DE68902332T2 - Oelabscheider. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Ölabscheider für einen horizontalen Schraubenkompressor und auf ein Verfahren zum Abscheiden von Öl aus der Ausströmung des Schraubenkompressors.
• Schraubenkompressoren, die in Kälteanlagen benutzt werden, arbeiten im allgemeinen mit Öl zum Abdichten, Schmieren und Kühlen. Das Öl wird in die Arbeitskammer des Kompressors und daher in das Kältemittelgas, das komprimiert wird, eingespritzt. Infolgedessen enthält die Kompressorausströmung gewöhnlich in dem komprimierten Kältemittelgas mitgeführtes Öl. Das Vorhandensein von Öl stört die Wärmeaustauschfunktion der Kälteanlage und verschlechtert im übrigen den Wirkungsgrad der Anlage. Im allgemeinen wird die mitgeführte Ölmenge so niedrig wie möglich gehalten, um das Verschlechtern der Wärmeübergangsoberflächen zu minimieren, die Rückführung von Öl von entfernten Stellen in der Anlage zu minimieren und einen ausreichenden Ölvorrat in dem Ölsumpf für Abdicht-, Schmier- und Kühlzwecke zu halten. Die Ölbeseitigung oder -abscheidung erfolgt gewöhnlich an einem zweckmäßigen Ort zwischen dem Kompressorauslaß und dem Kondensator.
• In der EP-A-0 038 018 sind ein Verfahren beschrieben zum Abscheiden von Öl aus der Ausströmung eines Kompressors und ein Ölabscheider für einen horizontalen Schraubenkompressor, mit einem insgesamt zylindrischen Teil, das eine Öffnung zum Aufnehmen der Rotorbaugruppe des Schraubenkompressors hat. Eine Ausströmungsablenkereinrichtung richtet die Ausströmung aus dem Kompressor insgesamt abwärts, wodurch die Ausströmung um wenigstens 90º umgelenkt und veranlaßt wird, auf eine Oberfläche aufzutreffen, um dadurch mitgeführtes Öl darauf abzulagern. Die auftreffende Kompressorausströmung wird um ungefähr 180º umgelenkt und gelangt dann nacheinander über eine Teilerplatteneinrichtung und durch eine Entneblereinrichtung, die in dem zylindrischen Teil angeordnet ist, um in nahezu ölfreiem Zustand aus dem Abscheider hinausgeleitet zu werden.
• Es ist ein Ziel dieser Erfindung, eine wirksamere Ölabscheidung in einem Schraubenkompressor zu bewirken. Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, einen Ölabscheider zu schaffen, der das meiste abgeschiedene Öl direkt in den Ölsumpf leitet. Diese und weitere Ziele werden, wie im folgenden deutlich werden wird, durch die vorliegende Erfindung erreicht.
• Um das zu erreichen, ist der Ölabscheider nach der Erfindung durch die Merkmale gekennzeichnet, die im Anspruch 1 angegeben sind, und die Erfindung schafft ein Verfahren zum Beseitigen von Öl aus der Kompressorausströmung gemäß Anspruch 7. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht.
• Gemäß den Lehren der Erfindung ist eine Vielzahl von Strömungsrichtungsänderungen in Kombination mit einem Ausströmungsablenker, Entneblern und einem Coalescer vorgesehen, um in dem Kältemittelgas mitgeführtes Öl zu beseitigen und zu sammeln. Mit Ausnahme des Öls, das in dem Coalescer beseitigt wird, wird das gesamte abgeschiedene Öl direkt in den Ölsumpf geleitet. Das Kältemittelgas und das mitgeführte Öl werden wenigstens zwei Aufprallvorgängen ausgesetzt, mit einer resultierenden Richtungsänderung, um durch Trägheitswirkung so viel Öl wie möglich vor dem Erreichen der Entnebler zu beseitigen, wo das Ausmaß der Ölbeseitigung eine direkte, vorübergehende Auswirkung auf die Entnebler und deren Strömungswiderstände hat, wenn das mitgeführte Öl aufprallt, sich sammelt und in den Sumpf geleitet wird.
