WO1998039571A1 - Anlage zum verdichten eines gasförmigen mediums oder zur erzeugung eines vakuums - Google Patents

Anlage zum verdichten eines gasförmigen mediums oder zur erzeugung eines vakuums Download PDF

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WO1998039571A1
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liquid
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Michael Hahn
Rasmus Von Hirschhausen
Jürgen Kaltenbach
Hans LÜTTE
Karl-Friedrich Ludin
Dieter Reinger
Uwe Schröter
Thomas Windt
Dieter Wirth
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Mannesmann Ag
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/04—Heating; Cooling; Heat insulation
    • F04C29/045—Heating; Cooling; Heat insulation of the electric motor in hermetic pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C18/08—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C18/12—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C18/14—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F04C18/16—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type

Definitions

  • the invention relates to a system for compressing a gaseous medium or for generating a vacuum according to the preamble of claim 1.
  • a generic system is known from DE 41 35 442 B1.
  • This system is an air-cooled compressor system for generating compressed air in the low pressure range between 1 and 4 bar with an injection-cooled compressor driven horizontally with the same axis and an interposed clutch.
  • Further components of the known system are an oil separator tank, an air intake filter and an oil separator, the oil separator tank being arranged as a multifunctional housing in the space between the motor and the compressor.
  • the multifunction housing has a suction and a pressure chamber, which is designed as a pre-separator and forms the oil sump in the lower area.
  • the fine oil separator and the air intake filter are attached to a flange-like surface lying parallel to the housing feet, and are connected to the pressure or suction chamber via openings in the housing.
  • the object of the invention is to provide a system for compressing a gaseous medium or for generating a vacuum which has a liquid separator which can be produced more cost-effectively and which takes up less space for the machine set.
  • the machine set including the liquid separator is set up vertically, since experience has shown that the operators of such systems have less space in the horizontal area, but usually have sufficient space in the vertical direction.
  • the free space in the horizontal can be used to move the peripheral system parts closer to the machine set, so that overall a compact system results.
  • the liquid separator is preferably designed as a hollow cylinder and the coupling is arranged coaxially around the machine axis.
  • the cross-sectional area of the liquid separator does not necessarily have to be circular. For certain applications it can be advantageous if the cross-sectional area is oval or elliptical.
  • the preferred hollow cylinder is a simple geometric shape, which can be produced, for example, from sheet metal parts as a welded construction or as a one-part or multi-part casting. The manufacturing costs are considerably lower compared to the known version. Furthermore, it is scalable to a large performance range. In addition, this system can handle overpressures up to 30 bar.
  • the pressure port of the compressor stage or the pump is designed in the form of an expanding pocket and connected directly to the inlet side of the liquid separator.
  • the system designed according to the invention can be used as a compressor system for compressing gases and gas mixtures, in particular air, for a power range from 2 to 315 KW and for a pressure range from 1 to 30 bar, or as a pump for generating a vacuum from 10 millibars to almost
  • Rotation machines e.g. B. vane machines or screw rotors are used, preferably oil is injected into their working space. Alternatively, this can also be another cooling medium such as. B. be water.
  • the recooling of the separated liquid can be carried out via a gas, e.g. B. by means of a separate fan or connected to the drive machine or via a water-cooled heat exchanger. E-motors or other power machines are used as the drive machine.
  • the essential components of the system are a drive machine 1, which in this exemplary embodiment is an electric motor, and a compressor stage or pump 2 connected to it via a coupling 3.
  • the axes of the drive machine 1 and the compressor stage 2 are aligned with one another and the whole
  • the machine set is set up vertically.
  • a liquid separator 4 is arranged in the space between the drive machine 1 and the compressor stage 2, namely lying coaxially to the machine axis and encompassing the clutch 3.
  • the liquid-gas mixture ejected by compressor stage 2 via a pressure connection 9 is separated and in the downstream one
  • Liquid fine separator 5 separated the remaining and still entrained liquid drops.
  • the pressure connection 9 is preferably designed as an expanding pocket which is connected directly to the inlet side of the liquid separator 4. The liquid separated in the liquid separator 4 is fed via lines 6 to the injection area
  • Compressor stage 2 returned.
  • a filter 7 and a cooler 8 are arranged in the return line 6.
  • the cooler 8 is gas-cooled and the heated cooling air, here symbolized by hatched arrows 10, leaves the system via a shaft 11.
  • the drive machine 1 is cooled by a separately arranged fan consisting of an electric motor 12 and fan wheel 13.
  • the fan wheel 13 can also be driven by the prime mover 1 itself or be arranged on the drive shaft of the prime mover 1 itself.
  • the intake air is fed to the intake port 16 of the compressor stage 2 via an air intake filter 14 and a control valve 15.
  • the compressed and heated air passes through a sub-area of the previously mentioned cooler 8 after exiting the liquid fine separator 5 and is supplied to the consumption point via a connecting piece 17.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Verdichten eines gasförmigen Mediums oder zur Erzeugung eines Vakuums bestehend aus einer Antriebsmaschine und einer achsgleich damit liegenden flüssigkeitseinspritzgekühlten Verdichterstufe oder Pumpe mit einer dazwischenliegenden Kupplung, einem im Zwischenraum zwischen Antriebsmaschine und Verdichterstufe oder Pumpe angeordneten Flüssigkeitsabscheider und einem daran angeschlossenen Flüssigkeitsfeinabscheider, wobei in einer den Flüssigkeitsabscheider mit der Verdichterstufe oder Pumpe verbindenden Rückführleitung ein Filter und ein fluidbeaufschlagter Kühler angeordnet sind. Dabei nimmt der Maschinensatz (1, 2, 3) einschließlich des Flüssigkeitsabscheiders (4) eine vertikale oder um eine bis zu 30° von der Vertikalen abweichende Lage ein und der Flüssigkeitsabscheider (4) ist in Form eines koaxial zur Maschinenachse liegenden, die Kupplung (3) umgreifenden prismatischen Hohlkörpers ausgebildet.

