DD233394A1 - Gekuehltes verdichteraggregat, insbesondere fuer druckluft - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verdichteraggregat, insbesondere fuer Druckluft, vorzugsweise ein Schraubenverdichteraggregat, bei dem ein fluessiges Medium zum Kuehlen, Dichten und Schmieren in den Verdichtungsraum eingespritzt wird. Das Ziel der Erfindung besteht darin, den bei fluessigkeitseingespritzten Verdichteraggregaten, insbesondere fuer Druckluft, erforderlichen Aufwand fuer die Trennung des Einspritzmediums und der Luftfeuchtigkeit von der Druckluft zu reduzieren und den Einsatzbereich der Verdichteraggregate zu erweitern. Aufgabe der Erfindung ist es, ein fluessigkeitseingespritztes Verdichteraggregat zu schaffen, bei dem eine Einspritzfluessigkeit verwendet wird, die die Vorteile der bisher benutzten Einspritzmedien in sich vereint, ohne deren Nachteile aufzuweisen. Geloest wird die Aufgabe dadurch, dass die eingespritzte Kuehl-, Dicht- und Schmierfluessigkeit ein additiviertes Wasser-Glykol-Gemisch ist, wodurch die Trennung der Einspritzfluessigkeit und der Luftfeuchtigkeit von der Druckluft unter Verzicht auf Abscheide- und Filtersysteme durch Rueckkuehlung bis unterhalb des Lufttaupunktes erfolgt und dass wegen der physiologischen Unbedenklichkeit des Wasser-Glykol-Gemisches ein Einsatz auch in der Lebensmittelindustrie u. a. moeglich ist.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verdichtungsaggregat, insbesondere für Druckluft, vorzugsweise ein Schraubenverdichteraggregat, bei dem ein flüssiges Medium zum Kühlen, Dichten und Schmieren in den Verdichtungsraum eingespritzt wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Herkömmliche fiüssigkeitseingespritzte Verdichteraggregate zur Verdichtung von Luft verwenden als Kühl-, Dicht- und Schmiermittel im allgemeinen Mineralöle oder synthetische Öle. Dieses in die Verdichtungsräume eingespritzte Öl gewährleistet die Abfuhr der Verdichtungswärme, dichtet die Spalte und schmiert die ineinandergreifenden Rotoren. Ein Teil des Öles wird zur Schmierung der Lager und, soweit vorhanden, der Zahnräder benutzt.

Das mit der Druckluft vermischte Öl wird nach Verlassen des Verdichters in relativ aufwendigen Abscheidesystemen aus der Druckluft abgeschieden, gekühlt, zum Sammelbehälter zurückgeführt und erneut eingespritzt. Ein geringer Anteil verbleibt als Restölgehalt in der Druckluft und geht verloren.

Die Verwendung von Mineralölen oder synthetischen Ölen als Einspritzmedium ist mit einer Reihe von Nachteilen verbunden.

Mineralöle als Produkte der Erdölindustrie werden zunehmend knapper und teurer. Synthetische Öle erfordern ohnehin einen hohen Kostenaufwand für ihre Herstellung.

Beide Ölsorten haben eine relativ schlechte spezifische Wärmekapazität, die z. B. gegenüber Wasser nur halb so groß ist. Es müssen deshalb zur Abfuhr der Verdichtungswärme entsprechend größere Ölmengen eingespritzt werden, wodurch Planschverluste und damit Wirkungsgradverluste auftreten. Auch die relativ hohe Zähigkeit gegenüber anderen Flüssigkeiten wirkt sich negativ auf den Wirkungsgrad der Verdichteranlage aus.

