DE3209035C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art sind nach der DE-OS 17 28 150 bekannt. Dort wird für die Zwischen­ kühlung ein Kühlluftgebläse verwendet.

Nach der GB-PS 4 06 051 ist es bekannt, dem Gas vor seiner Zuführung zum Kompressor eine kühlende Ölmenge durch eine oder mehrere Düsen zuzuführen.

In Rinder, L.: "Schraubenverdichter", Springer-Verlag, 1979, S. 236, 237, wird die Meinung vertreten, daß bei einspritz­ olgekühlten, mehrstufigen Kompressoren eine Zwischenkühlung entfallen kann, da dem Aufwand für die Zwischenkühlung keine entsprechende Verbesserung des Wirkungsgrads gegenübersteht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1 bzw. eine Vorrichtung nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 5 anzugeben, das bzw. die zu einer wesentlichen Verbesserung des Wirkungsgrads mit geringem Aufwand durch Verringerung der dynamischen Verluste führt.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Kennzeichen der Ansprüche 1 bzw. 5 angegeben.

Die Unteransprüche 2 bis 4 und 6 bis 12 befassen sich mit vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung.

Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine erste Ausfüh­ rungsform eines einspritzölgekühlten Zweistufen- Schraubenkompressors.

Fig. 2 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine zweite Ausfüh­ rungsform eines einspritzölgekühlten Zweistufen- Schraubenkompressors.

Fig. 3 zeigt einen Teil eines Längsschnitts in Draufsicht durch eine alternative Öleinspritzdüse für den Schrauben­ kompressor gem. Fig. 1 und in etwas vergrößertem Maßstab.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt nach den Pfeilen A-A in Fig. 3 und Fig. 5 zeigt einen Schnitt nach den Pfeilen B-B in Fig. 3.

In Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt durch einen einspritzölge­ kühlten Zweistufen-Schraubenkompressor gezeigt, bei dem die erste Stufe 10 über der zweiten Stufe 11 angeordnet ist. In der Figur sind nur die Schraubenrotoren 12, 17 der beiden Stufen 10, 11 dargestellt. Der Schraubenrotor 12 der ersten Stufe 10 hat an seinem in der Figur linken Ende einen Einlaß 13, durch den Luft von außen angesaugt wird. In der ersten Stufe 10 wird diese Luft nach rechts transportiert und dabei komprimiert. Die komprimierte Luft verläßt die erste Stufe 10 durch einen im wesentlichen radial angeordneten Auslaß 14. Dieser Auslaß 14 geht in einen Verbindungskanal 15 über, der zu einem Einlaß 16 in die zweite Stufe 11 führt. In dieser zweiten Stufe 11 liegt der Einlaß 16 rechts in der Figur. Die Luft wird in der zweiten Stufe 11 nach links transportiert und dabei gleichzeitig kom­ primiert. Die komprimierte Luft verläßt die zweite Stufe 11 durch einen Auslaß 18. Zur Kühlung der von der ersten Stufe 10 ausströmenden Luft ist im Verbindungskanal 15 neben dem Auslaß 14 der ersten Stufe 10 eine Düse 19 zur Einführung von kühlendem Öl in die Luft angeordnet. Die Düse 19 hat eine große Anzahl kleiner Öffnungen 20, die dem Auslaß 14 der ersten Stufe 10 zugewandt sind und eine feinverteilte Aus­ spritzung des kühlenden Öls bewirken. Die beiden Schrauben­ rotoren 12, 17 werden von einer gemeinsamen Welle 21 getrieben, die über ein Zahnradgetriebe 22 die Kraft auf die beiden Schrau­ benrotoren 12, 17 verteilt.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der die erste Stufe 30 fluchtend vor der zweiten Stufe 31 angeordnet ist. Der Schrau­ benrotor 32 der ersten Stufe 30 hat an seinem (nicht gezeigten) linken Ende einen (nicht gezeigten) Einlaß für die zu kom­ primierende Luft. In der ersten Stufe 30 wird die Luft nach rechts transportiert und komprimiert. Die Luft verläßt die erste Stufe 30 durch einen im wesentlichen radial ange­ ordneten Auslaß 34. Dieser Auslaß 34 geht in einen Verbin­ dungskanal 35 über, der zum Einlaß 36 der zweiten Stufe 31 führt. Auch in dieser zweiten Stufe 34 mit ihrem Schraubenrotor 37 liegt der Einlaß 36 links in der Figur, und die Luft wird unter Kom­ primierung nach rechts zum Auslaß 38 transportiert. Zur Kühlung der von der ersten Stufe 30 ausströmenden Luft ist im Verbin­ dungskanal 35 neben dem Auslaß 34 der ersten Stufe 30 eine Düse 39 zur Einführung von kühlendem Öl in die Luft angeordnet. Diese Düse 39 hat eine große Anzahl kleiner Öffnungen 40, die dem Auslaß 34 der ersten Stufe 30 zugewandt sind. Die Welle der beiden Schraubenrotoren 32 und 37 sind zur gemeinsamen Drehung gekuppelt und werden von einer die linke Seite der ersten Stufe 30 (nicht gezeigten) treibenden Welle angetrieben.

