ВИНТОВОЙ КОМПРЕССОР Российский патент 2016 года по МПК F04C18/16 

Данное изобретение относится к винтовому компрессору.

Более конкретно, данное изобретение относится к винтовому компрессору, который содержит по меньшей мере камеру сжатия, которая образована в корпусе сжатия и в которой смонтированы с возможностью вращения пара находящихся в зацеплении винтообразных роторов компрессора, которые имеют валы, которые проходят вдоль первого и второго осевых направлений, которые параллельны друг другу, причем винтовой компрессор также содержит по меньшей мере приводной двигатель, и который снабжен камерой двигателя, образованной корпусом двигателя, в которой смонтирован с возможностью вращения вал двигателя, и этот вал двигателя проходит вдоль третьего осевого направления, и он приводит во вращение по меньшей мере один из вышеупомянутых двух спиральных роторов компрессора.

Подобные винтовые компрессоры уже 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 компрессора, о котором идет речь, 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 таких применений часто используют «контактное уплотнение».

Однако вал ротора компрессора, о котором идет речь, 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 потерянного (использованного) тепла, запасенного в хладагентах, оптимальным образом используются не полностью.

В другом примере, описанном в US 5246349, газоотводная труба двигателя сообщается с впускным отверстием винтового компрессора так, что внутренняя часть двигателя находится под давлением ниже атмосферного.

Цель данного изобретения, таким образом, - предложить техническое решение для устранения одного или нескольких из вышеуказанных недостатков и любых других недостатков.

Более конкретно, цель данного изобретения - предложить винтовой компрессор, который является надежным и простым, 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.

С этой целью данное изобретение описывает винтовой компрессор в соответствии с п. 1 формулы изобретения, в котором корпус сжатия и корпус двигателя соединены непосредственно друг с другом для образования корпуса компрессора, причем камера двигателя и камера сжатия не изолированы друг от друга, и винтовой компрессор представляет собой вертикальный винтовой компрессор, в котором валы роторов компрессора, а также вал двигателя проходят вдоль осевых направлений, которые расположены под углом или перпендикулярно горизонтальной плоскости во время нормальной работы винтового компрессора.

Первое большое преимущество такого винтового компрессора, выполненного согласно данному изобретению, заключается в том, 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.

Здесь 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, чем в случае известных винтовых компрессоров, и невозможен никакой износ такого уплотнения, и предотвращаются утечки, возникающие в результате некачественного монтажа такого уплотнения. Еще одно преимущество такого винтового компрессора, выполненного согласно данному изобретению, в котором камера двигателя и камера сжатия образуют единое замкнутое пространство, заключается в том, 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. Согласно предпочтительному варианту реализации винтового компрессора согласно данному изобретению, винтовой компрессор предпочтительно снабжен текучей средой, например, маслом, с помощью которой как приводной двигатель, так и роторы компрессора охлаждаются и/или смазываются. Таким образом, конструкция винтового компрессора согласно данному изобретению очень сильно упрощается, требуется меньшее число различных хладагентов и/или различных смазок, и единое пространство может быть в результате сконструировано дешевле.

Кроме того, характерно, что благодаря обеспечению 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.

В действительности, 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 действие 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.

Предпочтительный вариант реализации винтового компрессора согласно данному изобретению описан далее с помощью примера, без ограничения объема изобретения, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

На фиг. 1 схематически показан винтовой компрессор, выполненный согласно данному изобретению.

На фиг. 2 схематически показан блок для иллюстрации использования винтового компрессора согласно данному изобретению.

Винтовой компрессор 1 согласно данному изобретению, показанный на фиг. 1, содержит камеру 2 сжатия, которая выполнена в корпус 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′, тогда как 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 поступающее 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, тогда как 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 снабжен корпусом 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 имеются другие способы соединения вала 17 двигателя и вала 7 ротора, которые не исключены из объема данного изобретения.

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, тогда как статор 24 оборудован электрическими обмотками 26 для генерации магнитного поля статора, которое переключается и воздействует известным образом на магнитное поле ротора, обеспечивая вращение ротора 23; однако использование других типов приводных двигателей 14 не исключено согласно данному изобретению.

