за перепускным клапаном 14. Масляный фильтр будет собирать любые загрязнения из масла 11 перед отправкой его на компрессорный элемент 2 и/или двигатель 4.
Двигатель 4 будет непосредственно приводить в действие компрессорный элемент 2, а также роторный масляный насос 13. На фиг.4 показано, что вал 22 вращения двигателя 4 непосредственно приводит в действие роторный масляный насос 13.
Масляный контур 5 будет позволять роторному масляному насосу 13 накачивать масло 11 из масляного резервуара 10 через впускной канал 23 перед роторным масляным насосом 13, после чего масло 11 может направляться через трубопровод 12 и вспомогательные трубопроводы 18 в форсунки, которые расположены в определенных местах двигателя 4 и/или компрессорного элемента 2 для смазки и/или охлаждения одного или нескольких подшипников и других компонентов безмасляного компрессора 1.
Поскольку роторный масляный насос 13 приводится в действие двигателем 4 компрессорного элемента 2, он будет находиться на значительно более высоком уровне положения, чем масляный резервуар 10. Это означает, что впускной канал 23, который проходит от масляного резервуара 10 к роторному масляному насосу 13, является относительно длинным.
Роторный масляный насос 13 содержит корпус 24, в котором установлены статор 25 и ротор 26. Ротор 26 установлен на валу 27 вращения, который приводится во вращение валом 22 вращения двигателя 4.
Роторный масляный насос 13 является героторным насосом, однако это не является обязательным условием изобретения.
Корпус 24 снабжен впускным портом 28 для масла 11, с которым соединен впускной канал 23, и выпускным портом 29 для перекачиваемого масла 11.
На фиг.5 29 хорошо видны впускной порт 28 и выпускной порт.
Как показано на фиг.6, впускной канал 23 снабжен заслонкой 30 рядом с роторным масляным насосом 13.
Под «заслонкой 30» подразумевается конструкция, которая гарантирует, что после остановки двигателя 4 определенный объем масла 11 останется в пространстве 31 во впускном канале 23, который перекрыт заслонкой 30.
«Рядом с роторным масляным насосом 13» подразумевается, что вышеупомянутый остающийся объем масла 11 будет оставаться в таком месте, чтобы роторный масляный насос 13 мог накачать масло 11 сразу при запуске роторного масляного насоса. 13.
Это означает, что вышеупомянутый оставшийся объем масла 11 будет, например, по меньшей мере частично, присутствовать в роторном масляном насосе 13, или что оставшийся объем масла 11 будет находиться во впускном канале 23 непосредственно рядом с впускным портом 28 роторного масляного насоса 13.
На фиг.6 хорошо видно, что заслонка 30 имеет минимальную высоту, равную высоте A центральной линии 32 вала 27 вращения роторного масляного насоса 13, уменьшенную на половину наименьшего диаметра B ротора 26 роторного масляного насоса 13.
При достижении заслонкой 30 по меньшей мере такой минимальной высоты, которая обозначена линией C, достаточное количество масла 11 останется в закрытом заслонкой 30 пространстве 31 во впускном канале 23 между заслонкой 30 и роторным масляным насосом 13, в результате чего роторный масляный насос 13 полностью смачивается изнутри при запуске безмасляного компрессора 1. Благодаря этому немедленному внутреннему смачиванию роторного масляного насоса 13 маслом 11, ротор 26 и статор 25 будут немедленно герметизированы этим маслом 11, так что мощность всасывания роторного масляного насоса 13 сразу будет максимальной.
В этом случае, и предпочтительно, высота D заслонки 30 меньше максимальной высоты, равной высоте A центральной линии 32 вала 27 вращения роторного масляного насоса 13, уменьшенной на половину диаметра E вала 27 вращения роторного масляного насоса 13.
Если бы заслонка 30 была бы выше этой максимальной высоты, обозначенной линией F, уровень оставшегося масла 11 был бы выше, чем самая низкая точка вала 27 вращения роторного масляного насоса 13. Из–за этого масло 11, возможно, будет вытекать через вал 27 вращения роторного масляного насоса 13, и/или необходимо будет обеспечить уплотнения на валу 27 вращения роторного масляного насоса 13, чтобы избежать этого.
Далее, с минимальной высотой C и максимальной высотой F заслонки 30, конфигурация заслонки 30 является такой, что в этом случае и предпочтительно, чтобы объем масла 11, который может присутствовать между роторным масляным насосом 13 и заслонкой 30 в роторном масляном насосе 13 и впускном канале 23 по меньшей мере в два раза превышал рабочий объем роторного масляного насоса 13.
Преимущество этого заключается в том, что сразу же в роторном масляном насосе 13 и впускном канале 23 при запуске роторного масляного насоса 13 имеется достаточно масла 11, что позволяет не только сразу же смачивать роторный насос 13 внутри, но и также для немедленной накачки или прокачки объема масла 11 через выпускной порт 29 в масляный контур 5 и, таким образом, далее к компонентам безмасляного компрессора 1, подлежащим смазке и/или охлаждению.
Несмотря на то, что заслонка 30 на фигурах 5 и 6 выполнена в виде наклонного ската к ротору 26 и статору 25 роторного масляного насоса 13, не исключено, что заслонка 30 имеет другую конфигурацию.
На фиг.7 показана альтернативная конфигурация, в соответствии с которой заслонка 30 имеет ступенчатую форму, в результате чего впускной канал 23 является таким, каким он был предусмотрен со ступенькой 33.
