EP0330555B1 - Air compression arrangement with an oilless rotary compressor, and relative process - Google Patents

Air compression arrangement with an oilless rotary compressor, and relative process Download PDF

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EP0330555B1
EP0330555B1 EP89400452A EP89400452A EP0330555B1 EP 0330555 B1 EP0330555 B1 EP 0330555B1 EP 89400452 A EP89400452 A EP 89400452A EP 89400452 A EP89400452 A EP 89400452A EP 0330555 B1 EP0330555 B1 EP 0330555B1
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EP
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compressor
borate
air
water
liquid
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EP89400452A
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French (fr)
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Bernard Zimmern
Ernest Kallmann
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Individual
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00Pumping installations or systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/0007Injection of a fluid in the working chamber for sealing, cooling and lubricating
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S418/00Rotary expansible chamber devices
    • Y10S418/01Non-working fluid separation

Definitions

  • borate is an inexpensive crystal and since it is generally used with a percentage of less than 10% and although the water needs to be deionized (otherwise the borate would precipitate the calcium carbonate), the liquid remains less expensive than the required oil refill in oil compressors.
  • solid inhibitors such as sodium chromate, represent a health hazard, or are not stable over time, in the presence of oxygen.

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Description

La présente invention concerne un ensemble de compression d'air, comprenant un compresseur rotatif fonctionnant "sans huile". Par "sans huile", on veut dire que l'huile n'est pas utilisée comme moyen pour étanchéiser la ou les chambres de compression.The present invention relates to an air compression assembly, comprising a rotary compressor operating "without oil". By "oil-free" is meant that the oil is not used as a means for sealing the compression chamber (s).

La présente invention concerne également un procédé pour comprimer de l'air au moyen d'un compresseur rotatif.The present invention also relates to a method for compressing air by means of a rotary compressor.

Il est connu de réaliser des compresseurs sans huile de type rotatif, en utilisant des compresseurs à double vis, dont les deux rotors sont synchronisés par des engrenages externes, afin qu'ils n'entrent pas en contact l'un avec l'autre.It is known to make oil-free compressors of the rotary type, using twin screw compressors, the two rotors of which are synchronized by external gears, so that they do not come into contact with one another.

Néanmoins, afin d'obtenir un rendement suffisant, et plus particulièrement de limiter le débit relatif des fuites, alors que rien n'assure l'étanchéité à l'égard des fuites entre les rotors, il est nécessaire de faire tourner les rotors à grande vitesse, de l'ordre de 10 000 tours/minute, ce qui rend ces compresseurs très bruyants; le débit s'en trouve simultanément accru et, en conséquence, s'il s'agit de fournir de l'air à une pression de refoulement de 7 à 8 bars, il est difficile de fabriquer des compresseurs de ce type, dont la puissance soit inférieure à 50 ou 100 chevaux (35 ou 70 kW). Ces compresseurs sont également très coûteux du fait que les engrenages de synchronisation des rotors doivent être noyés dans l'huile et isolés des rotors par des joints d'étanchéité.However, in order to obtain sufficient efficiency, and more particularly to limit the relative flow rate of leaks, while there is no seal against leakage between the rotors, it is necessary to rotate the rotors at great speed. speed, of the order of 10,000 revolutions / minute, which makes these compressors very noisy; the flow is simultaneously increased and, consequently, if it is a question of supplying air at a discharge pressure of 7 to 8 bars, it is difficult to manufacture compressors of this type, whose power either less than 50 or 100 horsepower (35 or 70 kW). These compressors are also very expensive because the rotor synchronization gears must be immersed in oil and isolated from the rotors by seals.

Une solution pour pallier cette difficulté et pour obtenir des compresseurs plus petits mais de bon rendement est d'injecter de l'eau dans la chambre de compression; les compresseurs sont alors rendus silencieux et les fuites étanchées, ce qui autorise des vitesses beaucoup plus faibles.One solution to overcome this difficulty and to obtain smaller but efficient compressors is to inject water into the compression chamber; the compressors are then made silent and the leaks sealed, which allows much lower speeds.

