SE452790B - Oljefri gaskompressor - Google Patents

Description

452 790 Vid en motsvarande torr enstegskompressor skulle utloppstem- peraturer på 350-400'C erhållas medförande stora temperatur- gradienter i kompressorns olika delar och därmed stora spel och dålig verkningsgrad. För att undvika detta tvingas man utföra kompressionen i två eller flera steg med kylning av gasen mel- lan stegen. Nackdelen med ett sådant utförande är att kompres- sordimensionerna blir stora, särskilt om kylanordningarna räk- nas in i den totala anordningens dimensioner.

Fördelarna och nackdelarna med vätskeinsprutade och torra komp- ressorer är utförligt redovisade i SE 315 065! I "Mechanical Engineers' Handbook" (1951), Mc Graw-Hill Book Company, Inc., sid. 1879, föreslås dessutom ett utförande som innebär en komp- romiss mellan den torra kompressorns små dimensioner och höga varvtal Å ena sidan och den vätskeinsprutade kompressorns goda kylning á andra sidan. Kompromissutförandet består i en begrän- sad vattenínsprutning i inloppet till en högvarvig enstegskomp- ressor så, att vattnet helt föràngas av värmeutvecklingen under kompressionen. Det har visat sig, att utloppstemperaturen däri- genom kan begränsas till 100-150"och temperaturgradienter och spel reduceras och verkningsgraden förbättras i motsvarande grad i jämförelse med en torr enstegskompressor. Verkningsgra- den blir dock sämre än vid den inledningsvis nämnda, vattenin- sprutade lagvarviga kompressorn.

Det finns således enligt nämnda publikationer, ett ineffektivt område vad beträffar_vätskeinsprutningsmängden per tidsenhet, nämligen mellan den begränsade vätskeinsprutningen t ex 1 viktsdel vätska per 25 viktsdelar torr luft enligt den ovan- nämnda handboken och insprutningen av avsevärda mängder per tidsenhet t ex 1.9 viktsdelar vätska per 1 viktsdel luft en- ligt nämnda handbok (vid tryckförhállandet 6), och denna upp- fattning har nu bestått i över 25 är. 452 790 Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma en förbättring av en oljefri gaskompressor av rotationstyp med vätskeinsprutning i förhållande till kompressorns totala utrymmesbehov.

Detta har enligt uppfinningen ernåtts därigenom, att i strid med vedertagen, enligt ovannämnda handbok dokumenterad praxis, vätskeínsprutningsanordningen är utförd att inspruta vätskan med en viktsmängd i förhållande till den tíllförda viktsmängden gas som är större än, men icke med mer än c:a Å ggr överstiger, vad som erfordras för fullständig förångning av vätskan under kompressionen. Förbättringen är en följd av att i kompressio- nens slutskede icke förângat vatten lägger sig på kompressions- rummets ytor, som är kallare än omgivningen, och där tätar läckage genom spelet mellan rotorerna inbördes och mellan komp- ressorhuset och rotorerna, samtidigt som mängden vatten i komp- ressorns utlopp är så ringa, att den ger små dynamiska förlus- ter och att den kan avskiljas medelst en enkel kondensatavskil- jare och antingen tappas till avloppsnätet eller återcirkuleras genom ett enkelt âtercirkulationssystem. Om ett sådant system erfordras blir det enkelt och billigt på grund av det ringa vattenflödet och det mindre behovet av rening än i fallet med konventionell vatteninsprutning, och servicebehovet blir själv- fallet avsevärt mindre.

Ytterligare kännetecken på utföranden i enlighet med uppfin- ningen framgår av efterföljande patentkrav.

