专利名称：使用无烟润滑剂的压缩机系统的制作方法
技术领域：
本发明针对使用无烟润滑剂的压缩机系统，并且特别针对采用带无烟润滑剂的正排量型压缩机(positive displacement compressor)的压缩机系统。
背景技术：
正排量型压缩机是一种机器，在其中连续体积的空气或者气体被限制在一封闭空间内并且被提升至更高的压强。当封闭空间的体积减小时，气体的压强增加。正排量型压缩机例如包括往复式压缩机、旋转式压缩机、涡旋式压缩机(scroll compressor)和螺杆式压缩机。螺杆式压缩机也即熟知的螺旋状凸起(lobe)旋转式压缩机，包括单螺杆式压缩机、外-内(双)螺杆式压缩机和其它的变种，它在空气压缩机、冷藏、水冷却器和天然气处理工业中广为知晓。这些压缩机依靠润滑油润滑旋转和接触表面，以实现高效运转，防止损害设备，以及密封包含了被压缩体积的凸起。
往复式压缩机利用一作动缸中的一可移动活塞。该活塞被附接至一连杆，该连杆被附接至一曲柄。一电动马达驱动曲柄，曲柄则引起活塞在作动缸内往复运动，增大和减小作动缸内的体积。当活塞位于它的行程底部时，流体通过一阀被引入到作动缸中。当活塞朝它的行程顶部移动时，流体被压缩，并且当活塞位于它的行程上止点(top dead center，TDC)时，流体通过一阀被从作动缸中排出。润滑剂被用来润滑轴承、作动缸壁、活塞壁、活塞环(如果用到)、以及活塞销。较小的往复式压缩机通常是密封设备，并且在压缩的制冷剂中夹带润滑剂通常不是问题。然而，对于较大的往复式压缩机，润滑剂损耗就可能成为问题。
涡旋式压缩机在两个涡卷(scroll)之间产生一系列月牙形穴，该月牙形穴接收用于被压缩流体。一般，一个涡卷被固定，另一个围绕该固定的涡卷做轨道运行。当发生运动时，两个形体之间的穴被缓慢地推动到两个涡卷的中央。这减少了流体体积。润滑油被用于润滑主轴承，并且密封沿涡卷且位于其边缘的表面。
旋转式压缩机有两种普通类型固定叶片式压缩机和旋转叶片式压缩机。旋转叶片旋转式压缩机上的叶片或者轮叶随柱形外壳内的轴一起旋转。在固定叶片式压缩机中，固定叶片具有一保持固定且作为外壳组件的一部分的叶片，而一作动缸通过作动缸内一偏心轴上的辊子在外壳组件内旋转。两种类型中，叶片为流体提供连续的密封。来自一吸入管线的低压流体被抽到一开口中。当流体循环时，它填满叶片后面的空间。在叶片前面的蒸汽空间内集聚的流体被压缩，直到它能够被推到压缩机排出端口中。在作动缸、外壳、辊子和叶片表面以及轴承上都需要润滑剂膜。制冷剂中能够很容易地夹带润滑剂。
螺杆式压缩机通常包括被安装在一中空的双桶形机箱内部的独立轴上的两个柱形转子。压缩机机箱的端壁一般形成两个平行、重叠的作动缸，该作动缸并排容纳有转子，转子的轴平行于地面。螺杆式压缩机转子在它们的外表面上一般具有螺旋状延伸的凸起和凹槽，这些凸起和凹槽在转子的圆周上形成大螺纹。运行时，转子的螺纹啮合在一起，其中一个转子上的凸起与另一个转子上对应的凹槽相啮合，以在转子之间形成一系列间隙。这些间隙形成一连续的压缩室，该压缩室与机箱一端的压缩机进入端口(或者“端口”)连通，并且当转子旋转并向机箱另一端的排出端口压缩气体时，压缩室体积连续减小。润滑剂被引入到压缩机中以润滑轴承、轴密封件以及转子，在压缩机运行时帮助密封螺纹之间的间隙，帮助消除压缩产生的热从而防止润滑剂过热，以及帮助减少与压缩机运行相关的噪音。
各种类型的压缩机所共有的是入口和出口。压缩机入口有时也被称为“抽吸口”或者“低压侧”，而排出端口被称为“出口”或者“高压侧”。
