CN112555157A - 一种喷水螺杆压缩机空气压缩系统及润滑与密封方法 - Google Patents

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Abstract

一种喷水螺杆压缩机空气压缩系统及润滑与密封方法，空气压缩系统包括螺杆压缩机，螺杆压缩机的排气管路上设置有换热器，通过换热器将排气管路中的气体以及冷凝水冷却并输送至汽水分离器，通过汽水分离器分离得到的冷却水并输送至储水箱，在储水箱当中给冷却水添加高分子增稠剂，在压缩机排气压力的驱动下，储水箱通过输出管路将添加了高分子增稠剂的冷却水通入螺杆压缩机的工作腔起到润滑与密封作用。本发明同时提供了该喷水螺杆压缩机空气压缩系统的润滑与密封方法。本发明操作简单，能够减少压缩机工作腔的泄漏，提高容积效率以及整体压缩机的气量，同时增加了压缩机转子之间的润滑效果。

Description

一种喷水螺杆压缩机空气压缩系统及润滑与密封方法
技术领域
本发明属于压缩机领域，具体涉及一种喷水螺杆压缩机空气压缩系统及润滑与密封方法。
背景技术
螺杆空压机由于其具有优良的可靠性能以及振动小、噪声低、操作方便、易损件少，运行效率高等诸多优点，得到了市场的普遍认可，并且发展的趋势还在持续强劲上升。
在制药、食品工业等关键领域，压缩空气的质量对于保证产品的质量至关重要。在目前压缩机行业中通常有三种解决方法：1.带多级过滤装置的喷油螺杆压缩机；2.传统的无油螺杆压缩机；3.喷水螺杆压缩机。喷油螺杆压缩机在热力性能上占优势，通过油膜润滑可以减小泄漏、延长寿命，同时喷油可以降低压缩机排气温度提高效率。但是喷油不可避免的将油气与空气直接接触，导致后方过滤系统复杂、降低了滤芯寿命，同时油气会不可避免的挥发，无法提供高级别的纯净空气。传统的干式无油螺杆压缩机相比喷油螺杆压缩机，可以做到出口气体完全无油，但是在相同的装配精度下，容积效率、热力效率都明显降低，并且造价相对较高。干式无油螺杆压缩腔内没有润滑油进行润滑和冷却，在同步齿轮箱和轴承腔内有润滑油，润滑油和气体压缩腔通过密封装置进行隔离，从而实现压缩机排气不含油。由于压缩腔内不含油，阴阳转子不真正接触，内泄漏大，机器效率低。为弥补内泄漏大的缺点，干式无油螺杆压缩机转速设计的很高，干压缩的排气温度接近200℃，这样导致该机型的单级排气压力低，需要两级串联压缩，从而导致单位产气量能耗高。在干式螺杆压缩机中，由于没有润滑油的润滑及带走微小颗粒，气体会对转子、壳体内壁、气道产生腐蚀，因此在传统喷油螺杆转子材料的基础上，通常会喷涂防腐层，如喷涂聚四氟乙烯、二硫化钼、特氟龙等，达到保证转子不变形、不被腐蚀的作用。喷涂防腐涂层的工艺是难点之一。实践证明，目前干式无油螺杆压缩机的寿命短，平均只有3年多，主要是转子表面的涂层腐蚀脱落导致。
相比之下，喷水螺杆压缩机具有两者共同的优势，一方面避免了油气混入，另一方面喷水可以有效降低压缩机出口温度，提高压缩机热效率。水润滑无油螺杆压缩机的特点是用于压缩机润滑与冷却的介质是水，水也作为转子间啮合间隙的密封液，容积效率高，并且可产出100％无油的压缩空气。水润滑无油螺杆压缩机转子表面采用具有自润滑性能及耐磨性高的特殊配方工程塑料，从而简化了转子的加工制造成本与难度。加上采用的是水润滑轴承，整个压缩机主机与系统结构非常简单，整体制造成本不高。由于往压缩腔内喷入温度只有45℃左右的水，压缩过程为等温压缩，单级压比可以实现干式无油螺杆空压机两级压缩的气体压力。因此，水润滑无油螺杆压缩机比干式无油螺杆空压机效率提高30％。水润无油滑螺杆空压机维护费用低，只需更换水、水过滤器以及空气过滤器。行业中普遍认为喷水螺杆压缩机在未来将具有更高的经济性。