DD233394A1 - COOLED COMPRESSOR UNIT, ESPECIALLY FOR COMPRESSED AIR - Google Patents
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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.The invention relates to a compressor unit, in particular for compressed air, preferably a screw compressor unit, in which a liquid medium for cooling, sealing and lubrication is injected into the compression space. The aim of the invention is to reduce the required in liquid-injected compressor units, in particular for compressed air, required effort for the separation of the injection medium and the humidity of the compressed air and to expand the scope of the compressor units. The object of the invention is to provide a liquid-injected compressor unit, in which an injection fluid is used, which combines the advantages of the previously used injection media in itself, without having their disadvantages. The task is solved in that the injected cooling, sealing and lubricating fluid is an additized water-glycol mixture, whereby the separation of the injection fluid and the humidity from the compressed air and waiving separation and filter systems by recooling down to below the air dew point and that because of the physiological safety of the water-glycol mixture use in the food industry u. a. is possible.
Description
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.The invention relates to a compression unit, in particular for compressed air, preferably a screw compressor unit, in which a liquid medium for cooling, sealing and lubrication is injected into the compression space.
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.Conventional liquid-injected compressor units for compressing air generally use mineral oils or synthetic oils as coolants, sealants and lubricants. This injected into the compression chambers oil ensures the removal of the heat of compression, seals the gap and lubricates the intermeshing rotors. Part of the oil is used to lubricate the bearings and, if present, the gears.
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.The mixed with the compressed air oil is deposited after leaving the compressor in relatively complex separation systems from the compressed air, cooled, returned to the sump and re-injected. A small proportion remains as residual oil content in the compressed air and is lost.
Die Verwendung von Mineralölen oder synthetischen Ölen als Einspritzmedium ist mit einer Reihe von Nachteilen verbunden.The use of mineral oils or synthetic oils as an injection medium has a number of disadvantages.
Mineralöle als Produkte der Erdölindustrie werden zunehmend knapper und teurer. Synthetische Öle erfordern ohnehin einen hohen Kostenaufwand für ihre Herstellung.Mineral oils as products of the petroleum industry are becoming increasingly scarce and expensive. Synthetic oils require a high cost anyway for their production.
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.Both types of oil have a relatively low specific heat capacity, the z. B. compared to water is only half as large. It must therefore be injected to dissipate the heat of compression correspondingly larger amounts of oil, causing churning losses and thus efficiency losses occur. The relatively high viscosity compared to other liquids has a negative effect on the efficiency of the compressor system.
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.Another disadvantage is that the removal of the heat of compression from the compressed air can only be done until the dew point, because the condensate precipitated at dew point below from the compressed air condensate would greatly affect the oil properties, especially the lubricity and foaming behavior. Compressed air above dew point temperature, which also contains the water vapor content of the sucked air in addition to a certain residual oil content, however, is technically unusable in many cases. It must therefore be subordinated Druckluftnachkühler in conjunction with condensate. The arrangement of such recooling and separation systems, which assume considerable extent with even higher demands on the compressed air quality by additional provision of filters and dryers, leads to a pressure drop, which must be taken into account by correspondingly higher compression end pressure and thus performance overhead. In addition, such recooling, deposition, drying and filtering systems are space consuming, expensive and require some maintenance. For certain applications, such. As the food industry and process gas compression, oil-injected compressor systems are also not usable.
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.For this purpose, alternatively dry running screw compressor units can be used, which avoid the disadvantages of oil separation and residual oil content, but because of the lack of internal cooling and liquid seal, thus limited pressure ratio and thus required multi-stage design, tighter machining tolerances and therefore greater manufacturing costs and higher material and construction volume costs much more complicated than oil-injected compressor units.
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.There are therefore known compressors, which take advantage of the oil-injected compressor, but want to avoid the disadvantages resulting from the use of oil as the injection medium by using other injection fluids.
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.For example, water is proposed in U.S. Patent No. 3,553,057 (DE-OS 1944942) for a screw compressor as the injection medium. However, since water has a low lubricity, it becomes necessary to coat the rotors with a deformable material, such as Teflon, which deforms so that the two rotors can run without mutual damage, or synchronization of the rotors by timing gears is required the rotors must then be made of corrosion-resistant material. Additional expenditure on oil-injected compressors is also due to the corrosion-resistant housing design and additional seals to the storage rooms to prevent water penetration. For oil separation facilities, such systems are necessary for water separation.
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.In order to avoid these disadvantages, DE-OS 2613849 proposes the use of a cooling, sealing and lubricating fluid with dimethyl silicone, which is reinforced or offset with a wear-preventing additive, for example dibuthylchlorendate. The advantage of this solution is the immiscibility with water and thus the easy separation of condensate water and cooling liquid and the easier separation of the dimethyl silicone from the compressed air called the oil separation.
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.The proposed injection medium has the disadvantage that it is a non-commercial special mixture, whereby it is not only more expensive, but also severely limited in its availability to oils and water. In addition, despite simpler separation from the compressed air devices are still necessary for this. The injection medium is still not harmless physiiolorj'-ch, which is why the compressor units operated therewith not in the food industry u. a. can be used.
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^^ The aim of the invention is that at liquid-injected compressor units, in particular for compressed air, the effort required for the Trennuna of EinRnrit7mp> riinmennH r) e> r I ιift-foi irhtinifoit wnn HunnipUnAm rari ·>: * »» .. · "aa ^ ^
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.The object of the invention is to provide a liquid-injected compressor unit, in which an injection fluid is used, which combines the advantages of the previously used injection media in itself, without having their disadvantages.