Description

ANLAGE ZUM VERDICHTEN EINES GASFÖRMIGEN MEDIUMS ODER ZUR ERZEUGUNG EINES VAKUUMS
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Verdichten eines gasförmigen Mediums oder zur Erzeugung eines Vakuum gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine gattungsbildende Anlage ist aus der DE 41 35 442 B1 bekannt. Bei dieser Anlage handelt es sich um eine luftgekühlte Verdichteranlage zur Erzeugung von Druckluft im Niederdruckbereich zwischen 1 bis 4 bar mit einem durch einen Motor angetriebenen achsgleich horizontal liegenden einspritzgekühlten Verdichter und einer dazwischenliegenden Kupplung. Weitere Bauelemente der bekannten Anlage sind ein ölabscheidebehälter, ein Luftansaugfilter und ein ölfeinabscheider, wobei in dem Zwischenraum zwischen Motor und Verdichter der ölabscheidebehälter als Multifunktionsgehäuse angeordnet ist. Das Multifunktionsgehäuse weist eine Ansaug- und eine Druckkammer auf, die als Vorabscheider ausgebildet ist und im unteren Bereich den Ölsumpf bildet. Auf einer parallel zu den Gehäusefüßen liegenden flanschartigen Fläche sind der Ölfeinabscheider und der Luftansaugfilter befestigt, die über im Gehäuse angebrachte Öffnungen mit der Druck- bzw. Ansaugkammer verbunden sind.
Nachteilig bei dieser bekannten Anlage sind der komplizierte Aufbau des Multifunktionsgehäuses, der sich entsprechend in den Herstellkosten niederschlägt sowie eine druckfeste Ausführung für Überdrücke bis 30 bar und Skalierung auf einen großen Leistungsbereich bis z. B. 250 kW nicht zuläßt, sowie der erforderliche Platzbedarf für die Anordnung des Maschinensatzes. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage zum Verdichten eines gasförmigen Mediums oder zur Erzeugung eines Vakuum anzugeben, die einen kostengünstiger herstellbaren Flüssigkeitsabscheider aufweist und die für den Maschinensatz weniger Platz beansprucht.
Ausgehend von der bekannten Anlage wird die Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Bestandteil von Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird der Maschinensatz einschließlich des Flüssigkeitsabscheiders vertikal aufgestellt, da erfahrungsgemäß die Betreiber solcher Anlagen im Aufstellungsbereich weniger Platz in der Horizontalen, aber meistens ausreichend Platz in der vertikalen Richtung haben. Der freiwerdende Raum in der Horizontalen kann dazu genutzt werden, um die peripheren Anlageteile dichter an den Maschinensatz heranzurücken, so daß sich insgesamt eine kompakte Anlage ergibt.
Der Flüssigkeitsabscheider ist vorzugsweise als Hohlzylinder ausgebildet und die Kupplung umgreifend koaxial zur Maschinenachse angeordnet. Die Querschnittsfläche des Flüssigkeitsabscheiders muß aber nicht zwingend kreisrund sein. Für bestimmte Anwendungsfälle kann es von Vorteil sein, wenn die Querschnittsfläche oval oder elliptisch ist. Der bevorzugte Hohlzylinder ist eine einfache geometrische Form, die beispielsweise aus Blechteilen als Schweißkonstruktion oder als einteiliges oder mehrteiliges Gußstück herstellbar ist. Dabei liegen die Herstellkosten im Vergleich zur bekannten Ausführung erheblich niedriger. Weiterhin ist eine Skalierbarkeit auf einen großen Leistungsbereich gegeben. Außerdem sind mit dieser Anlage Überdrücke bis 30 bar beherrschbar.
In besonderen Fällen kann es vorteilhaft sein, die Maschinenachse um bis zu 30° aus der Vertikalen zu neigen, und zwar in Richtung des Druckstutzens, damit die abzuscheidende Flüssigkeit besser abfließen kann.