螺杆式压缩机转子彼此啮合，并且在外壳内同步反方向旋转。转子运行以从外壳一端的一进气总管(manifold)通过外壳将气体驱扫到外壳另一端的排气总管。市场上买得到的螺杆式压缩机最通常地包括具有四个凸起的螺纹轴或者螺旋转子，但是，已经有其它的螺纹轴或转子被设计成具有五个或者更多的凸起，并且转子可以具有任何数目的凸起，例如3至9个凸起。凸形和凹形转子一般具有不同数目的凸起。转子轴一般由被润滑的轴承和/或密封件支撑在机箱的端壁上，被润滑的轴承和/或密封件从润滑剂循环系统接收恒定的润滑剂供给。
润滑剂一般是某种类型的油基流体混合物，压缩机系统的这一部分通常被简称为“润滑油”系统。压缩机润滑油系统通常包括一收集油箱、过滤器以及压强和/或温度传感器。润滑油可以依靠系统中跨越蒸发器和冷凝器(诸如在水冷却器螺杆驱动压缩机系统中)的范围上的压强差而循环，或者可以通过马达驱动的泵(例如在较大的往复式压缩机中)而循环。因为许多润滑剂在高温下由于损失粘度而劣化，所以诸如螺杆式压缩机之类的在高温下运行的压缩机，通常包括特殊配制的润滑油系统，并且还包括一冷却器，用于在润滑剂被再循环至密封件和轴承之前降低润滑剂的温度。所谓的“油浸(oilflooded)”螺杆式压缩机进一步包括用于使润滑剂再次循环通过压缩机机箱的内部的装置。人们已经发现这种直接进到气流中的“润滑油注入”有助于冷却和润滑转子，阻断转子之间的或者围绕转子的气体泄漏路径，抑制腐蚀，以及将由螺杆式压缩机产生的噪音水平降至最低。
在这些正排量型压缩机中显然，由于压缩机的工作，被压缩在一起的气态流体和润滑剂被混合。在这些高温和高压下，润滑剂形成液滴。这些液滴一般被夹带在气流中，并且在压缩气体(一般为制冷剂)被从压缩机输送走之前必须被除去。当这些液滴非常微细时(一般小于大约1微米)，它们形成被夹带在制冷剂气体中的气雾(aerosol)。在不包括作为压缩机分离器部件的一部分的诸如聚结器之类的特殊气雾去除设备的情况下，这些气雾不容易聚结并且不容易从流体流中除去。在一个用于封闭系统的可供选择的方案中，因为气雾最终将被返回以润滑压缩机，所以气雾能够被允许和压缩气体一起向下游移动。当然，这要求系统中有额外的润滑剂，以提供总是从压缩机缺失的润滑剂量，因为润滑剂很昂贵，所以这增加了运行成本。此外，润滑剂出现在封闭系统的其它的部件中能够导致下游设备不能有效运行。对于开放系统，润滑剂象再也不会返回的气雾一样在下游被损失掉，其必须被补充。
一典型的螺杆式压缩机将润滑剂和制冷剂混合在一起，并且排出由压缩气体和油的混合物组成的高温、高压流体流。油在高温和高压下将形成具有上述尺寸范围中的各种尺寸的液滴，包括气雾范围(1微米及更小)中的液滴。在没有帮助的情况下，夹带的气雾不易于聚结及形成能够容易地从压缩气体中被除去的液滴。结果，在分离器中设置聚结器以除去气雾，从而防止润滑剂被运送到压缩机的下游。即使有聚结器，非常少量的极其微细的液滴也会向下游逃逸。如果从压缩机去除足够量的油，那么压缩机就会出现所不希望的润滑油耗尽的情况。
对于其中过量的油未被利用的设计，油必须被保持在压缩机内。在制冷剂气体被排出到冷却器或者制冷系统中之前，油必须被从高压制冷剂气体中分离出来，这就要求使微细分开的气雾凝结。
