DK147686B - Arrangement til koeling af olien i et gaskompressionsanlaeg - Google Patents

Description

i 147686 o

Den foreliggende opfindelse angår et arrangement til køling af olien i et gaskompressionsanlæg, som har en rotationskompressor, fortrinsvis af skruerotortype, med olietilførsel til dennes arbejdsrum gennem i hvert 5 fald én olieledning fra en olieseparator i kompressorens afgangsledning, og hvor gassen i begrænset grad, som forøges med trykket, er opløselig i olien.

Skruekompressorer med olieindsprøjtning har været anvendt i mange år og er velkendte inden for dette 10 tekniske område. Sådanne kompressorer er blevet brugt til .kompression af luft og andre gasser, f.eks. hydrocarboner såsom propan, såvel som i køleanlæg, der eksempelvis benytter halogencarboner såsom R 12 og R 22 som kølemidler. Den i kompressoren indsprøjtede olie fungerer som køle-, tætte-15 og smøremiddel inden i kompressoren og adskilles efter at være passeret gennem kompressoren fra den komprimerede gas i en særlig, i kompressorens afgangsledning anbragt olieseparator. Den således udskilte olie nedkøles derpå forud for indføring i kompressoren i en speciel oliekøler, nor-20 malt med vand eller luft som kølemiddel, med henblik på forøgelse af dens viskositet og køleevne.

Sådanne oliekølere er imidlertid pladskrævende og dyre og kræver megen vedligeholdelse, hvorfor det også er blevet foreslået at anvende specielle oliekølere, som be-25 nytter det komprimerede og fortættede kølemiddel til kølingen. Det er endvidere blevet foreslået at sådanne oliekølere ved nogle anvendelser helt skulle udelades ved indsprøjtning af fortættet arbejdsfluidum i kompressoren med henblik på reduktion af kompressorens afgangstemperatur til et sådant 30 niveau, at temperaturen i olieseparatoren formindskes til en værdi, ved hvilken olien uden yderligere køling kan indsprøj" tes.

Det har også vist sig, at ved kombination af en olie af en særlig art med visse gastyper kan afkøling af 35 olien undværes ved visse processer. Sådanne processer og de derved anvendte kombinationer af gasser og olier beskrives i USA-patentskrift nr. 3.945.216. Ved sådanne processer er

O

2 147686 "arbejdsviskositetsindekset" så højt, at oliens viskositet praktisk talt er uafhængig af temperaturen inden for området 40-100°C.

Ved en luftkonditioneringsproces, hvor R 22, R 502 el-5 ler R 12 anvendes som kølemiddel, hvor kompressionsforholdet er mellem 2:1 og 5:1 og kondensationstemperaturen mellem 30 og 50°C, vil arbejdsbetingelserne være sådanne, at kompressorens afgangstemperatur vil blive mindre end 100°C, skønt olien ikke underkastes nogen køling, dvs. at olietemperaturen 10 ved indsprøjtningen praktisk talt er den samme som kompressorens afgangstemperatur.

Ved visse anvendelser, såsom varmepumpeanlæg og luftkonditioneringsanlæg til biler, er kondensationstemperaturen og/eller trykforholdet af en sådan højde, at kompres-15 sorens afgangstemperatur og dermed oliens temperatur falder inden for området 100-150°C.

Med disse høje afgangstemperaturer vil kompressorens virkningsgrad være ringere, end hvis olien var nedkølet til en temperatur under 100°C, først og fremmest som følge af 20 de tab, som skyldes den varmetransport, der opstår ved lækage af varm olie fra et kompressionsrum til det efterfølgende, og som forårsager en forøget temperatur af arbejdsmediet i dette, når det bringes i berøring med den varme olie. Størrelsen af denne formindskelse af den totale adiabatiske 25 virkningsgrad vil være ca. 0,2% for hver °C, så at en forøgelse af temperaturen med 5% resulterer i en formindskelse af virkningsgraden på ca. 1%.

Den høje temperatur kan også give anledning til nogle mekaniske problemer såsom kortere levetid for lejer-30 ne, forøget slør på grund af varmedeformation samt problemer med akseltætningerne. Det er derfor væsentligt, at olietemperaturen holdes på et relativt lavt niveau, fortrinsvis under 100°C.

Formålet for opfindelsen er uden anvendelse af en 35 separat køler at tilvejebringe en temperaturformindskelse hos olie ved hjælp af bortkogning i det i olien opløste kølemedium.

147686

O

3

Dette opnås ifølge opfindelsen ved, at olieledningen mellem olieseparatoren og kompressoren er forsynet med et drøvleorgan, som er indrettet til at tilvejebringe et sådant trykfald, at der forekommer bortkogning af i 5 hvert fald en del af den i olien opløste gas, inden olien strømmer ind i kompressoren.