• Grundsätzlich wird die Ausströmung aus einem horizontalen Schraubenkompressor radial und in einer insgesamt abwärtigen Richtung geleitet, wo sie auf die Oberfläche des Öls und/oder eines Ausströmungsablenkers auftrifft. Der Ausströmungsablenker hat insgesamt die Form einer bogenförmigen Mulde mit einer Ausdehnung von etwa 45º- 50º. Der bogenförmige Teil hat Abstand von dem Kompressorauslaß, und der Ausströmungsablenker umgibt den Kompressorauslaß. Das Auftreffen der Ausströmung auf die Oberfläche des Öls in der Mulde und/oder den Ausströmungsablenker erzeugt eine gerichtete Strömungsänderung, wobei sich ein Teil des Öls in dem Ölbad und/oder auf der Muldenoberfläche aufgrund von Trägheitskräften sammelt, wenn sich die Strömungsrichtung ändert. Die Mulde leitet die Strömung längs ihrer inneren Oberfläche aufwärts, so daß sie auf die untere Oberfläche der Teilerplatte auftrifft, die um einige Grad gegen die Horizontale geneigt ist, so daß das Öl, das auf die untere Oberfläche auftrifft und sich sammelt, längs der geneigten Oberfläche fließt und durch Schwerkraft zurück in den Sumpf fließt. Die Ausströmung ändert ihre Richtung aufgrund ihres Auftreffens auf die untere Oberfläche und trifft auf ein Ablenkblech auf, das sich von der Teilerplatte aus abwärts erstreckt, welche ebenfalls auf sie auftreffendes Öl aufgrund von Trägheit sammelt, und wird durch dieses umgelenkt. Die Ausströmung geht dann nacheinander durch zwei Entneblerpolster hindurch, trifft auf das Ende des Ölabscheidergehäuses auf und wird nach oben umgelenkt. Die Strömung dreht sich dann, um in den Coalescer einzutreten, was eine 180º-Richtungsänderung nach dem Durchgang durch die Entnebler vervollständigt. Die Strömung geht durch die Wände des Coalescers hindurch und läßt alles mitgeführte Öl eingeschlossen in dem Koalesziermedium des Elements zurück. Das koaleszierte Öl sammelt sich auf dem Außenumfang des Coalescers und fällt auf die obere Oberfläche der geneigten Teilerplatte und wird über die Ölrückleitung abgesaugt und gelangt zurück in einen Abschnitt niedrigeren Druckes des Kompressors. Das Kältemittelgas, das nun nahezu ölfrei ist, verläßt den Abscheider und wird zu dem Kondensator der Kälteanlage gefördert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nun auf die folgende ausführliche Beschreibung derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
• Fig. 1 eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht des Ölabscheiders nach der Erfindung ist;
• Fig. 2 eine erste Endansicht der Vorrichtung nach Fig. 1 ist;
• Fig. 3 eine zweite Endansicht der Vorrichtung nach Fig. 1. ist;
• Fig. 4 eine Schnittansicht nach der Linie 4-4 in Fig. 1 ist; und
• Fig. 5 eine Schnittansicht nach der Linie 5-5 in Fig. 2 ist.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
• In den Figuren bezeichnet die Bezugszahl 10 insgesamt den Ölabscheider nach der vorliegenden Erfindung. Der äußere Teil des Ölabscheiders 10 ist ein im wesentlichen zylindrisch geformtes Gehäuse 12, das mit dem Gehäuse eines Schraubenkompressors verschraubt oder auf andere Weise geeignet verbunden ist und einen Teil der Zylinder/Rotor-Baugruppe 14 aufnimmt, die in den Fig. 1, 3 und 5 in Durchsicht gezeigt ist. Das Gehäuse 12 ist durch eine Teilerplatte 16 unterteilt, die, wie es am besten in Fig. 5 gezeigt ist, sich nicht über die volle Länge des Gehäuses 12 erstreckt. Die Teilerplatte 16 ist mit einem in Segmente geteilten Ablenkblechverschluß 60 verschweißt, um das Gehäuse 12 in Kammern 18 und 19 zu unterteilen. Aus der Darstellung in den Fig. 3 und 4 ist zu erkennen, daß die Teilerplatte 16, die in Durchsicht gezeigt ist, um einige Grad, z.B. 1-6º, wobei 3º bevorzugt werden, gegen die Horizontale geneigt ist und daß der Teil des Gehäuses 12, der sich unter der Teilerplatte 16 befindet, ein Hauptsegment eines Kreises bildet, welchen die Kammer 18 bildet, und ein kleines Segment eines Kreises, welches die Kammer 19 bildet. Ein zylindrisches Teil 20 ist in dem Teil des Gehäuses 12 angeordnet, der nicht durch die Teilerplatte 16 unterteilt ist, und ist zum Teil durch den Ablenkblechverschluß 60 gebildet.