如以上提到的，为防止润滑剂被夹带在向下游移动的流体中，现有技术采用具有一分离器部件的压缩机。压缩气体可以被迫沿着一弯曲路径前进或者接触一表面，其中较大的液滴能够在该表面上凝结，并且能够被循环返回到贮油槽型的设备中，以便被再次使用，润滑压缩机的运动部件。为捕获更微细的气雾(没有聚结到足够被分离的尺寸的液滴)，分离器部件可以采用一聚结器或者过滤器单元，在排出分离器下游的压缩气体之前，气雾必须通过该聚结器或者过滤器单元。虽然这些设计可有效地用于凝结油以及将流失到冷却系统的油减至最少，但是当类似烟的气雾混合物经过聚结设备时，压缩流体出现压强损失。这一压强损失直接关系到系统性能，降低了设备的效率。典型的聚结器元件包括一系列由网状微纤维材料制成的、提供大表面面积的过滤器或者系统过滤器，这增大了系统尺寸。在不考虑空间的应用中，系统尺寸不是重要的因素，但尽管能够在相同体积的空间中放置一更大的管道，压降仍旧值得担心。然而，绝大多数应用中，空间是一个考虑因素，而分离器占据了可以用于其它方面的空间。去除聚结器元件将使得能够在相同空间内安装一更大的分离器，实现更大的压缩机系统，或者能够将系统设计成能力相同但空间更小。此外，因为能够从系统中消除与聚结器相关的压降，所以能够改善效率。结合这一情况，包括有聚结器元件的设备一般提供通向内部的通路，以便能够维护内部过滤器和通道。通常通过一检修孔来提供这样的通路，而该通路需要额外的用于进入的空间。此外，通路需要进入系统内的额外的深入空间，该空间必须用合适的垫圈适当地密封。然而，这一装有垫圈的接合部分不希望地提供了潜在的泄漏路径。另一个缺点在于由于制造容纳聚结器元件的结构而产生额外成本。
一种已经提出的用于去除聚结器的方法是使用无烟润滑剂。术语无烟润滑剂指的是一种不形成气雾的润滑剂，或者，一种形成气雾的润滑剂，但是该气雾的亚微米尺寸和微米尺寸的粒子只存在一非常短的时间，并且该气雾能够被迅速处理以凝结成尺寸足够大的液滴，该液滴能够在不使用聚结器的情况下，被容易地从分离器的工作区域内的压缩气体中分离出来。这些无烟润滑剂已经被发现可用作加工/切削油，用于使机器操作者对这种油的吸入量降至最低。尽管这些润滑剂已被建议用于压缩机系统，然而还没有发现这些润滑剂与压缩机系统中一般使用的制冷剂一起使用的商业应用。这些润滑剂一般也更昂贵，并且它们在诸如螺杆式压缩机系统的现有正排量型的压缩机系统中的使用没有表现出显著的优点以证明它们物有所值。
在美国专利No.3805018中描述了一种已经被建议使用的润滑剂，该专利描述了一种包括粘均分子量(viscosity average molecular weight)大于5000的油溶性聚烯烃的散雾抑制剂。在美国专利No.5756430中描述了另一种润滑剂，该专利公开了一种基于聚羧酸酯(polycarboxylic acid ester)的雾油润滑剂(mist oil lubricant)，该雾油润滑剂被加入1-5％的聚异丁烯锰(polyisobutylene Mn)400-2500作为散雾抑制剂。虽然这两项专利都公开了可能的无烟油的成份，然而它们都没有认识到除了作为一种现有系统中的现有润滑剂的直接替代物以外，使用这么一种无烟油所带来的系统性能增强和设备改进的全部潜力。
类似地，授予Short并被转让给CPI工程服务公司(CPI EngineeringServices，Inc.)的美国专利No.4916914和5027606公开了一种润滑剂的使用，该润滑剂在较高的温度和压强下不容易溶解于制冷剂，但是在低温和低压下容易溶解于制冷剂。这可以通过提供制冷剂-润滑剂组合物来实现，在该组合物中，在冷凝温度和压强下主要存在两相，而在蒸发温度和压强下主要存在一相。这种组合物使得在流体被排出到压缩机下游的冷却系统中之前，油能够被更有效地从排出区域中的制冷剂中分离出来。然而，这些专利没有认识到由于使用这种润滑剂而能够实现的系统改进。这些润滑剂是聚醚多元醇或者单元醇与非氯化的烃制冷剂的组合。