Хотя этот вариант осуществления имеет преимущество в том, что больше масла 11 останется в пространстве 31 между заслонкой 30 и роторным масляным насосом 13, он имеет тот недостаток, что при всасывании масла 11, масло 11, так сказать, стекает вниз через ступеньку 33, что может привести к нежелательной турбулентности. В вариантах осуществления, показанных на фигурах 5 и 6, масло 11 будет, так сказать, стекать с заслонки 30.
Работа безмасляного компрессора 1 является очень простой и заключается в следующем.
Для запуска безмасляного компрессора 1, предпочтительно, предпринимаются следующие шаги:
подают масло 11 в масляный контур 5 в положение за и выше, чем у роторного масляного насоса 13, до тех пор, пока пространство 31 не будет полностью заполнено маслом 11; и
затем запускают двигатель 4.
Масло 11, которое подается в масляный контур 5, может течь вниз к роторному масляному насосу 13 и заполнять как роторный масляный насос 13, так и впускной канал 23 в пространстве 31 между заслонкой 30 и роторным масляным насосом 13 до уровня, равного высоте D заслонки 30.
Когда двигатель 4 затем запускается, компрессорный элемент 2 и роторный масляный насос 13 будут приводиться в действие, и масло 11, которое подано в масляный контур 5 и теперь находится в роторном масляном насосе 13 и вышеупомянутом пространстве 31, будет обеспечивать, что роторный масляный насос 13 способен немедленно перекачивать и передавать масло 11 в масляный контур 5, так что компрессорный элемент 2 сразу же получает необходимое масло 11 сразу после запуска безмасляного компрессора 1.
В качестве альтернативы, также возможно, что сначала смазка, которая является менее летучей, чем масло 11, вводится внутрь роторного масляного насоса 13 перед тем, как двигатель 4 запускается.
Такой способ предпочтительно применяется при сборке безмасляного компрессора 1, так что при первом запуске безмасляного компрессора 1 в роторном масляном насосе 13 присутствует менее летучая смазка.
Конечно, не исключено, что оба способа объединены, в результате чего при первом пуске вводится менее летучая смазка, и в результате при последующем пуске безмасляного компрессора 1 масло 11 вводится в масляный контур 5.
С момента запуска двигателя 4, роторный масляный насос 13 немедленно подает масло 11 из масляного резервуара 10 через впускной канал 23.
Перекачиваемое масло 11 затем будет выходить из роторного масляного насоса 13 через выпускной порт 29 и попадать в масляный контур 5, откуда оно подается в разные форсунки к разным смазываемым и/или охлаждаемым компонентам компрессорного элемента 2 и/или двигателя 4.
Компрессорный элемент 2 и/или двигатель 4, следовательно, будут почти сразу снабжаться маслом 11 от запуска двигателя 4 и безмасляного компрессора 1.
Не исключено, что безмасляный компрессор 1 содержит датчик, выполненный с возможностью регистрации наличия масла 11 в пространстве 31 между роторным масляным насосом 13 и заслонкой 30.
Вышеупомянутый датчик может быть датчиком уровня масла любого типа, а также датчиком давления масла или датчиком температуры масла согласно изобретению.
Для запуска безмасляного компрессора 1 с таким датчиком, двигатель 4, предпочтительно, запускается только после обнаружения масла 11 во впускном канале 23 между роторным насосом 13 и заслонкой 30.
Если масло 11 не обнаружено, безмасляный компрессор 1 не запускается, а вместо этого пользователю отправляется предупреждающий сигнал.
Понятно, что датчик и вышеупомянутый способ управления смазкой и/или охлаждением безмасляного компрессора 1 при запуске могут быть объединены с ранее описанными способами. Этот способ будет включать в себя дополнительную функцию безопасности, предотвращающую запуск безмасляного компрессора 1 без присутствия масла 11 во впускном канале 23 между роторным масляным насосом 13 и заслонкой 30.
Также возможно, что безмасляный компрессор 1 содержит соединение по текучей среде между масляным резервуаром 10 и пространством 31 между роторным масляным насосом 13 и заслонкой 30, при этом соединение по текучей среде выполнено с возможностью передачи масла 11 из масляного резервуара 10 в пространство 31 между роторным масляным насосом 13 и заслонкой 30.
Это может быть реализовано, например, посредством небольшого насоса, который приводится в действие вручную или электрически.
Когда безмасляный компрессор 1 снабжен таким соединением по текучей среде, для запуска безмасляного компрессора 1 может быть выполнен следующий способ:
передают масло 11 из масляного резервуара 10 в пространство 31 между роторным масляным насосом 13 и заслонкой 30 до тех пор, пока пространство 31 не будет полностью заполнено маслом 11; и
затем запускают двигатель 4.
Конечно, не исключено, что безмасляный компрессор 1 также снабжен датчиком, выполненным с возможностью регистрации присутствия масла 11 во впускном канале 23 между роторным масляным насосом 13 и заслонкой 30.
В этом случае, когда при запуске масло 11 не обнаруживается, пользователю будет отправлен сигнал для передачи масла 11 из масляного резервуара 10 в пространство 31 между роторным масляным насосом 13 и заслонкой 30 посредством работы небольшого насоса или, когда этот небольшой насос работает электрически, небольшой насос автоматически запустится безмасляным компрессором 1, чтобы гарантировать, что масло 11 перемещается из масляного резервуара 10 в пространство 31 между роторным масляным насосом 13 и заслонкой 30, после чего можно без проблем плавно запустить двигатель 4.
Настоящее изобретение никоим образом не ограничивается вариантами осуществления, описанными в качестве примера и показанными на чертежах, и масляный контур согласно изобретению и безмасляный компрессор, снабженный таким масляным контуром, могут быть реализованы во всех видах форм и размерах, не выходя за рамки объема изобретения.