Certains compresseurs double vis et même des compresseurs monovis - comme décrits par exemple dans les brevets d'invention français FR-A-1 331 998, FR-A-1 586 832 - et GB-A-846 390 ont été vendus et sont vendus avec une telle injection d'eau remplaçant l'injection d'huile. L'avantage de l'injection d'eau est qu'elle n'ajoute dans l'air aucun produit supplémentaire, l'huile par exemple, l'eau existant sous la forme d'humidité dans l'air aspiré; de ce fait, l'air comprimé peut être désignée comme air sans huile.Certain twin screw compressors and even single-screw compressors - as described for example in the French invention patents FR-A-1 331 998, FR-A-1 586 832 - and GB-A-846 390 have been sold and are sold with such a water injection replacing the oil injection. The advantage of water injection is that it does not add any additional product to the air, oil for example, water existing in the form of moisture in the air drawn in; therefore, compressed air can be referred to as oil-free air.

Néanmoins, de tels compresseurs restent très coûteux, devant être protégés contre la corrosion; ceci implique que, premièrement, les matériaux utilisés pour la fonderie, les vis, etc., doivent être inoxydables - comme le bronze - ou protégés contre la corrosion - par exemple par nickelage -. Deuxièmement, les paliers doivent être protégés de l'eau et lubrifiés à la graisse ou à l'huile si ce sont des paliers antifriction standards tels que des roulements à billes ou à rouleaux.However, such compressors remain very expensive, having to be protected against corrosion; this implies that, firstly, the materials used for the foundry, the screws, etc., must be stainless - like bronze - or protected against corrosion - for example by nickel-plating. Secondly, the bearings must be protected from water and lubricated with grease or oil if they are standard anti-friction bearings such as ball or roller bearings.

De tels compresseurs finissent ainsi par ne pas être meilleur marché que les compresseurs standards sans huile tels que les compresseurs à piston avec des segments en polytétrafluoréthylène, c'est-à-dire, ils rentent au moins 50 à 80% plus chers que les compresseurs à injection d'huile.Such compressors thus end up not being cheaper than standard oil-free compressors such as piston compressors with polytetrafluoroethylene segments, i.e. they cost at least 50 to 80% more than compressors with oil injection.

Ce surcoût a énormément limité l'usage de tels compresseurs sans huile, dont la part du marché des compresseurs à air n'excède pas 10-15%. Si le coût était identique, les compresseurs sans huile détiendraient quelques 60% de ce marché, puisque c'est déjà le pourcentage du marché occupé par des appareils associant un sécheur à un compresseur, combinaison où, manifestement les utilisateurs sont à la recherche d'air propre.This additional cost has greatly limited the use of such oil-free compressors, whose market share for air compressors does not exceed 10-15%. If the cost were the same, oil-free compressors would hold some 60% of this market, since this is already the percentage of the market occupied by devices associating a dryer with a compressor, a combination where, obviously, users are looking for clean air.

Le but de la présente invention est ainsi de proposer un compresseur rotatif et un procédé permettant de comprimer de l'air sans utiliser d'huile pour l'étanchéité ni recourir à des solutions dont le coût est prohibitif.The object of the present invention is thus to propose a rotary compressor and a method making it possible to compress air without using oil for sealing or resorting to solutions whose cost is prohibitive.

Suivant un premier aspect de l'invention, l'ensemble de compression d'air, comprenant un compresseur rotatif dont le refoulement est relié à un réservoir partiellement rempli d'eau, la partie inférieure de ce réservoir étant reliée par une conduite à au moins un trou d'injection, situé sur le compresseur rotatif, cette conduite étant pourvue d'un moyen pour refroidir l'eau, est caractérisé en ce que l'eau contient en solution du borate, à une concentration suffisante pour éviter la corrosion des métaux ferreux par l'oxygène.According to a first aspect of the invention, the air compression assembly, comprising a rotary compressor whose delivery is connected to a tank partially filled with water, the lower part of this tank being connected by a pipe to at least an injection hole, located on the rotary compressor, this pipe being provided with a means for cooling the water, is characterized in that the water contains in solution borate, at a concentration sufficient to avoid corrosion of the metals ferrous by oxygen.

