CN106536935B - 具有主轴压缩机的压缩制冷设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种主轴压缩机，在工作空间中无需工作液。该主轴压缩机具有设置在周围的压缩机壳体(8)内的双齿主轴转子(2)和三齿主轴转子(3)，并且优选地，两个主轴转子具有非平行的旋转轴线，特别用于压缩制冷设备。为了增加效率水平，同时提供灵活的功率调节，根据本发明提出采用多级主轴压缩机(1)作为制冷压缩机，其压缩机壳体(8)和主轴转子(2和3)通过从主流回路(24)流到局部流分路(25)的液体冷却剂(39)来冷却，其中压缩机壳体(8)通过冷却剂蒸发器(9)以可控的方式被冷却，冷却剂蒸汽随后被送到进口(10)。为了功率调节，除了供给进口(11)之外，还设有进入工作空间的后供给进口(12)，以及除了排放出口(14)之外，从出口空间(13)还设有前排放出口(15)，其各自都有自己的调节装置。

Description

具有主轴压缩机的压缩制冷设备

现有技术：

在工业压缩机技术中无油润滑压缩机变得越来越重要。由于与环境法规相关的责任日益增加，还有操作和处理成本的增加，以及对输送介质的纯度的更高要求，现有的有油润滑压缩机，如液环式压缩机、回转式滑片泵以及油或水喷射主轴压缩机正越来越多地被无油润滑机器所取代。这些无油润滑机器包括无油主轴压缩机、爪泵、隔膜泵、柱塞泵、涡旋机以及真空罗茨泵。然而，这些机器的共同之处在于，仍然无法在低廉的价格水平和令人满意的压缩效率的基础上，满足人们对可靠性和耐用性以及尺寸和重量方面的期望。

为了改善这种情况，现有的无油润滑主轴压缩机是一种替代，因为作为典型的双轴位移机，它们仅需实现所要求的多级性质，即所谓的“输送线”，便可提供高压缩能力，每个压缩机转子有几个串联连接的封闭的具有一些包裹物的工作腔室，以一种非常简单的方式，但是工作空间中无需工作流体。此外，两个反向旋转的主轴转子的非接触式啮合允许更高的转子速度，使得(与尺寸有关)额定吸入能力和体积效率同时有所增加。在这种情况中，无油润滑主轴压缩机可用于真空以及超压条件；其在超压条件下的功耗自然显著较高，因为在超压范围内，最终的压力肯定高于2巴(绝压)，最高达15巴甚至更高，必须克服更大的压力差。

对于无油润滑主轴压缩机，知识产权DE102013009040.7描述了具有非平行旋转轴线的两个主轴转子是如何获得大的内部压缩比以及高的级数的，与此同时将输送气体进口和出口之间多个串联连接的工作腔室之间的内部泄漏最小化。在压缩制冷设备中，用于这样的功率范围的压缩机技术仍然被工作空间中需要工作液的主轴压缩机主导，所需的功率调节往往通过复杂的控制滑阀来实现。此外，为了更高的网络工作压力，通常需要两个串联连接的压缩机，并且效率水平也仅仅是差强人意。

这种情况需要改善。

本发明的目的在于，运行用于压缩制冷设备的制冷压缩机，工作空间中无需工作液，效率水平提高，同时对于高网络工作压力可靠性也有所增加，只有一个压缩机设备，同时灵活度较高并且功率调节简单，具有至少部分地气密性设计，同时噪音尽可能小。

