DE3209035A1

DE3209035A1 - Verfahren und vorrichtung zur zwischenkuehlung in einem oeleingespritzten mehrstufen-schraubenkompressor

Info

Publication number: DE3209035A1
Application number: DE19823209035
Authority: DE
Inventors: Jan 12531 Älvsjö Johannsson; Lars Dipl.Ing. 13150 Saltsjö-Dufnäs Schibbye
Original assignee: Sullair Technology 11653 Stockholm AB; Sullair Technology AB
Current assignee: Svenska Rotor Maskiner AB
Priority date: 1981-03-13
Filing date: 1982-03-12
Publication date: 1982-09-30
Also published as: US4452575A; DE3209035C2; GB2094891B; GB2094891A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ihg-.-H.'Wi-ckmanν: Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber 3209035 Dr. Ing. H. Liska

8000 MÜNCHEN 86, DEN j 2. μ8ΓΖ 1982

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

SULLAIR TEGHKOLOffY AB
Rosenlundsgatan 54

116 53 Stockholm
Schweden

Verfahren und Vorrichtung zur Zwischenkühlung in einem
öleingespritzen Mehrstufen- Schraubenkompressor

- Ιο·

Verfahren und Vorrichtung zur Zwischenkühlung in einem öleingespritzten Mehrstufen-Schraubenkompressor

Die vorliegende Erfinzung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zwischenkühlung in einem öleingespritzten Mehrstufen-Schraubenkompressor, wo das in einer Stufe komprimierte Gas einer anschließenden Stufe für weitere Komprimierung zugeführt wird.

Bisher wurden Öleingespritzte Schraubenkompressoren im wesentlichen in Einstufenausführung vermarktet. Dies gilt auch für hohe Kompressionsverhältnisse, d.h. bis zur Größenordnung von etwa 15:1. Dies war dank der Direktkühlung möglich, die durch Einspritzung großer ölmengen in den Kompressionsraum erhalten wurde, wobei, durch die bei diesem Kompressortyp herrschenden turbulenten Strömungsverhältnis se, eine effiziente Wärmeübertragung erhalten wurde, die den starken Temperaturanstieg verhinderte, der sonst, auch stellenweise, bei so hohen KompressionsVerhältnissen im komprimierten Gas erhalten erhalten worden wäre. Es zeigte sich, daß diese hohen Kompressionsverhältnis se erreicht werden konnten, ohne daß praktisch irgendwelche mechanische oder andere Betriebsstörungen eintrafen. Die bei einer solchen Einstufenkompression erhaltenen volumetrischen und adiabatischen Wirkungsgrade sind jedoch relativ begrenzt, und angesichts der in den letzten Jahren zunehmend höheren Forderungen an einen niedrigen Energieverbrauch wurde Kompression im Mehrstufenverfahren, vor allem in· Zweistufenausführungen, immer aktueller. Die Produktionskosten für zweistu/ige Schraubenkompressoren sind jedoch bedeutend höher als für entsprechende Einstufenausführungen, etwa 70% höher, so daß es wesentlich ist, eine so starke Verbesserung des Wirkungsgrades zustandezubringen, daß auch eine so starke Kostenerhöhung noch rentabel ist. Die bisher entwickelten Zweistufenkompressoren waren in dieser Hinsicht nicht zufriedenstellend.

Die vorliegende Erfindung hat deshalb die Aufgabe, eine bedeutende und entscheidende Verbesserung des Wirkungsgrades von öleingesnritzten Mehrstufen-Schraubenkompressoren zu bewirken, so daß die erhöhten Kosten für den Mehrstufenkompressor gleichwohl rentabel sind.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Erfindung die in· den beigefügten Patentansprüchen definierten Kennzeichen gegeben wurden.

Die Erfindung wird nachstehend in Form von zwei Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, in denen

Fig. 1 ein Vertikalschnitt durch einen öleingespr<itzten Zweistufen-Schraubenkompressor ist, bei dem die zweite Stufe unter der ersten angeordnet und mit einer Vorrichtung für Zwischenkühlung gemäß der Er^rfindung versehen ist,

Fig.- 2 ein entsprechender Schnitt durch einen öleingespritzten Zweistufen-Schraubenkompressor ist, bei dem die zweite Stufe fluchtend nach der ersten angeordnet ist,

Fig. 3 ein Teil eines Längsschnittes in Draufsicht durch eine alternative Düse zur Bewirkung von Zwischenkühlung, im Schraubenkompressor gem. Fig. 1 montiert und in etwas vergrößertem Maßstab gezeigt, ist, Fig. 4 ein Schnitt nach den Pfeilen A-A in Fig. 3 ist, und Fig.-5 ■ ein Schnitt nach den Pfeilen B-B in Fig. 3 ist.

In Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt durch einen öleingespritzten Zweistufen-Schraubenkompressor gezeigt, wo die erste Stufe über der zweiten Stufe 11 angeordnet ist. In der Figur sind nur die Schraubenrotoren in den beiden Stufen gezeigt. Der Schraubenrotor 12 der ersten Stufe 10 hat an seinem in der Figur linken Ende einen Einlaß 13, zu dem Luft von außen angesaugt wird. In der ersten Stufe wird die Luft nach rechts transportiert und dabei komprimiert, und sie verläßt diese

Stufe über einen im wesentlichen radial angeordneten Auslaß I¹). Dieser Auslaß IU geht .in einen Verbindungskanal 15 über, der zu einem Einlaß 16 für die zweite Stufe 11 weiterführt. In dieser Stufe mit einem Schraubenrotor 17 liegt der Einlaß rechts in der Figur, und die Luft wird in ihr nach links transportiert und dabei gleichzeitig komprimiert. Die fertigkomprimierte Luft verläßt die zweite Stufe über einen Auslaß 18. Zur Kühlung der von der ersten Stufe 10 ausströmenden Luft ist im Verbindungskanal 15 neben dem Auslaß 14 von der ersten Stufe eine Düse 19 für Zuführung einer kühlenden ülmenge angeordnet. Die Düse 19 hat eine große Anzahl kleiner öffnungen 20, die dem Auslaß 14 von der ersten Stjufe zur Bewirkung einer feinverteilten Ausspritzung des kühlenden Öles zugewandt sind. Die beiden Schraubenrotoren 12,17 werden von einer gemeinsamen eingehenden treibenden Welle 21 getrieben, die über ein Zahnradgetriebe 2 2 die Kraft zu den beiden Schraubenrotoren verteilt.

Fig. 2 zeigt eine sog. Tandemeinrichtung, bei der die erste Stufe 30 fluchtend vor der zweiten Stufe 31 angeordnet ist. Der Schraubenrotor 3 2 der ersten Stufe hat an seinem (nicht gezeigten) linken Ende einen (nicht gezeigten) Einlaß für die zu komprimierende Luft. In der ersten Stufe 30 wird die Luft nach rechts transportiert und komprimiert, und sie verläßt diese Stufe über einen im wesentlichen radial angeordneten Auslaß 34. Dieser Auslaß geht in einen Verbindungskanal 3 über, der zum Einlaß 36 für die zweite Stufe 31 weiterführt. Auch in dieser Stufe mit ihrem Schraubenrotor 37 liegt der Einlaß links in der Figur, und die Luft wird unter Komprimierung nach rechts zum Auslaß 38 transportiert. Zur Kühlung der von der ersten Stufe 30 ausströmenden.Luft ist im Verbindungskanal 35 neben dem Auslaß 34 von der ersten Stufe eine Düse 39 für die Zuführung von kühlender ölmenge angeordnet.Diese Düse 39 hat eine große Anzahl kleiner öffnungen 40, die dem Auslaß 34 von der ersten Stufe zugewandt sind. Die Wellen der beiden Schraubenrotoren 32 und 37 sind für gleichzeitige Drehung zusammengekuppelt.und werden von einer an der linken Seite der ersten Stufe (nicht gezeigten) treibenden Welle angetrieben.

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Es wird also im Verbindungskanal 15,35 zwischen den beiden Kompressionsstufen 10 und 11 bzw. 30 und 31 eine große ölmenge zugeführt. Dies geschieht vorzugsweise so, daß diese ölmenge gegen die Auslaßöffnung 14,34 von der ersten Stufe 10,30 und insbesondere gegen den Bereich neben dem Eingriff zwischen den beiden Rotoren in dieser Stufe in mehreren Strahlen gespritzt wird. In diesem Bereich herrscht nämlich eine sehr starke turbulente Ausströmung des Gases, wodurch ein sehr effektiver Wärmetausch mit dem in entgegengesetzter Richtung eingespritzten kühlenden öl bewirkt wird. Durch diesen effektiven Wärmetausch zwischen dem ausströmenden Gas und dem in den Verbindungskanal 15,35 auf die vorstehend angegebene Weise eingespritzten Kühlöl wird sowohl eine Kühlung des Auslaßteiles, was die Rotoren und das Kompressorgehßuse in dieser Kompressionsstufe 10,30 betrifft, als auch eine sehr effektive Zwischenkühlung des Gases vor seiner Zuführung zum Einlaß 16,36 der anschließenden Kompressionsstufe 11,31 bewirkt. Je größer die zugeführte Kühlölmenge ist, desto besser ist die erhaltene Zwischenkühlung. Diese Menge, die mit dem Gas in die anschließende Kompressionsstufe gelangt, ist jedoch durch die Bedingung begrenzt, daß die Auslaßtemperatur der Öl-Gasmischung von dieser Kompressionsstufe nicht eine bestimmte Mindesttemperatur unterschreiten darf, die gewöhnlich von der Taupunkttemperatur für den Auslaßdruck bestimmt wird. Irgendwelches zusätzliches öl braucht der anschließenden Kompressionsstufe, außer zu Lagern und eventuellen Zahnrädern, nicht zugeführt zu werden.