Ved således at anbringe et drøvleorgan i olieledningen i passende afstand forud for tilførslen af olie til arbejdsrummet opnår man, at bortkogningen af kølemediet i 10 afhængighed af trykfaldet tilvejebringer den tilstræbte temperatursænkning hos olien før indsprøjtningen i arbejdsrummet, idet indsprøjtningen bliver tofaset, dvs. separate strømme af olie og gasformigt kølemedium.

Opfindelsen skal i det følgende beskriyes nærmede, 15 idet der henvises til tegningen, som skematisk yiser et køleanlæg med et arrangement ifølge opfindelsen.

Tegningen viser en kompressor 10, som drives af et primært drivorgan 12. Den komprimerede gas leveres fra kompressoren gennem en afgangsledning 14 til en olieseparator 16. Fra oliese- 20 paratoren passerer olien gennem en ledning 18 og en drøvleventil 20 til et rør 22 med stor lysning, som gennem et separat tilslutning 24 står i forbindelse med kompressoren. Gassen fra olieseparatoren passerer gennem et rør 26 til en kondensator 28, hvorfra arbejdsfluidet efter at være fortættet til væske passerer gennem 25 et yderligere rør 30 til en fordamper 32 og tilbage til kompressoren 10. Ved tilgangen til fordamperen passerer væsken gennem en ekspansionsventil 34, som kan forbindes med en termostat 36 ved fordamperens udløb og indstilles i afhængighed af denne.

En betingelse for, at man skal kunne opnå den tilsigtede 30 . , .

virkning, er( at det i anlægget benyttede kølemiddel har en vis opløselighed i olien der med hensyn til den absolutte værdi afhænger af størrelserne i følgende udtryk: I ln £ " In £ | < 1,5, 33 rkølemiddel olie 4 147686

O

hvor £ er den relative dielektricitetskonstant målt ved 50°C af henholdsvis det fortættede kølemiddel og olien.

Jævnfør det ovenomtalte USA-patentskrift nr. 3.945.216

Med henblik på opnåelse af acceptabel smøring og 5 tætning inden i kompressoren skal oliens viskositet opfylde følgende betingelse -D1 V = Y · e U' .

hvor'Xf er den rene olies kinematiske viskositet målt i cen- 10 tistoke (c St) ved 50°C, Y er en konstant mellem 25 og 200, e er grundtallet for den naturlige logaritme, p^ er kompressorens afgangstryk, u er den konvekse rotors periferihastighed, og 2' 15 c er en konstant, som er lig med 1 ^ / hvis p^ måles i kg/cm^, og u måles i m/sek.

Jævnfør det omtalte USA-patentskrift nr. 3.945.216.

Når begge disse betingelser er opfyldt, vil olien i olieseparatoren 16, der har samme temperatur som kompres-20 soren 10's afgangstemperatur, indeholde en deri opløst mængde kølemiddel. Olien passerer gennem et rør 18 til en drøvleventil 20, hvor olietrykket formindskes fra det i olieseparatoren herskende kompressorafgangstryk til trykket i det tilstødende rør 22 med stor lysning, som uden ind-25 snævring står i forbindelse med kompressoren 10's arbejdsrum gennem en tilgangsåbning 24, hvorved trykket i røret 22 næsten er det samme som trykket i den del af arbejdsrummet, som det står i forbindelse med. Ved passagen gennem ventilen 20 vil oliens tryk således være betydeligt nedsat, og 30 det har vist sig, at en betydelig mængde af det i olien opløste kølemiddel vil koge ud af olien, så at røret 22 vil være fyldt med et tofasefluidum, som omfatter luftformigt kølemiddel og olie, som blot indeholder en ringe mængde deri opløst kølemiddel. På grund af bortkogningseffekten vil 35 oliens temperatur være formindsket, hvad der resulterer i en højere viskositet og i forøget varmeabsorptionsevne, og at kompressorenes virkningsgrad forøges. Det har derudover 147686

O

5 vist sig, at det er en betingelse for denne sænkning af oliens temperatur og den deraf bevirkede forøgelse af kompressorens virkningsgrad, at den tid, der medgår til oliens bevægelse fra ventilen 20 til kompressorens tilgang 24, 5 ligger inden for området 0,1 til 10 sek, fortrinsvis omkring 1 sek.

Særlig gode prøveresultater er blevet opnået, når trykfaldet over ventilen 20 var mellem 2 og 20 kp/cm^.

Afhængigt af graden af kølemidlets opløselighed i 10 olien og størrelsen af tryktabet i drøvleventilen vil formindskelsen af oliens temperatur da andrage mellem 5 og 20°C.

Dette system bør sammenlignes med det tidligere anvendte system, hvor olien fra olieseparatoren holdes under højt tryk hele vejen til kompressoren, i hvilken den blev 15 indsprøjtet gennem snævre huller eller dyser, over hvilke trykforskellen blev opnået.