Selon un second aspect de l'invention, le procédé pour comprimer de l'air dans un compresseur rotatif comprend les étapes consistant à:

  • injecter un liquide dans le compresseur;
  • séparer ce liquide de l'air comprimé fourni par le compresseur;
  • utiliser le liquide séparé pour poursuivre l'injection de liquide dans le compresseur, caractérisé en ce qu'on utilise comme liquide de l'eau additionnée de borate en solution.
According to a second aspect of the invention, the method for compressing air in a rotary compressor comprises the steps consisting in:
  • inject a liquid into the compressor;
  • separate this liquid from the compressed air supplied by the compressor;
  • use the separated liquid to continue injecting liquid into the compressor, characterized in that water added with borate in solution is used as liquid.

Il a été en effet trouvé qu'en ajoutant simplement du borate et en particulier du borate de sodium ou du borate de potassium dans l'eau, le même compresseur utilisé pour la compression d'air avec injection d'huile, peut également être utilisé pour la compression d'air avec injection d'eau; en d'autres termes, cette huile peut être remplacée par de l'eau contenant du borate et il n'est pas nécessaire de remplacer les matériaux de la fonderie ou de la vis-rotor, habituellement de la fonte, par des matériaux inoxydables, ou de changer la matière des conduits, du réservoir sous pression, etc. pour les protéger de la corrosion. De ce fait, le coût des compresseurs sans huile est rendu voisin de celui des compresseurs à injection d'huile, permettant ainsi un usage beaucoup plus répandu de l'air sans huile.It has indeed been found that by simply adding borate and in particular borate of sodium or potassium borate in water, the same compressor used for air compression with oil injection, can also be used for air compression with water injection; in other words, this oil can be replaced by water containing borate and it is not necessary to replace the foundry or screw-rotor materials, usually cast iron, with stainless materials, or to change the material of the conduits, the pressure tank, etc. to protect them from corrosion. As a result, the cost of oil-free compressors is made close to that of oil-injected compressors, thus allowing much more widespread use of oil-free air.

Il a été en outre découvert, qu'en raison de la très basse tension de vapeur du cristal de borate, le débit du borate quittant le compresseur avec l'air comprimé est insignifiant et que de ce fait, il était possible de faire fonctionner très longtemps le compresseur selon l'invention sans avoir à rajouter du cristal. Ceci est un avantage important par rapport aux inhibiteurs de corrosion liquides, comme les huiles solubles ou les produits appelés 5-95; ces liquides ont une tension de vapeur non négligeable; au cours des tests effectués, il a été impossible de faire fonctionner pendant plus de 100 heures un compresseur utilisant un tel liquide sans avoir à rajouter de l'inhibiteur; ceci rend ces liquides inutilisables, premièrement, à cause du coût du liquide qu'il faut fréquemment ajouter, deuxièmement à cause des problèmes techniques posés par le rechargement en temps voulu pour éviter toute corrosion.It has further been discovered that due to the very low vapor pressure of the borate crystal, the flow of borate leaving the compressor with the compressed air is insignificant and therefore it was possible to operate very for a long time the compressor according to the invention without having to add crystal. This is an important advantage over liquid corrosion inhibitors, such as soluble oils or products called 5-95; these liquids have a significant vapor pressure; during the tests carried out, it was impossible to operate for more than 100 hours a compressor using such a liquid without having to add inhibitor; this renders these liquids unusable, firstly, because of the cost of the liquid which must be frequently added, secondly, because of the technical problems posed by the timely refilling to avoid any corrosion.

Il a été également découvert que les inhibiteurs liquides font mousser l'eau et qu'il est difficile d'éviter cette formation de mousse: il faut alors utiliser des systèmes centrifuges coûteux ou des éléments coalesceurs; de plus, lorsque l'on arrête le compresseur, la pression du réservoir tombe à la pression atmosphérique; l'air dissous dans l'eau produit des bulles et avec de tels inhibiteurs liquides on obtient instantanément une formation très importante de mousse qui part dans la conduite d'air comprimé à moins que, pour éviter ce départ, on ait prévu un réservoir grand et cher. Au contraire, les solutions aqueuses de borate ne produisent pas de mousse et se comportent, à cet égard, comme de l'eau.It has also been discovered that liquid inhibitors foam water and that it is difficult to avoid this foaming: use expensive centrifugal systems or coalescing elements; moreover, when the compressor is stopped, the tank pressure drops to atmospheric pressure; the air dissolved in the water produces bubbles and with such liquid inhibitors there is instantly obtained a very significant formation of foam which leaves in the compressed air line unless, to avoid this departure, a large tank is provided and expensive. On the contrary, the aqueous solutions of borate do not produce foam and behave, in this respect, like water.

