CN103321910A - 一种双级螺杆压缩机的中间冷却装置及冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双级螺杆压缩机的中间冷却装置及冷却方法，一、二级上下排布，中间冷却管路连接，二级径向进气，以增长换热时间，减小流道阻力损失；一级出口喷油，二级进口设置滤网分油，以减小一级进口喷油量，降低二级进气温度；另外，级间分油进入一级喷油孔，二级分油进入级间喷油孔及二级喷油孔，省去油泵，本发明在不过量增加成本及机组复杂程度的基础上，减小二级压缩进气温度，提升机组整体能效，并全程采用较为稳定的压差供油方式，流动损失较小，润滑油温度较低，机组寿命得到保证。

Description

一种双级螺杆压缩机的中间冷却装置及冷却方法

技术领域

本发明属于机电、化工技术领域，涉及需要通过两级压缩中间冷却方法提升机组性能的装置。

背景技术

随着能源问题日益加重，机电产品的节能早已备受关注，而身为用电大户的压缩机则面临更为严峻的节能要求。在不断追求新型型线与加工工艺的基础上，压缩机设计中不断的采用多级压缩的方案来降低功耗，提高机组性能。与传统单级压缩相比，两级压缩有着明显的优势：理论功耗更低，通过级间冷却方案降低二级进气温度可以有效减小压缩技术功；排气温度低，在极端工况下避免润滑油性能恶化，且减小后冷却器的负荷，进而降低排气损失；单级压差小，轴承及密封等部件的损耗也会更小。整体来说，在不断追求更高能效的目标上，双级螺杆压缩机的设计可以有效解决很多棘手的问题，具有极佳的市场前景。

国内外目前对于多级螺杆压缩机的设计，多数采用两级分离、一级排气经过中间冷却器（多为壳管式冷却器）进入二级的方案，或省去中间冷却环节，采用一级排气经由管路流入二级进气的设计方案。前者的设计往往针对较高的压比，级间冷却负荷较大，需要专门设计冷却器，但这导致机组附件分散，加工复杂，成本也较高；后者忽略中间冷却的方案也不无道理，由于螺杆压缩机转速较快，喷油在主机内部冷却效果不显著，而更多地是在排气后管路中冷却，故此法也可降低二级进气温度，但效果不明显，并且不采用级间冷却的两级压缩失去了其最有效降低技术功的途径，顾此失彼。

同时，润滑油在现有两级螺杆压缩机中也成为一个问题。在一级压缩出口处，压缩气体中已经具有很高的油量，但却无法在二级压缩过程中起到冷却的作用，反而成为影响容积流量与功耗的恶性因素。这不仅降低了机组效率，还因为较高的润滑油损耗与油冷却器负荷而影响整体机组的稳定性与寿命。

为了推广在中等压比中大型机组中采用两级螺杆压缩设计，在顾及间接性与成本的基础上提高机组效率，解决以上几点问题是企业占据高能效压缩空气行业市场的关键因素。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双级螺杆压缩机的中间冷却装置及冷却方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案。

一种双级螺杆压缩机的中间冷却装置，该中间冷却装置包括中间冷却流道，所述中间冷却流道的入口与一级压缩机机体的排气孔口相连，中间冷却流道的出口与二级压缩机机体的进气孔口相连，中间冷却流道的入口处设置有中间冷却流道喷油孔，中间冷却流道的出口处设置有不锈钢滤网以及回油孔。

所述一、二级压缩机机体上下排布，中间冷却流道包括直管段以及半圆环状的弯管段，弯管段的一端与一级压缩机机体的轴向排气孔口相连，另一端与直管段的一端相连，直管段的另一端与二级压缩机机体下侧的径向进气孔口相连，不锈钢滤网以及回油孔设置于直管段。

所述中间冷却装置还包括联接法兰，联接法兰的一端与一、二级压缩机机体相连，另一端设置有轴承座，中间冷却流道的入口通过轴承座与一级压缩机机体的排气孔口相连。

所述中间冷却装置还包括连接于回油口与一级压缩机机体的一级压缩腔喷油孔间的低压段油路循环，低压段油路循环上依次设置有低压段油冷却器、低压段温控阀以及低压段油过滤器，中间冷却装置还包括高压段油路循环，高压段油路循环的一端与二级压缩机机体排气孔口处的油气分离器相连，另一端分别与中间冷却流道喷油孔以及二级压缩机机体的二级压缩腔喷油孔相连，高压段油路循环上依次设置有高压段油冷却器、高压段温控阀以及高压段油过滤器。