根据本发明，该目标通过配置为多级主轴压缩机设备(1)的制冷压缩机来实现，其优选地具有非平行的旋转轴线，从进口(10)向出口收集空间(13)传输气态制冷剂，并将其压缩，在工作空间中无需工作液，通过独立的制冷剂蒸发器(6)和(7)的方式，以及针对压力水平和流速通过各自的调节装置(16)、(17)、(18.1或18.2)、(21)、(22)和(23)，主轴转子(2)和(3)，以及周围的压缩机壳体(8)在不同的情况下被专门冷却，通过液态制冷剂的局部流分路(25)，使得主轴转子(2和3)之间以及至压缩机壳体(8)的空隙距离在所有工作状态下在期望范围内保持不变。其中网络工作压力的水平是通过进口(10)和出口(20)之间的压缩机工作空间中双齿转子(2)和三齿转子(3)之间串联连接的工作腔室作为所配置的级数来实现的。并且压缩机功率可以根据需求非常灵活地调节，这是如此实现的：在纵向转子轴线方向，除了至进口(10)的供给进口(11)之外，还具有进入工作空间的后供给进口(12)，并且除了从出口收集空间(13)的排放出口(14)之外，还具有前排放出口(15)，其中供给进口(11和12)以及排放出口(14和15)都具有各自的调节装置，以使得实际传送的冷却剂能够针对体积流量和压力增加分别调节，以调节不同工作状态的功率。特别是通过包括间接的各自供给进口(11和12)以及排放出口(14和15)的局部流量相结合的方式。此外，同样是可选的方案，其中液体冷却剂的注入部(40)具有用于功率调节的独立的调节装置(41)，以及可选的采用变频器(38)来驱动主轴压缩机的驱动电机，从而改变转速以进行专门的功率调节。进一步地，对于这样的应用，其中冷却剂(39)的性质和/或向各自的转子内部冷却系统的传热量(32)或(33)不足以蒸发冷却剂，根据本发明提出了在这种情况下，各自的转子内部冷却系统(6)或(7)被配置为依照DE102013009040.7中用于液体冷却剂的热交换器。其中该液体冷却剂随后被传送给每个主轴转子，例如，通过根据DE102013009040.7的空速管泵的方式，再随后根据本发明以新的方式，按路线进入用于压缩机壳体的蒸发器冷却系统(9)。在此，也可以是热交换器和蒸发器的混合形式，可以专门用于转子冷却系统(6)和(7)。此外，根据本发明还提出，用于转子内部冷却的内转子钻孔表面以这样的方式配置，即提供停泊凹部(34)和溢出坡道(35)来改善传热，在纵向转子轴线方向，其被配置具有相应于各自的传热条件的不同尺寸，并且被冷却剂弄湿的转子内部钻孔的表面是粗糙的，从某种意义上说是“非平滑的”、有槽的和有沟的，也可以被配置为螺纹的方式。

与现有技术中的压缩制冷设备的压缩机相比，本发明的上述特征通过下述创新优势取得了突出的进步：

1)这样，通过在多级压缩过程中有效散热的方式，压缩机的效率水平被提高。

2)在多级压缩过程中有效的散热是通过采用冷却剂来实现的，其可以通过任何方式出现，因此无需单独的制冷设备用于压缩机设备。

3)此外，在工作空间无需自己的工作液，主轴压缩机便可工作，这相对于现有技术是一个显著进步，因为在具有可比性的主轴压缩机中，工作空间里需要油作为工作液。

4)同时，由于其在一个设备中的多级设计，主轴压缩机实现了所需的压缩值，以使得与现有技术相比，更高的压力值不再像目前的情况那样需要两个压缩机设备。

5)同时，压缩机的可靠性和使用寿命被改善。因为主轴压缩机中的轴承负荷减小，这是由于较小的径向和轴向力对轴承的可靠性和使用寿命有着明显的正面影响，也因此对压缩机和整个压缩制冷设备有明显的正面影响。

6)对于所期望的功率调节，可以省略之前复杂、苛刻的滑阀，因为根据本设计，实际上通过后进口和前出口，任何体积流量和任何压力阶段都可以由根据本发明的主轴压缩机来实现。

7)由于本发明所提出的配置，主轴压缩机可以直接作为气密的装置，并且从热力学角度来看，其始终是安全可靠的。

8)由于具有很高的级数，出口处的压力脉冲远小于现今的主轴压缩机，以使得该主轴压缩机明显更加安静。

本发明将通过以下图示的方式更加详细的解释。

图1示出了根据本发明的一个实施例的具有作为工作机器的主轴压缩机的压缩制冷设备的冷却剂回路示意图。在这种情况中，描绘了制冷剂的流动方向，包括各种聚集状态。根据本发明的用于有效冷却压缩机组件(即，主轴转子对和压缩机壳体)的冷却剂分路，同样能够容易地辨识出来。进一步地，示出了用于所期望的功率调节的各个后供给进口(12)和前排放出口(15)，以及供给进口(11)和排放出口(14)，根据本设计，通过各自的调节装置，这实际上使得通过任意结合任何所需的体积流量和压力值成为可能。

