ВИНТОВАЯ КОМПРЕССОРНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2012 года по МПК F04C29/02 F04C18/12 

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к винтовой компрессорной установке.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Обычно широко используемым является винтовой компрессор с масляным охлаждением, который охлаждается охлаждающим маслом, проходящим между винтовыми роторами и роторной камерой. В обычном винтовом компрессоре с масляным охлаждением, если целевой газ, который предназначен для сжатия, является газом типа гидроокиси углерода, то этот целевой газ растворяется в охлаждающем масле, уменьшая его вязкость, что может затем привести к недостаточной смазке подшипника и его повреждению. Кроме того, если целевой газ является коррозионным, то этот целевой газ может повредить подшипник обычного винтового компрессора.

Патентная публикация 1 описывает технику разделения газа, растворенного в охлаждающем масле, посредством уменьшения давления целевого газа, выпущенного из винтового компрессора в вакуумный резервуар. Он, однако, не может значительно снизить давление, поэтому деаэрация масла в устройстве по патентной публикации 1 не всегда достаточна.

Литература по предшествующему уровню техники

Патентная публикация 1: JP Н10-26093 А.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Вследствие наличия вышеупомянутой проблемы задачей настоящего изобретения является обеспечение винтового компрессора с масляным охлаждением, в котором предназначенный для сжатия целевой газ не влияет на срок службы подшипника.

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ

Для достижения вышеупомянутой цели винтовая компрессорная установка по настоящему изобретению содержит: винтовой компрессор, в котором вал ротора винтового ротора, который размещен с возможностью поворота для сжатия целевого газа вместе со смазывающей текучей средой ротора с охватываемым/охватывающим взаимным зацеплением в роторной камере, образованной в корпусе, удерживается подшипником, установленным в подшипниковом пространстве, сформированном в корпусе и смежном с роторной камерой, и который включает в себя уплотнительный элемент, который изолирует подшипниковое пространство от роторной камеры; коллектор, отделяющий смазывающую текучую среду ротора, который отделяет смазывающую текучую среду ротора от целевого газа, выпущенного из винтового компрессора; средство подачи смазывающей текучей среды ротора, которое вводит смазывающую текучую среду ротора, отделенную коллектором смазывающей текучей среды ротора в роторную камеру, и систему смазки подшипника, которая подает смазывающую текучую среду подшипника в подшипниковое пространство и возвращает в подшипниковое пространство смазывающую текучую среду подшипника, выпущенную из подшипникового пространства.

В соответствии с этой конфигурацией смазывающая текучая среда ротора для смазки винтового ротора и роторной камеры, а также смазывающая текучая среда подшипника для смазки подшипника вала ротора, являются текучими средами, изолированными одна от другой и циркулирующими в различных системах независимо одна от другой. Таким образом, контакт между смазывающей текучей средой подшипника и целевым газом обычно может быть исключен, так что смазывающая текучая среда подшипника при этом разрушению не подвергается и не сокращается срок службы подшипника.

Дополнительно, винтовая компрессорная установка по настоящему изобретению может содержать канал смазывающего потока ротора, через который смазывающая текучая среда ротора, собранная в коллекторе, отделяющем смазывающую текучую среду ротора, возвращается в роторную камеру.

В соответствии с этой конфигурацией смазывающая текучая среда ротора может быть использована в круговом контуре, а потому эта смазывающая текучая среда ротора может быть легко охлаждена.

Дополнительно, в винтовой компрессорной установке по настоящему изобретению смазывающая текучая среда подшипника может быть подана к уплотнительному элементу вала.

В соответствии с этой конфигурацией смазывающая текучая среда ротора используется также в качестве уплотнительной текучей среды, которая увеличивает уплотнение уплотнительного элемента вала, вследствие чего просачивание целевого газа в подшипниковое пространство может быть надежно исключено.