• Ein horizontaler Schraubenkompressor, von welchem nur die Rotor- und Zylinderbaugruppe 14 gezeigt ist, und das auch nur in Durchsicht, ist an dem Gehäuse 12 durch Schrauben (nicht dargestellt) befestigt, die in Gewindelöcher 22 eingeschraubt sind. Die Zylinder/Rotor-Baugruppe 14 erstreckt sich durch die Öffnung 24 des Gehäuses 12. Der Spiegel des Öls in dem Ölsumpf 26 ist, wie es am besten in Fig. 1 gezeigt ist, in dem Höhenbereich, der durch Schaugläser 28 und 29 angegeben ist, und die Zylinder/Rotor-Baugruppe 14 ist normalerweise teilweise in dem Öl untergetaucht. Die Kompressorausströmung hat die Form einer radialen Ausströmung unter einein Winkel von etwa 45º unter der Horizontalen und wird somit normalerweise auf die Oberfläche des Ölsumpfes 26 auftreffen oder könnte möglicherweise unterhalb der Oberfläche des Ölsumpfes 26 sein. Das könnte das Mitführen von Öl aus dem Ölsumpf in das Kompressoraustrittsgas bewirken, das bereits Öl enthält, und das Ölbeseitigungsproblem verschlimmern.
• Als erster Schritt der Ölbeseitigung ist ein Ausströmungsablenker 30 vorgesehen, der in den Fig. 1, 3 und 5 gezeigt ist, wobei die Fig. 1 und 5 eine Ansicht des Ausströmungsablenkers 30 zeigen, die sich im wesentlichen bei Betrachtung von dem Kompressorauslaß aus ergibt. Der Ausströmungsablenker 30 bildet, wie es am besten in Fig. 3 gezeigt ist, eine bogenförmige Führung mit einer Ausdehnung von etwa 45- 50º. Die bogenförmige Oberfläche 30a bildet zusammen mit Seitenwänden 30b und 30c, die der Form der Zylinder/Rotor- Baugruppe 14 angepaßt sind, eine bogenförmige Mulde, welche die Zylinder/Rotor-Baugruppe 14 an der Ausströmung umgibt, die nur einen sich aufwärts erstreckenden Auslaß hat, wenn sie mit der Zylinder/Rotor-Baugruppe 14 zusammenwirkt. Da sich der Ausströmungsablenker 30 unter die Oberfläche des Ölsumpfes 26 erstreckt, ist Öl bestrebt, dort in derselben Flüssigkeitshöhe vorhanden zu sein. In Abhängigkeit von mehreren Faktoren wie dem Grad der Abdichtung zwischen dem Ausströmungsablenker 30 und der Zylinder/Rotor-Baugruppe 14, dem Ölsumpfspiegel und der Menge und der Geschwindigkeit der Ausströmung kann jedoch Öl teilweise aus der Mulde herausspritzen, die durch den Ausströmungsablenker 30 gebildet wird. Das aus dem Kompressor ausströmende Gas, das auf den Ausströmungsablenker 30 auftrifft, kann etwas mitgeführtes Öl aufgrund von Trägheitskräften verlieren, wenn es abgelenkt wird, Öl kann aber auch als Ergebnis des Spritzens mitgeführt werden.
• Gemäß der Darstellung in den Fig. 3 und 5 hat die Ausströmung aus dem sich aufwärts erstreckenden Auslaß, welcher durch die Zylinder/Rotor-Baugruppe 14 und den Aussströmungsablenker 30 gebildet wird, die Form einer vertikal aufwärts gehenden Strömung auf einer Seite der Zylinder/Rotor-Baugruppe 14, die auf die untere Oberfläche der geneigten, aber insgesamt horizontalen Teilerplatte 16 auftrifft. Das Auftreffen der Ausströmung auf die Teilerplatte 16 ergibt eine Anderung in der Strömungsrichtung, wie sie durch die Pfeile in Fig. 5 angegeben ist, und aufgrund von Trägheitskräften wird eine Menge des mitgeführten Öls in Form von großen Tröpfchen abgeschieden, die sich auf der Teilerplatte 16 niederschlagen, wobei das auf der Teilerplatte 16 niedergeschlagene Öl in Tröpfchen abtropft und/oder, wegen der Neigung, durch Gefälle zu der inneren Wand des Gehäuses 12 fließt, welche die Kammer 18 begrenzt, und dann abwärts in den Ölsumpf 26 fließt.
