Элемент впрыскивания смазочной жидкости в компрессор или расширительное устройство и способ управления впрыскиванием - RU2723001C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к элементу нагнетаемого жидкостью компрессора или элементу расширительного устройства.

Известно, что в элементах компрессора или элементах расширительного устройства смазочная жидкость, например, такая как масло или вода, впрыскивается в корпус для обеспечения смазки между роторами, а также для уплотнения, чтобы минимизировать потери от утечки.

Смазочная жидкость также обеспечивает охлаждение в случае элемента компрессора, чтобы иметь возможность отводить тепло, выделяющееся во время сжатия.

Один пример известной системы можно найти в документе US 2012,207,634 A, в котором раскрыта компрессорная система, включающая резервуар для смазочного материала. Впрыскивание жидкости в камеру сжатия осуществляется через первый канал подачи смазки в первую область давления и через второй канал подачи смазки в направлении увеличения давления.

В других известных элементах компрессора смазочная жидкость впрыскивается в местоположение, где она не может войти в контакт с впускным отверстием машины, потому что смазочная жидкость обычно теплее, чем всасываемый сжимаемый газ, и любой теплообмен между смазочной жидкостью и газом будет оказывать негативное влияние, т.е. уменьшать степень наполнения.

Традиционно, точка впрыскивания выбирается сразу после того, как вращающаяся газовая камера закрывается от впускного отверстия, т.е. как раз в начале сжатия или расширения.

В случае элемента компрессора это имеет преимущество, заключающегося в том, что максимальный перепад давления создаётся в контуре жидкости, в результате чего для данного контура жидкости поток смазочной жидкости является максимальным или таким, что для заданного потока смазочной жидкости жидкостный контур может быть минимизирован.

В тот момент, когда вращающаяся газовая камера закрывается от впускного отверстия, она становится «первой» камерой сжатия или расширения. Именно в этот момент начинается сжатие или расширение.

Эта камера остается первой камерой сжатия или расширения до того момента, когда ротор начинает вращаться ещё на один цикл, то есть ротор поворачивается на один шаг, после чего камера становится второй камерой сжатия или расширения.

Точка впрыскивания традиционно располагается на спиральной линии, образованной концами лопастей ротора, которые разделяют вышеупомянутые первую и вторую камеры сжатия или камеры расширения друг от друга, и эта точка входит в контакт только с первой камерой сжатия или камерой расширения.

Недостаток таких известных элементов компрессора или элементов расширительного устройства заключается в том, что в последующих камерах сжатия или расширения отсутствует или является недостаточным уплотнение или смазка, поскольку присутствует недостаточное количество смазочной жидкости, что, в первую очередь, является проблемой при запуске элемента и при более высоких давлениях.

Другим недостатком таких известных элементов компрессора является то, что смазочная жидкость может охлаждаться только в ограниченной степени, поскольку сжатие в месте впрыскивания ещё не началось, в результате чего газ нагревался в незначительной степени.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение решения по меньшей мере одного из вышеупомянутых и других недостатков.

Объектом настоящего изобретения является элемент впрыскивания смазочной жидкости в компрессор или расширительное устройство с корпусом, который содержит камеру ротора, в которой, по меньшей мере, один ротор прикрепляется с возможностью вращения, посредством чего элемент дополнительно обеспечивается соединением с контуром впрыскивания для впрыскивания смазочной жидкости в элемент, посредством чего соединение с контуром впрыскивания осуществляется с помощью точки впрыскивания в корпусе, которая открывается в первую камеру сжатия или камеру расширения, таким образом соединение с контуром впрыскивания дополнительно осуществляется посредством дополнительной точки впрыскивания в корпусе, которая открывается во вторую или последующую камеру сжатия или камеру расширения, при этом первая камера сжатия или расширения является газовой камерой, которая закрывается сразу после впускного отверстия для газа роторной камеры, и указанная вторая или последующая камера сжатия или расширения образуется после того, как по меньшей мере один ротор повернется на один шаг или оборот от впускного отверстия для газа.

Преимущество такой конфигурации состоит в том, что жидкость впрыскивается в последующую камеру сжатия или камеру расширения, в результате чего там также могут быть обеспечены необходимые уплотнение и смазка. Это необходимо, в частности, на низких скоростях или при запуске.

Другими словами, жидкость будет впрыскиваться в местоположения, где она необходима и полезна.