所述低压段油冷却器以及高压段油冷却器采用水冷壳管式冷却器。

一种基于上述中间冷却装置的双级螺杆压缩机冷却方法，包括以下步骤：

1）由一级压缩机机体的排气孔口起，一级压缩机的高温排气沿中间冷却流道进入二级压缩机机体的进气孔口，同时，一级压缩机的高温排气与中间冷却流道内的低温喷油充分混合换热；

2）在进入二级压缩机机体的进气孔口前，通过所述不锈钢滤网对气体中大部分的油进行滤除，滤除所得的油经回油孔流入低压段油路循环进行降温、过滤，然后从一级压缩机机体的一级压缩腔喷油孔再次喷入；

3）二级压缩机的高温排气进行油气分离，分离出的油经过高压段油路循环进行降温、过滤后引入至中间冷却流道喷油孔以及二级压缩机机体的二级压缩腔喷油孔。

本发明在不过量增加成本及机组复杂程度的基础上，减小二级压缩进气温度，提升机组整体能效，并且全程采用较为稳定的压差供油方式，流动损失较小，润滑油温度较低，机组寿命得到保证。

附图说明

图1是中间冷却布置的结构工程示意图；

图2是油路结构示意图；

图中：1是二级压缩机机体，2是一级压缩机机体，3是联接法兰，4是一级排气端轴承座，5是中间冷却流道喷油孔，6是中间冷却流道，7是不锈钢滤网，8是径向进气结构，9是一级压缩腔喷油路径，10是回油孔，11是低压段油冷却器，12是低压段温控阀，13是低压段油过滤器，14是中间冷却流道喷油路径，15是高压段油冷却器，16是高压段温控阀，17是高压段油过滤器，18是二级压缩腔喷油路径。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

一种双级螺杆压缩机的中间冷却装置，参见图1，该中间冷却装置包括中间冷却流道6，所述中间冷却流道6的入口与一级压缩机机体2的排气孔口相连，中间冷却流道6的出口与二级压缩机机体1的进气孔口相连，中间冷却流道6的入口处设置有中间冷却流道喷油孔5，中间冷却流道6的出口处设置有不锈钢滤网7以及回油孔10；所述一、二级压缩机机体上下排布，中间冷却流道6包括直管段以及半圆环状的弯管段，弯管段的一端与一级压缩机机体2的轴向排气孔口相连，另一端与直管段的一端相连，直管段的另一端与二级压缩机机体1下侧的径向进气孔口相连，不锈钢滤网7以及回油孔10设置于直管段。

所述中间冷却装置还包括联接法兰3，联接法兰3的一端与一、二级压缩机机体相连，另一端设置有轴承座，中间冷却流道6的入口通过轴承座与一级压缩机机体2的排气孔口相连。

所述中间冷却装置还包括连接于回油口10与一级压缩机机体2的一级压缩腔喷油孔间的低压段油路循环，低压段油路循环上依次设置有低压段油冷却器11、低压段温控阀12以及低压段油过滤器13，中间冷却装置还包括高压段油路循环，高压段油路循环的一端与二级压缩机机体1排气孔口处的油气分离器相连，另一端分别与中间冷却流道喷油孔5以及二级压缩机机体1的二级压缩腔喷油孔相连，高压段油路循环上依次设置有高压段油冷却器15、高压段温控阀16以及高压段油过滤器17，所述低压段油冷却器11以及高压段油冷却器15采用水冷壳管式冷却器。

参见图2，一种基于上述中间冷却装置的双级螺杆压缩机冷却方法，包括以下步骤：

1）由一级压缩机机体2的排气孔口起，一级压缩机的高温排气沿中间冷却流道6进入二级压缩机机体1的进气孔口，同时，一级压缩机的高温排气与中间冷却流道6内的低温喷油充分混合换热；

2）在进入二级压缩机机体1的进气孔口前，通过所述不锈钢滤网7对气体中大部分的油进行滤除，滤除所得的油经回油孔10流入低压段油路循环进行降温、过滤，然后从一级压缩机机体2的一级压缩腔喷油孔再次喷入；