• Die Ausströmung, die auf die Unterseite der Teilerplatte 16 auftrifft, wird um etwa 180º umgelenkt und über einen größeren Strömungsquerschnitt verteilt und muß dann wieder um etwa 90º umgelenkt werden, um an dem Ablenkblech 34 vorbeizufließen, und jede dieser Richtungsänderungen ist bestrebt, die Beseitigung von Öl durch die Wirkung von Trägheitskräften zu bewirken, welche bestrebt sind, das mitgeführte Öl auf einem geraden Weg anzutreiben.
• Das Kältemittelgas, welches nun nur feine Tröpfchen oder einen Nebel von Öl enthält, geht nacheinander durch Entneblerpolster 40 bzw. 42 hindurch, die, wie es am besten in Fig. 1 zu erkennen ist, in dem Ölsumpf 26 teilweise eingetaucht sind. Die Entneblerpolster 40 und 42 beseitigen Öl durch Aufprall und, wenn sich das Öl in dem feinen Drahtgitter der Polster sammelt, fließt es durch Schwerkraft abwärts, um den durch den Sumpf 26 gebildeten Ölvorrat aufrechtzuerhalten. Die Entneblerpolster können bis zu 99,9% des Öls extrahieren, das noch in Umlauf ist, wenn es die Entneblerpolster erreicht. Die vorherige Beseitigung der großen Öltröpfchen ist deshalb notwendig, um das überschwemmen der Entneblerpolster und starkes Ansteigen des Strömungswiderstands zu verhindern. Das Entneblerpolster 42 dient zusammen mit dem in Segmente geteilten Ablenkblechverschluß 60 zum Bilden der Kammer 20 und Trennen derselben von den Kammern 18 und 19.
• Wenn das nun relativ Öl freie Kältemittelgas durch das Entneblerpolster 42 hindurch in die Kammer 20 geht, muß es eine weitere 180º-Richtungsänderung ausführen, da, wie es am besten in Fig. 4 zu erkennen ist, der einzige Ausgang aus der Kammer 20 Öffnungen 51 und 52 in der Platte 53 sind, die in den Coalescer 50 münden. Die Platte 53 des Coalescers 50 ist mit dem in Segmente geteilten Ablenkblechverschluß 60 verschraubt, wobei zwischen ihnen eine Dichtung angeordnet ist. Der Coalescer 50 besteht zum Teil aus Fiberglas und hat eine insgesamt zylindrische Form und keine Öffnungen außer den Öffnungen 51 und 52, die lediglich als Einlässe dienen. Das Kältemittelgas, das in den Coalescer 50 über die Öffnungen 51 und 52 eintritt, muß durch die zylindrischen Fiberglaswände hindurchgehen, um die Kammer 19 zu erreichen, wodurch jedwedes mitgeführte Öl zurückbleibt, das in dem Koalesziermediums des Coalescers 50 eingeschlossen wird. Das koaleszierte Öl sammelt sich auf der äußeren Oberfläche des Coalescers 50 und tropft durch Schwerkraft nach unten, da Gravitationskräfte in dem gesammelten Öl die Zähigkeitskräfte übersteigen. Dieses Öl sammelt sich an der oberen Seite der geneigten Teilerplatte 16 und fließt abwärts zu dem untersten Teil der Kammer 19, von wo aus es über eine Ölrückleitung 70 entfernt und zu einem Abschnitt niedrigeren Druckes des Kompressors geleitet wird. Bei Bedarf kann eine Vertiefung in der Platte 16 an dem Anschluß 70 gebildet sein, um das Sammeln des Öls durch Bilden eines Schachtes weiter zu unterstützen. Das nun nahezu ölfreie Kältemittelgas geht aus dem Coalescer 50 in die Kammer 19 und verläßt den Ölabscheider 10 über den Gasauslaßanschluß 72 und wird zu dem (nicht dargestellten) Kondensator gefördert.
• Das Öl, das in dem Ölsumpf 26 gesammelt und gehalten wird, wird entweder wieder in einen Bereich niedrigeren Druckes des Kompressors durch Druckdifferenz eingespritzt oder durch eine Pumpe (nicht dargestellt) geleitet, in welcher sein Druck erhöht wird, um zurück in den Kompressor geleitet zu werden. Das Öl wird in den Kompressor eingespritzt, um den Mechanismus abzudichten, zu schmieren und zu kühlen.
• Es ist zwar eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben worden, andere Anderungen werden sich jedoch für den Fachmann ergeben. Zum Beispiel kann die Neigung der Teilerplatte 16 ab den bevorzugten 3º vergrößert werden, um den Auslaßgasströmungsweg zu ändern und/oder zu steuern, ob Öl von der Teilerplatte 16 und in welchen Mengen abtropft und/oder abfließt.