In gewissen Fällen können dynamische Verluste dadurch verursacht werden, daß das kühlende öl zu den rotierenden Rotoren eindringt. Dies kann dadurch vermieden werden, daß das kühlende öl längs, der Erstreckung der Rotoren im wesentlichen quer zu dem ausströmenden Gas, und im Bereich außerhalb der Auslaßendfläche der Rotoren in einer Richtung zu dem ausströmenden Gas ausgespitzt wird. Hierfür sind die Düsen 19 und 39 auf eine andere Weise als in Fig. 1 und 2 ausgebildet, und ihre öffnungen 41 und 42 sind auf die in \Fig. 3 gezeigte Weise angeordnet. In dem längs der Erstreckung der Rotoren liegenden

Teil der Düsen 19,39 sind die öffnungen 41 im wesentlichen quer zu der Richtung des ausströmenden Gases (Fig. H), d.h. im wesentlichen horizontal wie die Düsen 19- und 39 in den Schraubenkompressoren gem. Fig. 1 bzw. 2 angeordnet. In dem außerhalb der .Rotor-Auslaßendfläche liegenden Teil der Düsen 19,39 dagegen sind die öffnungen 42 in Richtung zu dem ausströmenden Gas (Fig. 5) angeordnet, d.h. im wesentlichen vertikal. Diese letzteren j öffnungen 42 können jedoch etwas im Winkel, bis zu 4S>°, zum ausströmenden Gas angeordnet sein. I

Der ersten Kompressionsstijife braucht lediglich eine sehr geringe ölmenge, hauptsächlich zur Schmierung der Rotoren, zugeführt zu werden. Normalerweise wird einem Schraubenkompressor eine ölmenge zugeführt, die im Gewichtsverhältnis zu der dem Kompressor zugeführten Gasmenge bei Vollast etwa 5:1.ist. Bei Ausführung gemäß der Erfindung kann dieses Verhältnis zu etwa 0,5:1 verringert werden, was einer ölzuführung· v'on nur etwa einem Zehntel der normalen bedeutet. Der für den! Antrieb dieser Kompressionsstufe zugeführte Effekt konnte hierdurch beträchtlich reduziert werden.

Um zu verhindern, daß die zwischen den Kompressionsstufen zugeführte große ölmenge große Verluste im Einlaß der nächsten Kompressionsstufe verursacht, rotieren die Rotoren in dieser Stufe vorzugsweise mit niedriger Umkreisgeschwindigkeit, in der Größenordnung 7-15 m/s. Außerdem werden Einlaßkanal und Einlaßöffnung so ausgebildet, daß die StrömungsVerluste weitestgehend möglich begrenzt werden. Es hat sich dabei gezeigt, daß eine im wesentlichen radiale Einlaßöffnung in diesem Fall die besten Einströmungsverhältnisse ergibt, im Gegensatz zu der bisher gewöhnlich angewendeten rein axialen Einlaßöffnung. Der Teil der radialen Einlaßöffnung, der in und nächst dem Eingriff der Rotoren liegt, wird vorzugsweise von einer Spritzplatte abgedeckt, die die Aufgabe hat, die durch den Rotoreingriff leckende warme Öl-Gasmischung zu einer Seite des Einlasses, vorzugsweise

zur Schieberrotorseite, zu leiten, so daß geringstmöglicher Wärmetausch mit der einströmenden zwischengekühlten Öl-Gasmischung erhalten wird.

Wenn auch in den Ausführungsbeispielen nicht gezeigt, können das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung natürlich auch in Schraubenkompressoren mit mehr als zwei Stufen angewendet werden.