Другое преимущество состоит в том, что в случае элемента компрессора при более высоких давлениях будет получаться более хорошее локальное уплотнение, таким образом может предотвращаться возможность утечки газа из одной камеры сжатия в другую камеру сжатия.

Другое преимущество состоит в том, что жидкость впрыскивается в элемент более целенаправленным способом, т.е. в местоположение, где она (также) необходима, при этом меньшее количество жидкости нужно будет впрыскивать для получения того же самого уплотнения, смазки и охлаждения, чем в случае традиционной технологии с впрыскиванием только в первую камеру сжатия или камеру расширения.

Дополнительное преимущество состоит в том, что в случае элемента компрессора эффективность охлаждения с помощью жидкости будет более высокой, поскольку разница температур между жидкостью и газом во второй или последующих камерах сжатия будет больше, в результате чего перенос тепла будет более интенсивным.

Изобретение также относится к способу управления впрыскиванием смазочной жидкости в компрессорное устройство или расширительное устройство, в котором компрессорное устройство или расширительное устройство содержит по меньшей мере один элемент компрессора или элемент расширителя, при этом элемент содержит корпус, содержащий роторную камеру, в которой закрепляется с возможностью вращения по меньшей мере один ротор, посредством которого в элемент впрыскивается жидкость, при этом способ включает в себя этап обеспечения по меньшей мере двух подач жидкости для роторной камеры корпуса, в результате чего во время одной из подач жидкости эта жидкость впрыскивается в первую камеру сжатия или камеру расширения, а во время другой подачи жидкость впрыскивается во вторую или последующую камеру сжатия, или камеру расширения, при этом первая камера сжатия или расширения является газовой камерой, которая закрывается сразу после впускного отверстия для газа роторной камеры, и указанная вторая или последующая камера сжатия или расширения образуется после того, как по меньшей мере один ротор повернется на один шаг или оборот от впускного отверстия для газа.

С целью более понятного описания характеристик изобретения в дальнейшем описываются несколько предпочтительных вариантов осуществления элемента нагнетаемого жидкостью компрессора или элемента расширительного устройства, в соответствии с изобретением, а также способ управления впрыскиванием жидкости компрессорного устройства или расширительного устройства посредством примера без какой-либо ограничительной природы со ссылками на сопроводительные чертежи, в которых:

на фиг. 1 схематически показан элемент компрессора, в соответствии с изобретением;

на фиг. 2 схематически показан элемент расширительного устройства, в соответствии с изобретением.

Элемент 1 компрессора, в соответствии с изобретением, схематически показанный на фиг. 1, содержит корпус 2, который определяет роторную камеру 3.

Роторная камера 3 обеспечивается впускным отверстием 4 для газа и выпускным отверстием 5 для сжатого газа.

Один или более роторов 6 закреплены с возможностью вращения в корпусе 2. В этом случае есть два ротора 6, которые вращаются вместе со своими лопастями 7, сочленёнными друг с другом.

Роторы 6 устанавливаются с возможностью вращения в корпусе 2 с помощью подшипников 8. В этом случае в виде двух подшипников, которые закрепляются на валах 9 роторов 6. Подшипники 8 могут быть реализованы в виде роликовых подшипников, или могут быть реализованы в виде подшипников скольжения.

Кроме того, элемент 1 компрессора обеспечивается соединением 10 с впрыскивающим контуром для впрыскивания жидкости в элемент 1 компрессора.

Эта жидкость может быть, например, синтетическим маслом или водой, или чем-то иным, но изобретение не ограничивается этим как таковым.

В соответствии с изобретением, соединение 10 с контуром впрыскивания осуществляется посредством точки 11a впрыскивания в корпусе 2, которая соединяется с впрыскивающей трубой 12а контура впрыскивания, и которая открывается в первую камеру 13 сжатия.

Первая камера 13 сжатия представляет собой газовую камеру, которая закрывается сразу после впуска, как показано на фиг. 1. Именно в этот момент начинается сжатие.

Эта камера остаётся первой камерой 13 сжатия до тех пор, пока роторы 6 не повернутся ещё на один цикл или на шаг. В этот момент эта камера становится второй камерой 14 сжатия.

Следует отметить, что в это время образуется новая первая камера 13 сжатия с помощью камеры, которая ранее была входной камерой 15, и которая была соединена с впускным отверстием 4.