Claims (9)

1. Ölabscheider (10) für einen horizontalen Schraubenkompressor, mit:

einem insgesamt zylindrischen Teil (12), das ein geschlossenes erstes Ende und ein zweites Ende mit einer Öffnung (24) zum Aufnehmen der Rotorbaugruppe (14) eines Schraubenkompressors hat;

einer Ablenkblechverschlußeinrichtung (60), die Abstand von dem geschlossenen ersten Ende hat und mit demselben eine erste Kammer (20) bildet;

einer insgesamt horizontalen Teilerplatteneinrichtung (16), die sich zwischen der Ablenkblechverschlußeinrichtung (60) und dem zweiten Ende erstreckt, so daß sie die insgesamt zylindrische Kammer (12) unterteilt, um dadurch eine zweite und eine dritte Kammer (18, 19) zu bilden, wobei die zweite Kammer (18) unterhalb der und größer als die dritte Kammer (19) ist;

wobei die Öffnung (24) in dem zweiten Ende mit der zweiten Kammer (18) in Verbindung steht, wodurch die zweite Kammer (18) in der Lage ist, die Rotorbaugruppe (14) aufzunehmen;

einer Ausströmungsablenkereinrichtung (30) in der zweiten Kammer (18) zum Leiten der Kompressorausströmung aufwärts, so daß sie auf die Teilerplatteneinrichtung (16) trifft und mitgeführtes Öl darauf ablagert;

einer Entneblereinrichtung (40, 42) in der zweiten Kammer (18), die mit der Ablenkblechverschlußeinrichtung (60) zusammenwirkt, um die zweite Kammer (18) von der ersten Kammer (20) zu trennen, so daß die Kompressorausströmung aus der zweiten Kammer (18) durch die Entneblereinrichtung (40, 42) hindurchgehen muß, um die erste Kammer (20) zu erreichen;

einer Coalescereinrichtung (50), die in der dritte Kammer (19) und in Fluidverbindung mit der ersten Kammer (20) angeordnet ist, wodurch die Kompressorausströmung, die die Entneblereinrichtung (40, 42) verläßt, um ungefähr 180º in der ersten Kammer (20) umgelenkt wird, woraufhin dann die gesamte Kompressorausströmung in die Coalescereinrichtung (50) eintritt und durch diese hindurch in die dritte Kammer (19) in einem nahezu ölfreien Zustand gelangt.

2. Ölabscheider nach Anspruch 1, wobei ein Ölsumpf (26) am Grund der zweiten Kammer (18) angeordnet ist.