Um eine gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung des Flüssigkeits-Gas-Gemisches im Austrittsbereich zu erreichen und Druckverluste sowie Kosten von verbindenden Leitungen zu vermeiden, ist der Druckstutzen der Verdichterstufe bzw. der Pumpe in Form einer sich erweiternden Tasche ausgebildet und direkt mit der Eingangsseite des Flüssigkeitsabscheiders verbunden. Die erfindungsgemäß ausgebildete Anlage ist einsetzbar als Verdichteranlage zum Verdichten von Gasen und Gasgemischen insbesondere Luft für einen Leistungsbereich von 2 bis 315 KW und für einen Druckbereich von 1 bis 30 bar bzw. als Pumpe zur Erzeugung eines Vakuum von 10 Millibar bis nahezu
Atmosphärendruck. Als Verdichterstufe bzw. Pumpe können Rotationsmaschinen, z. B. Flügelzellenmaschinen oder Schraubenrotoren eingesetzt werden, in deren Arbeitsraum vorzugsweise Öl eingespritzt wird. Alternativ kann dies auch ein anderes Kühlmedium wie z. B. Wasser sein. Die Rückkühlung der abgeschiedenen Flüssigkeit kann über ein Gas, z. B. mittels eines separaten oder mit der Antriebsmaschine verbundenen Gebläses oder über einen wassergekühlten Wärmetauscher erfolgen. Als Antriebsmaschine kommen E-Motoren oder sonstige Kraftmaschinen zum Einsatz.
In der einzigen Zeichnung wird anhand eines Ausführungsbeispieles für die Verdichtung von Luft die erfindungsgemäß ausgebildete Anlage näher erläutert.
Die wesentlichen Bauelemente der Anlage sind eine Antriebsmaschine 1 , die in diesem Ausführungsbeispiel ein E-Motor ist, sowie eine über eine Kupplung 3 damit verbundene Verdichterstufe oder Pumpe 2. Die Achsen der Antriebsmaschine 1 und der Verdichterstufe 2 sind fluchtend zueinander ausgerichtet und der gesamte
Maschinensatz ist vertikal aufgestellt. Erfindungsgemäß ist im Zwischenraum zwischen Antriebsmaschine 1 und Verdichterstufe 2 ein Flüssigkeitsabscheider 4 angeordnet und zwar koaxial zur Maschinenachse liegend und die Kupplung 3 umgreifend. In dem Flüssigkeitsabscheider 4 wird das von Verdichterstufe 2 über einen Druckstutzen 9 ausgeschobene Flüssigkeits-Gasgemisch getrennt und in dem nachgeschalteten
Flüssigkeitsfeinabscheider 5 die verbleibenen und noch mitgerissenen Flüssigkeitstropfen abgeschieden. Vorzugsweise ist der Druckstutzen 9 als eine sich erweiternde Tasche ausgebildet, die direkt mit der Eingangsseite des Flüssigkeitsabscheiders 4 verbunden ist. Die im Flüssigkeitsabscheider 4 abgeschiedene Flüssigkeit wird über Leitungen 6 auf den Einspritzbereich der
Verdichterstufe 2 rückgeführt. In der Rückführleitung 6 ist ein Filter 7 und ein Kühler 8 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Kühler 8 gasgekühlt und die erwärmte Kühlluft, hier symbolisiert durch schraffierte Pfeile 10, verläßt die Anlage über einen Schacht 11. Über ein separat angeordnetes Gebläse, bestehend aus E- Motor 12 und Lüfterrad 13 wird die Antriebsmaschine 1 gekühlt. Das Lüfterrad 13 kann auch durch die Antriebsmaschine 1 selbst angetrieben werden bzw. auf der Antriebswelle der Antriebsmaschine 1 selbst angeordnet sein.
Die angesaugte Luft wird über einen Luftansaugfilter 14 und einem Steuerventil 15 dem Ansaugstutzen 16 der Verdichterstufe 2 zugeführt. Die verdichtete und erwärmte Luft durchläuft nach Austritt aus dem Flüssigkeitsfeinabscheider 5 einen Teilbereich des zuvor erwähnten Kühlers 8 und wird über einen Anschlußstutzen 17 der Verbrauchsstelle zugeführt.

