BE1014297A3

BE1014297A3 - Watergeinjecteerde schroefcompressor.

Info

Publication number: BE1014297A3
Application number: BE2001/0479A
Authority: BE
Inventors: Ivo Daniels; Mieghem Luc Van
Original assignee: Atlas Copco Airpower Nv
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2001-07-13
Publication date: 2003-08-05
Also published as: JP2004534176A; DE60207571T2; US20040151601A1; EP1407146B1; TW539810B; DE60207571D1; US6866490B2; WO2003006831A1; EP1407146A1

Abstract

De uitvinding heeft betrekking op een watergeïnjecteerde schroefcompressor die een compressorelement (1) bevat met een binnenruimte (3), een aanzuigleiding (7) die op een bovenaan gelegen inlaatgedeelte (6) van deze binnenruimte (3) aansluit, een persleiding (9) waarin een ketel (10) opgesteld is, en een injectieleiding (22) tussen de ketel (10) en de binnenruimte (3) die een gedeelte (31) bezit dat hoger gelegen is dan de bovenkant van het inlaatgedeelte (6). Een verbindingsleiding (36) is aangebracht tussen het inlaatgedeelte (6), enerzijds, en een boven het maximum waterniveau (35) van de ketel (10) gelegen aansluitpunt op het zich neerwaarts naar haar uitmonding uitstrekkend gedeelte (32) van deze injectieleiding (22), anderzijds.

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Watergeïnjecteerde schroefcompressor. 



  Deze uitvinding heeft betrekking op een watergeïnjecteerde schroefcompressor die een compressorelement bevat met twee door een motor aangedreven rotoren, die wentelbaar zijn in een binnenruimte van het compressorelement, een aanzuigleiding die op een bovenaan gelegen inlaatgedeelte van deze binnenruimte van het compressorelement aansluit, met een inlaatklep die de uitmonding op dit inlaatgedeelte kan afsluiten, een persleiding die op deze binnenruimte van het compressorelement aansluit en waarin een ketel die tegelijk waterafscheider is, opgesteld is, waarbij een injectieleiding opgesteld is tussen de ketel en de binnenruimte van het compressorelement, voor de injectie van water in deze binnenruimte, welke injectieleiding een gedeelte bezit dat hoger gelegen is dan de bovenkant van het inlaatgedeelte van de binnenruimte van het compressorelement. 



  Bij de meeste oliegeïnjecteerde compressoren is aan de uitlaat van het compressorelement of in de persleiding een klep, meestal een terugslagklep aangebracht, ook in de injectieleiding is een klep aangebracht. 



  De klep aan de uitlaat belet dat, wanneer het compressorelement plots stopt, vooraleer de inlaatklep gesloten is, perslucht uit de ketel via het compressorelement en de aanzuigleiding naar buiten stroomt. 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 



  De klep in de injectieleiding belet dat, bij het plots stoppen, teveel olie via de injectieleiding in de binnenruimte van het compressorelement zou stromen en dit laatste met olie zou gevuld geraken, hetgeen daarna het opstarten van het compressorelement zou verhinderen doordat olie niet samendrukbaar is. 



  De werking van voornoemde kleppen wordt echter onbetrouwbaar in een waterige omgeving, vandaar dat bij watergeinjecteerde compressoren de kleppen aan de uitlaat en in de injectieleiding meestal weggelaten worden en dat een speciale inlaatklep in de aanzuigleiding wordt gebruikt, namelijk een zogenoemde   "unloader".   



  Deze "unloader" is een bestuurd klepmechanisme dat juist voor of onmiddellijk na het stilleggen van de compressor de inlaat afsluit zodat via deze klep geen samengeperst gas uit het compressorelement via de aanzuigleiding naar buiten, kan worden afgeblazen en belet dat, tengevolge van de druk in de ketel, dat het compressorelement via de injectieleiding onder water zou komen te staan. Via dit klepmechanisme kan, na het stoppen, samengeperst gas uit de ketel worden afgeblazen. 



