Способ охлаждения компрессора объёмного действия Российский патент 2022 года по МПК F04C29/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способам охлаждения компрессоров объемного действия и может быть использовано в процессе работы холодильного оборудования, а также оборудования для сжижения газа.

Уровень техники

Компрессор объемного типа представляет собой роторный механизм, предназначенный, преимущественно, для сжатия газообразной фазы вещества и передачи сжатого газа на последующие узлы комплексного оборудования. В качестве сжимаемого газа может выступать хладагент в холодильном оборудовании или инертный газ. В процессе сжатия рабочего газа происходит выделение тепловой энергии, передающееся на конструкцию компрессора. При недостаточном уровне отведения тепла в процессе сжатия газа повышается вероятность перегрева элементов компрессора и, как следствие, его преждевременный износ и выход из строя.

Известен способ охлаждения винтового компрессора за счет воздушного обдува его корпуса из описания к патенту RU 2131047. Однако данный способ требует высоких энергетических затрат при низкой эффективности охлаждения.

Известен также способ использования рубашки водного охлаждения из описания к патенту RU 2429378. К недостаткам такого способа можно отнести недостаточную эффективность охлаждения за счет отвода теплоты только с поверхности корпуса винтового компрессора.

Известно использование способа охлаждения внутренних полостей компрессора, заключающегося во впрыске масла в рабочую полость компрессора и на подвижные роторно-винтовые элементы компрессора [Сакун И.А. Винтовые компрессоры: Основы теории, расчет, конструкция / И.А. Сакун, д-р техн. наук проф. - 2-е изд., перераб. и доп. - Ленинград: Машиностроение, 1970. - 400 с.]. Однако для такого типа компрессоров возникает потребность применения масляных насосов, фильтров, отделителей масла и др., препятствующих загрязнению сжатого вещества, что увеличивает трудозатраты и габариты компрессора с сопутствующими узлами отчистки.

Кроме решения проблемы перегрева рабочих элементов винтового компрессора необходимо обеспечить максимально эффективную работу компрессора при сжатии газов. Известно, что для предотвращения ухудшения качественных показателей компрессора необходимо стабилизировать температуру внутри него и приблизить процесс сжатия инертного газа в камере компрессора к изотермическому, поскольку при изотермическом процессе работа сжатия уменьшается, вследствие чего и уменьшаются энергозатраты. Одним из способов поддержания постоянной температуры внутри камеры винтового компрессора при одновременном его охлаждении является применение эндотермических эффектов химических реакций.

Так известен способ охлаждения по патенту SU 1629613, включающий подачу охлаждающей жидкости (в частном выполнении - воду) в рабочую полость винтового компрессора с добавлением в нее твердого компонента - кристаллогидратной соли (в частном выполнении - соль NaCO₃*10H₂O), вступающей в эндотермическую реакцию с охлаждающей жидкостью в рабочей полости винтового компрессора.

Однако скорость растворения кристаллов солей в воде недостаточна для достижения эффективной эндотермической реакции при быстром сжатии газов, вследствие чего становится невозможным обеспечить эффективность работы винтового компрессора.

Наиболее близким к заявляемому является способ охлаждения по патенту RU 2158381, который включает подачу в рабочую полость винтового компрессора смеси газов, химически инертных по отношению к сжимаемому газу, которые вступают между собой в эндотермическую реакцию в присутствии катализатора. Это позволяет уменьшить энергозатраты на сжатие, сделать возможным сжатие газа до более высоких давлений без применения дополнительных ступеней, увеличить скорость эндотермической реакции. В частном выполнении способа в качестве газов в смеси используют C₂H₄ и O₂ в соотношении соответственно 1:1 согласно уравнению химической реакции

C₂H₄+O₂=CH₂ - CH₂, в качестве катализатора используют серебро.