Uppfinningen är närmare tydliggjord i det följande under hän- visning till bifogade ritning, på vilken figur 1 schematiskt visar ett utföringsexempel på en anordning enligt uppfinningen, figur 2 visar samma anordning i ett förenklat utförande och fi- gur 3 visar en kurva över uppnådd verkningsgrad som funktion av massförhållandet mellan den insprutade vätskemängden och tillförd gasmängd. 452 790 Figur 1 visar en av en elektrisk motor 1 driven skruvkompressor 2 med en inloppsledning 3 och en utloppsledning H. Den senare är försedd med en kylanordning 5 och en kondensvattenavskiljare 6. En ledning 7 avleder kondensvatten, som uppsamlats i avskil- jaren 6 till en buffertbehâllare 8, som är försedd med en till en vattenledníng 9 och en avloppsledning 10 ansluten anordning 11 för konstanthållning av vattennivån i behållaren 8. Från dennas botten leder vidare en ledning 12 till en insprutnings- anordning 13 i kompressorns 2 inloppsledning 3 via en dose- ringspump 1H. När så erfordras kan en enkel anordning 15 för konditionering av det i ledningen 12 strömmande vattnet vara ansluten till ledningen 12, främst för neutralisering av even- tuell syra som kan bildas i det cirkulerande vattnet. Överskottsvattnet, som inte förångas, bidrager inte i nämnvärd utsträckning till gasens kylning. Ej heller minskar den mängden vatten som förångas på något avgörande sätt. Kylningen är där- för i stort sett oförändrad och bestämd av mängden förångat vatten. Överskottsvattnet har i stället den funktionen att det lägger sig på rotorernas i förhållande till omgivningen kallare ytor och tätar spelen mellan rotorerna inbördes och mellan des- sa och huset med den följden att verkningsgraden ökar med ökan- de vattentillförsel inom det angivna massförhållandet.

Regleringen av pumpen 1H är således inte kritisk för kyl- ningen. När kompressorns tryckförhållande och inloppsgasens temperatur och fukthalt är kända värden kan regleringen ske i beroende av massflödet i inloppsledningen 3. Alternativt kan gastemperaturen i kompressorns utloppsledning U avkännas för samma ändamål eller mängden kondensat per tidsenhet från kondensavskiljaren 6. Den sistnämnda reglerprinoipen fungerar mycket exakt oberoende av variationen hos fukthalten hos inloppsgasen. 452 790 Vid normal drift är trycket i kompressorns 2 inloppsledning 3 cza 100 kPa och i dess utloppsledning cza 800 kPa. Från led- ningen 12 insprutas vatten i finfördelad form i inloppsled- ningen 3 med en mängd per tidsenhet, som är beroende av in- loppsströmmens storlek.

Under gasens kompression och temperaturhöjning i kompressorn 2 förângas en del av den insprutade vattenmängden tills gasen blivit mättad med vattenånga. Ãterstâende vattenmängd, som ma- ximalt uppgår till c:a U ggr den förångade vattenmängden inklusive den som medföljer inloppsgasen passerar kompressorn i flytande form och tätar därvid spelen mellan rotorerna inbördes och mellan dessa och huset.

I utloppsledningen kondenserar vattenångan under passagen av kylaren 5, och kondensatet uppsamlas i avskiljaren 6, varifrån det rinner ned i buffertbehâllaren 8. Vid start fylls vatten på från ledningen 9 medelst anordningen 11 tills en önskad nivå inställts, vilken därefter hålls konstant på känt sätt genom tillförsel av vatten från ledningen 9 och avtappning av vatten genom avloppet 10.

Om mängden insprutat vatten begränsas till ett värde i närheten av undre gränsvärdet blir vattenåtgângen så liten, att kostna- den för återvinning och återmatning av kondensvattnet från kon- densvattenavskiljaren 6 blir högre än kostnaden för en motsva- rande vattenförbrukning från nätet. Ett utförande enligt figur 1, men med vatteninsprutningen anordnad via en ventil 31 från vattenledningsnätet 32 och avledning av kondensvattnet från av- skiljaren 6 till avloppsledningen 10 visas i figur 2. 452 790 I figur 3 visas verkningsgradskurvor för dels en med låg peri- ferihastighet driven, konventionell, vätskeflödad kompressor, kurva 3, dels en med hög periferihastighet driven kompressor avsedd för torr drift, kurva E. Båda kurvorna visar verknings- graden Q som funktion av massförhållandet mellan insprutad vätskemängd och tillförd gasmängd.