Il a été également découvert que les gouttelettes microscopiques contenant du borate qui s'échappent du réservoir d'eau, quelle que soit leur taille, vont dans le sécheur et se retrouvent donc finalement dans l'eau condensée normalement déversée dans l'égout; la concentration de borate dans cette eau condensée est très faible, de l'ordre d'une fraction de pourcent; une fois diluée dans l'eau de l'égout, cette concentration devrait accroître de façon non significative la teneur en borate, le borate existant déjà dans les eaux à l'état naturel; ainsi, le fait de déverser cette quantité de borate dans l'égout ne présente aucun danger pour l'environnement.It has also been discovered that microscopic droplets containing borate which escape from the water tank, whatever their size, go into the dryer and therefore end up in the condensed water normally discharged into the sewer; the concentration of borate in this condensed water is very low, of the order of a fraction of a percent; once diluted in the sewer water, this concentration should not significantly increase the borate content, the borate already existing in water in its natural state; thus, dumping this amount of borate down the drain poses no threat to the environment.

Il a été également découvert que, contrairement aux autres cristaux inhibiteurs, comme les chromates, les nitrites, les phosphates ou les silicates, les borates ne sont pas instables en présence d'oxygène et jusqu'à certains seuils, ne sont pas dangereux pour la santé.It has also been discovered that, unlike other inhibitory crystals, such as chromates, nitrites, phosphates or silicates, borates are not unstable in the presence of oxygen and up to certain thresholds are not dangerous for the health.

Au contraire, il a été trouvé que comme les solutions aqueuses contenant du borate sont légèrement basiques avec un pH autour de 9, elles empêchent la croissance des bactéries ou détruisent celles-ci. L'un des problèmes ayant jusqu'à présent fortement limité l'utilisation de compresseurs à injection d'eau est précisément que l'eau, tiède ou chaude quand le compresseur fonctionne, favorise le développement rapide des bactéries; ceci oblige à renouveler constamment l'eau et à éliminer l'eau polluée. Ceci est coûteux et crée d'autres problèmes tels que la formation de tartre. Avec le borate en solution, l'analyse révèle une absence totale de bactéries après des milliers d'heures de fonctionnement.On the contrary, it has been found that since aqueous solutions containing borate are slightly basic with a pH around 9, they prevent the growth of bacteria or destroy them. One of the problems so far having strongly limited use of water injection compressors is precisely that the water, lukewarm or hot when the compressor is running, promotes the rapid development of bacteria; this means constantly changing the water and removing polluted water. This is costly and creates other problems such as scale formation. With the borate in solution, the analysis reveals a total absence of bacteria after thousands of hours of operation.

De plus, les bactéries aspirées avec l'air par le compresseur sont, en grande partie, tuées par le passage dans le compresseur. Au cours d'un essai, on a trouvé que de l'air contenant, à l'aspiration, 60 bactéries par mètre cube contenait moins de six bactéries par mètre cube après compression accompagnée d'injection d'une solution aqueuse de borate.In addition, the bacteria sucked in with air by the compressor are, in large part, killed by the passage through the compressor. During a test, it was found that air containing 60 bacteria per cubic meter on suction contained less than six bacteria per cubic meter after compression accompanied by injection of an aqueous borate solution.

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci-après et du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif et où la figure représente la structure d'un ensemble de compression d'air, conforme à l'invention.The present invention will be better understood on reading the description below and the attached drawing, given by way of nonlimiting example and where the figure represents the structure of an air compression assembly, in accordance with the invention .