  Wanneer bij dergelijke compressoren de inlaatklep voor of onmiddellijk na het stoppen van het compressorelement de aanzuigleiding afsluit, bevinden de ketel en het compressorelement zich op dezelfde druk, aangezien geen terugslagklep aan de uitlaat van het compressorelement aanwezig is. 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 



  Op dat ogenblik, is het waterniveau in de ketel tussen een minimum en een maximum gelegen en indien dit waterniveau hoger is dan de onderkant van het compressorelement zal, doordat er geen klep in de injectieleiding aanwezig is, tengevolge van hevelwerking, water uit de ketel terugvloeien naar het compressorelement, tot het waterniveau in de ketel gelijk is aan dit in het compressorelement. 



  Het compressorelement kan zodanig met water gevuld worden dat het opstarten onmogelijk wordt. 



  Om dit te vermijden, wordt de positie van de ketel ten opzichte van het compressorelement zo gekozen dat het maximum waterniveau in de ketel ter hoogte gelegen is van de onderkant van de rotoren in het compressorelement. 



  Dit kan problemen geven voor de opbouw van de compressor en heeft als gevolg dat de compressor relatief veel ruimte inneemt en dus ook de behuizing waarin de ketel, het compressorelement en de motor opgesteld zijn relatief groot is. 



  De uitvinding beoogt een compressor van het type zonder kleppen, noch aan de uitlaat of in de persleiding, noch in de injectieleiding, die dit nadeel niet bezit en relatief compact kan worden uitgevoerd. 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 



  Hiertoe is volgens de uitvinding, een verbindingsleiding aangebracht tussen het inlaatgedeelte van de binnenruimte, enerzijds, en een boven het maximum waterniveau van de ketel gelegen aansluitpunt op het zich neerwaarts naar de lager gelegen uitmonding van de injectieleiding in de binnenruimte uitstrekkend gedeelte van deze injectieleiding, anderzijds. 



  Wanneer in de injectieleiding een koeler opgesteld is die hoger gelegen is dan voornoemd maximum niveau, dan is, om te beletten dat de koeler zou leeglopen naar de binnenruimte, de koeler in een middengedeelte van de injectieleiding gelegen, dat aan weerszijden van de koeler plaatselijk tot boven deze koeler stijgt, terwijl de op dit middengedeelte aansluitende respectievelijk opwaarts en neerwaarts gerichte gedeelten van de injectieleiding door een verbindingsleiding, onder het hoogste punt van de injectieleiding, met elkaar verbonden zijn. 



  Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, is hierna als voorbeeld zonder enig beperkend karakter een voorkeurdragende uitvoeringsvorm beschreven, met verwijzing naar de bijgaande figuur. 



  De in deze figuur weergegeven watergeinjecteerde schroefcompressor bevat een compressorelement 1 met een behuizing 2 die een binnenruimte 3 begrenst waarin twee samenwerkende schroefvormige rotoren 4 wentelbaar opgesteld zijn die door een motor 5 worden gedreven. 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 



  Deze binnenruimte 3 is aan het ene uiteinde bovenaan van een inlaatgedeelte 6 voorzien, waarin een aanzuigleiding 7 via een inlaatklep 8 uitmondt. 



  Aan het andere uiteinde sluit onderaan op de binnenruimte 3 een persleiding 9 aan met daarin een ketel 10, die voorzien is van een filterelement 10A en die een waterafscheider vormt en stroomafwaarts van de ketel 10 een minimumdrukventiel 11. 



  De inlaatklep 6 is een zogenoemde "unloader" en bestaat in hoofdzaak uit een cilinder vormende behuizing 12 die voorzien is van een holte 12A waarin een zuiger 13 verplaatsbaar is. 



  Tussen het werkoppervlak van de zuiger 13 en de behuizing, is een cilinderkamer 14 gevormd. Aan de andere zijde is de zuiger 13 door een zuigerstang 15 verbonden met een klepelement 16 dat zich in het inlaatgedeelte 6 bevindt en samenwerkt met een in de wand daarvan aangebrachte klepzitting 17. 



  Een verend element in de vorm van een duwveer 18 omringt de zuigerstang 15, tussen een gedeelte van de behuizing 12 en de zuiger 13 en duwt de zuiger 13 weg en zo het klepelement 16 naar of tegen de klepzitting 17. 