Ein weiterer Nachteil ist, daß die Abfuhr der Verdichtungswärme aus der Druckluft nur bis zur Erreichung des Taupunktes erfolgen kann, weil das bei Taupunktunterschreitung aus der Druckluft ausfallende Kondensat die Öleigenschaften, insbesondere die Schmierfähigkeit und das Schaumverhalten stark beeinträchtigen würde. Druckluft über Taupunkttemperatur, die außer einem gewissen Restölgehalt auch noch den Wasserdampfanteil der angesaugten Luft enthält, ist jedoch technisch in vielen Fällen nicht verwendbar. Es müssen deshalb Druckluftnachkühler in Verbindung mit Kondensatabscheidern nachgeordnet werden. Die Anordnung solcher Rückkühl- und Abscheidesysteme, die bei noch höheren Anforderungen an die Druckluftqualität durch zusätzliche Beistellung von Filtern und Trocknern erheblichen Umfang annehmen, führt zu einem Druckverlust, dem durch entsprechend höheren Verdichtungsenddruck und damit Leistungsmehraufwand Rechnung getragen werden muß. Außerdem sind solche Rückkühl-, Abscheide-, Trockner- und Filtersysteme platzaufwendig, teuer und bedürfen einer gewissen Wartung. Für bestimmte Einsatzgebiete, wie z. B. die Lebensmittelindustrie und die Prozeßgasverdichtung, sind öleingespritzte Verdichteranlagen auch damit nicht verwendbar.

Hierfür können alternativ trockenlaufende Schraubenverdichteraggregate verwendet werden, die die Nachteile der Ölabscheidung und des Restölgehaltes vermeiden, aber wegen des Fehlens der inneren Kühlung und Flüssigkeitsdichtung, dadurch begrenzten Druckverhältnisses und damit erforderlicher mehrstufiger Ausführung, engerer Bearbeitungstoleranzen und deshalb größeren Fertigungsaufwandes sowie höheren Material- und Bauvolumenaufwandes insgesamt wesentlich aufwendiger als öleingespritzte Verdichteraggregate sind.

Es sind deshalb Verdichter bekannt geworden, die die Vorteile des öleingespritzten Verdichters nutzen, die aus der Benutzung von Öl als Einspritzmedium resultierenden Nachteile durch Verwendung anderer Einspritzflüssigkeiten aber vermeiden wollen.

So wird in die US-PS 3535057(DE-OS 1944942)füreinenSchraubenverdichterals Einspritzmedium Wasservorgeschlagen. Da Wasser jedoch eine geringe Schmierfähigkeit aufweist, wird das Beschichten der Rotoren mit einem verformbaren Material, etwa Teflon, notwendig, das sich so verformt, daß die beiden Rotoren ohne gegenseitige Beschädigung laufen können, oder es wird die Synchronisation der Rotoren durch Steuerzahnräder erforderlich, wozu die Rotoren dann aus korrosionsfestem Material bestehen müssen. Mehraufwand gegeni-'ber öleingespritzten Verdichtern entsteht auch durch die korrosionsfeste Gehäuseausführu .ig und zusätzliche Dichtungen zu den Lagerräumen zur Vermeidung von Wasserdurchtritt ?tatt der Einrichtungen für die Ölabscheidung sind solche für die Wasserabscheidung notwendig.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wird in der DE-OS 2613849 die Verwendung eines kühlenden, dichtenden und schmierenden Fluides mit Dimethylsilikon, das mit einem Verschleiß verhindernden Zusatz, etwa Dibuthylchlorendat, verstärkt bzw. versetzt ist, vorgeschlagen. Als Vorteil dieser Lösung werden dabei die Nichtmischbarkeit mit Wasser und damit die leichte Trennung von Kondensatwasser und Kühlflüssigkeit sowie die einfachere Abscheidung des Dimethylsilikon aus der verdichteten Luft als die Ölabscheidung genannt.