Первая точка 11а впрыскивания выбирается таким образом, чтобы она всегда открывалась в первую камеру 13 сжатия независимо от положения роторов 6, в результате чего эта точка 11а впрыскивания никогда не может вступать в контакт с впускным отверстием 4 и впускной камерой 15.

Таким образом, предотвращается попадание масла во впускную камеру 15.

Согласно изобретению, соединение 10 с контуром впрыскивания дополнительно реализуется посредством дополнительной точки 11b впрыскивания в корпусе 2, которая соединяется со второй трубой 12b для впрыскивания контура впрыскивания, и которая открывается во вторую камеру 14 сжатия или последующую камеру сжатия.

Вторая камера 14 сжатия, как уже разъяснялось выше, располагается на один шаг или оборот роторов 6 от впускного отверстия.

В этом случае как точка 11а впрыскивания, так и дополнительная точка 11b впрыскивания располагаются на спиралевидной линии 16а, 16b, 16с, формируемой верхушками лопастей 7 ротора, которая отделяет друг от друга последовательные камеры 13, 14 сжатия.

Следует отметить, что спиралевидные линии 16а, 16b, 16с описываются, так сказать, верхушками лопастей 7 ротора на корпусе 2, по меньшей мере на стенках роторной камеры 3.

Эти спиральные линии 16а, 16b показаны на фиг. 1. Входная спиральная линия 16а отделяет входную камеру 15, которая соединена с впускным отверстием 4 первой камеры 13 сжатия. Следующая спиральная линия 16b отделяет первую камеру 13 сжатия от второй камеры 14 сжатия.

Точка 11а впрыскивания лежит на этой спиральной линии 16b. В результате можно гарантировать, что масло, которое впрыскивается через эту точку 11а впрыскивания, никогда не сможет попасть во впускное отверстие 4.

Дополнительная точка 11b впрыскивания находится на последующей спиральной линии 16c, которая отделяет вторую камеру 14 сжатия от третьей камеры 17 сжатия.

Как уже говорилось ранее, два ротора 6 прикреплены с возможностью вращения в камере 9 ротора, благодаря чему в этом случае для каждого ротора 6 предусматривается дополнительная точка 11b впрыскивания, то есть в месте или на стороне каждого ротора 6.

Таким образом, каждая из этих точек 11b впрыскивания будет лежать на спиральной линии 16c, которая описывается на стенках камеры 3 ротора кончиками лопастей 7 соответствующего ротора 6.

Такой элемент 1 компрессора может использоваться в компрессорном устройстве, не показанном на чертежах, которое обеспечивается контуром впрыскивания, соединённым с точками 11а, 11b впрыскивания, посредством чего этот контур впрыскивания может управляться таким образом, что количество и температура впрыскиваемой жидкости могут контролироваться.

Работа элемента 1 компрессора очень проста и заключается в следующем.

Во время работы элемента 1 компрессора газ, например, воздух будет всасываться в камеру 3 ротора через впускное отверстие 4 для газа, более конкретно - во впускную камеру 15, в результате чего благодаря работе роторов 6 газ сжимается и покидает элемент 1 компрессора через выпускное отверстие 5.

Во время рабочего цикла жидкость будет впрыскиваться в камеру 3 ротора для обеспечения смазки, уплотнения и охлаждения.

Жидкость впрыскивается в первую камеру 13 сжатия через точку 11а впрыскивания и во вторую камеру 14 сжатия через дополнительную точку 11b впрыскивания.

Количество жидкости, которая подаётся через впрыскивающие трубы 12a, 12b, может регулироваться в соответствии с преобладающими требованиями в данный период времени.

Например, нагнетательные потоки могут приводиться в действие/выключаться, в результате чего жидкость или не впрыскивается, или впрыскивается заранее определённое количество жидкости.

Также возможно, что температура жидкости, которая впрыскивается через точку 11а впрыскивания и дополнительную точку 11b впрыскивания, регулируется, в результате чего управление может выполняться отдельно для обеих точек 11а, 11b впрыскивания.

В патентном документе BE №2016/5147 того же заявителя рассматривается это более подробно.

Возможно, что точка 11а впрыскивания или дополнительная точка 11b впрыскивания состоит из некоторого количества точек вспомогательного впрыскивания.

Каждая из точек вспомогательного впрыскивания, которые образуют точку 11а впрыскивания, открываются в первую камеру 13 компрессора и предпочтительно располагаются на вышеупомянутой спиральной линии 16b, которая отделяет первую камеру 13 сжатия от второй камеры 14 сжатия.