  Een stuurleiding 19 mondt in de cilinderkamer 14 uit op het van het klepelement 16 afgekeerde uiteinde. 



  De binnenruimte 3 staat in verbinding met de aanzuigleiding 7 of de binnenkant van de inlaatklep 8, stroomopwaarts van het 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 klepelelement 16, door een leiding 20, met daarin een terugslagklep 21 die uitsluitend een beperkte stroming naar de binnenruimte 3 toelaat en belet dat in de binnenruimte 3 een onderdruk ontstaat. 



  Een injectieleiding 22 verbindt de onderkant van de ketel 10 met één of meerdere injectiepunten 23 die op de binnenruimte 3 uitgeven. 



  In deze injectieleiding 22 zijn, vanaf de ketel 10 achtereenvolgens een pomp 24, een koeler 25 en een waterfilter 26 opgesteld. 



  De pomp 24 is overbrugd door een leiding 27 met daarin een terugslagklep 28 die uitsluitend een stroming van de ketel 10 naar het compressorelement 1 toelaat. 



  De koeler 25 is in een gedeelte van de injectieleiding 22 opgesteld dat hoger gelegen is dan het inlaatgedeelte 6, en deze injectieleiding 22 bestaat dus tussen de ketel 10 en de binnenruimte 3 in hoofdzaak uit een onder de ketel 10 gelegen gedeelte 29, een zich tot boven het compressorelement 1 uitstrekkend opwaarts gedeelte 30, een middengedeelte 31 met de koeler 25 erin, een zich neerwaarts tot onder het compressorelement 1 uitstrekkend gedeelte 32 en een eindgedeelte 33 dat op de binnenruimte 3 aansluit. 



  De ketel 10 is van een niveau-meetinrichting voorzien die het niveau van het in de ketel 10 afgescheiden water begrenst 

 <Desc/Clms Page number 7> 

 tussen een minimum niveau 34 en een maximum niveau 35 dat net onder het inlaatgedeelte 6 gelegen is. 



  Overigens is dit inlaatgedeelte 6, juist boven dit maximumniveau 35 door een bij voorkeur horizontale verbindingsleiding 36 verbonden met het neerwaarts gerichte gedeelte 32 van de injectieleiding 22, terwijl dit gedeelte 32 juist boven de waterfilter 26 en dus boven het inlaatgedeelte 6, maar onder het hoogste punt van de injectieleiding 22 en in het weergegeven voorbeeld zelfs onder de koeler 25, door een bij voorkeur horizontale verbindingsleiding 37 verbonden is met het opwaarts gerichte gedeelte 30 van de injectieleiding 22. 



  Wanneer de   watergeïnjecteerde   schroefcompressor 1 aangezet wordt, drijft de motor 5 de rotoren 4 aan. Hierdoor wordt lucht door de aanzuigleiding 7 aangezogen en wordt de inlaatklep 8 geopend. 



  In de binnenruimte 3 wordt de aangezogen lucht samengeperst en de samengeperste lucht wordt vervolgens via de persleiding 9 naar de ketel 10 gevoerd waar het water van de lucht wordt gescheiden. 



  Tijdens deze werking wordt er via de injectieleiding 22 water in de injectiepunten 23 van het compressorelement 1 geïnjecteerd, om de diverse lagers en de rotoren 4 te smeren en te koelen. Dit water wordt daarbij gekoeld in de koeler 25 en gefilterd in de waterfilter 26. 

 <Desc/Clms Page number 8> 

 



  De minimale doorgang van de verbindingsleiding 37 is relatief klein ten opzichte van de doorgang van het gedeelte 32 van de injectieleiding 22, en dus ook van het gedeelte 30 dat dezelfde doorgang bezit, zodat slechts een klein gedeelte van het water niet door de koeler 25 stroomt. 



  De verbindingsleiding 36 bezit een minimale doorgang, bijvoorbeeld de uitmonding op het inlaatgedeelte 6, die merkelijk kleiner is dan de doorgang van het gedeelte 32 van de injectieleiding 22, zodat ook slechts een miniem gedeelte, en bij voorkeur minder dan 5%, van het water via de verbindingsleiding 36 naar het inlaatgedeelte 6 wordt afgetakt. 