3. Ölabscheider nach Anspruch 1, wobei die insgesamt horizontale Teilerplatteneinrichtung (16) um 1-6º geneigt ist.

4. Ölabscheider nach Anspruch 1, wobei eine Abienkblecheinrichtung (34) in der zweiten Kammer (18) so angeordnet ist, daß sie die Kompressorausströmung nach dem Auftreffen auf die Teilerplatteneinrichtung (16) und vor dem Durchgang durch die Entneblereinrichtung (40, 42) ablenkt.

5. Ölabscheider nach Anspruch 1, wobei die Entneblereinrichtung (40, 42) mehrere Entneblerpolster (40, 42) aufweist, die so angeordnet sind, daß die gesamte Kompressorausströmung durch jedes der Entneblerpolster (40, 42) hindurchgehen muß.

6. Ölabscheider nach Anspruch 1, wobei die Ausströmungsablenkereinrichtung (30) eine bogenförmige Mulde zum Ablenken der Kompressorausströmung um wenigstens 90º bildet.

7. Verfahren zum Entfernen von Öl aus der Ausströmung eines horizontalen Schraubenkompressors in einem Ölabscheider (10), der wenigstens ein insgesamt zylindrisches Teil (12) aufweist, das ein geschlossenes erstes Ende und ein zweites Ende mit einer Öffnung (24) darin zum Aufnehmen der Rotorbaugruppe (14) des Schraubenkompressors hat,

wobei das Verfahren die Schritte beinhaltet:

Vorsehen einer Ablenkblechverschlußeinrichtung (60), die Abstand von dem geschlossenen ersten Ende hat und mit demselben eine erste Kammer (20) bildet;

Unterteilen des insgesamt zylindrischen Teils (12) durch eine insgesamt horizontale Teilerplatteneinrichtung (16), die sich zwischen der Ablenkblechverschlußeinrichtung (60) und dem zweiten Ende erstreckt, so daß dadurch eine zweite und eine dritte Kammer (18, 19) gebildet werden, wobei die zweite Kammer (18) unterhalb der und größer als die dritte Kammer (19) ist, wobei die Öffnung (24) in dem zweiten Ende mit der zweiten Kammer (18) in Verbindung steht;

Richten der Kompressorausströmung, wenn sie den Kompressor verläßt, in Kontakt mit der Ausströmungsablenkeinrichtung (30) in der zweiten Kammer (18), wodurch die Kompressorausströmung um wenigstens 90º abgelenkt wird;

Veranlassen, daß die abgelenkte Kompressorausströmung auf die Teilerplatteneinrichtung (16) auftrifft, um dadurch mitgeführtes Öl aus der Kompressorausströmung darauf abzulagern, und Veranlassen, daß der Strom der Kompressorausströmung um etwa 180º abgelenkt wird;

Hindurchleiten des gesamten Stroms der Kompressorausströmung durch die Entneblereinrichtung (40, 42) in der zweiten Kammer (18), damit sie die erste Kammer (20) erreicht;

Veranlassen, daß der gesamte Strom, der durch die Entneblereinrichtung (40, 42) hindurchgeht, um etwa 180º in der ersten Kammer (20) abgelenkt wird und in eine Coalescereinrichtung (50) strömt, die in der dritten Kammer (19) angeordnet ist;

Veranlassen, daß der gesamte Strom, der in die Coalescereinrichtung (50) eintritt, durch diese hindurch in die dritte Kammer (19) in einem nahezu ölfreiem Zustand gelangt;

Leiten der sich ergebenden, im wesentlichen Öl freien Kompressorausströmung in eine Kälteanlage.

8. Verfahren nach Anspruch 7, weiter beinhaltend den Schritt, in einem Ölsumpf (26) das Öl zu sammeln, das aus der Kompressorausströmung durch Auftreffen auf die Oberfläche und Hindurchleiten durch die Entneblereinrichtung (40, 42) abgeschieden worden ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, weiter beinhaltend den Schritt, die Kompressorausströmung an einem Ablenkblech (34) vorbeizuleiten, bevor sie durch die Entneblereinrichtung (40, 42) hindurchgeht, wodurch die Kompressorausströmung zusätzlich um etwa 90º abgelenkt wird.