In den Verbindungskanal 15 bzw. 35 zwischen den beiden Stufen 10, 11 bzw. 30, 31 wird das gegen den Auslaß 14 bzw. 34 der ersten Stufe 10 bzw. 30, inbesondere gegen den Bereich neben dem Eingriff zwischen den Schraubenrotoren 12, 17 bzw. 32, 37 dieser Stufen 10, 11 bzw. 30, 31 in mehreren Strahlen gespritzt. In diesem Bereich herrscht nämlich eine sehr starke turbulente Strömung der Luft, wodurch ein sehr effektiver Wärmetausch mit dem gegen die Richtung der Luft eingespritzten kühlenden Öl bewirkt wird. Durch diesen effektiven Wärmetausch zwischen der Luft und dem in den Verbindungskanal 15 bzw. 35 eingespritzten Öl wird sowohl eine Kühlung der Auslaßteile der Schraubenrotoren 12 bzw. 32 und des Gehäuses der ersten Stufen 10, 30 als auch eine sehr effektive Zwischenkühlung der Luft vor ihrer Einführung in den Einlaß 16 bzw. 36 der anschließenden zweiten Stufe 11 bzw. 31 bewirkt. Je größer die zugeführte Ölmenge ist, desto stärker ist die erhaltene Zwischenkühlung. Diese Ölmenge, die mit der Luft in die zweite Stufe 11 bzw. 31 gelangt, ist jedoch durch die Bedingung begrenzt, daß die Auslaßtemperatur der Öl-Luft- Mischung dieser zweiten Stufe 11 bzw. 31 nicht eine bestimmte Mindesttemperatur unterschreiten darf, die gewöhnlich von der Taupunkttemperatur beim Auslaßdruck bestimmt ist. Zusätzliches Öl braucht der zweiten Stufe 11 bzw. 31 außer zu Lagern und ge­ gebenenfalls Zahnrädern, nicht zugeführt zu werden.

In gewissen Fällen können dynamische Verluste dadurch verur­ sacht werden, daß das kühlende Öl in die Schraubenrotoren 17 bzw. 32 eindringt. Dies wird dadurch vermieden, daß das kühlende Öl längs der Erstreckung der Schraubenrotoren 17 bzw. 32 im wesentlichen quer zu der ausströmenden Luft im Bereich außerhalb der Auslaßendfläche der Schraubenrotoren 17 bzw. 32 in Richtung zu der ausströmenden Luft ausgespritzt wird. Hierfür sind die Düsen 19 bzw. 39 bevorzugt anders als in Fig. 1 und 2, nämlich gemäß Fig. 3, ausgebildet. In dem längs der Erstreckung der Schraubenrotoren 12 bzw. 32 liegenden Teil der Düsen 19 bzw. 39 sind die Öffnungen 41 im wesentlichen quer zur Richtung der ausströ­ menden Luft (Fig. 4), d. h. im wesentlichen horizontal wie die Düsen 19 und 39 gem. Fig. 1 bzw. 2 angeordnet. In den außerhalb der Auslaßendfläche der Schraubenrotoren 12 bzw. 32 liegenden Teilen der Düsen 19 bzw. 39 sind dagegen die Öffnungen 42 in Richtung zu der ausströmenden Luft (Fig. 5) angeordnet, d. h. im wesentlichen vertikal. Diese letzteren Öffnungen 42 können jedoch auch etwas im Winkel bis zu 45° zur ausströmenden Luft angeord­ net sein.

Der ersten Stufe 10 bzw. 30 braucht lediglich eine sehr geringe Ölmenge, hauptsächlich zur Schmierung der Schrauben­ rotoren 12 bzw. 32 zugeführt zu werden. Normalerweise wird eine Ölmenge zugeführt, deren Gewichtsverhältnis zu der der zuge­ führten Gasmenge bei Vollast etwa 5 : 1 ist. Dieses Verhältnis kann jedoch auf etwa 0,5 : 1 verringert werden, was eine Ölzuführung von nur etwa einem Zehntel der normalen bedeutet.