Das vorgeschlagene Einspritzmedium hat den Nachteil, daß es sich um ein nicht handelsübliches spezielles Gemisch, wodurch es nicht nur teuerer, sondern auch in seiner Verfügbarkeit gegenüber Ölen und Wasser stark eingeschränkt ist. Außerdem sind trotz einfacherer Abscheidung aus der verdichteten Luft nach wie vor Einrichtungen hierzu notwendig. Das Einspritzmedium ist weiterhin physiolorj'-ch nicht unbedenklich, weshalb die damit betriebenen Verdichteraggregate nicht in der Lebensmittelindustrie u. a. eingesetzt werden können.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, den bei flüssigkeitseingespritzten Verdichteraggregaten, insbesondere für Druckluft, erforderlichen Aufwand für die Trennuna des EinRnrit7mp>riinmennH r)e>r I ιift-foi irhtinifoit wnn HunnipUnAm rari· >:·* »» ..„aa^^

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein flüssigkeitseingespritztes Verdichteraggregat zu schaffen, bei dem eine Einspritzflüssigkeit verwendet wird, die die Vorteile der bisher benutzten Einspritzmedien in sich vereint, ohne deren Nachteile aufzuweisen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die eingespritzte Kühl-, Dicht- und Schmierflüssigkeit ein aus etwa gleichen Teilen bestehendes additiviertes Wasser-Glykol-Gemisch ist. Dieses Gemisch vereinigt die Vorteile der Mineralöle und synthetischen Öle hinsichtlich Korrosionsschutz und Schmierfähigkeit mit denen des Wassers im Hinblick auf bessere Wärmekapazität und Verträglichkeit des ausfallenden Kondensates mit dem Einspritzmedium sowie physiologische Unbedenklichkeit.

Ein anderes Erfindungsmerkmal besteht darin, daß die Trennung des Wasser-Glykol-Gemisches und der Luftfeuchtigkeit von der Druckluft unter Verzicht auf Abscheide- und Filtersysteme durch Rückkühlung bis unterhalb des Lufttaupunktes erfolgt.

Ein weiteres Erfindungsmerkmal ist, daß die Verdichterrotoren unter Verwendung des Wasser-Glykol-Gemisches als Schmiermittel gleitgelagert sind.

Die Erfindung schließt auch ein, daß durch das niedrige thermische Gesamtniveau der Anlage die Antriebsmotoren, insbesondere flüssigkeitsgekühlte Verbrennungsmotoren, in den Kühlkreislauf des Verdichters eingeordnet sind.

Das Wasser-Glykol-Gemisch besitzt folgende Eigenschaften:

• Wassergehalt>41%

• Zähigkeit bei 5O⁰C = 18,5mm²/s

• Zähigkeit bei 40⁰C = 26,0mm²/s

• Dichte= 1,05 kg/dm³ _kJ

• spezifische Wärmekapazität c = 3,14...3,35

• Temperaturbeständigkeit bis-25°C Kg . K

• Siedetemperatur des Glykols 197,5⁰C

• physiologisch unbedenklich

Durch das Einspritzen des Wasser-Glykol-Gemisches wird durch die größere spezifische Wärmekapazität eine wesentlich größere Wärmeabfuhr, d.h. eine sehr dichte Annäherung an die isotherme Verdichtung möglich. Diesem Aspekt tragen auch die niedrigeren Einspritztemperaturen, d.h. Einspritztemperaturen <55⁰C Rechnung. Dadurch sind niedrige Endtemperaturen der Druckluft bzw. des Einspritzmediums erreichbar. Das kann zu einer Verkleinerung des Kühlers des Einspritzmediums oder zu einer weiteren Absenkung der Einspritztemperatur des Mediums genutzt werden.

Die Auslegung der Verdichteranlage kann so vorgenommen werden, daß das Trennen der Druckluft vom Einspritzmedium und von der in der Ansaugluft enthaltenen Luftfeuchtigkeit ausschließlich durch entsprechende Rückkühlung erfolgt, auf die Anordnung aufwendiger Abscheideeinrichtungen also verzichtet wird.