Согласно предпочтительному варианту реализации винтового компрессора 1 согласно данному изобретению, 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 соответственно содержат внутри приводной двигатель 14 и роторы 4 и 5 компрессора.

Однако корпус 15 двигателя и корпус 3 сжатия не обязательно должны быть выполнены в виде отдельных частей, но 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, имеющемуся в комплекте, образованном камерой 2 компрессора и камерой 16 двигателя, индуктивность электродвигателя 14 вдоль продольной оси DD′, которое соответствует первичному направлению DD′ магнитного поля ротора, является отличной от индуктивности электродвигателя 14 вдоль перпендикулярной к DD′ поперечной оси QQ′.

Предпочтительно, чтобы эти индуктивности электродвигателя 14 вдоль продольной прямой 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.

Согласно данному изобретению, 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 имеется атмосферное давление, сквозь корпус 15 двигателя к камере 16 двигателя, которая в винтовом компрессоре 1, выполненном согласно данному изобретению, находится под давлением компрессора, что представляет собой непростую проблему.

Для реализации такого электрического соединения приводного двигателя 14, согласно данному изобретению, можно использовать соединение, в котором применяется уплотнение типа стекло-металл.

Металлические штифты внедряют в отверстия в корпусе 15 двигателя путем уплотнения их в отверстиях стеклянным веществом, которое расплавляется вокруг штифтов.

Затем электрические кабели, о которых идет речь, можно присоединить к обоим концам штифтов.

Кроме того, приводной двигатель 14 предпочтительно 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 образуют единое замкнутое пространство, в сочетании с другой характерной особенностью винтового компрессора 1, который является не горизонтальным, а предпочтительно вертикальным винтовым компрессором 1, 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.

Согласно еще более предпочтительному варианту реализации винтового компрессора 1 согласно данному изобретению, камера 2 сжатия имеет основание 29 или нижнюю часть всего корпуса 28 винтового компрессора 1, тогда как корпус 15 двигателя образует головную часть 30 или верхнюю часть корпуса 28 компрессора.

Кроме того, концы 12, находящиеся в области низкого давления роторов 4 и 5, являются ближайшими к головной части 30 корпуса 29 компрессора, а концы 13, находящиеся в области высокого давления роторов 4 и 5, являются ближайшими к основанию 29 корпуса 28 компрессора, так что отверстие 12 для всасывания воздуха и область низкого давления винтового компрессора 1 расположены выше, чем выпускное отверстие 13 для выхода сжатого воздуха.

Эта особенно полезно для обеспечения эффективного охлаждения и смазки двигателя 14 и роторов 4 и 5 компрессора, и 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 меньшей площадью поперечного сечения, чем это обычно имеет место в случае известных 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, и 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.

Другие расположения подшипников для установки валов 7 и 8 роторов и вала 17 двигателя, реализованные с помощью иных видов подшипников, не исключены из объема данного изобретения.

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 функция охлаждения и функция 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 и 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 обеспечивают то, что текучая среда 37 не попадает 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 ориентирована 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, цель заключается здесь в том, чтобы текучая среда 37 приводилась в движение по охлаждающим каналам 39 под действием давления, создаваемого самим винтовым компрессором 1, как будет пояснено далее на основании фиг. 2.

Таким образом, достаточно большой поток текучей среды 27 может быть создан через охлаждающие каналы 39, что необходимо из-за значительного тепла, генерируемого в винтовом компрессоре 1.

С другой стороны, винтовой компрессор 1 также снабжен смазывающим контуром 40 для смазки подшипника 35 двигателя, а также 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, который значительно меньше, чем диаметр 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, данное изобретение заключается в том, что 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, резервуар 43 здесь предпочтительно 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, является преимущественным, что 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 более 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.

