<Desc/Clms Page number 1>
Verbeterde watergeïnjecteerde schroefcompressor.
De huidige uitvinding heeft betrekking op een verbeterde watergeïnjecteerde schroefcompressor.
Meer speciaal heeft de uitvinding betrekking op een watergeinjecteerde schroefcompressor die in hoofdzaak bestaat uit een .compressorelement met een behuizing waarin twee samenwerkende schroefvormige rotoren zijn aangebracht; een inlaatleiding waarin een inlaatklep is voorzien ; uitlaatleiding waarin een drukvat is opgenomen dat tevens dienst doet als waterafscheider; een smeerleiding die aansluit op het voornoemde drukvat en die uitmondt in de rotorkamer van het compressorelement en ter plaatse van de lagers van de voornoemde rotoren.
Wanneer de compressor in werking is, zal het drukvat onder druk komen te staan en zal het water dat zich onderaan in het drukvat bevindt onder invloed van deze druk terug naar het compressorelement gestuurd worden voor het smeren van de rotoren en van de lagers. Het geïnjecteerde water wordt samen met de samengeperste lucht via de uitlaatleiding terug naar het drukvat geperst, waarbij in dit drukvat het geïnjecteerde water van de lucht wordt afgescheiden.
Zulke compressoren zijn in de praktijk zeer efficiënt vanwege de intense koeling van het water dat tevens als koelmedium gebruikt wordt.
<Desc/Clms Page number 2>
Uit doorgedreven experimenteel onderzoek is nochtans gebleken dat in bepaalde omstandigheden, bijvoorbeeld bij het starten en bij het langdurig onbelast draaien van de compressor, de druk in het drukvat onvoldoende is om een efficiënte smering van de voornoemde lagers te waarborgen, en dat in deze omstandigheden lichte schade kan optreden aan de lagers waardoor de levensduur sterk bekort wordt.
Mede hierdoor dienen de lagers bij de bekende watergeïnjecteerde schroefcompressoren met een bepaalde frequentie periodiek vervangen te worden, met als nadeel dat telkens de betreffende schroefcompressor dient stilgelegd te worden en dat deze vervanging uiteraard een invloed heeft op de exploitatiekosten van de schroefcompressor.
De huidige uitvinding heeft tot doel aan de voornoemde en andere nadelen een oplossing te bieden, doordat zij voorziet in een verbeterde watergeïnjecteerde schroefcompressor met een verbeterde watersmering van de lagers, met als resultaat dat deze lagers veel minder frequent dienen vervangen te worden, waardoor de exploitatiekosten van zulke verbeterde watergeïnjecteerde schroefcompressor lager zijn dan die van de bekende schroefcompressoren met een vergelijkbaar vermogen.
Hiertoe betreft de uitvinding een verbeterde watergeïnjecteerde schroefcompressor die in hoofdzaak bestaat uit een compressorelement met een behuizing waarin twee samenwerkende schroefvormige rotoren zijn aangebracht die aangedreven worden door middel van een motor met
<Desc/Clms Page number 3>
constante of variabele aandrijving ; inlaatleiding waarin een inlaatklep is voorzien ; eenuitlaatleiding waarin een drukvat is opgenomen dat tevens dienst doet als waterafscheider; een smeerleiding die aansluit op het voornoemde drukvat en die uitmondt in de rotorkamer van het compressorelement en ter plaatse van de lagers van de voornoemde rotoren, waarbij in de voornoemde smeerleiding een terugslagklep is opgenomen die overbrugd wordt door een aftakking waarin een waterpomp met een aandrijfmotor is opgenomen.
Een voordeel van de verbeterde watergeïnjecteerde schroefcompressor volgens de uitvinding is dat op ogenblikken waarop de druk in het drukvat niet voldoende is voor een afdoende smering van de lagers, de voornoemde waterpomp ingeschakeld kan worden, zodat water uit het drukvat met voldoende druk en debiet naar de lagers kan worden gepompt, waardoor ten allen tijde voorzien wordt in een efficiënte smering en waardoor de levensduur van de lagers opmerkelijk verlengd wordt en de schroefcompressor bijgevolg veel minder frequent dient stilgelegd te worden voor onderhoud en herstellingen.