主轴压缩机设备(1)仅仅是示意性地被示出了，在下面的图2中，其结构通过实施例的方式示出。

图2示出了根据本发明的一个实施例的主轴压缩机的截面图，其是图1中所示的压缩制冷设备的回路中的核心元件。之前的阐述已经很清晰，在此无需赘述。

根据本发明的一个实施例，针对一种可能的上述停泊凹部(34)和溢出坡道(35)的设计，图3示出了转子内部冷却过程详细配置的放大的视图，其通过冷却剂的方式冷却，其以这样的方式配置，使得一方面向冷却剂的传热以最佳方式发生，并且另一方面，在纵向转子轴线方向，冷却剂能够在冷却钻孔表面有效分布。进一步地，向冷却剂传热明显受到冷却钻孔表面的结构的影响，在此，通过实施例的形式示出为锯齿状的线，从而呈现出被冷却剂弄湿的转子内部钻孔的表面为粗糙的，从某种意义上说是“非平滑的”、有槽的和有沟的，也可以例如为内螺纹的形式。

在工作空间无需工作液的主轴压缩机，其在周围的压缩机壳体(8)中设有双齿主轴转子(2)和三齿主轴转子(3)，并且两个主轴转子优选为具有非平行旋转的轴线，特别用于压缩制冷设备。为了增加效率水平，同时提供灵活的功率调节，根据本发明提出了多级主轴压缩机(1)作为制冷压缩机，其压缩机壳体(8)和主轴转子(2和3)通过从冷却剂主流回路(24)流出的液体冷却剂(39)的局部流分路(25)来冷却。其中压缩机壳体(8)通过冷却剂蒸发器(9)的方式以可控的形式来冷却，随后冷却剂蒸汽被供给至进口(10)。为了功率调节，除了供给进口(11)之外，还设有至工作空间的后供给进口(12)，以及除了排放出口(14)之外，从出口空间(13)还设有前排放出口(15)，每一个都有各自的调节装置。

参考标号列表：

1.多级主轴压缩机设备，优选地具有非平行的主轴转子转动轴线

2.双齿主轴转子

3.三齿主轴转子

4.双齿主轴转子(2)的支撑轴，其具有两侧的主轴转子轴承、工作空间轴密封、冷却液供给以及同步齿轮

5.三齿主轴转子(3)的支撑轴，其具有双向主轴转子轴承、工作空间轴密封、冷却液供给以及同步齿轮

6.双齿主轴转子(2)的转子内部冷却系统，在主轴转子条件下(例如，直径和旋转速度)，如果所选择的冷却剂的性质和传热量(32)足以用于双齿主轴转子(2)的冷却钻孔中的冷却剂的蒸发，该转子内部冷却系统优选为冷却剂蒸发器，

否则，双齿主轴转子(2)的转子内部冷却系统(6)被配置为根据DE102013009040.7的热交换器，

或者，专用地，也可以同时为蒸发器和热交换器的混合形式

7.三齿主轴转子(3)的转子内部冷却系统，在主轴转子条件下(例如，直径和旋转速度)，如果所选择的冷却剂的性质和传热量(33)足以用于三齿主轴转子(3)的冷却钻孔中的冷却剂的蒸发，该转子内部冷却系统优选为冷却剂蒸发器，