Аналогичным образом, точки вспомогательного впрыскивания, которые образуют дополнительную точку 11b впрыскивания, открываются во вторую камеру 14 сжатия и предпочтительно располагаются на спиральной линии 16c между второй камерой 14 сжатия и третьей камерой 17 сжатия.

Также возможно, что имеется более одной дополнительной точки 11b впрыскивания, в результате чего каждая из этих дополнительных точек 11b впрыскивания открывается в разные камеры сжатия 14, 17, т.е. в дополнение к дополнительной точке 11b впрыскивания, которая открывается во вторую камеру 14 сжатия, также имеется одна или несколько дополнительных точек 11b впрыскивания, которые открываются в третью камеру 17 сжатия или в последующую камеру сжатия.

Таким образом, жидкость будет впрыскиваться в первую, вторую и третью камеры 13, 14, 17 сжатия.

Также возможно, что существует только одна дополнительная точка 11b впрыскивания, которая открывается в третью камеру 17 сжатия или последующую камеру сжатия, другими словами, возможно, что жидкость впрыскивается в первую камеру 13 сжатия и в третью камеру 17 сжатия, но не во вторую камеру 14 сжатия.

На фиг. 2 показан элемент 1 расширительного устройства согласно изобретению.

Этот вариант осуществления существенно отличается от предыдущего тем, что впускное отверстие 4 и выпускное отверстие 5 поменялись местами. Это означает, что спираль 16a впускного отверстия, и первая расширительная камера 13 располагаются на другой стороне элемента 1.

Форма впускного отверстия 4 также отличается: впускное отверстие 4 имеет как осевую, так и радиальную секции. Изобретение не ограничивается этим как таковым, и впускные отверстия и выпускные отверстия для элементов компрессора и элементов расширительного устройства могут иметь радиальные и осевые секции.

Точка 11а впрыскивания располагается на спиральной линии 16b, которая отделяет первую расширительную камеру 13 от второй расширительной камеры 14, а дополнительная точка 11b впрыскивания располагаются на последующей спиральной линии 16c.

Точка 11а впрыскивания будет впрыскивать жидкость в первую расширительную камеру 13. Именно эта газовая камера отделена от впускного отверстия 4 элемента 1 расширительного устройства.

Когда роторы 6 поворачиваются на один шаг или оборот дальше, эта первая камера 13 расширения становится второй камерой 14 расширения, в которую дополнительная точка 11b впрыскивания будет впрыскивать жидкость.

Вышеупомянутые дополнительные элементы и варианты могут применяться с соответствующими поправками для элемента расширительного устройства.

Хотя вышеизложенное описано для элемента компрессора или элемента 1 расширительного устройства, изобретение также применимо к вакуумному насосу, который по существу также является элементом 1 компрессора или компрессорным устройством.

Настоящее изобретение никоим образом не ограничивается вариантами осуществления изобретения, описанными в качестве примера и показанными на чертежах, но представляет собой элемент нагнетаемого жидкостью компрессора или элемент расширительного устройства, в соответствии с изобретением, при этом способ для управления впрыскиванием жидкости компрессорного устройства или расширительного устройства может быть реализован в соответствии с различными вариантами, не выходя за рамки объёма изобретения.

Реферат

Группа изобретений относится к элементу впрыскивания смазочной жидкости в компрессор или расширительное устройство и к способу управления впрыскиванием. Элемент (1) содержит корпус (2), который определяет роторную камеру (3). В камере (3), по меньшей мере, один ротор (6) прикреплен с возможностью вращения, посредством чего элемент (1) дополнительно обеспечивается соединением (10) с контуром впрыскивания для впрыскивания смазочной жидкости в элемент (1). Соединение (10) осуществляется посредством точки (11а) впрыскивания в корпусе (2), которая открывается в первую камеру сжатия или камеру (13) расширения. Соединение (10) дополнительно осуществляется посредством дополнительной точки (11b) впрыскивания в корпусе (2), которая открывается во вторую или последующую камеру (14, 17) сжатия или расширения. Камера (13) является газовой камерой, которая закрывается сразу после впускного отверстия (4) для газа роторной камеры (3). Вторая или последующая камера (14, 17) образуется после того, как по меньшей мере один ротор (6) повернется на один шаг или оборот от отверстия (4). Группа изобретений направлена на обеспечение достаточного уплотнения и смазки, а также повышение эффективности охлаждения. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула