способ охлаждения компрессора и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ охлаждения компрессора в замкнутой системе охлаждения, включающий отвод тепла сжатия от рабочей зоны компрессора путем испарения охлаждающего теплоносителя, конденсацию и направление сконденсированного теплоносителя вновь на охлаждение, отличающийся тем, что при превышении требуемой температуры рабочей зоны компрессора изменяют температуру кипения теплоносителя и поддерживают ее ниже требуемой температуры охлаждения узлов компрессора путем изменения давления в системе охлаждения компрессора.

2. Способ охлаждения компрессора по п.1, отличающийся тем, что конденсацию охлаждающего теплоносителя осуществляют вне рабочей зоны компрессора и выше её.

3. Способ охлаждения компрессора по п.1 или 2, отличающийся тем, что температуру кипения теплоносителя поддерживают ниже требуемой температуры охлаждения узлов компрессора на 10-15 К.

4. Способ охлаждения компрессора по п.1 или 2, или 3, отличающийся тем, что движение жидкой фазы охлаждающего теплоносителя и его паров в замкнутой системе охлаждения осуществляют естественной циркуляцией.

5. Компрессор, содержащий корпус, контур сжатия, замкнутую систему испарительного охлаждения, отличающийся тем, что замкнутая система испарительного охлаждения включает наружную рубашку, охватывающую корпус компрессора, коллектор-конденсатор, расположенный выше охлаждаемых поверхностей и сообщенный каналами со входом теплоносителя в рубашку и выходом из нее, а также с устройством, понижающим давление.

6. Компрессор по п.5, отличающийся тем, что система охлаждения содержит теплообменник для конденсации паровой фазы охлаждающего теплоносителя.

7. Компрессор по п.5 или 6, отличающийся тем, что коллектор-конденсатор выполнен в виде тора, охватывающего корпус компрессора.

8. Компрессор по п.5, отличающийся тем, что коллектор-конденсатор сообщен с устройством, понижающим давление, например с системой компрессора, имеющей давление ниже атмосферного.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области компрессоростроения, а конкретно к испарительным системам охлаждения, например, спиральных компрессоров.

Известен способ охлаждения компрессора путем отвода тепла от рабочей зоны компрессора (SU 414430 A, 15.07.1974, F 04 B 39/06), в котором тепло сжатия отводят при испарении хладагента абсорбционно-диффузионной машины, нагреваемого в генераторе газом, сжатым в компрессоре. Сжатый в компрессоре газ поступает в нагнетательный трубопровод. Охлаждаясь, газ нагревает в генераторе хладагент абсорбционно-диффузионной машины, испаряясь в испарителе, хладагент отводит тепло сжатия от рабочей зоны компрессора.

В настоящее время охлаждение компрессора осуществляется либо проточной жидкостью (вода, масло) либо воздухом как принудительное охлаждение свободной конвекцией воздуха.

Известно устройство охлаждения герметичного компрессора (SU 533750 A, 30.10.1976, F 04 B 39/06), содержащее испаритель, заполненный рабочей жидкостью и размещенный в масляной ванне компрессора, испаритель и конденсатор выполнены в виде замкнутой петлеобразной трубки.

Известен спиральный компрессор (US 5217360 A, F 04 C 29/04, 08.06.1993), в котором реализован способ охлаждения компрессора по замкнутой системе, включающий отвод тепла сжатия от рабочей зоны компрессора путем подачи охлаждения теплоносителя в рабочую зону компрессора, охлаждение теплоносителя и направление охлажденного теплоносителя вновь на охлаждение. Закрученная часть спиральной лопасти крыльчатки сконструирована таким образом, что давление между стороной всасывания и стороной нагнетания оказывает воздействие на часть ее задней поверхности. В состав компрессора входит устройство для регулировки и охлаждения.