Um zu verhindern, daß die zwischen den Stufen 10, 11 bzw. 30, 31 zugeführte große Ölmenge große Verluste im Einlaß 16 bzw. 36 der zweiten Stufe 11 bzw. 31 verursacht, rotieren die Schrauben­ rotoren 17 bzw. 33 in der zweiten Stufe 11 bzw. 31 vorzugsweise mit niedriger Drehzahl in der Größenordnung 7-15 m/s. Außerdem werden der Verbindungskanal 15 bzw. 35 und der Einlaß 16 bzw. 36 so ausgebildet, daß die Strömungsverluste weitestgehend begrenzt werden. Es hat sich gezeigt, daß ein im wesentlichen radialer Ein­ laß 16 bzw. 36 die besten Einströmungsverhältnisse ergibt, im Gegensatz zu dem bisher gewöhnlich angewandten, rein axialen Einlaß. Der Teil des radialen Einlasses 16 bzw. 36, der in und nächst dem Eingriff der Schraubenrotoren 12, 17 bzw. 32, 37 liegt, wird vorzugsweise von einer Spritzplatte abgedeckt, die durch den Rotoreingriff leckende warme Öl-Luft-Mischung zu einer Seite des Einlasses 16 bzw. 36, vorzugsweise zur Schraubenrotorseite, leitet,so daß ein geringstmöglicher Wärmetausch mit der einströ­ menden zwischengekühlten Öl-Luft-Mischung erhalten wird.

Claims (12)

1. Verfahren zur Zwischenkühlung in einem einspritz­ ölgekühlten Mehrstufen-Schraubenkompressor, in dem das in einer ersten Stufe (10, 30) komprimierte Gas einer anschließenden Stufe (11, 31) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem in der ersten Stufe (10, 30) kom­ primierten Gas vor seiner Zuführung zur anschließenden Stufe (11, 31) eine große, kühlende Ölmenge durch eine oder mehrere Düsen (19, 39) zugeführt wird, wobei das Öl neben dem Eingriffsbereich der beiden Rotoren (12, 17; 32, 37) in der ersten Stufe (10, 30) ausgespritzt wird, und zwar längs der Erstreckung der Rotoren (12, 17; 32,37) im wesentlichen quer zu der Richtung des ausströmenden Gases und außer­ halb der Auslaßendfläche der Rotoren (12, 17; 32, 37) gegen die Richtung des ausströmenden Gases.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen quer zu der Richtung des aus­ strömenden Gases ausgespritzte Ölmenge ungefähr gleich der gegen die Richtung des ausströmenden Gases ausgespritzten Ölmenge ist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Öl gemischte, kom­ primierte Gas der anschließenden Stufe (11, 31) im wesentlichen radial zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Rotoren in der anschließenden Stufe (11) 7-15 m/s ist.

5. Vorrichtung zur Zwischenkühlung in einem einspritzöl­ gekühlten Mehrstufen-Schraubenkompressor, in dem zwischen dem Auslaß (14, 34) einer ersten Stufe (10, 30) und dem Einlaß (16, 36) einer anschließenden Stufe (11, 31) ein Verbindungskanal (15, 35) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Verbindungskanal (15, 35) wenigstens eine Düse (19, 39) für die Zufuh­ rung einer großen, kühlenden Ölmenge zu dem durch den Verbindungskanal (15, 35) strömenden, komprimierten Gas angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (19, 39) neben dem Eingriffsbereich der Rotoren 12, 17; 32, 37) der ersten Stufe (10, 30) angeordnet ist und eine Erstreckung hat, die der axialen Länge des radialen Auslasses (14, 34) am Rotoreingriff entspricht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Düse (19, 39) mit einer großen Anzahl kleiner Öffnungen (20, 40; 41, 42) zur Bewirkung einer fein­ verteilten Ausspritzung des kühlenden Öls ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (19, 39) neben dem Auslaß (14, 34) der ersten Stufe (10, 30) angeordnet und mit Öffnungen (41, 42) zur Ausspritzung von Öl versehen ist, wobei die Öffnungen (41) in dem längs der Erstreckung der Rotoren (12, 32) liegenden Teil der Düse (19, 39) im wesentlichen quer zur Richtung des ausströmenden Gases gerichtet sind, während die Öffnungen (42) in dem außerhalb der Auslaßendfläche der Rotoren (12; 32) liegenden Teil der Düse (19, 39) im wesentlichen gegen die Richtung des ausströmenden Gases gerichtet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (42) in dem außerhalb der Auslaß­ endfläche der Rotoren (12; 32) liegenden Teil der Düse (19; 39) mit einem Winkel zwischen 0° und 45° zur Richtung des ausströmenden Gases ausgerichtet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (41, 42) in der Düse (19, 39) einen Durchmesser von 1-3 mm haben.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Öffnungen (41, 42) in der Düse (19, 39) 20-100 ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Öffnungen (41, 42) in den beiden Teilen der Düse (19; 39) ungefähr gleich groß ist.