否则，三齿主轴转子(3)的转子内部冷却系统(7)被配置为根据DE102013009040.7的热交换器，

或者，专用地，也可以同时为蒸发器和热交换器的混合形式

8.压缩机壳体，其具有类似于DE102012011823.6中的封装金属薄片外罩

9.冷却剂蒸发器冷却系统，其用于压缩机壳体优选的棱纹表面

10.主轴压缩机的进口收集空间，其用于气体冷却剂

11.供给进口，其具有用于气体冷却剂的调节装置

12.后供给进口，其具有各自的用于气体冷却剂的调节装置

13.主轴压缩机的出口收集空间，其用于气体冷却剂

14.排放出口，其具有用于气体冷却剂的调节装置

15.前排放出口，其具有各自的用于气体冷却剂的调节装置

16.双齿转子内部蒸发器冷却系统的液体冷却剂供给，其具有调节装置

17.三齿转子内部蒸发器冷却系统的液体冷却剂供给，其具有调节装置

18.压缩机壳体蒸发器冷却系统的液体冷却剂供给，其具有

18.1中心调节装置，其用于较小的冷却剂主轴压缩机

18.2在每种情况中各自独立的调节装置，其用于大的冷却剂主轴压缩机

19.蒸发器开口，其设置在封装金属薄片外罩的压缩机壳体上，用于压缩机壳体蒸发器冷却系统(9)

20.收集空间，其对外界是气密性的，用于蒸发的壳体冷却剂

21.具有调节装置的通道，其用于传递壳体冷却剂蒸汽

22.具有调节装置的通道，其用于传递双齿转子内部冷却剂蒸汽

23.具有调节装置的通道，其用于传递三齿转子内部冷却剂蒸汽

24.冷却剂主流回路，具有所示的流动方向

25.液体冷却剂的局部流分路，其用于冷却主轴压缩机

26.冷凝器，其用于主流回路中的冷却剂

27.蒸发器，其用于主流回路中的冷却剂

28.驱动电源，其用于主轴压缩机

29.向壳体冷却系统(9)的热传导

30.冷却剂冷凝器(26)中的散热

31.冷却剂蒸发器(27)中的吸热

32.向双齿转子内部冷却系统(6)的热传导

33.向三齿转子内部冷却系统(7)的热传导

34.停泊凹部，其用于转子内部冷却的液体冷却剂

35.溢出坡道，其位于停泊凹部(34)之间，用于转子内部冷却

36.膨胀阀，例如节流阀，用于主流回路中的液体冷却剂

37.分路，其用于冷却主轴压缩机组件的液体冷却剂

38.变频器，其用于驱动电机

39.冷却剂连续经过冷却剂回路中的两个集合的状态

·作为液体冷却剂(表示为六角形图案，例如封闭的六角环)

·作为气体冷却剂(表示为点状图案)

40.液体冷却剂注入口，通向压缩机工作空间

41.调节装置，其用于冷却剂注入压缩机工作空间

Claims (12)

1.一种压缩制冷设备，其具有冷却剂主流回路(24)以及主轴压缩机，冷却剂(39)位于该冷却剂主流回路中，所述主轴压缩机被配置为双轴旋转压缩机设备，其在工作空间中无需工作液便可工作，以用于传送和压缩气体输送介质，所述主轴压缩机具有主轴转子(2，3)以及压缩机壳体(8)，主轴转子(2，3)由双齿主轴转子(2)和三齿主轴转子(3)组成，该压缩机壳体(8)包围着主轴转子(2、3)，并且具有进口空间(10)和出口收集空间(13)，

其中，所述主轴压缩机(1)是多级主轴压缩机(1)，所述冷却剂主流回路(24)具有局部流分路(25)，并且所述压缩机壳体(8)和所述主轴转子(2、3)通过从所述冷却剂主流回路(24)流到局部流分路(25)中的液体冷却剂(39)来冷却，压缩热通过蒸发器冷却系统(9)从所述压缩机壳体(8)中散出，其中液体冷却剂按照所述局部流分路(25)的路线，经过调节装置到达所述蒸发器冷却系统(9)，冷却剂蒸汽从所述蒸发器冷却系统(9)离开，经过开口(19)到达收集空间(20)，随后这些冷却剂蒸汽流经通道(21)进入所述主轴压缩机(1)的所述进口空间(10)，调节装置位于所述通道(21)上。