Дополнительно, в винтовой компрессорной установке по настоящему изобретению уплотнительный элемент вала может быть сконфигурирован с соединением друг с другом роторной камеры и подшипникового пространства посредством множества узких зазоров, а часть целевого газа, из которого в коллекторе, отделяющем смазывающую текучую среду ротора, смазывающая текучая среда ротора отделена, может быть подана в середину потока уплотнительного элемента вала.

В соответствии с этой конфигурацией целевой газ, от которого смазывающая текучая среда ротора отделена, подается в середину потока уплотнительного элемента вала, и поэтому поданный целевой газ протекает через небольшие зазоры, образованные уплотнительным элементом вала, в сторону более низкого давления, тем самым препятствуя протеканию целевого газа, включающего в себя смазывающую текучую среду, из роторной камеры в пространство подшипника. Поскольку ток целевого газа в пространство подшипника через уплотнительный элемент вала чрезвычайно мал, этот целевой газ никогда не испортит смазывающую текучую среду подшипника и никогда не вызовет коррозии этого подшипника.

Дополнительно, в винтовой компрессорной установке по настоящему изобретению винтовой компрессор может иметь золотниковый клапан, который управляет положением выпуска целевого газа из роторной камеры.

В случае использования золотникового клапана трудно сделать винтовой компрессор в безмасляной конфигурации, поэтому обычный винтовой компрессор не может быть адаптирован под коррозийный газ и подобное вещество. Однако в соответствии с настоящим изобретением срок службы подшипника может быть обеспечен даже с использованием золотникового клапана.

Дополнительно, в винтовой компрессорной установке по настоящему изобретению смазывающая текучая среда подшипника может служить также и в качестве рабочей среды золотникового клапана.

В соответствии с этой конфигурацией для циркуляции подаваемой текучей среды необходимо меньшее количество вспомогательного оборудования.

ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с настоящим изобретением роторная камера и пространство подшипника винтового компрессора разделены друг от друга уплотнительным элементом вала и в них подаются различные текучие среды для смазки и для охлаждения. Поэтому с подшипником и со смазывающей текучей средой подшипника контактирует лишь малое количество целевого газа, который сжимается в винтовом компрессоре, или вообще не контактирует нисколько газа. Следовательно, срок службы подшипника никак не подвержен воздействию свойств целевого газа.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 представляет собой принципиальную схему первого варианта исполнения согласно настоящему изобретению.

Фиг.2 представляет собой принципиальную схему второго варианта исполнения согласно настоящему изобретению.

Фиг.3 представляет собой принципиальную схему третьего варианта исполнения согласно настоящему изобретению.

Фиг.4 представляет собой принципиальную схему четвертого варианта исполнения согласно настоящему изобретению.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТА ИСПОЛНЕНИЯ

Далее будет описан вариант исполнения настоящего изобретения со ссылками на сопроводительные чертежи. Фиг.1 показывает винтовую компрессорную установку 1 в первом варианте исполнения настоящего изобретения. Винтовая компрессорная установка 1 оснащена винтовым компрессором 2, который сжимает целевой газ (например, газ пропан), а также коллектором 3 отделения смазывающей текучей среды, который отделяет смазывающую текучую среду ротора (например, смазывающее масло), смешанную с целевым газом для смазки и охлаждения внутренней полости винтового компрессора 2, от целевого газа для подачи сжатого целевого газа в потребляющее оборудование. Винтовой компрессор 2 имеет винтовые роторы 6, которые размещены с возможностью вращения охватываемым/охватывающим взаимным зацеплением в роторной камере 5, образованной в корпусе 4. Винтовой ротор 6 имеет винтовой вал 9, проходящий в подшипниковые пространства 7, 8, сформированные в корпусе 4 смежно с роторной камерой, который удерживается подшипниками 9, 10, расположенными в подшипниковых пространствах 7, 8. Кроме того, охватываемый и охватывающий винтовые роторы 6 соединены друг с другом посредство, установленных в подшипниковом пространстве 8 распределительных шестерен 12, с тем чтобы они вращались синхронно со стороны выхода. Далее, винтовой компрессор 2 имеет механические уплотнения (уплотнительный элемент ротора) 13, 14, разделяющие, соответственно, роторную камеру 5 и подшипниковые пространства 7, 8, а также механическое уплотнение 15, уплотняющий открытый конец подшипникового пространства 7 со стороны всасывания, где винтовой вал 9 выступает наружу, соединяясь с непоказанным двигателем. Более того, винтовой компрессор 2 имеет золотниковый клапан 16, который изменяет открытое положение со стороны выхода роторной камеры 5.