Устройство позволяет гарантированно подавать необходимое количество масла на снижение трения и как следствие на уменьшение количества выделяемой теплоты в рабочей зоне компрессора и на ее охлаждение. Однако оно не решает задачи интенсификации теплообмена при охлаждении. Вопрос интенсификации процесса охлаждения и повышения коэффициента полезного действия остается по-прежнему актуальным для компрессорной техники, например, для спиральных компрессоров.

Известен компрессор и способ охлаждения, реализованный в нем (SU 985417A, 30.12.1982, F 04 B 39/06), ближайший по технической сущности к заявляемому и принятый за прототип, в котором компрессор содержит цилиндр с всасывающим и нагнетательным клапанами и установленный в нем с образованием камеры сжатия поршень, имеющий внутреннюю полость, сообщенную с зазором между поршнем и цилиндром посредством дроссельных патрубков, и снабженный кожухом, образующим с поршнем охлаждающую полость и имеющим со стороны камеры сжатия обратный клапан. При этом стенки поршня и кожуха, ограничивающие охлаждающую полость, снабжены кольцевыми проточками, смещенными одна относительно другой в осевом направлении и имеющими в продольном сечении V-образную форму, и охлаждающая полость частично заполнена жидкостью, а кожух в зоне обратного клапана снабжен патрубком, сообщенным с внутренней полостью. В данном устройстве испарение и конденсация происходит в одном и том же месте, поэтому при испарении тепло отводится, а при конденсации выделяется вновь. Кипение охлаждающей жидкости происходит при одной и той же температуре и никак не зависит от параметров и работы компрессора, которые могут изменяться. Это не позволяет эффективно охлаждать компрессор.

Известный способ охлаждения и устройства для его реализации не обеспечивают эффективное охлаждение компрессора, что приводит к перегреву узлов и, следовательно, к снижению к.п.д. компрессора.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении эффективности охлаждения компрессора и повышении его коэффициента полезного действия.

Технический результат достигается в способе охлаждения компрессора в замкнутой системе охлаждения, включающем отвод тепла сжатия от рабочей зоны компрессора путем испарения охлаждающего теплоносителя, конденсацию и направление сконденсированного теплоносителя вновь на охлаждение, при превышении требуемой температуры рабочей зоны компрессора изменяют температуру кипения теплоносителя и поддерживают ее ниже требуемой температуры охлаждения узлов компрессора путем изменения давления в системе охлаждения компрессора.

Кроме того, конденсацию охлаждающего теплоносителя осуществляют вне рабочей зоны компрессора и выше ее.

Кроме того, температуру кипения теплоносителя поддерживают ниже требуемой температуры охлаждения узлов компрессора на 10-15К.

Кроме того, движение жидкой фазы охлаждающего теплоносителя и его паров в замкнутой системе охлаждения осуществляют естественной циркуляцией.

Технический результат также достигается в компрессоре, содержащем корпус, контур сжатия, замкнутую систему испарительного охлаждения, при этом замкнутая система испарительного охлаждения включает наружную рубашку, охватывающую корпус компрессора, коллектор-конденсатор, расположенный выше охлаждаемых поверхностей и сообщенный каналами со входом теплоносителя в рубашку и выходом из нее, а также с устройством, понижающим давление.

Кроме того, система охлаждения содержит теплообменник для конденсации паровой фазы охлаждающего теплоносителя.

Кроме того, коллектор-конденсатор выполнен в виде тора, охватывающего корпус компрессора.

Кроме того, коллектор-конденсатор сообщен с устройством, понижающим давление, например, с системой компрессора, имеющей давление ниже атмосферного.

На чертеже представлен продольный разрез охлаждаемой части компрессора и система его охлаждения.

В способе охлаждения компрессора, включающем отвод тепла сжатия от рабочей зоны компрессора путем испарения охлаждающего теплоносителя и конденсации его в замкнутой системе охлаждения для поддержания заданной температуры рабочей поверхности при изменении, например, режимных параметров или условий окружающей среды, изменяют температуру кипения теплоносителя, поддерживая ее ниже требуемой температуры охлаждения узлов компрессора на 10-15К путем изменения давления в системе охлаждения компрессора, при этом конденсацию паровой фазы осуществляют вне рабочей зоны компрессора и выше нее, т.е. движение охлаждающей жидкости и ее паров в замкнутой системе охлаждения осуществляют естественной циркуляцией.