但是相比于油，水的黏度很低，其对润滑与密封效果较差，喷水螺杆压缩机还是难以达到喷油压缩机的性能。此外，由于水黏度低，无法对轴承进行有效的润滑，目前行业内通常采用喷涂后的不锈钢转子配合同步齿轮来工作的，转子工作区域与轴承工作区域通过机械密封方式进行隔离。这就存在转子啮合间隙大、机械密封维护繁琐、同步齿轮损耗、润滑系统定期维护等一系列问题，仍然需要进行进一步的改进。目前有直接采用水代替润滑油对轴承进行润滑，但是仍然存在寿命低效率差的问题。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中喷水螺杆压缩机润滑与密封效果较差以及维护繁琐不便的问题，提供一种喷水螺杆压缩机空气压缩系统及润滑与密封方法，能够减少压缩机工作腔的泄漏，提高容积效率以及整体压缩机的气量，同时增加压缩机转子之间的润滑效果。
为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：
一种喷水螺杆压缩机空气压缩系统，包括螺杆压缩机，螺杆压缩机的排气管路上设置有换热器，通过换热器将排气管路中的气体以及冷凝水冷却并输送至汽水分离器，通过汽水分离器分离得到的冷却水并输送至储水箱，在储水箱当中给冷却水添加高分子增稠剂，在压缩机排气压力的驱动下，储水箱通过输出管路将添加了高分子增稠剂的冷却水通入螺杆压缩机的工作腔起到润滑与密封作用。
优选的，所述的螺杆压缩机为双螺杆压缩机，所述的换热器采用风冷翅片式换热器。
优选的，所述的螺杆压缩机带轴承，储水箱的输出管路上依次设置给水过滤器和三通阀，三通阀将过滤后的冷却水分别通入双螺杆压缩机的工作腔以及轴承的轴封处。
优选的，所述的螺杆压缩机连接进气管路和供水管路，进气管路上设置有进气过滤器，供水管路上设置有雾化器，压缩机补充供水经雾化器雾化后跟随压缩机吸气直接吸入。
优选的，所述的供水管路上设置有供水阀，储水罐设置液位传感器用于检测液位是否减少，冷却水在双螺杆压缩机的工作腔中由于蒸发随排气从汽水分离器中排出，导致溶液总量减少黏度增加；液位传感器的检测信号发送至PI控制器，由PI控制器控制供水阀打开或关断供水管路，实现对螺杆压缩机进行补水。
优选的，螺杆压缩机连接进气管路和供水管路的一端为第一输入端，螺杆压缩机连接储水箱的一端为第二输入端，第一输入端与第二输入端分开设置，补水与回水不在同一条回路。
优选的，所述的高分子增稠剂采用羧甲基纤维素钠或其衍生物。
优选的，所述的高分子增稠剂通过调整浓度及取代度配置成特定黏度的溶液。
本发明还提供一种喷水螺杆压缩机空气压缩系统的润滑与密封方法，包括以下步骤：
1)通过储水箱收集由螺杆压缩机排气中分离出来的冷却水；
2)给冷却水中添加高分子增稠剂；
3)将添加了高分子增稠剂的冷却水通入螺杆压缩机的工作腔起到润滑与密封作用。
进一步的，所述的螺杆压缩机带轴承，将添加了高分子增稠剂的冷却水分别通入双螺杆压缩机的工作腔以及轴承的轴封处；检测储水罐内液位是否减少，根据储水罐内的液位减少量给螺杆压缩机供水，保证系统中液体总量一定，维持冷却水黏度。
相较于现有技术，本发明喷水螺杆压缩机空气压缩系统具有如下的有益效果：
该系统使得压缩机喷水过程不仅可以起到冷却作用，还可以起到较好的密封功能，减少工作腔的泄漏，提高容积效率以及整体压缩机的气量。同时，本发明的系统增加了压缩机转子之间的润滑效果，降低了振动噪音，增加转子寿命。此外，本发明能够增大压缩机排气中液体粒径，有利于汽水分离器的分离，减少补水以及溶质损失，减小了维护成本。
进一步的，本发明的系统能够提高水回路对轴承的润滑作用，进而有利于提升轴承的寿命以及效率，也可以简化轴承的密封装置，提高压缩机系统的运行寿命。