Дополнительно, винтовая компрессорная установка 1 имеет систему смазки подшипника 17, которая подает смазывающую текучую среду для подшипника (например, смазывающее масло) в подшипниковые пространства 7, 8 для смазки подшипников 9, 10. Система смазки подшипника 17 имеет подающий резервуар 18, который восстанавливает смазывающую текучую среду подшипника, вытекающую из подшипниковых пространств 7, 8, смазочный насос 19, который подает смазывающую текучую среду подшипника из подающего резервуара 18. Винтовая компрессорная установка 1 сконфигурирована для использования смазывающей текучей среды подшипника и в качестве рабочей среды золотникового клапана привода гидравлического цилиндра. Более конкретно, винтовая компрессорная установка 1 имеет приводной насос 22, который выкачивает смазывающую текучую среду подшипника из подающего резервуара 18, а также трехпозиционный клапан 23, который выбирает одно из двух отверстий гидравлического цилиндра 21 для подачи в него посредством приводного насоса 22 смазывающей текучей среды подшипника.

Далее, винтовая компрессорная установка 1 имеет канал смазывающего потока ротора (средство подачи смазывающей текучей среды ротора) 25 для возврата смазывающей текучей среды ротора, выделенной из целевого газа коллектора 3, отделяющего смазывающую текучую среду к всасывающей части роторной камеры 5 винтового компрессора 2 через охладитель 24 под давлением целевого газа. Тем самым смазывающая текучая среда ротора циркулирует внутри винтовой компрессорной установки 1.

В винтовой компрессорной установке 1 смазывающая текучая среда подшипника подается также в механические уплотнения 13, 14. Механические уплотнения 13, 14 состоят из двух статоров, плотно скрепленных с корпусом 4, и ротора, плотно скрепленного с валом 9 ротора между двумя статорами таким образом, что он вращается вместе с валом 9 ротора, при этом статор и ротор находятся между собой в скользящем контакте. При подаче смазывающей текучей среды подшипника к поверхностям скольжения статора и ротора уплотнение между статором и ротором становится завершенным, таким что роторная камера 5 и подшипниковые пространства 7, 8 при этом друг от друга изолированы. Следует заметить, что смазывающая текучая среда подшипника, поданная в механические уплотнения 13, 14, становится захваченной внутри закрытых пространств, образованных статором и ротором, и поэтому смазывающая текучая среда подшипника не протекает между механическими уплотнениями 13, 14 в роторную камеру 5 или в подшипниковые пространства 7, 8.

В винтовой компрессорной установке 1, поскольку целевой газ не просачивается в подшипниковые пространства 7, 8, нет риска уменьшения срока службы подшипников 10, 11 под действием коррозии вследствие коррозионной активности целевого газа. Кроме того, смазывающая текучая среда подшипника циркулирует в системе, разделенной со смазывающей текучей средой ротора, с тем чтобы избежать контакта с целевым газом и со смазывающей текучей средой ротора. Следовательно, смазывающая текучая среда подшипника не портится (уменьшение вязкости), то есть при этом могут поддерживаться оптимальные условия для смазки и охлаждения подшипников 9, 10.

Альтернативно, в этом варианте исполнения при отсутствии распределительных шестерен 12 винтовые роторы 6 могут синхронно вращаться вследствие взаимного сцепления этих винтовых роторов 6.