К недостаткам способа охлаждения компрессора по патенту RU 2158381 относится то, что эндотермическая реакция газов отнимает недостаточное количество теплоты (порядка 35кДж) для осуществления эндотермической реакции, что снижает охлаждающий эффект.

В отличие от наиболее близкого аналога в заявляемом способе использование смеси жидкого и газообразного веществ позволяет отнимать бóльшее (на 83 кДж) количество теплоты при том же количестве вещества, так как теплоотдача жидкости на порядок больше газа. Кроме того, в заявляемом способе газ увеличивает поверхность соприкосновения реагирующих веществ, а введение серебра, как реагента химической реакции, увеличивает скорость теплопередачи.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является усовершенствование способа охлаждения компрессора объемного действия, позволяющего повысить эффективность его работы при сжатии газов.

Технический результат заключается в увеличении эффективности теплоотвода при работе компрессора объемного действия за счет протекания эндотермической реакции с поглощением теплоты 160-190 Дж на моль и достижения постоянной температуры внутри рабочей полости компрессора в пределах погрешности оборудования.

Технический результат достигается за счет того, что в рабочую полость подают химически инертные по отношению к сжимаемому газу первичные вещества, вступающие в эндотермическую реакцию, и отводят продукты эндотермической реакции через трубопровод в ресивер, при этом в качестве первичных веществ в рабочую полость подают смесь газообразной фазы CH₃-CHO с жидкой фазой H₂O, вступающие между собой в эндотермическую реакцию в присутствии предварительно размещенного в рабочей полости компрессора катализатора Ag в соотношении 1:1:2 соответственно согласно уравнению химической реакции

Также подачу первичных веществ в рабочую полость осуществляют впрыскиванием.

Краткое описание чертежей

Заявленное техническое решение поясняется чертежом, на котором представлена установка компрессора, в котором осуществляется частное выполнение заявленного способа охлаждения винтового компрессора. Позициями на чертеже обозначены: 1 - дозатор, 2 - трубопровод для подачи инертного газа, 3 - трубопровод для отвода охлаждающего вещества, 4 - второй термометр, 5 - трубопровод для подачи жидкой фазы H₂O, 6 - трубопровод для подачи газообразной фазы CH₃-CHO, 7 - первый термометр.

Осуществление изобретения

Заявляемый способ осуществляют во время работы компрессора по сжатию инертного газа, подающего через трубопровод 2. Через трубопроводы 6 и 5 осуществляют раздельную подачу первичных веществ - газообразной фазы вещества «А» и жидкой фазы вещества «Б». В частном выполнении заявляемого способа в качестве вещества «А» выступает газ ацетальдегид CH₃-CHO, а в качестве вещества «Б» выступает вода H₂O. Вещества подают в резервуар дозатора 1, ведущего к рабочей полости компрессора, в результате чего образуется смесь ацетальдегида в воде. Смесь подают в рабочую полость компрессора. Наиболее предпочтительным вариантом подачи смеси является впрыскивание. Предварительно в рабочей полости компрессора размещают катализатор, в частном выполнении представляющий собой пластину серебра Ag, размещаемую на рабочих органах компрессор, на крышке компрессора или на винтах компрессора. Количество веществ «А», «Б» и катализатора выбирается из соотношения 1:1:2. При взаимодействии , и Ag в количестве 1 моль в соотношении соответственно 1: 1: 2 согласно уравнению химической реакции:

(1)

поглощается 186 кДж теплоты. Подачу смеси в рабочую полость регулируют исполнительным механизмом в зависимости от температуры, измеренной первым термометром 7 и вторым термометром 4. При этом значения температуры на термометре 7 и 4 должны совпадать в пределах погрешности измерения. В рабочей полости смешивают смесь веществ и инертный сжимаемый газ. В присутствии катализатора при повышении давления происходит эндотермическая реакция смеси, и как следствие, охлаждение конструкции компрессора. Сжатый инертный газ и продукт эндотермической реакции, в частном выполнении представляющий собой жидкую фазу спирта C₂H₅OH, отводят по трубопроводу 3. Охлаждающее вещество - спирт C₂H₅OH направляется через отделитель жидкости в ресивер, а сжатый инертный газ направляют дальше по циклу работы комплексного оборудования, сопряженного с винтовым компрессором.