Claims

Patentansprüche
1. Anlage zum Verdichten eines gasförmigen Mediums oder zur Erzeugung eines Vakuum bestehend aus einer Antriebsmaschine und einer achsgleich damit liegenden flüssigkeitseinspritzgekühlten Verdichterstufe oder Pumpe mit einer dazwischenliegenden Kupplung, einem im Zwischenraum zwischen Antriebsmaschine und Verdichterstufe oder Pumpe angeordneten Flüssigkeitsabscheider und einem daran angeschlossenen Flüssigkeitsfeinabscheider, wobei in einer den Flüssigkeitsabscheider mit der Verdichterstufe oder Pumpe verbindenden Rückführleitung ein Filter und ein fluidbeaufschlagter Kühler angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Maschinensatz (1 , 2, 3) einschließlich des Flüssigkeitsabscheiders (4) eine vertikale oder um eine bis zu 30° von der Vertikalen abweichende Lage einnimmt und der Flüssigkeitsabscheider (4) in Form eines koaxial zur
Maschinenachse liegenden, die Kupplung (3) umgreifenden prismatischen Hohlkörpers ausgebildet ist.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper als Hohlzylinder ausgebildet ist.
3. Anlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckstutzen (9) der Verdichterstufe oder der Pumpe (2) in Form einer sich erweiternden Tasche ausgebildet und direkt mit der Eingangsseite des Flüssigkeitsabscheiders (4) verbunden ist.
4. Anlage nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Maschinenachse in Richtung Druckstutzen (9) liegt.
5. Anlage nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsabscheider (4) als Gußteil ausgebildet ist. Anlage nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsabscheider (4) eine Schweißkonstruktion aus Blechteilen ist.
PCT/DE1998/000626 1997-03-05 1998-02-25 Anlage zum verdichten eines gasförmigen mediums oder zur erzeugung eines vakuums WO1998039571A1 (de)

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