Bij voorkeur zal de waterpomp minstens in werking gesteld worden bij het starten van de compressor en wanneer de druk in het drukvat onder een bepaalde minimum grens is gelegen, bijvoorbeeld bij het langdurig onbelast draaien.
Tevens zal bij voorkeur de waterpomp worden uitgeschakeld van zodra de druk in het drukvat voldoende is om een efficiënte smering van de lagers te waarborgen, zodat er
<Desc/Clms Page number 4>
niet onnodig energie wordt verspild voor het aandrijven van de pomp.
Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, is hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, een voorkeurdragende uitvoeringsvorm beschreven van een verbeterde watergeïnjecteerde schroefcompressor volgens de uitvinding, met verwijzing naar de enige bijgaande figuur 1, die schematisch een verbeterde watergeïnjecteerde schroefcompressor volgens de uitvinding weergeeft.
In figuur 1 is een verbeterde watergeïnjecteerde schroefcompressor 1 weergegeven die in hoofdzaak bestaat uit een compressorelement 2 met een behuizing 3 waarin twee samenwerkende schroefvormige rotoren 4 zijn aangebracht waarvan de as 5 gelagerd is in watergesmeerde hydrodynamische en hydrostatische lagers 6 en die aangedreven worden door middel van een motor 7.
Het compressorelement 2 is voorzien van een inlaatleiding 8 waarin een inlaatklep 9 is aangebracht en die aan zijn ingang is aangesloten op een inlaatfilter 10.
Op de uitlaat van het compressorelement 2 is een uitlaatleiding 11 aangesloten die respectievelijk bestaat uit de gedeelten 11A, 11B en 11C, waarbij tussen de gedeelten 11A en 11B een drukvat 12 is voorzien dat aan zijn uitgang is uitgerust met een veiligheidsklep 13 waarop het gedeelte 11B van de uitlaatleiding 11 aansluit en waarbij, tussen het gedeelte 11B en het gedeelte 11C, een
<Desc/Clms Page number 5>
luchtkoeler 14 is aangebracht die voorzien is van een ventilatieschroef 15.
In plaats van deze luchtkoeler 15 kan ook een watergekoelde koeler worden aangesloten, die dan met behulp van een secundair koelwatersysteem gekoeld kan worden.
Op het leidinggedeelte 11C kunnen persluchtverbruikers worden aangesloten die niet in de figuren zijn weergegeven.
Het drukvat 12 -is voorzien van een centrale geleiding 16 die de perslucht tangentieel doorheen het drukvat 12 laat stromen.
Onderaan het drukvat 12 is een smeerleiding 17 aangesloten die bestaat uit de gedeelten 17A, 17B en 17C, waarbij, tussen de gedeelten 17A en 17B, een terugslagklep 18 is voorzien en waarbij, tussen het gedeelte 17B en het gedeelte 17C, een waterkoeler 19 is opgenomen die gekoeld wordt door de voornoemde ventilatieschroef 15 van de luchtkoeler 14 of door een secundair koelwatercircuit in het geval van een watergekoelde koeler.
De smeerleiding 17 mondt uit, enerzijds, in de rotorkamer 20, die begrensd wordt door de behuizing 3 van het compressorelement 2, en, anderzijds, via de aftakkingen 21 en 22, ter plaatse van de voornoemde lagers 6 van het compressorelement 2.
<Desc/Clms Page number 6>
In de praktijk mondt de smeerleiding 17 uit in een centrale verdeelkamer van waaruit het water via inwendige kanalen verdeeld wordt naar de rotorkamer 20 en naar de lagers 6.