目前的压缩系统包括与压缩机相结合使用的分离器。这些分离器起到从制冷剂中分离润滑剂的作用，并且具有执行这一功能的元件，但没有考虑设备中所使用的润滑剂的类型。这些分离器已被设计为使用这样一种润滑剂，这种润滑剂与制冷剂气体混合，当它们从压缩机中被排出时，形成一种包括微细的气雾或者“烟”的流体。当前的压缩系统将来自压缩机的压缩机部件的流体通过一细管传送到一粗管中，该粗管一般在分离器内进行排出。因为流体从一细管被排出到一粗管中，所以存在速度变化。流体撞击分离器的壁并且发生方向变化，再次损失一定的速度。对于流体接触的每个表面，都存在一定的能量损失，并且出现一定程度的润滑剂液滴聚结，其中润滑剂液滴具有液滴尺寸范围中的各种尺寸。当聚结的润滑剂达到一临界尺寸时，它由于重力或者动量与制冷剂气体分离，滴落到分离器的底部(其形成为压缩机设置的一主油箱)，润滑剂然后从分离器循环返回以提供润滑剂给压缩机。剩余流体经过分离器内被称为聚结器元件的结构，在该结构中，剩余气雾的主要部分在表面面积增大的微细材料纤维上聚结成液滴，这之后，由于重力，它落到与聚结器元件相关联的聚结器油箱中，聚结器油箱被维持在一个比主油箱更低的压强下。油通过一单独的管线从聚结器油箱被返回到压缩机的低压侧。流经聚结器元件的流体然后离开分离器，流到压缩机的下游，对于封闭系统，润滑剂需要流到压缩机系统的剩余部分中。此流体包括制冷剂，还可能包括少量润滑剂，该润滑剂是甚至能够通过聚结器的微细过滤器元件的非常微细的气雾。通到分离器内部机构的通路(如果提供的话)穿过一检修孔，该检修孔一般位于分离器邻近聚结器的一端的顶盖上。因为聚结器元件可能需要周期性的维护和更换，所以需要这一通路。
然而，现有技术都没有公开通过将无烟型油结合到冷却系统中能够在冷却系统中实现的优点。在题为“A LUBRICANT AND COMPRESSORWORKING FLUID COMPOSITION USEFUL FOR IMPROVING THE OILSEPARATION PERFORMANCE OF A VAPOR COMPRESSION SYSTEM”的共同待审的专利申请中描述了诸如由密歇根州米德兰市的CPI公司开发的润滑剂之类的无烟润滑剂，该专利与本申请在同一天递交，并被转让给俄亥俄州克利夫兰市的LUBRIZOL公司。人们需要的是由于使用无烟型油而采用了尺寸减小的改进结构的压缩机系统。
发明内容
本发明提供一种使用正排量型压缩机的压缩系统，该压缩系统包括一围绕无烟润滑剂设计的液/气分离装置，该无烟润滑剂具有优良的聚结特性，以便在不使用聚结器的情况下，在压缩机出口温度和压强下，分离装置的工作区域内的压缩气体中夹带的润滑剂能够凝结，使得正离开分离装置的压缩气体中夹带的被微细分开的润滑剂的粒子(被分类为气雾)的数目充分地减少。因为粒子数目被充分地减少到700ppm以下并且粒子很小，所以排出的润滑剂的体积和重量必然被减少。
分离装置(或者分离器)被分成几级。分离装置或者分离器在这里被视为压缩机的部件或者一部分。然而，这不意味着是限制性的，因为压缩机和分离器可以被视为由任何合适的连接装置联接的两个分立的组件，该连接装置包括但不限于导管、管道系统和接口法兰。一般，分离器的第一级是一撞击部分或者基于动量的部分，其利用撞击或者动量来充分地从压缩流体中去除夹带的润滑剂中的所有的大液滴(一般，大约70微米及更大)。第二级被设计成去除剩余润滑剂，该剩余润滑剂包括大约5至700微米尺寸范围内的被夹带液滴的混合物。离开第二级的流体主要包括亚微米尺寸范围内的液滴，亚微米尺寸范围在5微米及更小的尺寸范围内。第二级下游的聚结器部分一般利用通常为纤维过滤器的非常微细的过滤器以除去气雾，气雾是1微米及更小的亚微米范围内的液滴。当然，微细的过滤器还将除去1至5微米尺寸范围内的粒子。
本发明中所使用的“无烟”润滑剂一般包括添加剂，该添加剂包括促使基本上所有液滴凝结至大于大约0.6微米(一般为大约5微米或者更大)的尺寸的添加剂。当具有大约一微米及更小尺寸的被夹带在流体流中的液滴大量出现时，它们通常可互换地称为烟雾、气雾、雾或者“烟”。然而，用在这里，“气雾”指的是具有大约1微米和更小直径的粒子(亚微米粒子)，而“雾”指的是具有在大约70微米低至大约1微米范围内的尺寸分布的液滴。“烟”指的是大量雾或者气雾的粒子，可以是一种，也可以是组合物，具有烟的外观。润滑剂添加剂还可以包括抗氧化剂、倾点抑制剂、腐蚀抑制剂、泡沫抑制剂、VI改进剂(VI improver)等等，以便使润滑剂具有所希望的特性。
下文中被简称为“润滑剂”的润滑剂和添加剂的本质是要改变分离器的第一级和分离器出口之间的液滴的尺寸分布，使得有更少且更大的液滴。用在这里，分离器中的一级一般通过作用于预选尺寸范围内的润滑剂液滴来作用于流体流，从而改变流体流的特性。本发明的润滑剂对流体流中的粒子的尺寸分布和数量的改变使得由于“无烟”润滑剂改变了流体流中粒子的数目和尺寸分布以基本上消除所有非常微细的粒子，从而不再需要设置微细的聚结器元件来凝结这些微细粒子，所以包括被结成在目前本领域中被用作过滤器的网状物(交织垫)的诸如玻璃纤维、凯芙拉纤维(Kevlar fiber)等之类的多纤维丝纺线的微细纤维束的聚结器部分可以被去除，或者用一系列固定的平板或者一个或者一系列粗网筛来替代。具有略微大于亚微米液滴(1个毫英寸或更小至几个毫英寸)的纤维间距的交织垫可以被没有纤维并具有至少10倍大的间距的网筛或者平板所代替。粒子的数目和尺寸分布使得固定的平板或者粗网筛能够令人满意地凝结具有较大尺寸分布的粒子并且消除“烟”的出现。理想地，在通过分离器的第一级之后，但是在进入分离器的末级之前，“无烟”润滑剂应该成为“无烟的”(即，没有烟的出现)，也就是说，液滴被聚集至足够大的尺寸以在分离器的末级被容易地从流体流中除去，较少总数的粒子的尺寸分布在大约5微米和更大的范围内，并且只有很少数的粒子具有更小直径(5微米及更小)的，从而基本上能够用固定的平板或者粗网筛完成分离。
压缩系统一般包括由马达驱动的压缩机、可选的集油罐、液/气分离器、冷凝器和蒸发器形式的热交换器、膨胀阀、以及将这些组件连接在一起的管路形式的管道。液/气分离装置是一润滑剂分离器，一般是柱形的水平管体或者竖直管体。可以具有多级的润滑剂分离器与一气体压缩机结合使用。润滑剂分离器接收来自压缩机的排出流。该排出流包括在形成流体流的粒子尺寸范围内的润滑剂和制冷剂气体的混合物。分离器从润滑剂中分离出制冷剂气体。分离出的润滑剂被收集在分离器中并且被存储起来，用于重新利用以润滑压缩机的运动部件(一般为压缩机轴承)。
本发明的分离器接收从压缩机排出的流体。然而，因为在润滑系统中使用的润滑剂被设计成“无烟的”，也就是说，快速聚结成更少的但是更大尺寸的液滴或者粒子，所以本发明的分离器不包括用于除去气雾的聚结器元件，并且因为不再需要进入到聚结器元件中，所以它也不需要检修孔。这减少了分离器所需的尺寸以及维修所需的空间。同样也减少了与制造和运行相关的成本。