  Omdat bij het opstarten van de compressor de druk in de ketel 10 nog niet groot genoeg is, wordt eerst de pomp 24 mee aangeschakeld voor de waterinjectie. Zodra de druk in de ketel 10 groot genoeg is, wordt de pomp 24 uitgeschakeld en wordt het water door de druk in de ketel 10 over de terugslagklep 28 doorheen de injectieleiding 22 gestuwd. 



  Zodra de druk in de ketel 10 een vooraf in te stellen druk van de minimumdrukklep 11 overschrijdt, opent deze en wordt er perslucht geleverd. 



  Wanneer de compressor gestopt wordt, wordt, door het wegvallen van de stuurdruk via de stuurleiding 19, de inlaatklep 8 gesloten. 

 <Desc/Clms Page number 9> 

 



  Op dat ogenblik bevindt het waterniveau in de ketel 10 zich tussen het minimumniveau 34 en het maximumniveau 35, terwijl de druk in deze ketel 10 iets hoger is dan de druk ingesteld door het minimumdrukventiel 11 en die gelijk is aan de druk aan de uitlaat van de binnenruimte 3. Deze druk zal zich eerst over het minimumdrukventiel 11 afbouwen en daarna via een niet in de figuur weergegeven afblaasmechanisme dat geïntegreerd is in de speciale als een zogenoemde "unloader" geconstrueerde inlaatklep 8. 



  Wanneer nu de verbindingsleiding 36 niet aanwezig zou zijn, zou door hevelwerking het waterniveau in de ketel 10 en in de binnenruimte 3 gelijk komen te staan, vermits de druk in beide ruimten gelijk is. 



  Door deze verbindingsleiding 36 ontstaan er twee koppels communicerende vaten, een eerste koppel met de ketel 10 en de binnenruimte 3, die met elkaar verbonden zijn door de verbindingsleiding 36 en het stroomopwaarts hiervan gelegen gedeelte van de injectieleiding 22 dat de koeler 25 bevat, en een tweede koppel communicerende vaten gevormd door het inlaatgedeelte 6 en de binnenruimte 3, die met elkaar verbonden zijn door de verbindingsleiding 36 en het stroomafwaarts hiervan gelegen gedeelte dat het gedeelte 33 bevat. 



  Beide koppels zoeken naar een evenwicht, en lucht zal via de verbindingsleiding 36 in het onderste deel van het gedeelte 

 <Desc/Clms Page number 10> 

 32 van de injectieleiding 22 worden gezogen tot het niveau in dit gedeelte 32 daalt tot ongeveer de onderkant van de binnenruimte 3. 



  Ook het bovenste deel van het gedeelte 32 van de injectieleiding 22 kan nog voor een stuk leeglopen in het compressorelement 1 omdat het gedeelte 32 zich opwaarts naar de koeler 25 uitstrekt, tot aan het hoogste punt van dit gedeelte 32. 



  Het hoogste punt, waar het aansluit op het middengedeelte 31, is boven de koeler 25 gelegen om te beletten dat deze zou leeglopen. Aan weerszijden van deze koeler 25 bezit het middengedeelte 31 een hoger dan de koeler 25 gelegen stuk. 



  Door hevelwerking zou de koeler 25 toch nog via de niet- zelfaanzuigende pomp naar het compressorelement 1 kunnen leeglopen als er niet de tweede verbindingsleiding 37 zou zijn. 



  Door deze verbindingsleiding 37 ontstaat een luchtbel in het gedeelte 30 van de injectieleiding 22 en het waterniveau in dit gedeelte 30 komt op dezelfde hoogte te liggen als het waterniveau in de ketel 10. Boven dit niveau loopt het gedeelte 30 leeg. 



  Door de verbindingsleidingen 36 en 37 kan de ketel 10 met zijn maximumniveau 35 ruim boven de onderkant van de binnenruimte 3 gelegen zijn, en kan hij bijgevolg naast het 

 <Desc/Clms Page number 11> 

 compressorelement 1 opgesteld worden op de meest gunstige positie voor de opbouw van de compressor. 