Het drukvat 12 is via een doorgang in het deksel door middel van een stuurleiding 23, bestaande uit een gedeelte 23A, een gedeelte 23B en een intern kanaal 23C, verbonden met een kamer 24 in de behuizing 3, welke kamer 24 een geleiding vormt voor een uiteinde van de inlaatklep 9, welk uiteinde is uitgevoerd als een zuiger 25.
Tussen de gedeelten 23A en 23B van de stuurleiding 23 is een solenoïde klep 26 met twee standen voorzien, die in één stand een verbinding vormt tussen de leidingen 23A en 23B, en die in de 'andere stand de leiding 23A afsluit en tegelijkertijd de leiding 23B in verbinding stelt met de buitenlucht via een opening 27.
Het voornoemde intern kanaal 23C staat in verbinding met een kamer 28 in de behuizing 3 van het compressorelement 2, waarbij deze kamer 28 verder verbonden is met de voornoemde rotorkamer 20 via een kanaal 29 dat uitmondt naast de inlaat van het compressorelement 2 en waarbij in deze kamer 28 een ontlastklep 30 is voorzien die door middel van een veer 31 het voornoemde kanaal 29 afsluit.
Het kanaal 29 is door middel van een bypassleiding 32 verbonden met de.voornoemde inlaatleiding 8.
De uitvinding voorziet in een waterpomp 33 met een pompaandrijving 34, welke waterpomp 33 is aangebracht in
<Desc/Clms Page number 7>
een aftakking 17D die de voornoemde terugslagklep 18 in de uitlaatleiding 17A overbrugt.
Een stuurelement 35 is voorzien voor het sturen van de motor 7 van het compressorelement en van de pompaandrijving 34 en is hiertoe met de motor 7 en met de pompaandrijving 34 verbonden door middel van elektrische geleiders 36.
Dit stuurelement 35 kan bijvoorbeeld bestaan uit een microprocessor of dergelijke en een geheugen waarin een bijhorende software is opgeslagen die de algehele regeling van de compressor voorziet.
Het stuurelement 35 is in het weergegeven voorbeeld ook verbonden met twee druksensoren, respectievelijk een druksensor 37 die de druk in het drukvat 12 meet en die bijvoorbeeld is aangebracht in de stuurleiding 23A en een druksensor 38 die de injectiedruk van het water meet en die bijvoorbeeld is aangebracht aan de uitgang van de smeerleiding 17C.
De werking van de verbeterde watergeïnjecteerde schroefcompressor 1 volgens de uitvinding is zeer eenvoudig en als volgt.
In figuur 1 is de schroefcompressor 1 weergegeven in een belaste toestand, waarbij het compressorelement 2 door middel van de motor 7, met vaste of variabele aandrijving, wordt aangedreven en waarbij de solenoïdeklep 26 is geactiveerd, zodat, zoals in detail is beschreven in het Belgisch octrooi nr. 1. 012.655 op naam van de huidige
<Desc/Clms Page number 8>
octrooiaanvrager, stuurdruk vanuit het drukvat 12, via de stuurleiding 23A, de solenoïdeklep 26 en het intern kanaal 23C naar de kamers 24 en 28 wordt gestuurd, waardoor de inlaatklep 9 wordt opengeduwd en de ontlastklep 30 wordt gesloten en hierdoor in het drukvat 12 een druk wordt opgebouwd.
De druk in het drukvat 12 stuwt het water dat zich onderaan in het drukvat 12 bevindt doorheen de smeerleiding 17, over de terugslagklep 18 en doorheen de waterkoeler 19 ; het compressorelement 2, waar het water onder druk in de rotorkamer 20 geïnjecteerd wordt voor de smering van de rotoren 4 en via de aftakkingen 21 en 22 in de lagers 6 voor de hydrodynamische smering van deze lagers.
Indien de druk in het drukvat 12, die gemeten wordt door middel van de druksensor 37, voldoende is om een afdoende smering van het compressorelement 2 en van de lagers 6 te bekomen, zal de waterpomp 33 worden uitgeschakeld door het stuurelement 35.
Indien echter de druk gemeten door de druksensor 37 beneden een bepaalde ingestelde minimum waarde zakt, zal het stuurelement 35 de waterpomp 33 inschakelen om te vermijden dat het compressorelement 2 en de lagers 6 onvoldoende gesmeerd zouden worden wegens een te lage druk in het drukvat 12, zodat, in dit geval, de waterpomp 33 de stuwende kracht levert voor het smeren van het compressorelement 2 en van de lagers 6.
<Desc/Clms Page number 9>
Deze situatie kan zich bijvoorbeeld voordoen bij een langdurig onbelaste werking van de schroefcompressor 1 en bij het starten en stoppen van de compressor.
Wanneer de druk in het drukvat 12 vervolgens opnieuw stijgt, bijvoorbeeld wanneer de schroefcompressor 1 opnieuw van onbelaste naar belaste werking overschakelt, zal het stuurelement 35, wanneer de druk in het drukvat 12 een bepaalde maximum waarde bereikt die voldoende is om een doeltreffende smering van het compressorelement 2 en van de lagers 6 te bekomen, de waterpomp 33 terug uitschakelen zodat geen onnodige energie wordt verspild voor het aandrijven van de waterpomp 33.
Ook de injectiedruk die gemeten wordt door middel van de druksensor 38 kan worden gebruikt als ingaand signaal van het stuurelement 35 om het in-en uitschakelen van de waterpomp 33 op een analoge manier te sturen in functie van het bereiken van een bepaalde ingestelde maximum en minimum waarde.
In het weergegeven voorbeeld wordt voor de sturing, zowel rekening gehouden met het signaal van de druksensor 37, als met het signaal van de druksensor 38.
Bij het opstarten van de schroefcompressor 1 na een periode van stilstand, zal er in het drukvat 12 nagenoeg geen druk aanwezig zijn.
<Desc/Clms Page number 10>
In dit geval zal de waterpomp 33 onmiddellijk gestart worden alvorens de motor 7 van het compressorelement 2 bekrachtigd wordt.
Voor de motor 7 kan bijvoorbeeld een klassieke motor met constant toerental worden toegepast, alsook een motor met variabele snelheid, waarvan het toerental bijvoorbeeld frequentiegestuurd is en die dan gestart kan worden na een vast ingestelde tijd, of wanneer er door één van de sensoren een signaal wordt doorgegeven, zodra een bepaalde druk bereikt is.
In het geval van een motor 7 met constant toerental, zal, wanneer de injectiedruk binnen een bepaalde tijdspanne van enkele seconden een bepaalde minimum grenswaarde bereikt van bijvoorbeeld een halve bar, de motor 7 in sterschakeling worden opgestart. Wanneer echter binnen deze tijdspanne de voornoemde minimumgrens niet wordt bereikt, zal de motor 7 niet opstarten, dit om te beletten dat het compressorelement 2 zonder waterdruk of debiet zou kunnen worden aangedreven.
Vervolgens wordt overgeschakeld van een sterschakeling naar een driehoekschakeling en wordt gelijktijdig de solenoïdeklep 26 bekrachtigd, zodat de inlaatklep 9 wordt geopend en de ontlastklep 30 wordt gesloten, zodat op bekende wijze het compressorelement 2 volledig belast functioneert. Wanneer de druk een ingestelde waarde bereikt van bijvoorbeeld 5 bar, zal de waterpomp 33 uitgeschakeld worden voor redenen van energiebesparing.