Согласно предпочтительному варианту реализации винтового компрессора 1 согласно данному изобретению, этот впускной клапан 49 предпочтительно представляет собой нерегулируемый или саморегулирующийся клапан, и в еще более предпочтительном варианте осуществления данного изобретения этот впускной клапан 49 представляет собой 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, выходной поток сжатого воздуха через выпускное отверстие 53 для воздуха, расположенное над сосудом высокого давления 51, и, с другой стороны, 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 в действительности 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 комплектом, состоящим из выпускного трубопровода 50, выполненного на выпускном отверстии 11, сосуда высокого давления 51, присоединенного к выпускному трубопроводу 50, и обратного маслопровода 60, присоединенного 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, согласно данному изобретению 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 имеет место 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 реализации 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 реализации винтового компрессора 1 согласно данному изобретению, дополнительно обратный маслопровод 60 также не содержит саморегулирующихся обратных клапанов.

Огромное преимущество такого варианта реализации винтового компрессора 1 согласно данному изобретению заключается в том, что его система клапанов для закрытия винтового компрессора 1 является намного более простой, чем в случае известных винтовых компрессоров.

Более конкретно, только впускной клапан 49 необходим для обеспечения правильной работы винтового компрессора 1, 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 клапаном 49, 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 действительности, в случае винтового компрессора 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.

Следовательно, 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 имеет место в случае известных винтовых компрессоров, в которых давление в приводном двигателе обычно представляет собой давление окружающей среды.

В случае известных винтовых компрессоров обратный клапан всегда должен быть использован в обратном маслопроводе 60, что не имеет место в случае винтового компрессора, выполненного согласно данному изобретению.

Аналогично этому, в случае известных винтовых компрессоров обратный клапан установлен в выпускном трубопроводе 50. чтобы предотвратить возможность вытекания сжатого воздуха, имеющегося в сосуде высокого давления, через винтовой компрессор и впускное отверстие, когда винтовой компрессор остановлен.

В известных винтовых компрессорах эти обратные клапаны также обусловливают значительную потерю энергии.

В случае винтового компрессора 1, выполненного согласно данному изобретению, достаточно герметично закрыть впускное отверстие 9 с помощью впускного клапана 49, когда винтовой компрессор 1 остановлен, так 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, имеющегося 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 случае известных винтовых компрессоров, 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 случае известных винтовых компрессоров приводит к повреждению этого уплотнения.

Преимущество винтового компрессора 1, выполненного согласно данному изобретению, заключается в том, что потеря сжатого воздуха практически отсутствует, когда винтовой компрессор 1 остановлен. Это обеспечивает большую экономию энергии.

Еще один аспект заключается в том, что 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 случае винтового компрессора 1, выполненного согласно данному изобретению.

Использование винтового компрессора, выполненного согласно данному изобретению, является преимущественным.

Таким образом, преимущество 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 давление сжатия создается в сосуде высокого давления 51.

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 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.

Таким образом, 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 закрывается автоматически, до тех пор пока роторы 4 и 5 компрессора не достигнут достаточно высокой скорости, после чего саморегулирующийся впускной клапан 49 открывается автоматически под действием эффекта всасывания, созданного вращением роторов 4 и 5 компрессора.

Данное изобретение не ограничено вариантами реализации винтового компрессора, описанными в виде примера и показанными на чертежах, но винтовой компрессор может быть реализован во всех видах вариантов и различными способами, без отхода от объема данного изобретения.