För en kompressor enligt kurva a är verkningsgradsnivån starkt beroende av den insprutade vattentemperaturen. (Stor partíal- volymsökning av vatten vid insprutningen kan vara en orsak.) u Av kurva a framgår att en hög verkningsgrad erhålles vid in- sprutning av en stor mängd vätska per tidsenhet, nämligen cza 1.5:1 och högre. För en kompressor enligt kurva Q är verk- ningsgradsnivän oberoende av den insprutade vattenmängdstempe- rature inom vissa gränser.

Om vätskeinsprutning sker i en torr kompressor blir verknings- graden låg både vid så lågt massförhâllande att vätskan för- ângas med den förbättrade kylningen som följd, som tidigare nämnts, och vid vätskeflödning på konventionellt sätt, vilket senare är vad som kan förväntas eftersom periferihastigheten hos rotorerna år avpassad för torr drift. Vad som inte tidigare har observerats är att den mellanliggande delen av kurvan Q, under vilken ingen förbättrad kylning erhålles, emellertid upp- visar ett toppvärde jämförbart med den konventionella, vätske- flödade kompressorns verkningsgrad, varvid även skall beaktas att kompressorn med verkningsgradskurvan Q har väsentligt högre kapacitet på grund av 2 till 5 gånger högre periferihastighet. 452 790 Som riktvärde för massförhållandet vätska/gas kan anges 1:20 gällande vid fullständig förångning av vatten, tryckförhållande 8:1, torr luft av rumstillstând och adiabatisk kompressions- arbete. Den insprutade vattenmängd som ger en stegring av verk- ningsgraden kan då gå upp till massförhållandet 1:H, mellan vilka värden anordningen enligt uppfinningen arbetar. Vid stör- re massförhållande erhålles visserligen en förhållandevis hög verkningsgrad men den erhålles till priset av en väsentligt fördyrande apparatur för recirkulering och rekonditionering av den cirkulerande vätskan, vilket gör större massförhållande ointressant.

Claims (1)

1. 452 790 EAIEHIKBBZ Anordning vid en oljefri gaskompressor (2) av rotationstyp med stort inbyggt tryckförhàllande och försedd med en anordning (13) för insprutning av en föràngningsbar vätska, företrädesvis vatten, för kylning av gasen under kompressionen, k ä n n e - t e c k n a d d ä r a v, att kompressorn (2) är försedd med en anordning (1) för drivning av kompressorn (2) med perifari- hastigheter som är väsentligen desamma som för en torr kompres- sor, och att vätskeinsprutningsanordningen (13) är utförd att inspruta vätskan med en viktsmängd i förhållande till den till- förda viktsmängden gas som är större än,'men icke med mer än c=a 4 ggr överstiger, vad som erfordras för fullständig förang- ning av vätskan under kompressionen. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att en tryckledning på kompressorns (2) utloppssida innefattar en kondensavskiljningsanordning (6) med en kondensavloppsled- ning (7), och att insprutningen av vätskan är begränsad till ett värde som tillåter avskiljning av all vätska inklusive kon- densat frán den komprimerade gasen medelst kondensavskiljnings- anordningen. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att kondensavskiljningsanordningens (6) avloppsledning (7) via en buffertbehàllare (8) med en anordning (11) för konstanthåll- ning av vätskenivàn i buffertbehállaren och en utloppsledning (12) för vätskan från buffertbehallaren (8) kommunicerar med en till gaskompressorna inloppssida ansluten regleranordning (14) för reglering av den till gaskompressorn (2) tillförda vätske- mängden/tidsenhet. 452 790 Anordning enligt nagot av kraven 1-3, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att viktsmängden insprutad vätska i förhållande till den tillförda viktsmängden gas uppgår till mer än 1:20, dock högst 1:4. Anordning enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att gaskonpressorn (2) i enstegsutförande är av skruvrotortyp och har väsentligen samma periferihastigheter och dimensioner som första steget i en motsvarande tvåstegs, torr kompressor.