进一步的，本发明补充供水经雾化器雾化后跟随压缩机吸气直接吸入，补水与添加高分子增稠剂的冷却水回水不在同一条回路，充分利用气压，使得系统内不需要额外的设置水泵，从而降低对补水过程对压力的需求。同时，补水粘度小、易于雾化和蒸发，主要负责蒸发吸热，而添加了高分子增稠剂的冷却水主要负责润滑与密封，分开布置可以达到更好的效果。
相较于现有技术，本发明喷水螺杆压缩机空气压缩系统的润滑与密封方法，通过给冷却水中添加高分子增稠剂，利用添加了高分子增稠剂的冷却水通入螺杆压缩机的工作腔起到润滑与密封作用，操作简单，并且循环过程能够利用压缩机排气，可以省去加压泵，简化结构。此外，添加了高分子增稠剂的冷却水增大了液体粒径，更有利于分离，减少维护成本。
附图说明
图1本发明喷水螺杆压缩机空气压缩系统结构示意图；
附图中：1-螺杆压缩机；2-轴承；3-换热器；4-汽水分离器；5-储水箱；6-液位传感器；7-PI控制器；8-给水过滤器；9-三通阀；10-雾化器；11-进气过滤器；12-供水阀。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
参见图1，本发明实施例的喷水螺杆压缩机空气压缩系统，包括螺杆压缩机1，螺杆压缩机1为带轴承2的双螺杆压缩机1，螺杆压缩机1的排气管路上设置有换热器3，换热器3采用风冷翅片式换热器。通过换热器3将排气管路中的气体以及冷凝水冷却并输送至汽水分离器4，通过汽水分离器4分离得到的冷却水并输送至储水箱5，在储水箱5当中给冷却水添加高分子增稠剂，储水箱5的输出管路上依次设置给水过滤器8和三通阀9，在压缩机排气压力的驱动下，将过滤后的冷却水分别通入双螺杆压缩机1的工作腔以及轴承2的轴封处，起到润滑与密封作用。轴封处完成润滑之后的冷却水通过间隙流入压缩机工作腔。
螺杆压缩机1连接进气管路和供水管路，进气管路上设置有进气过滤器11，供水管路上设置有雾化器10，压缩机补充供水经雾化器10雾化后跟随压缩机吸气直接吸入。雾化方法包括但不限于超声波雾化、引射器雾化。供水管路上设置有供水阀12，储水罐5设置液位传感器6用于检测液位是否减少，冷却水在双螺杆压缩机1的工作腔中由于蒸发随排气从汽水分离器4中排出，导致溶液总量减少黏度增加；液位传感器6的检测信号发送至PI控制器7，由PI控制器7控制供水阀12打开或关断供水管路，实现对螺杆压缩机1进行补水，保证系统中液体总量一定，维持冷却水黏度。螺杆压缩机1连接进气管路和供水管路的一端为第一输入端，螺杆压缩机1连接储水箱5的一端为第二输入端，其中，第一输入端与第二输入端分开设置，补水与回水不在同一条回路，补水粘度小、易于雾化和蒸发，主要负责蒸发吸热，而添加了高分子增稠剂的冷却水主要负责润滑与密封，分开布置可以达到更好的效果。同时，使得系统内不需要额外的设置水泵，从而降低对补水过程对压力的需求。
高分子增稠剂采用羧甲基纤维素钠或其衍生物，可满足食品药品卫生需求且不挥发。
高分子增稠剂通过调整浓度及取代度配置成特定黏度的溶液。
本发明还提供一种喷水螺杆压缩机空气压缩系统的润滑与密封方法，包括以下步骤：
1)通过储水箱5收集由螺杆压缩机1排气中分离出来的冷却水；
2)给冷却水中添加高分子增稠剂；
3)将添加了高分子增稠剂的冷却水通入螺杆压缩机1的工作腔起到润滑与密封作用。
螺杆压缩机1带轴承2，将添加了高分子增稠剂的冷却水分别通入双螺杆压缩机1的工作腔以及轴承2的轴封处；液位传感器6检测储水罐5内的液位是否减少，根据储水罐5内的液位减少量给螺杆压缩机1供水，保证系统中液体总量一定，维持冷却水黏度。
本发明提供了一种使用高分子增稠剂的新型喷水螺杆压缩机系统，通过向冷却水中添加高分子增稠剂提高黏度，增强喷水系统对螺杆压缩机的润滑与密封效果，提高压缩机容积效率、绝热效率，使得单位功率下的输气量更高，节约能源。通过将补水回路与喷水回路分离，可以使得系统靠压差自行驱动，无需加压泵，结构简单。同时，采用羧甲基纤维素钠作为增稠剂，化学性质稳定不挥发，并且可用于食品药品行业，在实现节能的同时也保证了环保。