Изобретение относится к винтовому компрессору. Винтовой компрессор (1) содержит камеру (2) сжатия, образованную корпусом (3), в которой установлены два входящих в зацепление ротора (4, 5), и приводной двигатель (14), снабженный камерой (16) двигателя, образованной корпусом (15), в которой установлен вал (17). Вал (17) приводит в движение по меньшей мере один из двух роторов (4, 5). Корпуса (3) и (15) присоединены непосредственно друг к другу для образования корпуса (28) компрессора. Камеры (16) и (2) не изолированы друг от друга. Валы (7, 8) роторов (4, 5) и вал (17) проходят вдоль направлений (ΑΑ', ΒΒ', СС'), расположенных под углом или перпендикулярно к горизонтальной плоскости. Корпус (3) имеет основание (29) или нижнюю секцию корпуса (28). Корпус (15) образует головную часть (30) или верхнюю секцию корпуса (28). Камера (2) снабжена впускным отверстием (9), расположенным вблизи конца (12) роторов (4, 5), являющихся ближайшими к головной части (30) корпуса (28), а также выходным отверстием (11), расположенным вблизи конца (13) роторов (4, 5), являющихся ближайшими к основанию (29) корпуса (28). Изобретение направлено на создание надежного и простого винтового компрессора. 33 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Винтовой компрессор, содержащий
- камеру (2) сжатия, выполненную в корпусе (3) сжатия, в которой с возможностью вращения установлены два, выполненных в виде винтов и находящихся в зацеплении винтообразных ротора (4, 5), имеющих валы (7, 8), проходящих вдоль параллельных друг другу первого осевого направления (АА′) и второго осевого направления (ВВ′),
- приводной двигатель (14), снабженный камерой (16) двигателя, образованной корпусом (15) двигателя, в которой с возможностью вращения установлен вал (17) двигателя, расположенный вдоль третьего осевого направления (СС′), и который приводит в движение, по меньшей мере, один из вышеупомянутых двух роторов (4, 5) компрессора;
характеризующийся тем, что корпус (3) сжатия и корпус (15) двигателя соединены непосредственно друг с другом с образованием корпуса (28) компрессора, причем камера (16) двигателя и камера сжатия (2) не изолированы друг от друга, а винтовой компрессор (1) выполнен в виде вертикального винтового компрессора (1), причем валы (7, 8) роторов (4, 5) компрессора, а также вал (17) двигателя проходят вдоль осевых направлений (АА′, ВВ′, СС′), которые расположены под углом или перпендикулярно к горизонтальной плоскости во время нормальной работы винтового компрессора,
корпус (3) сжатия имеет основание (29) или нижнюю секцию корпуса (28) компрессора, и корпус (15) двигателя образует головную часть (30) или верхнюю секцию корпуса (28) компрессора,
камера (2) сжатия снабжена впускным отверстием (9) для всасывания воздуха, которое расположено вблизи конца (12) роторов (4, 5) компрессора в области низкого давления, являющихся ближайшими к головной части (30) корпуса (28) компрессора, а также выходным отверстием (11) для выхода сжатого воздуха, которое расположено вблизи конца (13) роторов (4, 5) компрессора в области высокого давления, являющихся ближайшими к основанию (29) корпуса (28) компрессора.

2. Винтовой компрессор по п. 1, характеризующийся тем, что валы (7, 8) роторов (4, 5) компрессора, а также вал (17) двигателя во время нормальной работы винтового компрессора (1) расположены вдоль вертикальных осевых направлений (АА′, ВВ′, СС′).

3. Винтовой компрессор по п. 1 или 2, характеризующийся тем, что вал (17) двигателя непосредственно присоединен к одному из валов (7, 8) роторов (4, 5) компрессора и проходит вдоль осевого направления (СС′) соосно с направлением (АА′) вала (7) ротора (4) компрессора.

4. Винтовой компрессор по п. 1 или 2, характеризующийся тем, что вал (17) двигателя также образует вал (7) ротора одного из роторов (4, 5) компрессора.

5. Винтовой компрессор по п. 1 или 2, характеризующийся тем, что приводной двигатель (14) выполнен в виде электродвигателя (14) с ротором (23) и статором (24).

6. Винтовой компрессор по п. 5, характеризующийся тем, что электродвигатель (14) снабжен постоянными магнитами (25) для генерации магнитного поля.

7. Винтовой компрессор по п. 6, характеризующийся тем, что индуктивность электродвигателя (14) вдоль продольной оси отличается в достаточной мере от индуктивности электродвигателя (14) вдоль перпендикулярной к ней поперечной оси для обеспечения возможности определения положения ротора (23) в статоре (24) путем измерения вышеупомянутой разницы индуктивностей вблизи наружной части корпуса (28) компрессора.

8. Винтовой компрессор по п. 5, характеризующийся тем, что электродвигатель (14) представляет собой синхронный электродвигатель.

9. Винтовой компрессор по п. 5, характеризующийся тем, что приводной двигатель (14) выбран типа, который может выдерживать давление компрессора.