Фиг.2 показывает винтовую компрессорную установку 1а как второй вариант исполнения настоящего изобретения. Следует заметить, что в нижеприведенном описании компоненты, такие же как и компоненты, описанные ранее, во избежание излишнего описания обозначены теми же самыми ссылочными позициями.

Винтовая компрессорная установка 1а посредством объемного подающего насоса 26 из резервуара 27 непрерывно снабжается постоянным количеством смазывающей текучей среды ротора. Поскольку количество текучей среды, подаваемой от подающего насоса 26, мало, то винтовой компрессор 2 снабжается также отделяющей смазывающей текучей средой от коллектора 3. Коллектор 3, отделяющий смазывающую текучую среду, имеет уровневый выключатель 28 и сконфигурирован для управления степенью открытия эжекторного клапана 29, который эжектирует смазывающую текучую среду ротора из коллектора 3, отделяющего смазывающую текучую среду таким образом, чтобы уровень текучей среды в коллекторе 3, отделяющем смазывающую текучую среду, оставался в заданном диапазоне.

В том случае, когда целевой газ представляет собой газ, включающий в себя коррозийно-активные компоненты, а смазывающей текучей средой ротора является смазывающее масло, целевой газ постепенно растворяется в смазывающей текучей среде ротора и по мере работы компрессорной установки 1а будет вызывать ухудшение смазывающей текучей среды ротора. Однако в этом варианте исполнения постоянно подается свежая смазывающая текучая среда ротора, и поэтому смазывающая текучая среда ротора может поддерживаться на более высоком, чем некоторый, качественном уровне.

Кроме того, смазывающая текучая среда ротора, эжектированная из винтовой компрессорной установки 1, может потребляться на другом заводе. Например, завод по переработке нефти потребляет жидкий тяжелый углеводород, который может использоваться в качестве смазывающей текучей среды ротора. Поэтому для смазывающей текучей среды ротора, эжектированной из винтовой компрессорной установки 1, использующей в качестве смазывающей текучей среды ротора жидкий тяжелый углеводород, не будет требоваться переработки жидких отходов.

Фиг.3 показывает винтовую компрессорную установку 1b в качестве третьего варианта исполнения настоящего изобретения. В этом варианте исполнения все количество смазывающей текучей среды ротора, подаваемое в роторную камеру 5 винтового компрессора 2, подается извне винтовой компрессорной установки 1b, и все количество смазывающей текучей среды ротора, собранное в коллекторе 3, отделяющем смазывающую текучую среду, выпускается наружу относительно компрессорной установки 1b.

Например, завод по переработке нефти в качестве субпродукта производит жидкий тяжелый углеводород, такой как октан. Вообще говоря, жидкий тяжелый углеводород подвергается перегонке. Но в винтовой компрессорной установке 1b, как в этом варианте исполнения, жидкий тяжелый углеводород подвергается перегонке после того, как будет использован в качестве смазывающей текучей среды ротора, и поэтому растворенный в этой смазывающей текучей среде ротора целевой газ одновременно подвергается этой же обработке, так что при этом нет никакого риска загрязнения окружающей среды.

Дополнительно, фиг.4 показывает винтовую компрессорную установку 1с в качестве четвертого варианта исполнения настоящего изобретения. Винтовая компрессорная установка 1с оснащена круговыми графитовыми уплотнениями 30, 31 для уплотнения вала между роторной камерой 5 и подшипниковыми пространствами 7, 8. Кроме того, винтовая компрессорная установка 1с подает часть целевого газа, из которого коллектором 3, отделяющим смазывающую текучую среду, смазывающая текучая среда ротора отделена в середину потока к кольцевым графитовым уплотнением 30, 31. Следует заметить, что целевой газ подается через отверстие 32 в середину потока к круговому графитовому уплотнению со стороны всасывания так, чтобы скорректировать подаваемое количество смазывающей текучей среды ротора.