La figure représente un compresseur 1, entraîné par un moteur non représenté, aspirant l'air par une conduite 2 et un clapet anti-retour 3 qui se ferme lorsque le compresseur est inutilisé.The figure shows a compressor 1, driven by a motor not shown, sucking air through a line 2 and a non-return valve 3 which closes when the compressor is not in use.

Le compresseur est de type rotatif et de préférence à vis unique, tel que décrit dans les brevets FR-A-1 331 998 ou FR-A-1 586 832.The compressor is of the rotary type and preferably with a single screw, as described in patents FR-A-1 331 998 or FR-A-1 586 832.

Le compresseur refoule dans la conduite 4, reliée au réservoir 5, qui contient un liquide représenté en 6. Lorsque le réservoir 5 est mis sous pression par le compresseur, le liquide 6 sort par la conduite 7 et passe par un filtre 8 et par un échangeur de chaleur 9 où il est refroidi, dans cet exemple, par de l'air véhiculé par un ventilateur 10 (mais il pourrait être refroidi par d'autres moyens tels que de l'eau). Le liquide est ensuite injecté dans le compresseur par au moins un orifice 11, où il est recomprimé avec le gaz, puis séparé par gravité dans le réservoir 5. L'orifice 11 est ménagé à travers le carter du compresseur de manière à communiquer avec la ou chaque chambre de compression lorsqu'elle est soumise à une pression inférieure à la pression de refoulement. Ainsi, l'injection a lieu en raison de la pression de refoulement qui règne dans le réservoir 5.The compressor discharges into line 4, connected to the reservoir 5, which contains a liquid shown in 6. When the reservoir 5 is pressurized by the compressor, the liquid 6 exits through line 7 and passes through a filter 8 and through a heat exchanger 9 where it is cooled, in this example, by air conveyed by a fan 10 (but it could be cooled by other means such as water). The liquid is then injected into the compressor through at least one orifice 11, where it is recompressed with the gas, then separated by gravity in the reservoir 5. The orifice 11 is formed through the compressor casing so as to communicate with the or each compression chamber when it is subjected to a pressure lower than the discharge pressure. Thus, the injection takes place due to the discharge pressure which prevails in the reservoir 5.

L'air comprimé quitte le réservoir 5 par la conduite 12, reliée à un post-refroidisseur 13, suivi par un réservoir 14. Dans ce réservoir 14, les condensats de vapeur peuvent être séparés du flux d'air, et, de façon conventionnelle telle que par une vanne à flotteur 15, peuvent être retournés à l'aspiration du compresseur. Le gaz refroidi emprunte alors la conduite 16 puis rejoint le sécheur 17, constitué, par exemple, d'un serpentin 18, refroidi par un réfrigérant circulant dans un serpentin 19. Une partie des calories du gaz est transférée d'un serpentin 20 à la première partie 21 du serpentin 18. Un séparateur 22, avec une vanne à flotteur 23 retourne tous les condensats à une vanne trois voies 24, actionnée par le niveau 30 du réservoir 5. Lorsque le niveau est inférieur à un premier seuil, ou seuil bas, la vanne trois voies 24 est positionnée pour retourner les condensats à l'aspiration du compresseur; sinon, ils sont envoyés à l'égout par la conduite 25. Lorsque le niveau du réservoir dépasse un second seuil, ou seuil haut, un capteur, par la ligne 26, commande l'ouverture de la vanne 27, de sorte que l'ensemble ou une partie de l'échangeur 9 est court-circuité par la conduite 28. Un tel système a été décrit dans le brevet n° 2 171 653.The compressed air leaves the reservoir 5 via the line 12, connected to an after-cooler 13, followed by a reservoir 14. In this reservoir 14, the steam condensates can be separated from the air flow, and, in a conventional manner such as by a float valve 15, can be returned to the compressor suction. The cooled gas then takes the line 16 and then joins the dryer 17, consisting, for example, of a coil 18, cooled by a refrigerant circulating in a coil 19. Part of the calories of the gas is transferred from a coil 20 to the first part 21 of the coil 18. A separator 22, with a float valve 23 returns all the condensate to a three-way valve 24, actuated by the level 30 of the tank 5. When the level is below a first threshold, or low threshold , the three-way valve 24 is positioned to return the condensates to the suction of the compressor; otherwise, they are sent to the sewer via line 25. When the level of the tank exceeds a second threshold, or high threshold, a sensor, via line 26, controls the opening of valve 27, so that the whole or part of the exchanger 9 is short-circuited by the line 28. Such a system has been described in patent n ° 2 171 653.