Компрессор содержит корпус 1, контур сжатия 2, замкнутую систему испарительного охлаждения, которая включает наружную рубашку 3, охватывающую корпус 1, коллектор-конденсатор 4, расположенные выше охлаждаемых поверхностей и сообщенные каналами 6 и 7 соответственно, со входом теплоносителя в рубашку 3 и выходом из нее. Система охлаждения содержит дополнительный теплообменник 8 для конденсации паровой фазы охлаждающего теплоносителя. Коллектор-конденсатор 4 выполнен в виде тора, охватывающего корпус 1 компрессора, и сообщен с устройством, понижающим давление, например, с системой компрессора, где давление ниже атмосферного (не показана).

Система охлаждения компрессора работает следующим образом. Систему охлаждения заполняют, например, легкокипящей жидкостью (масло, растворы спиртов и пр.), температура кипения которой ниже требуемой температуры охлаждения (рабочей температуры) узлов компрессора на 10-15К. При кипении наблюдается максимальный коэффициент теплоотдачи, что существенно интенсифицирует теплообмен. Процесс кипения является изотермическим и таким образом на охлаждение компрессора не влияет температура окружающей среды. Парожидкостная смесь из рубашки 3 поднимается по каналу 7 в коллектор-конденсатор 4, выполненный в виде тора, охватывающего корпус компрессора, расположенного выше его рабочей зоны. В коллекторе-конденсаторе 4 теплоноситель сепарируется на жидкую и паровую (газовую) фазы. Здесь же паровая фаза конденсируется. Если всю паровую фазу не удается сконденсировать в коллекторе-конденсаторе 4, то она поступает в дополнительный теплообменник 8, в котором происходит ее полная конденсация. Сконденсированная жидкость по каналу 6 подается за счет естественной циркуляции к охлаждаемым узлам компрессора. Для уменьшения температуры кипения и, следовательно, температуры конденсации коллектор-конденсатор 4 подсоединен к устройству, понижающему давление. Устройством, предназначенным для понижения давления, может быть этот же компрессор, если коллектор-конденсатор 4 через систему трубопроводов с запорной или регулирующей арматурой подсоединить к его всасывающему патрубку, где давление ниже атмосферного, или, если коллектор-конденсатор 4 также через систему трубопроводов с запорной или регулирующей арматурой подключить к участку воздушного (газового) тракта компрессора, где скорость движения сжимаемого газа максимальна. Например, уменьшая расход всасываемого в компрессор газа посредством регулирующей арматуры, расположенной на всасывающем патрубке, можно снизить давление газа на участке канала между компрессором и регулирующей арматурой, куда подсоединен коллектор-конденсатор 4. При снижении давления в системе охлаждения снижается температура кипения жидкости, используемой в качестве теплоносителя, охлаждающего компрессор, при этом сохраняется высокая интенсивность теплообмена. Уменьшение величины температуры кипения приводит к увеличению разности температур между охлаждаемыми частями компрессора и кипящей охлаждающей жидкостью. Изменение давления осуществляется путем изменения расхода газа во всасывающем патрубке компрессора с использованием запорной или регулирующей арматуры.

Таким образом, изменение температуры кипения теплоносителя и поддержание ее ниже требуемой температуры охлаждения узлов компрессора путем изменения давления в системе охлаждения позволяет повысить эффективность охлаждения компрессора и, следовательно, коэффициент его полезного действия, при этом повышается экономичность и надежность работы компрессора.

Теплота, выделяемая при конденсации в коллекторе-конденсаторе 4, может быть использована для подогрева воды в системах горячего водоснабжения, например полевых госпиталей, или для отопления помещений, в которых установлен компрессор.