В этом варианте исполнения из подшипникового пространства 7, 8 вытекает не только смазывающая текучая среда подшипника, но и часть целевого газа, поданного к круговым графитовым уплотнениям 30, 31. Эти целевые газы собираются в резервуаре давления 33. Резервуар давления 33 имеет верхнее пространство, связанное каналом сообщения со стороной всасывания винтового компрессора 2 таким образом, что находящийся в этом верхнем пространстве целевой газ засасывается давлением всасывания винтового компрессора 2, чтобы внутреннее давление резервуара давления 33 поддерживалось таким же, что и давление всасывания винтового компрессора 2. Кроме того, часть смазывающей текучей среды подшипника, выпущенная из смазочного насоса 19, возвращается в резервуар давления 33 через устройство перегонки 34. Поэтому растворенный целевой газ из нее удаляется для поддержания качества смазывающей текучей среды подшипника.

Круговые графитовые уплотнения 30, 31 имеют множество графитовых колец 35, плотно удерживаемых корпусом с образованием зазоров с валом 9 ротора, чтобы ограничить количество целевого газа, проходящего через зазоры в минимальном количестве, обуславливаемом потерей давления, вызванного прохождением целевого газа через зазоры между валом 9 ротора и графитовыми кольцами 35.

Кроме того, в этом варианте исполнения целевой газ при большем давлении, чем давление в роторной камере 5 и в подшипниковых пространствах 7, 8, вводится в средний поток графитовых уплотнений 30, 31. Поэтому целевой газ, введенный в средний поток графитовых уплотнений 30, 31, течет в роторную камеру 5 и в подшипниковые пространства 7, 8, чтобы предотвратить проникновение в подшипниковые пространства 7, 8 из роторной камеры 5 целевого газа, содержащего смазывающую текучую среду ротора. Следовательно, смазывающая текучая среда подшипника никогда не смешивается со смазывающей текучей средой ротора.

Далее, в этом варианте исполнения целевой газ, текущий в подшипниковые пространства 7, 8, не является носителем какой-либо смазывающей текучей среды, и поэтому скорость его тока может быть очень малой. Соответственно, в этом варианте исполнения целевой газ не оказывает слишком большого эффекта на смазывающую текучую среду подшипника, и поэтому качество смазывающей текучей среды подшипника может поддерживаться компактным устройством перегонки 34.

В этом варианте исполнения полностью воздухонепроницаемым уплотнением вала может быть только механическое уплотнение 15, расположенное в той области, где вал 9 ротора выступает из корпуса 4. Кроме того, для смазывающей текучей среды подшипника, которая, как в этом варианте исполнения, контактирует с целевым газом, не требуется применения строгого стандарта, такого как стандарт на системы смазки Американского института нефти, и поэтому конструкция системы для выполнения смазки не будет дорогостоящим предприятием.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

1 - винтовая компрессорная установка

2 - винтовой компрессор

3 - коллектор, отделяющий смазывающую текучую среду

4 - корпус

5 - роторная камера

6 - винтовой ротор

7, 8 - пространство подшипника

9 - вал ротора

10, 11 - подшипник

13, 14 - механическое уплотнение (элемент уплотнения вала)

15 - механическое уплотнение

16 - золотниковый клапан

17 - система смазки подшипника

19 - смазочный насос

20 - охладитель

21 - канал смазывающего потока ротора

24 - охладитель

25 - канал смазывающего потока ротора (средство подачи смазывающей текучей среды ротора)

30, 31 - круговое графитовое уплотнение (элемент уплотнения вала)