A l'exception des différences évoquées plus loin, ce système est très traditionnel, et a été utilisé pendant des années avec de l'huile, et même de l'eau avec plusieurs variantes: on peut par exemple utiliser une pompe pour véhiculer l'eau, au lieu de la pression d'air de refoulement, installer ou non dans le réservoir un élément coalesceur pour débarasser l'air comprimé des petites gouttelettes laissées dans le gaz, etc. Toutes ces variantes peuvent être utilisées sans changer la nature de l'invention.With the exception of the differences mentioned more far, this system is very traditional, and has been used for years with oil, and even water with several variants: one can for example use a pump to convey water, instead of the pressure d delivery air, install or not in the tank a coalescing element to rid the compressed air of small droplets left in the gas, etc. All these variants can be used without changing the nature of the invention.

Les principales différences notamment entre le système décrit et un système conventionnel dans lequel l'huile serait le liquide représenté en 6 sont essentiellement:

  • il est prévu le court-circuit 28, pour maintenir la concentration de borate dans l'eau, conformément au brevet FR-A-2 171 653;
  • l'échangeur de chaleur 9 est plus grand pour limiter la température de l'eau et diminuer la formation de vapeur quand l'eau est injectée dans le compresseur, car une telle vapeur diminue le volume utile aspiré et en conséquence le rendement. Le borate étant basique, et attaquant par conséquent l'aluminium, il faut utiliser un échangeur de chaleur en cuivre ou en acier mais il s'est avéré que le coût des échangeurs de chaleur en aluminium, en cuivre ou en acier est pratiquement identique;
  • l'élément coalesceur, habituellement disposé dans le réservoir 5 pour éliminer le "brouillard d'huile", peut être, soit éliminé (la tension de surface de l'eau étant plus élevée, les gouttelettes sont plus grosses et peuvent être collectées plus facilement), soit remplacé par un système de chicanes très simple;
  • les paliers à roulement sont remplacés par des paliers lisses, en particulier des paliers au carbone, capables de fonctionner dans l'eau et dont le coût, au moins pour les compresseurs à vis unique qui ne produisent que de très faibles charges sur les paliers, est comparable à celui des paliers à roulement lubrifiés à l'huile.
The main differences in particular between the system described and a conventional system in which the oil would be the liquid represented in 6 are essentially:
  • short-circuit 28 is provided to maintain the concentration of borate in the water, in accordance with patent FR-A-2 171 653;
  • the heat exchanger 9 is larger to limit the temperature of the water and reduce the formation of vapor when water is injected into the compressor, since such vapor decreases the useful volume sucked in and consequently the yield. Since borate is basic, and therefore attacking aluminum, a copper or steel heat exchanger must be used, but it has been found that the cost of aluminum, copper or steel heat exchangers is practically identical;
  • the coalescer element, usually placed in the tank 5 to eliminate the "oil mist", can be either eliminated (the surface tension of the water being higher, the droplets are larger and can be collected more easily ), or replaced by a very simple baffle system;
  • rolling bearings are replaced by plain bearings, in particular carbon bearings, capable of operating in water and whose cost, at least for single screw compressors which produce only very low loads on the bearings, is comparable to that of oil-lubricated rolling bearings.

Par ailleurs, les deux ensembles sont identiques pouvant tous les deux utiliser les mêmes matériaux ferreux pour la fonderie, les paliers, les conduites, le réservoir, aucun d'eux ne nécessitant une protection particulière.Furthermore, the two sets are identical, both being able to use the same ferrous materials for the foundry, the bearings, the pipes, the tank, neither of them requiring any particular protection.