Durch die Zusammenführung der abgeschiedenen Wasser-Glykol-Flüssigkeit aus der Druckluft mit der z.T. erheblichen Kondensatmenge durch den aus der Druckluft entfernten Wasserdampf kommt es dabei zwangsläufig zu einer Verdünnung des Wasser-Glykol-Gemisches, so daß in der Folge die erforderlichen Eigenschaften des Einspritzmediums, insbesondere hinsichtlich Korrosionsschutz, nicht mehr gewährleistet werden.

Diesem Umstand ist durch entsprechende Wiederherstellung eines akzeptablen Mischungsverhältnisses des Gemisches nach entsprechenden Betriebsstunden oder kontinuierlich zur Wiedereinspritzung des Mediums Rechnung zu tragen, z.B. durch Nachfüllen von Glykol. Die überschüssige Wassermenge kann auf einfache Weise abgeführt werden.

Eine andere Möglichkeit ist die Trennung der Einspritzflüssigkeit von der Druckluft durch herkömmliche Abscheider oder Filter, was gegenüber anderen Einspritzmedien auf einfache Weise und deshalb mit geringerem Druckverlust geschehen kann, weil durch die nachfolgende Rückkühlung bis unterhalb des Lufttaupunktes neben der Luftfeuchtigkeit auch der verbliebene Einspritzflüssigkeitsrest abgeschieden wird.

Durch die physiologische Unbedenklichkeit des Mediums und die Tatsache, daß ölfreie, entfeuchtete Druckluft gefördert wird, werden die Einsatzmöglichkeiten derart betriebener Verdichter erweitert.

Die Temperaturbeständigkeit des Mediums bis —25⁰C verhindert ein Einfrieren der Verdichteranlage.

Durch den hohen Wasseranteil verhält sich die Zähigkeit des Mediums günstiger als die der meisten üblichen Mineralöle. Es wird eine Wirkungsgradverbesserung möglich und die Reibungsverluste werden gesenkt.

Der Nachteil komplizierter Abscheidesysteme verbunden mit hohen Druckverlusten wird durch das Wasser-Glykol-Gemisch entschärft. Ein ausreichender Korrosionsschutz ist durch den Glykolanteil und Additives im Wasser gegeben. Die Schaumbildungsneigung ist gering. Die Wechselfristen für das Medium entsprechen denen üblicher Mineralöle.

Somit werden durch die Wasser-Glykol-Flüssigkeiten die Vorteile von Einspritzölen mit denen des Wassers verknüpft.

Im Fall der gieitgelagerten Rotoren kommt dem Wasser-Glykol-Gemisch neben den Aufgaben der Verdichtung auch die Schmierung der Gleitlager zu. Neben einer hohen Lebensdauer der Lager sind dabei kleinere Abmessungen in der Lagergestaltung sowie akustische Verbesserungen als Vorteile zu nennen. Eine andere Möglichkeit ist die herkömmliche Ausführung mit Wälzlagern, bei denen die Schmierung separat durch Spritzöl (gekapselt, hermetisch getrennt) oder durch lebensdauergeschmierte Wälzlager erfolgen muß.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   1. Gekühltes Verdichteraggregat, insbesondere für Druckluft, vorzugsweise eine Schraubenverdichteranlage, bei der das Medium zum Kühlen, Dichten und Schmieren, insbesondere im Bereich der Profile, eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die eingespritzte Kühl-, Dicht- und Schmierflüssigkeit ein aus etwa gleichen Teilen bestehendes additiviertes Wasser-Glykol-Gemisch ist.
2. 2. Verdichteraggregat nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung der Druckluft vom Wasser-Glykol-Gemisch nur durch Rückkühlung bis unterhalb des Lufttaupunktes erfolgt.
3. 3. Verdichteraggregat nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtterrotoren unter Verwendung des Wasser-Glykol-Gemisches als Schmiermittel gleitgelagert sind.
4. 4. Verdichteraggregat nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch das niedrige thermische Gesamtniveau der Anlage die Antriebsmotoren, insbesondere flüssigkeitsgekühlte Verbrennungsmotoren, in den Kühlkreislauf des Verdichters eingeordnet sind.