Организация в рабочей полости винтового компрессора эндотермической реакции позволяет приблизить процесс сжатия инертного газа к изотермическому с отклонением в ±5% и обеспечить наиболее эффективное охлаждение сжимаемого инертного газа, по сравнению с наиболее близким аналогом за счет большего поглощения теплоты при том же количестве реагентов и с большей скоростью.

Пример реализации заявляемого способа

В лабораторных условиях был осуществлен заявляемый способ. В качестве компрессора объемного действия использовался винтовой компрессор ALMIG VARIABLE-150-8 объемной производительностью 25 м3/мин мокрого сжатия. Первичные вещества (газ и жидкость ), химически инертные по отношению к сжимаемому газу (воздуху) при нормальных условиях, подавали по трубопроводам винтового компрессора в дозатор 1. Пластину серебра Ag предварительно установили на крышке винтового компрессора. Массу CH₃-CHO, H₂O и Ag выбирали из соотношения 1:1:2 соответственно согласно. В процессе осуществления способа сжимаемый воздух по трубопроводу подавали в рабочую полость при давлении P₁=0,1 МПа и температуре t₁=20°C. После отсечки рабочей полости от окна всасывания в нее по трубопроводу подавали первичные вещества ( и ) в виде смеси, приготовленной в дозаторе. При сжатии воздуха от давления P₁=0,1 МПа до давления P₂=0,5 МПа выделилось количество теплоты, равное 186 кДж. В рабочей полости реагенты , и Ag вступили между собой в эндотермическую реакцию. В процессе протекания эндотермической реакции реагентов поглотилось количество теплоты 186 кДж в расчете на 1 моль . Таким образом от сжимаемого воздуха полностью была отведена теплота сжатия и, вследствие этого, температура сжатого воздуха на выходе из КМ (t₂) была равна температуре воздуха на входе в КМ, т.е. t₁=t₂=20°C, что позволило говорить о создании политропного (изотермического) процесса сжатия с показателем политропы n=1. После выхода из винтового компрессора смесь охлажденного сжатого воздуха и продукта эндотермической реакции - раствора в воде - поступила в отделитель жидкости, в котором охлажденный сжатый воздух был отделен и поступил к потребителю, а раствор поступил в сборную емкость для дальнейшего использования.

Изобретение относится к способам охлаждения компрессоров объемного действия и может быть использовано в процессе работы холодильного оборудования, а также оборудования для сжижения газа. Согласно способу в рабочую полость подают химически инертные по отношению к сжимаемому газу первичные вещества. В качестве первичных веществ в рабочую полость подают смесь газообразной фазы CH₃-CHO с жидкой фазой H₂O, вступающие между собой в эндотермическую реакцию в присутствии предварительно размещенного в рабочей полости компрессора катализатора Ag, и отводят продукты эндотермической реакции через трубопровод в ресивер. Изобретение направлено на увеличение эффективности теплоотвода при работе компрессора. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ охлаждения компрессора объёмного действия, заключающийся в том, что в рабочую полость подают химически инертные по отношению к сжимаемому газу первичные вещества, вступающие в эндотермическую реакцию, и отводят продукты эндотермической реакции через трубопровод в ресивер, отличающийся тем, что в качестве первичных веществ в рабочую полость подают смесь газообразной фазы CH₃-CHO с жидкой фазой H₂O, вступающие между собой в эндотермическую реакцию в присутствии предварительно размещенного в рабочей полости компрессора катализатора Ag в соотношении 1:1:2 соответственно согласно уравнению химической реакции

.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу первичных веществ в рабочую полость осуществляют впрыскиванием.