Puisque le borate est un cristal peu onéreux et puisqu'il est utilisé en général avec un pourcentage inférieur à 10% et bien que l'eau ait besoin d'être désionisée (sinon le borate précipiterait le carbonate de calcium), le liquide reste moins cher que la recharge d'huile requise dans les compresseurs à huile.Since borate is an inexpensive crystal and since it is generally used with a percentage of less than 10% and although the water needs to be deionized (otherwise the borate would precipitate the calcium carbonate), the liquid remains less expensive than the required oil refill in oil compressors.

Dans l'ensemble, le coût des deux systèmes est identique à quelques pourcents près, avec de plus l'avantage que les pièces sont en grande partie les mêmes, ce qui réduit les stocks et permet d'envisager le lancement d'une production de machines sans huile moyennant un coût d'étude et d'investissement modéré.Overall, the cost of the two systems is identical to within a few percent, with the added advantage that the parts are largely the same, which reduces stocks and allows us to consider launching a production of oil-free machines for a moderate study and investment cost.

Si l'ensemble de compression d'air est destiné à être utilisé avec des températures inférieures à 0°C, il faut faire appel à une protection particulière comme un chauffage électrique placé à la partie inférieure de l'ensemble, et qui se déclenche quand la température devient inférieure à une valeur déterminée, afin d'éviter la formation de glace dans le circuit.If the air compression assembly is intended to be used with temperatures below 0 ° C, special protection must be used such as an electric heater placed at the bottom of the assembly, which is triggered when the temperature becomes lower than a determined value, in order to avoid ice formation in the circuit.

Il a été trouvé que le borate de sodium, communément appelé borax, à une concentration de 4 à 5%, était suffisant pour éviter toute corrosion. Néanmoins, il est préféré selon l'invention d'utiliser le borate de potassium et en particulier le tétraborate dipotassium tétrahydrate K₂O · 2B₂O₃ · 4H₂O., à cause de sa grande solubilité dans l'eau, de sorte qu'il puisse y avoir quelques pertes sans pour cela courir le risque d'une quelconque corrosion. Avec le borate de sodium, qui a une moins grande solubilité, une concentration aussi élevée est possible quand l'eau est chaude, mais des cristaux apparaissent au refroidissement; de tels cristaux, véhiculés avec le liquide pourraient endommager le compresseur au démarrage. Donc le borate de sodium présente le désavantage que sa concentration maximum pour éviter les cristaux est peu supérieure à la concentration minimum pour éviter la corrosion, ce qui ne laisse qu'une faible marge.It has been found that sodium borate, commonly known as borax, at a concentration of 4 to 5%, is sufficient to prevent corrosion. However, it is preferred according to the invention to use potassium borate and in particular dipotassium tetraborate tetrahydrate K₂O · 2B₂O₃ · 4H₂O., Because of its high solubility in water, so that it can have some losses without running the risk of any corrosion. With sodium borate, which has a lower solubility, such a high concentration is possible when the water is hot, but crystals appear on cooling; such crystals, carried with the liquid, could damage the compressor at start-up. So sodium borate has the disadvantage that its maximum concentration to avoid the crystals is little higher than the minimum concentration to avoid corrosion, which leaves only a small margin.

Egalement, lorsque le compresseur est à l'arrêt, si l'aspiration n'était pas fermée par un moyen 3, par exemple clapet anti-retour ou une vanne à commande pneumatique ou électrique, le compresseur sècherait à l'arrêt et les cristaux de borate feraient coller la vis au carter d'où un démarrage difficile et des problèmes mécaniques.Also, when the compressor is stopped, if the suction was not closed by a means 3, for example non-return valve or a pneumatically or electrically controlled valve, the compressor would dry when stopped and the crystals of borate would cause the screw to stick to the housing, resulting in difficult starting and mechanical problems.

Il est possible d'éliminer l'eau laissée dans le compresseur, par exemple en laissant s'échapper l'air du réservoir 5 à travers le compresseur 1 après l'arrêt. Mais fermer l'aspiration lorsque le compresseur est à l'arrêt, comme proposé plus haut, est beaucoup plus simple; quel que soit le liquide restant dans le compresseur, celui-ci ne peut s'assécher.It is possible to eliminate the water left in the compressor, for example by letting the air from the reservoir 5 escape through the compressor 1 after stopping. But closing the suction when the compressor is stopped, as proposed above, is much simpler; whatever liquid remains in the compressor, it cannot dry out.