2.根据权利要求1所述的压缩制冷设备，其特征在于，

每个所述主轴转子(2、3)都具有冷却钻孔，压缩热从每个所述主轴转子(2、3)的冷却钻孔中散出，分别在每个所述主轴转子(2、3)的情况下，如果所选择的冷却剂的性质和传热量(32、33)足以用于所选择的冷却剂的蒸发，其中所选择的冷却剂通过所述局部流分路(25)并分别通过调节装置的方式，进入分别用于所述主轴转子(2、3)的主轴转子冷却剂蒸发器(6、7)的每个所述冷却钻孔，并且分别通过具有调节装置的开口(22、23)，分别从所述主轴转子冷却剂蒸发器(6、7)离开的冷却剂蒸汽按照路线进入所述进口空间(10)。

3.根据权利要求1所述的压缩制冷设备，其特征在于，

所述双齿主轴转子(2)和所述三齿主轴转子(3)的旋转轴线以非平行的方式延伸。

4.根据权利要求2所述的压缩制冷设备，其特征在于，

压缩热从每个所述主轴转子(2、3)的冷却钻孔中散出，分别在每个所述主轴转子(2、3)的情况下，如果所选择的冷却剂的性质和传热量(32、33)不足以用于蒸发，所述冷却剂经过热交换器，其中随后所述冷却剂通过空速管泵的方式被传送离开以用于每个主轴转子，再随后所述冷却剂按照所述局部流分路(25)的路线，经过调节装置到达所述蒸发器冷却系统(9)，冷却剂蒸汽从所述蒸发器冷却系统(9)离开，经过开口(19)到达收集空间(20)，随后所述冷却剂蒸汽流经所述通道(21)到达所述主轴压缩机(1)的所述进口空间(10)。

5.根据权利要求3所述的压缩制冷设备，其特征在于，

蒸发器的混合形式也可以相结合和配合，专用于主轴转子冷却剂蒸发器(6、7)。

6.根据权利要求5所述的压缩制冷设备，其特征在于，

通过各自的针对压力水平和流速的调节装置，分别用于所述主轴转子(2、3)以及所述压缩机壳体(8)的所述主轴转子冷却剂蒸发器(6、7)以及所述蒸发器冷却系统(9)是专用的，对于所有工作状态，所述主轴转子(2、3)之间以及到所述压缩机壳体(8)的空隙距离在所需的范围内保持不变。

7.根据权利要求4所述的压缩制冷设备，其特征在于，

在纵向转子轴线方向，除了向所述进口空间(10)的供给进口(11)之外，还设有进入所述工作空间的后供给进口(12)，以及除了从所述出口收集空间(13)的排放出口(14)之外，还设有前排放出口(15)，其中所述供给进口(11)和所述后供给进口(12)以及所述排放出口(14)和所述前排放出口(15)中的每一个都各自设有调节装置，以使得实际传送的冷却剂能够根据体积流量和压力的增长而专用调节，通过任意结合的方式，分别对所述供给进口(11)、后供给进口(12)、排放出口(14)和前排放出口(15)的局部流量调节。

8.根据权利要求1所述的压缩制冷设备，其特征在于，

为了通过调节装置进行不同的工作状态的专用功率调节，还提供了液体冷却剂到所述工作空间的注入部，和/或采用变频器(38)驱动所述主轴压缩机的驱动电机，从而改变转速以实现专用的功率调节。

9.根据权利要求1所述的压缩制冷设备，其特征在于，

用于主轴转子(2,3)内部冷却的转子内部钻孔的表面被配置为设有停泊凹部(34)和溢出坡道(35)，以增加传热，在纵向转子轴线方向，这些停泊凹部(34)和溢出坡道(35)被配置具有相应于各自传热条件的不同的尺寸，从而分别确保用于冷却剂吸热的适当停留时间以及制冷剂在整个冷却钻孔表面的全面分布。

10.根据权利要求9所述的压缩制冷设备，其特征在于，

被所述冷却剂弄湿的所述转子内部钻孔的表面是粗糙的，以增加被所述冷却剂弄湿的传热表面，以及专门控制所述冷却剂的流动。

11.根据权利要求10所述的压缩制冷设备，其特征在于，

被所述冷却剂弄湿的所述转子内部钻孔的表面是有槽的。

12.根据权利要求10所述的压缩制冷设备，其特征在于，

被所述冷却剂弄湿的所述转子内部钻孔的表面被配置为螺纹的方式。

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