以上所述的仅仅是本发明的较佳实施例，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均属于权利要求书所涵盖的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种喷水螺杆压缩机空气压缩系统，其特征在于：包括螺杆压缩机(1)，螺杆压缩机(1)的排气管路上设置有换热器(3)，通过换热器(3)将排气管路中的气体以及冷凝水冷却并输送至汽水分离器(4)，通过汽水分离器(4)分离得到的冷却水并输送至储水箱(5)，在储水箱(5)当中给冷却水添加高分子增稠剂，在压缩机排气压力的驱动下，储水箱(5)通过输出管路将添加了高分子增稠剂的冷却水通入螺杆压缩机(1)的工作腔起到润滑与密封作用。
2.根据权利要求1所述的喷水螺杆压缩机空气压缩系统，其特征在于：所述的螺杆压缩机(1)为双螺杆压缩机(1)，所述的换热器(3)采用风冷翅片式换热器。
3.根据权利要求1所述的喷水螺杆压缩机空气压缩系统，其特征在于：所述的螺杆压缩机(1)带轴承(2)，储水箱(5)的输出管路上依次设置给水过滤器(8)和三通阀(9)，三通阀(9)将过滤后的冷却水分别通入双螺杆压缩机(1)的工作腔以及轴承(2)的轴封处。
4.根据权利要求1所述的喷水螺杆压缩机空气压缩系统，其特征在于：所述的螺杆压缩机(1)连接进气管路和供水管路，进气管路上设置有进气过滤器(11)，供水管路上设置有雾化器(10)，压缩机补充供水经雾化器(10)雾化后跟随压缩机吸气直接吸入。
5.根据权利要求4所述的喷水螺杆压缩机空气压缩系统，其特征在于：所述的供水管路上设置有供水阀(12)，储水罐(5)设置液位传感器(6)用于检测液位是否减少，冷却水在双螺杆压缩机(1)的工作腔中由于蒸发随排气从汽水分离器(4)中排出，导致溶液总量减少黏度增加；液位传感器(6)的检测信号发送至PI控制器(7)，由PI控制器(7)控制供水阀(12)打开或关断供水管路，实现对螺杆压缩机(1)进行补水。
6.根据权利要求4所述的喷水螺杆压缩机空气压缩系统，其特征在于：螺杆压缩机(1)连接进气管路和供水管路的一端为第一输入端，螺杆压缩机(1)连接储水箱(5)的一端为第二输入端，所述的第一输入端与第二输入端分开设置，补水与回水不在同一条回路。
7.根据权利要求1所述的喷水螺杆压缩机空气压缩系统，其特征在于：
所述的高分子增稠剂采用羧甲基纤维素钠或其衍生物。
8.根据权利要求1或7所述的喷水螺杆压缩机空气压缩系统，其特征在于：
所述的高分子增稠剂通过调整浓度及取代度配置成特定黏度的溶液。
9.一种喷水螺杆压缩机空气压缩系统的润滑与密封方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)通过储水箱(5)收集由螺杆压缩机(1)排气中分离出来的冷却水；
2)给冷却水中添加高分子增稠剂；
3)将添加了高分子增稠剂的冷却水通入螺杆压缩机(1)的工作腔起到润滑与密封作用。
10.根据权利要求9所述喷水螺杆压缩机空气压缩系统的润滑与密封方法，其特征在于：螺杆压缩机(1)带轴承(2)，将添加了高分子增稠剂的冷却水分别通入双螺杆压缩机(1)的工作腔以及轴承(2)的轴封处；检测储水罐(5)内液位是否减少，根据储水罐(5)内的液位减少量给螺杆压缩机(1)供水，保证系统中液体总量一定，维持冷却水黏度。
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