10. Винтовой компрессор по п. 5, характеризующийся тем, что приводной двигатель (14) выбран типа, который может генерировать достаточно большой пусковой момент для запуска винтового компрессора (1), когда камера сжатия находится под давлением компрессора.

11. Винтовой компрессор по п. 1 или 2, характеризующийся тем, что роторы (4, 5) компрессора имеют конец (13) в области высокого давления, которые установлены аксиально и радиально в корпусе (28) компрессора с помощью одного или нескольких выходных подшипников.

12. Винтовой компрессор по п. 1 или 2, характеризующийся тем, что роторы (4, 5) компрессора имеют конец (12) в области низкого давления, который установлен только радиально в корпусе (28) компрессора с помощью одного или нескольких входных подшипников.

13. Винтовой компрессор по п. 1 или 2, характеризующийся тем, что вал (17) двигателя у конца (31), противоположного приводимому в движение ротору (4), установлен аксиально и радиально в корпусе (28) компрессора с помощью одного или нескольких подшипников (35) двигателя.

14. Винтовой компрессор по п. 13, характеризующийся тем, что вал (17) двигателя установлен в корпусе (28) компрессора на его конце (31), противоположном приводимому в движение ротору (4) компрессора с помощью подшипника (35) двигателя, который представляет собой шариковый подшипник (35) и который, кроме того, оборудован средствами создания натяга (36) для обеспечения осевого предварительного натяга на шарикоподшипник (35), который направлен вдоль осевого направления (СС′) вала (17) двигателя.

15. Винтовой компрессор по п. 1, характеризующийся тем, что снабжен текучей средой (37), с помощью которой как приводной двигатель (14), так и роторы (4, 5) компрессора охлаждаются и/или смазываются.

16. Винтовой компрессор по п. 1 или 15, характеризующийся тем, что корпус (3) сжатия имеет основание (29) или нижнюю секцию корпуса (28) компрессора, и корпус (15) двигателя образует головную часть (30) или верхнюю секцию корпуса (28) компрессора, при этом винтовой компрессор снабжен охлаждающим контуром (38), предназначенным для охлаждения как приводного двигателя (14), так и винтового компрессора (1), и через который текучая среда (37) может протекать от головной части (30) корпуса (28) компрессора к основанию (29) корпуса (28) компрессора.

17. Винтовой компрессор по п. 16, характеризующийся тем, что охлаждающий контур (38) образован охлаждающими каналами (39), которые выполнены в корпусе (15) двигателя, и камерой (2) сжатия.

18. Винтовой компрессор по п. 17, характеризующийся тем, что охлаждающие каналы (39) по меньшей мере частично проходят вдоль осевых направлений (АА′, ВВ′, СС′).

19. Винтовой компрессор по п. 16, характеризующийся тем, что текуча среда (37) движется по охлаждающим каналам (39) под действием давления компрессора, генерируемого винтовым компрессором (1).

20. Винтовой компрессор по п. 12, характеризующийся тем, что роторы (4, 5) компрессора имеют конец (12) в области низкого давления, который установлен только радиально в корпусе (28) компрессора с помощью одного или нескольких входных подшипников (34),
вал (17) двигателя у конца (31), противоположного приводимому в движение ротору (4), установлен аксиально и радиально в корпусе (28) компрессора с помощью одного или нескольких подшипников (35) двигателя, при этом винтовой компрессор снабжен смазывающим контуром (40), предназначенным для смазки по меньшей мере одного подшипника (35) двигателя, а также входных подшипников (34).

21. Винтовой компрессор по п. 17 или 20, характеризующийся тем, что охлаждающий контур (38) образован охлаждающими каналами (39), которые выполнены в корпусе (15) двигателя, и камерой (2) сжатия, при этом вышеупомянутый смазывающий контур (40) состоит из одного или нескольких ответвлений (41) охлаждающих каналов (39) в корпусе (15) двигателя, предназначенных для подачи текучей среды (37) к по меньшей мере одному подшипнику (35) двигателя, и выпускных каналов, предназначенных для удаления текучей среды (37) из меньшей мере одного подшипника (35) двигателя до входных подшипников (34), откуда текучая среда (37) может втекать в камеру сжатия (2).