3）二级压缩机的高温排气经油气分离器进行油气分离，分离出的油经过高压段油路循环进行降温、过滤后引入至中间冷却流道喷油孔5以及二级压缩机机体1的二级压缩腔喷油孔。

为了提高螺杆空气压缩机组的能效，解决现有多级螺杆空压机中普遍存在的中间冷却及润滑油相关问题，克服现有技术中的不足，本发明综合螺杆压缩机喷油的特点、级间冷却与两级整体布置的优缺点，引入减少压缩腔内喷油量的方案，设计了一套级间喷油冷却、分油回流的方案，能起到中间冷却的效果，降低二级压缩进气温度；同时减少二级进气含油量，提高容积效率，减少理论功耗并提高绝热效率。在中间冷却流道的设计中，采用270度弯道联接一、二级压缩腔，从一级压缩机机体的排气孔口处进入中间冷却流道，并在相近位置设计中间冷却流道喷油孔；同时，二级压缩腔由下端进气，并主要采用径向进气，此法可以降低流速，增长换热时间，并减小中间流道阻力损失，提高能效。

本发明的另一个特点是级间分油方法与油路设计。传统中间冷却器并不会考虑螺杆压缩机一级压缩腔中喷油的问题，致使中间冷却器效果较差，甚至直接放弃使用中间冷却器；或采用复杂的中间分油器，并将一、二级压缩机分离布置才达到实际效果，性价比较低。本发明设计中，由于级间流道与喷油冷却的设计，可以在二级压缩机机体的进气孔口前直接设置一不锈钢滤网进行粗分，即可将大部分润滑油分出进入循环油路，且流动损失较小，结构简单，不影响整机的简洁性。而因此产生两级分油不同压力的问题，采用压力供油方法，即级间分油进入一级喷油孔（一级压缩腔喷油孔），二级分油进入级间油孔（中间冷却流道喷油孔）与二级喷油孔（二级压缩腔喷油孔）的设计，省去了油泵。

此外，不同油温的冷却器可以采用两个壳管式水冷却器。

本发明的主要内容：级间喷油冷却、二级压缩腔进口分油、中间流道及两级压缩腔布置设计、分油不锈钢滤网设计、分离油路设计。

实施例

一种双级螺杆压缩机与中间冷却装置，包括相对于空气流成串联的两级压缩机，两级压缩之间设置中间冷却流道，一级排出气体进入中间冷却流道，经由中间冷却冷却进入二级压缩入口。一、二级压缩机主机及中间冷却流道形成整体，一、二级压缩上下排布，中间冷却流道设计喷油及分油装置。

一级喷油量可适当减少20%-30%左右，用以满足一级压缩主机内密封、润滑、降噪的作用。考虑到在压缩腔内换热时间较短，无法充分换热，故削减这一部分喷油量，可以改善容积效率，减少功耗。将其余喷油量设计在一级压缩主机出口外侧，即中间冷却流道入口处，使一级高温排气与低温喷油充分混合换热。

中间冷却流道采用270度弯道设计，由一级压缩排气孔口起，气体沿流道进入二级压缩主机下侧，从径向进气孔口进入二级压缩腔，以减小流动阻力，增长换热时间。

在二级压缩主机进气前设计不锈钢滤网，将大部分压缩气体中的油滤除，并将油经由储油槽下端回油孔流入油路循环中，储油槽开设于中间冷却流道内，位置与不锈钢滤网对应。

将级间滤除润滑油通过油冷却器后，引至一级压缩腔喷油孔（一级压缩进口喷油孔），采用压差供油方法给一级压缩主机供油；二级压缩出口通过油气分离器，分出的油经过油冷却器后引至中间冷却流道喷油孔与二级压缩腔喷油孔（二级进气喷油孔），采用压差供油。

所述油冷却器均采用水冷壳管式冷却器。

具体工作过程如下：

如图1所示，空气进入一级压缩机机体2，经由一级喷油压缩后，从排气孔口流出至一级排气端轴承座4。在其与中间冷却流道6联接处，设置中间冷却流道喷油孔5，将一定量的油喷入中间冷却流道6。在中间冷却流道内，油与一级压缩排出的中压高温气体充分混合换热，起到中间冷却的作用。之后，气体流至中间冷却流道的直管段，在不锈钢滤网7处进行油气分离，大部分油被滤除，在流道下端集油机构（储油槽）中被收集，后由回油孔10流出进入油路循环；少部分油随气体进入二级压缩机机体1下端的径向进气结构8中，沿径向流入二级压缩腔进行高压级喷油压缩，随后高压气体经过油气分离后，剩余润滑油滤除后进入油路循环。

如图2所示，油路循环主要分为两段，即低压段油路循环及高压段油路循环，二者通过级间喷油联接。中间冷却流道内经由不锈钢滤网7分出的油，进入低压段油冷却器11中，与冷却水进行换热后，低温润滑油再通过低压段温控阀12后进入低压段油过滤器13，之后纯净的低温润滑油流入一级压缩腔喷油路径9。而在高压段油路循环中，由机组油气分离器分出的润滑油流入高压段油冷却器15当中，与冷却水换热后进入高压段温控阀16，后经高压段油过滤器17过滤后分为两股，一股流入中间冷却流道喷油孔5，与低压段油路循环相联系；另一股流入二级压缩腔喷油路径18，再次进入二级喷油-压缩-分油循环，如此往复。

如上便可实现双级螺杆空压机及中间冷却的整体循环。

不锈钢滤网的滤除效率为70-80%，使得经过油路循环后喷入一级压缩腔的油量保持稳定。

Claims (6)

1.一种双级螺杆压缩机的中间冷却装置，其特征在于：该中间冷却装置包括中间冷却流道（6），所述中间冷却流道（6）的入口与一级压缩机机体（2）的排气孔口相连，中间冷却流道（6）的出口与二级压缩机机体（1）的进气孔口相连，中间冷却流道（6）的入口处设置有中间冷却流道喷油孔（5），中间冷却流道（6）的出口处设置有不锈钢滤网（7）以及回油孔（10）。

2.根据权利要求1所述一种双级螺杆压缩机的中间冷却装置，其特征在于：所述一、二级压缩机机体上下排布，中间冷却流道（6）包括直管段以及半圆环状的弯管段，弯管段的一端与一级压缩机机体（2）的轴向排气孔口相连，另一端与直管段的一端相连，直管段的另一端与二级压缩机机体（1）下侧的径向进气孔口相连，不锈钢滤网（7）以及回油孔（10）设置于直管段。

3.根据权利要求1所述一种双级螺杆压缩机的中间冷却装置，其特征在于：所述中间冷却装置还包括联接法兰（3），联接法兰（3）的一端与一、二级压缩机机体相连，另一端设置有轴承座，中间冷却流道（6）的入口通过轴承座与一级压缩机机体（2）的排气孔口相连。

4.根据权利要求1所述一种双级螺杆压缩机的中间冷却装置，其特征在于：所述中间冷却装置还包括连接于回油口（10）与一级压缩机机体（2）的一级压缩腔喷油孔间的低压段油路循环，低压段油路循环上依次设置有低压段油冷却器（11）、低压段温控阀（12）以及低压段油过滤器（13），中间冷却装置还包括高压段油路循环，高压段油路循环的一端与二级压缩机机体（1）排气孔口处的油气分离器相连，另一端分别与中间冷却流道喷油孔（5）以及二级压缩机机体（1）的二级压缩腔喷油孔相连，高压段油路循环上依次设置有高压段油冷却器（15）、高压段温控阀（16）以及高压段油过滤器（17）。

5.根据权利要求4所述一种双级螺杆压缩机的中间冷却装置，其特征在于：所述低压段油冷却器（11）以及高压段油冷却器（15）采用水冷壳管式冷却器。

6.一种基于如权利要求1所述中间冷却装置的双级螺杆压缩机冷却方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）由一级压缩机机体（2）的排气孔口起，一级压缩机的高温排气沿中间冷却流道（6）进入二级压缩机机体（1）的进气孔口，同时，一级压缩机的高温排气与中间冷却流道（6）内的低温喷油充分混合换热；

2）在进入二级压缩机机体（1）的进气孔口前，通过所述不锈钢滤网（7）对气体中大部分的油进行滤除，滤除所得的油经回油孔（10）流入低压段油路循环进行降温、过滤，然后从一级压缩机机体（2）的一级压缩腔喷油孔再次喷入；

3）二级压缩机的高温排气进行油气分离，分离出的油经过高压段油路循环进行降温、过滤后引入至中间冷却流道喷油孔（5）以及二级压缩机机体（1）的二级压缩腔喷油孔。

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