Au cours des essais, il a été trouvé qu'avec des concentrations de borate de potassium entre 5 et 10%, aucune trace de rouille n'apparaissait dans le compresseur ou les tuyauteries; l'eau ne moussait pas davantage que sans borate, d'où un comportement très différent de celui observé avec les inhibiteurs de corrosion de type liquide; pour un compresseur d'air de 20 chevaux (environ 15 kW) refoulant à 7 bars relatifs, les quantités de borate entraînées avec l'air comprimé jusqu'au sécheur se sont avérées très faibles: la concentration du condensat de borate dans l'eau produite par le sécheur 17 était inférieure à 0,5%.During the tests, it was found that with potassium borate concentrations between 5 and 10%, no trace of rust appeared in the compressor or the pipes; the water did not foam more than without borate, hence a behavior very different from that observed with liquid type corrosion inhibitors; for an air compressor of 20 horsepower (approximately 15 kW) delivering at 7 bars relative, the quantities of borate entrained with compressed air to the dryer proved to be very low: the concentration of borate condensate in the water produced by dryer 17 was less than 0.5%.

Aucun de ces résultats n'a été atteint avec d'autres inhibiteurs; tous les inhibiteurs liquides essayés, ou auxquels on peut penser, présentent une tension de vapeur et un entraînement par la vapeur dans l'air comprimé tels qu'ils privent en quelques heures l'eau de son inhibiteur; le compresseur devient alors sujet à la corrosion; ou bien il faut effectuer des recharges onéreuses et ajouter un système de contrôle de la teneur minimum en inhibiteur.None of these results have been achieved with other inhibitors; all the liquid inhibitors tested, or which one can think of, exhibit a vapor pressure and a vapor entrainment in compressed air such that they deprive the water of its inhibitor in a few hours; the compressor then becomes subject to corrosion; or it is necessary to carry out expensive refills and add a system for controlling the minimum inhibitor content.

D'autres inhibiteurs solides comme le chromate de sodium, représentent un danger pour la santé, ou ne sont pas stables avec le temps, en présence d'oxygène.Other solid inhibitors, such as sodium chromate, represent a health hazard, or are not stable over time, in the presence of oxygen.

Ainsi, le borate et plus particulièrement le borate de potassium apparaît être la seule solution résolvant le problème.Thus, borate and more particularly potassium borate appears to be the only solution solving the problem.

De plus, il a l'avantage inattendu de tuer les bactéries, évitant les développements bactériologiques dans le réservoir, et permettant de délivrer un air comprimé hygiéniquement plus propre que l'air aspiré.In addition, it has the unexpected advantage of killing bacteria, avoiding bacteriological growth in the tank, and making it possible to deliver compressed air hygienically cleaner than the air drawn.

Claims (8)

1. An air-compression assembly comprising a rotary compressor (1), the discharge of said compressor being connected to a tank (5) partly filled with water, a lower part of said tank being connected via a conduit (7) to at least one injection hole (11) provided on said rotary compressor, said conduit being provided with a means (10) for cooling the water, characterized in that the water contains dissolved borate at a concentration sufficient to avoid the corrosion of ferrous metals.
2. An air-compression assembly according to claim 1, characterized in that the borate is a potassium borate.
3. An air-compression assembly according to claim 1, characterized in that the borate is a dipotassium tetrahydrate tetraborate.
4. An air-compression assembly according to claim 1, characterized in that closing means (3) are located on the intake line (2) of the compressor, in order to close the intake when the compressor is at rest.
5. A method of compressing air in a rotary compressor, comprising the steps of:
- injecting a liquid into the compressor (1);
- separating said liquid from the compressed air discharged by the compressor (1);
- using the separated liquid for continuing injection of liquid into the compressor, characterized by using, as said liquid, water containing dissolved borate.
6. A method according to claim 5, characterized in that potassium borate is used as said borate.
7. A method according to claim 5, characterized in that dipotassium tetrahydrate tetraborate is used as said borate.
8. A method according to any of claims 5-7, characterized by the step of closing the intake (2) of said compressor (1) when said compressor is at rest.
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