22. Винтовой компрессор по п. 20, характеризующийся тем, что поток текучей среды (37) в вышеупомянутом смазывающем контуре (40) осуществляется главным образом под действием силы тяжести.

23. Винтовой компрессор по п. 21, характеризующийся тем, что по меньшей мере один подшипник (35) двигателя снабжен резервуаром (43), предназначенным для приема текучей среды (37), который изолирован от вала (17) двигателя с помощью лабиринтного уплотнения.

24. Винтовой компрессор по п. 16, характеризующийся тем, что корпус (3) сжатия имеет основание (29) или нижнюю секцию корпуса (28) компрессора, и корпус (15) двигателя образует головную часть (30) или верхнюю секцию корпуса (28) компрессора, при этом винтовой компрессор снабжен охлаждающим контуром (38), предназначенным для охлаждения как приводного двигателя (14), так и винтового компрессора (1), и через который текучая среда (37) может протекать от головной части (30) корпуса (28) компрессора к основанию (29) корпуса (28) компрессора, при этом 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 (37) к головной части (300) корпуса (28) компрессора.

25. Винтовой компрессор по п. 24, характеризующийся тем, что вышеупомянутый обратный контур (65) выполнен в виде узла, содержащего выпускной трубопровод (50), расположенный у выпускного отверстия (11), сосуд высокого давления (51), присоединенный к выпускному трубопроводу (50), и обратный маслопровод (60), присоединенный к сосуду высокого давления (51).

26. Винтовой компрессор по п. 25, характеризующийся тем, что выпускной трубопровод (50) присоединен к основанию (29) корпуса (28) компрессора, а обратный маслопровод (60) присоединен к головной части (30) корпуса компрессора.

27. Винтовой компрессор по п. 25 или 26, характеризующийся тем, что выпускной трубопровод (50) между сосудом высокого давления (51) и винтовым компрессором (1) не содержит запирающих средств для обеспечения протекания потока через выпускной трубопровод (50) в обоих направлениях.

28. Винтовой компрессор по п. 27, характеризующийся тем, что обратный маслопровод (60) не содержит саморегулирующихся обратных клапанов.

29. Винтовой компрессор по п. 25, характеризующийся тем, что сосуд высокого давления (51) имеет выпускное отверстие (53) для воздуха, которое снабжено обратным клапаном (55).

30. Винтовой компрессор по п. 25, характеризующийся тем, что во время работы винтового компрессора текучая среда (37) приводится в движение через обратный контур (65) от основания (29) к головной части (30) корпуса (28) компрессора в результате действия давления компрессора, генерируемого самим винтовым компрессором (1).

31. Винтовой компрессор по п. 25, характеризующийся тем, что большая часть потока текучей среды (37), которая возвращается через обратный контур (65), протекает через охлаждающий контур (38), и только малая часть протекает через смазывающий контур (40).

32. Винтовой компрессор по п. 1 или 22, характеризующийся тем, что камера (2) сжатия снабжена впускным отверстием (9) для всасывания воздуха, которое расположено вблизи конца (12) роторов (4, 5) компрессора в области низкого давления, являющихся ближайшими к головной части (30) корпуса (28) компрессора, а также выходным отверстием (11) для выхода сжатого воздуха, которое расположено вблизи конца (13) роторов (4, 5) компрессора в области высокого давления, являющихся ближайшими к основанию (29) корпуса (28) компрессора, при этом
смазывающий контур (45) выполнен в основании (29) для смазки выходных подшипников (32, 33), состоящий из одного или нескольких подающих каналов (46) для подачи текучей среды (37) из камеры сжатия (2) к выходным подшипникам (32, 33), а также одного или нескольких выпускных каналов (47) для возврата текучей среды (37) из выходных подшипников (32, 33) в камеру сжатия (2).

33. Винтовой компрессор по п. 1, характеризующийся тем, что винтовой компрессор (1) снабжен на его впускном отверстии впускным клапаном (49), который представляет собой нерегулируемый или саморегулирующийся клапан.

34. Винтовой компрессор по п. 33, характеризующийся тем, что впускной клапан (49) представляет собой обратный клапан (49).