<Desc/Clms Page number 11>
Wanneer de werkdruk in het drukvat 12 een ingestelde bovengrens bereikt, zal de solenoïdeklep 26 gedesactiveerd worden, waardoor, op bekende wijze, de stuurleiding 23A wordt afgeloten en de kamers 24 en 28 via de stuurleidingen 23B en 23C en de opening 27 in de solenoïdeklep 26 in verbinding wordt gesteld met de omgeving, waardoor de inlaatklep 9 gesloten wordt en de ontlastklep 30 geopend wordt zodat het compressorelement 2 onbelast aangedreven wordt.
Desgevallend kan het stuurelement 35 zodanig geprogrammeerd worden dat de motor 7 in deze omstandigheden wordt stilgelegd om energie te sparen en terug opstart wanneer de druk in het drukvat 12 tot een minimum waarde is gezakt.
Het debiet en de opvoerhoogte van de waterpomp 33 worden bij voorkeur zodanig gekozen dat, rekening houdend met de kenmerken van de watergeïnjecteerde schroefcompressor 1 en van zijn samenstellende componenten, zoals bijvoorbeeld de draaisnelheid van de motor 7, de diameters van de leidingen, en dergelijke, het debiet van de waterpomp 33 tijdens het opstarten steeds iets kleiner is dan het debiet van het water dat door het compressorelement 2 wordt weggeperst, dit om te vermijden dat schade zou optreden ten gevolge van ophoping van water in het compressorelement 2 en in de lagers 6 en dat er steeds een gecontroleerde druk en debiet is in het compressorelement 2 en in de lagers 6.
Tijdens het opstarten van het compressorelement 2, worden de motor 7 en de pompaandrijving 34 gedurende een ingestelde periode door het stuurelement 35 bekrachtigd,
<Desc/Clms Page number 12>
waarbij deze tijd voldoende lang is gekozen opdat, rekening houdend met het voornoemde verschil in waterdebiet, al het water dat zich mogelijk in het compressorelement 2 bevindt, zou geëvacueerd zijn alvorens de motor 7 op een hogere werksnelheid te lanceren, dit om te voorkomen dat schade zou optreden ten gevolge van een zogenaamde waterslag veroorzaakt door de enorme hydraulische krachten die zouden optreden als gevolg van het samenpersen van een onsamendrukbaar medium zoals water.
In het geval van een motor 7 met variabele snelheid zal eveneens de waterpomp 33 als eerste worden gestart en zal na een korte periode van enkele seconden, wanneer een bepaalde druk is opgebouwd, de motor 7 worden gestart en aan een gereduceerde snelheid, lager dan de normale regimesnelheid, aangedreven worden gedurende een korte tijdspanne van enkele seconden alvorens over te schakelen naar een belaste toestand door de solenoïdeklep 26 te bekrachtigen en alvorens naar een hoger regimesnelheid over te schakelen.
Door de motor 7 eerst gedurende een korte periode aan te drijven aan een gereduceerd toerental, kan men er zeker van zijn dat al het water uit het compressorelement 2 verwijderd is alvorens te draaien aan een hogere regimesnelheid waarbij onherroepelijke schade aan het compressorelement 2 zou optreden indien niet al het water geëvacueerd zou zijn.
Na het opstarten, zal de druk in het drukvat 12 stijgen en zal, wanneer deze druk of de injectiedruk, een bepaalde
<Desc/Clms Page number 13>
ingestelde waarde bereikt, de waterpomp 33 worden uitgeschakeld.
De gereduceerde draaisnelheid en de tijdspanne van deze gereduceerde draaisnelheid zijn zo gekozen, dat, opnieuw rekening houdend met de kenmerken van de schroefcompressor 1 en van zijn samenstellende delen, het debiet geleverd door de waterpomp 33 steeds iets kleiner is dan het debiet van het water dat door het compressorelement 2 wordt weggeperst, zodat een waterslag in het compressorelement voorkomen wordt, en er toch nog net voldoende smering en druk van de lagers gewaarborgd is.
De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvorm, doch een verbeterde watergeïnjecteerde schroefcompressor volgens de uitvinding kan in allerlei vormen en afmetingen worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.