  De verbindingsleiding 36, het eindgedeelte 33 van de injectieleiding 22 en het onder de verbindingsleiding 36 gelegen gedeelte van het gedeelte 32 van de injectieleiding 22 kunnen in een variante in de behuizing 2 van het compressorelement 1 geïntegreerd zijn. 



  De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvorm, doch dergelijke watergeinjecteerde schroefcompressor kan in verschillende vormen en afmetingen worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims

Conclusies. l.- Watergeinjecteerde schroefcompressor die een compressorelement (1) bevat met twee door een motor (5) aangedreven rotoren (4), die wentelbaar zijn in een binnenruimte (3) van het compressorelement (1), een aanzuigleiding (7) die op een bovenaan gelegen inlaatgedeelte (6) van deze binnenruimte (3) van het compressorelement (1) aansluit, met een inlaatklep (8) die de uitmonding op dit inlaatgedeelte (6) kan afsluiten, een persleiding (9) die op deze binnenruimte (3) van het compressorelement (1) aansluit en waarin een ketel (10) die tegelijk waterafscheider is, opgesteld is, waarbij een injectieleiding (22) tussen de ketel (10) en de binnenruimte (3) van het compressorelement (1) opgesteld is, voor de injectie van water in deze binnenruimte (3), welke injectieleiding (22) een gedeelte (31) bezit dat hoger gelegen is dan de bovenkant van het inlaatgedeelte (6)

van de binnenruimte (3) van het compressorelement (1), daardoor gekenmerkt dat een verbindingsleiding (36) aangebracht is tussen het inlaatgedeelte (6) van deze binnenruimte (3), enerzijds, en een boven het maximum waterniveau (35) van de ketel (10) gelegen aansluitpunt op het zich neerwaarts naar de lager gelegen uitmonding van de injectieleiding (22) in de binnenruimte (3) uitstrekkend gedeelte (32) van deze injectieleiding (22), anderzijds. <Desc/Clms Page number 13>
2. - Watergeinjecteerde schroefcompressor volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de verbindingsleiding (36) een kleinere maximumdoorgang bezit dan de doorgang van het zich neerwaarts uitstrekkende gedeelte (32) van de injectieleiding (22) .
3. - Watergeinjecteerde schroefcompressor volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt dat de verbindingsleiding (36) zich nagenoeg horizontaal uitstrekt.
4.- Watergeinjecteerde schroefcompressor volgens een van de vorige conclusies, daardoor gekenmerkt dat hij in de injectieleiding (22) een koeler (25) bevat die hoger gelegen is dan voornoemd maximum waterniveau (35) en, om te beletten dat de koeler (25) zou leeglopen naar de binnenruimte, de koeler (25) in een middengedeelte (31) van de injectieleiding (22) gelegen is dat aan weerszijden van de koeler (25) plaatselijk tot boven deze koeler (25) stijgt terwijl de op dit middengedeelte (31) aansluitende respectievelijk opwaarts en neerwaarts gerichte gedeelten (30,32) van de injectieleiding (22), door een verbindingsleiding (37) onder het hoogste punt van de injectieleiding (22), met elkaar verbonden zijn.
5. - Watergeinjecteerde schroefcompressor volgens conclusie 4, daardoor gekenmerkt dat de verbindingsleiding (37) tussen de twee zich respectievelijk opwaarts en neerwaarts uitstrekkende gedeelten (30,32) van de injectieleiding (22) boven het maximumniveau (35) is gelegen. <Desc/Clms Page number 14>
6. - Watergeinjecteerde schroefcompressor volgens conclusie 5, daardoor gekenmerkt dat de verbindingsleiding (37) tussen de gedeelten (30,32) van de injectieleiding (22) een minimale doorgang bezit die kleiner is dan de minimale doorgang van de delen van de gedeelten (30,32) waarop de verbindingsleiding (37) aansluit.
7.- Watergeinjecteerde schroefcompressor volgens conclusie 5 of 6, daardoor gekenmerkt dat de verbindingsleiding (37) tussen de gedeelten (30,32) zich nagenoeg horizontaal uitstrekt en boven de verbindingsleiding (36) gelegen is.