35 - графитовое кольцо

Изобретение относится к винтовой компрессорной установке. Винтовая компрессорная установка 1 содержит винтовой компрессор 2, в котором винтовой ротор 6 расположен с возможностью поворота для сжатия газа вместе со смазывающей текучей средой ротора в приспособление со взаимным внутренне-наружным зацеплением в роторной камере 5, образованной в корпусе 4. Вал ротора удерживается подшипниками 10, 11, установленными в подшипниковых пространствах 7, 8, сформированных в корпусе 4, смежно с камерой 5. Вал включает в себя уплотнительные элементы 13, 14, которые изолируют пространство 7, 8 от камеры 5. Установка содержит коллектор 3, который отделяет текучую среду ротора от газа, выпущенного из компрессора 2, канал 25, через который текучая среда ротора, отделенная коллектором 3, вводится в камеру 5, и систему 17 смазки подшипника для подачи текучей среды подшипника в пространство 7, 8, охлаждения текучей среды подшипника, вытекающей из пространства 7, 8, и возвращения этой текучей среды в пространство 7, 8. Текучая среда подшипника подается также и к элементам 13, 14. Изобретение направлено на создание установки, в которой срок службы подшипника не подвержен влиянию свойств сжимаемого газа. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Винтовая компрессорная установка, содержащая винтовой компрессор, в котором валы пары винтовых роторов, которые размещены с возможностью поворота для сжатия целевого газа вместе со смазывающей текучей средой ротора с охватываемым/охватывающем взаимным зацеплением в роторной камере, образованной в корпусе, удерживаются подшипником, установленным в подшипниковом пространстве, сформированном в корпусе, и смежном с роторной камерой, и которые включают в себя уплотнительный элемент, который изолирует подшипниковое пространство от роторной камеры; коллектор, отделяющий смазывающую текучую среду, который отделяет смазывающую текучую среду ротора от целевого газа, выпущенного из винтового компрессора; средство подачи смазывающей текучей среды ротора, которое вводит смазывающую текучую среду ротора, отделенную коллектором, отделяющим смазывающую текучую среду, в роторную камеру; и систему смазки подшипника, которая подает смазывающую текучую среду подшипника в подшипниковое пространство и возвращает в подшипниковое пространство смазывающую текучую среду подшипника, выпущенную из подшипникового пространства, причем смазывающая текучая среда подшипника подается также и к указанному уплотнительному элементу вала, причем уплотнительный элемент вала выполнен с возможностью соединения друг с другом роторной камеры и подшипникового пространства посредством множества зазоров, и часть целевого газа, из которого в коллекторе, отделяющем смазывающую текучую среду, смазывающая текучая среда ротора отделена, подается в середину потока к уплотнительному элементу вала.

2. Винтовая компрессорная установка по п.1, дополнительно содержащая канал смазывающего потока ротора, через который смазывающая текучая среда ротора, собранная в коллекторе, отделяющем смазывающую текучую среду ротора, возвращается в роторную камеру.

3. Винтовая компрессорная установка, содержащая винтовой компрессор, в котором валы пары винтовых роторов, которые размещены с возможностью поворота для сжатия целевого газа вместе со смазывающей текучей средой ротора с охватываемым/охватывающем взаимным зацеплением в роторной камере, образованной в корпусе, удерживаются подшипником, установленным в подшипниковом пространстве, сформированном в корпусе, и смежном с роторной камерой, и который включает в себя уплотнительный элемент, который изолирует подшипниковое пространство от роторной камеры; коллектор, отделяющий смазывающую текучую среду, который отделяет смазывающую текучую среду ротора от целевого газа, выпущенного из винтового компрессора; средство подачи смазывающей текучей среды ротора, которое вводит смазывающую текучую среду ротора, отделенную коллектором, отделяющим смазывающую текучую среду, в роторную камеру; и систему смазки подшипника, которая подает смазывающую текучую среду подшипника в подшипниковое пространство и возвращает в подшипниковое пространство смазывающую текучую среду подшипника, выпущенную из подшипникового пространства, причем винтовой компрессор имеет золотниковый клапан, который управляет положением выпуска целевого газа из роторной камеры, причем смазывающая текучая среда подшипника служит также и в качестве рабочей среды золотникового клапана.