■a-

Leerseite

Claims

Patentans prüche

Ί.) Verfahren zur Zwischenkühlung in .einem öleingespritzten Rehrstufen-Schraub.enkompr.essor, in eiern das in .einer Stufe (10,30) komprimierte Gas .einer anschließenden Stufe (11,31) zugeführt wird, dadurch g.ek.ennz.ei.chnet, daß dem in der .erstgenannten Stufe (10,30) komprimierten Gas vor s.einer Zuführung zur anschließenden Stufe (11,31) .eine groß.e kühlende ölmenge durch eine oder mehrere Düsen (19,39) zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennz.eichn.et, daß das zugeführte öl in Richtung zu dem von der .erstgenannten Stufe (10,30) ausströmenden Gas ausgespritzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,dadurch gekenn-• z.e i ch n.e t, daß das öl zu dem Bereich neben dem Eingriff zwischen den beiden Rotoren in der erstgenannten. Stufe (10,30) ausgespritzt wird.
U. Verfahren nach Anspruch !,dadurch gekennz e i c h η e t, daß das öl neben dem Eingriff zwischen den beiden Rotoren in der .erstgenannten Stufe (10,30) ausgespritzt wird, wobei das längs der Erstreckung der Rotoren ausgespritzte öl im wesentlichen quer zu der Richtung des ausströmenden Gas.es ausgespritzt wird, während das außerhalb der Auslaß-.endfläche der Rotoren ausgespritzte öl in Richtung zum ausströmenden Gas ausgespritzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennz.eichnet, daß die im wesentlichen quer zu der Richtung des ausströmenden Gases ausgespritzte ölmenge ungefähr gleich der in Richtung zum ausströmenden Gas ausgespritzten ölmenge ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen zur Schmierung der Rotoren in der erstgenannten Kompressionsstufe (10,30) eine sehr geringe ölmenge zugeführt wird, und das Gewicht des so zugeführten Öles bei voller Belastung geringer als das Gewicht der zugeführten Gasmenge ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mit öl gemischte komprimierte Gas der anschließenden Stufe (11,31) im wesentlichen radial zugeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkreisgeschwindigkeit der Rotoren in der anschließenden Stufe (11) 7-15 m/s ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die kühlende ölmenge in solcher Menge zugeführt wird, daß wenigstens eine gewisse Mindesttemperatur des von der letzten Stufe ausströmenden Gases erhalten wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9,dadurch gekennzeichnet, daß die Mindesttemperatur bei Komprimierung der Luft von der Taupunkttemperatur bei dem herrschenden Auslaßdruck bestimmt wird.
11. Vorrichtung zur Zwischenkühlung in einem Öleingespritzten Mehrstufen-Schraubenkompressor, in dem zwischen de'mc-;'"" :"."-r. Auslaß (m,34) in einer Stufe (10,30) und dem Einlaß (16,36) in einer anschließenden Stufe (11,31) ein Verbindungskanal (15,35) angeordnet ist, durch den das in der erstgenannten Stufe (10,30) komprimierte Gas der anschließenden Stufe (11,31) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet,

daß im Verbindungskanal (15,35) wenigstens eine Düse (19,39) für Zuführung einer großen kühlenden ölmenge zu dem durch den Verbindungskanal (15,35) strömenden komprimierten Gas angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (19,39) neben dem Auslaß (14,34) von der erstgenannten Stufe (10,30) angeordnet und-zu der Richtung des von dem Auslaß (14,34) ausströmenden Gases gerichtet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12,dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (19,39) neben dem Eingriff zwischen den beiden Rotoren in der erstgenannten Stufe (10,30) angeordnet ist und eine Erstreckung hat, die der axialen Länge des radialen Auslasses (14,34) am Rotoreingriff entspricht. ■
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (19,39) mit einer großen Anzahl kleiner öffnungen (20,40) zur Bewirkung einer feinverteilten Ausspritzung des kühlenden Öles ausgebildet ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (19,39) neben dem Auslaß (14,34) von der erstgenannten Stufe (10,30) angeordnet und mit Öffnungen (41,42) zur Ausspritzung von öl versehen ist, und die öffnungen (41) in dem längs der Erstreckung der Rotoren liegenden Teil des Düse (19,39) im wesentlichen quer zur Richtung des ausströmenden Gases gerichtet sind, während die öffnungen (42) in dem außerhalb der Auslaßendfläche der Rotoren liegenden Teil der Düse (19,39) im wesntlichen in Richtung zum ausströmenden Gas gerichtet sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15,dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (42) in dem außerhalb der Auslaßendfläche der Rotoren liegenden Teil der Düse (19,3G) mit einem Winkel zwischen 0° und 45 zur Richtung des ausströmenden Gases gerichtet sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15,dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (41,42) in der Düse (19,39) einen Durchmesser von 1-3 mm haben.
18. ■ Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15-17, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl Öffnungen (41,42) in der Düse (19,39) 20 - 100 ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl Öffnungen in den beiden Teilen der Düse ungefähr gleichgroß ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11-19, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (14*34) von der erstgenannten Stufe (10,30) und der Einlaß (16,36) zur anschließenden Stufe (11,31) im wesentlichen radial angeordnet sind.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, da d u r c h gekennzeichnet, daß bei einem Mehrstufen-Schraubenkompressor, wo die Stufen (10,11) übereinander-angeordnet sind, der Auslaß (14) von der ersten Stufe (10) im wesentlichen radial abwärts gerichtet ist und über einen in derselben Richtung verlaufenden Verbindungskanal (15) in einen ebenfalls im wesentlichen radialen Einlaß (16) zur anschließenden Stufe (11) übergeht.