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.According to the invention the object is achieved in that the injected cooling, sealing and lubricating fluid is an approximately equal parts existing additive water-glycol mixture. This mixture combines the advantages of mineral oils and synthetic oils in terms of corrosion protection and lubricity with those of the water in terms of better heat capacity and compatibility of the precipitated condensate with the injection medium and physiological safety.
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.Another feature of the invention is that the separation of the water-glycol mixture and the humidity of the compressed air waiving separation and filtering systems by recooling to below the air dew point.
Ein weiteres Erfindungsmerkmal ist, daß die Verdichterrotoren unter Verwendung des Wasser-Glykol-Gemisches als Schmiermittel gleitgelagert sind.Another feature of the invention is that the compressor rotors are slidably mounted using the water-glycol mixture as a lubricant.
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.The invention also includes that the drive motors, in particular liquid-cooled internal combustion engines are classified in the cooling circuit of the compressor by the low overall thermal level of the system.
Das Wasser-Glykol-Gemisch besitzt folgende Eigenschaften:The water-glycol mixture has the following properties:
• Wassergehalt>41%• water content> 41%
• Zähigkeit bei 5O0C = 18,5mm2/s• Toughness at 5O 0 C = 18.5mm 2 / s
• Zähigkeit bei 400C = 26,0mm2/s• strength at 40 0 C = 26,0mm 2 / s
• Dichte= 1,05 kg/dm3 kJ • Density = 1.05 kg / dm 3 kJ
• spezifische Wärmekapazität c = 3,14...3,35• specific heat capacity c = 3.14 ... 3.35
• Temperaturbeständigkeit bis-25°C Kg . K• Temperature resistance up to -25 ° C Kg. K
• Siedetemperatur des Glykols 197,50C• boiling temperature of the glycol 197.5 0 C.
• physiologisch unbedenklich• Physiologically harmless
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.By injecting the water-glycol mixture is due to the larger specific heat capacity, a much greater heat dissipation, ie a very close approach to the isothermal compression possible. The lower injection temperatures, ie injection temperatures <55 ° C., also take this aspect into account. As a result, low end temperatures of the compressed air or the injection medium can be achieved. This can be used to reduce the size of the cooler of the injection medium or to further reduce the injection temperature of the medium.
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.The design of the compressor unit can be made so that the separation of the compressed air from the injection medium and the humidity contained in the intake air is done exclusively by appropriate recooling, so dispensing with the arrangement of expensive separation devices.
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.By combining the separated water-glycol fluid from the compressed air with the z.T. considerable amount of condensate due to the water vapor removed from the compressed air inevitably leads to a dilution of the water-glycol mixture, so that as a consequence the required properties of the injection medium, in particular with regard to corrosion protection, are no longer guaranteed.
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.This circumstance must be taken into account by appropriately restoring an acceptable mixing ratio of the mixture after appropriate hours of operation or continuously re-injecting the medium, e.g. by refilling glycol. The excess amount of water can be removed easily.
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.Another possibility is the separation of the injection liquid from the compressed air by conventional separators or filters, which can be done over other injection media in a simple manner and therefore with less pressure loss, because by the subsequent re-cooling to below the air dew point in addition to the humidity and the remaining injection liquid residue is deposited ,
Durch die physiologische Unbedenklichkeit des Mediums und die Tatsache, daß ölfreie, entfeuchtete Druckluft gefördert wird, werden die Einsatzmöglichkeiten derart betriebener Verdichter erweitert.Due to the physiological harmlessness of the medium and the fact that oil-free, dehumidified compressed air is promoted, the possible applications of such operated compressor are extended.
Die Temperaturbeständigkeit des Mediums bis —250C verhindert ein Einfrieren der Verdichteranlage.The temperature resistance of the medium to -25 0 C prevents freezing of the compressor unit.
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.Due to the high water content, the toughness of the medium behaves more favorably than most common mineral oils. It is an improvement in efficiency possible and the friction losses are reduced.
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.The disadvantage of complicated separation systems associated with high pressure losses is mitigated by the water-glycol mixture. Sufficient corrosion protection is given by the glycol content and additives in the water. The foaming tendency is low. The change periods for the medium correspond to those of conventional mineral oils.
Somit werden durch die Wasser-Glykol-Flüssigkeiten die Vorteile von Einspritzölen mit denen des Wassers verknüpft.Thus, the benefits of injection oils are linked with those of water through the water-glycol fluids.
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.In the case of the cast iron rotors, the water-glycol mixture, in addition to the tasks of compression and the lubrication of the plain bearings. In addition to a long service life of the bearings smaller dimensions in the bearing design and acoustic improvements are to be mentioned as advantages. Another possibility is the conventional design with bearings in which the lubrication must be done separately by spray oil (sealed, hermetically separated) or by lifetime-lubricated bearings.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD27190684A DD233394A1 (en) | 1984-12-28 | 1984-12-28 | COOLED COMPRESSOR UNIT, ESPECIALLY FOR COMPRESSED AIR |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD27190684A DD233394A1 (en) | 1984-12-28 | 1984-12-28 | COOLED COMPRESSOR UNIT, ESPECIALLY FOR COMPRESSED AIR |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD233394A1 true DD233394A1 (en) | 1986-02-26 |
Family
ID=5564261
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DD27190684A DD233394A1 (en) | 1984-12-28 | 1984-12-28 | COOLED COMPRESSOR UNIT, ESPECIALLY FOR COMPRESSED AIR |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DD (1) | DD233394A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4968231A (en) * | 1988-02-23 | 1990-11-06 | Bernard Zimmern | Oil-free rotary compressor with injected water and dissolved borate |
-
1984
- 1984-12-28 DD DD27190684A patent/DD233394A1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4968231A (en) * | 1988-02-23 | 1990-11-06 | Bernard Zimmern | Oil-free rotary compressor with injected water and dissolved borate |
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Legal Events
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