运行中，本发明的分离器是一接受从压缩机排出的压缩流体的柱形管体。当压缩流体从一细管路进入可以被认为是一粗管路的大的柱形管体中时，该流体速度发生变化。进入管体后，当流体接触第一级中的壁时，流体发生方向变化。该壁可以是管体的柱形壁之一。由于速度变化导致部分润滑剂聚结，并且由于接触导致其它一些润滑剂凝结在壁上。流体通过一较粗的除雾器(例如可选的叶片式除雾器)进入第二级，在这里基本上具有尺寸分布中的大尺寸的润滑剂聚结在位于气流路径上的该较粗的除雾器的大表面上或者叶片式除雾器的叶片上。也可以使用平板或者粗网。流体继续穿过柱形分离器，经过一除雾器，在该除雾器中，主要具有尺寸分布中的微细尺寸的残余润滑剂基本上被聚结在微细的网面上。尽管亚微米气雾仍旧可能通过除雾器并且离开分离器向下游进入冷凝器，但是由于润滑剂的聚结特性，这些亚微米气雾粒子的数目大大地被减少，使得粒子尺寸分布向更大尺寸移动。所有聚结的润滑剂沉积在与分离器相关的贮油槽中。网面由具有一定刚度的抗腐蚀材料(比如不锈钢或者塑料单丝)构成。不必流经聚结器元件从而不发生压降的压缩流体，然后离开分离器并且通过一管道被传输到压缩循环中的下一个组件。在冷却系统中，该下一个组件是冷凝级。
本发明的一个优点在于无烟油的使用最小化或者消除了压缩机内油气雾的形成。这又最小化或者消除了一种可能性，即气雾被流体流运送到压缩系统的剩余部分(比如热交换器)，从而降低热交换器的效率。因此，可以从压缩机中去除被设计用来捕获或者除去气雾的结构，并且可以使热交换器的运行更有效率。
本发明的一个优点在于因为能够去除分离器的聚结器元件，所以分离器可以被做得更小。聚结器元件可能在传输中被损坏，可能由于肮脏环境中的碎片变得污秽或者由于高速排出的气体而腐蚀和劣化，和聚结器元件不同，网状除雾器不那么微细和精致，不会遭受这样的问题。由于网状筛不需要这样的常规维护，所以通到分离器内部的通路(比如通过一检修孔)可以和聚结器元件一起被去除，这进一步减小了分离器的尺寸。
本发明的另一个优点在于流经分离器的流体并不产生象现有技术的分离器中那么大的压降。与进入和流经聚结器元件相关的压降被消除。因为离开分离器的流体的总体压强更高，所以系统的总体效率得到改善。
本发明的另一个优点在于较少的润滑剂从分离器向下游逃逸到系统的其余部分中。对于开放系统，这转化为在不使压缩机受到损害的情况下，维护系统运行所需的润滑剂更换更少，并且这直接转化为更低的成本。对于封闭系统，尽管一些润滑剂可能向系统下游逃逸进入那些下游的组件，但是此润滑剂将最终循环通过整个系统。然而，更多的润滑剂留在分离器内为压缩机所用。因为需要向系统中添加的润滑剂更少，所以这也转换为更低的成本。
本发明中从分离器向下游逃逸至系统其余部分的微细液滴(气雾)形式的润滑油较少，与此有关的本发明的另一个优点在于蒸发器性能得到改善。蒸发器中聚集的润滑剂对蒸发器中热传导表面的性能产生不利影响，降低了蒸发器的效率。在本发明中，因为更多的润滑剂被“捕获”在分离器中，而向下游“逃逸”的微细分开的液滴(气雾)形式的润滑剂较少，所以蒸发器中只有较少的油会污染蒸发器，使得热传导更优并提高效率。
在以下结合附图做出的对优选实施例的更详细的描述中，本发明的其它特征和优点将会变得更加清楚，其中附图以示例方式说明了本发明的原理。
图1是利用传统润滑剂的现有技术压缩机系统的一部分的示意图。
图2是示出在压缩一夹带“无烟”润滑剂的压缩气体和一夹带现有润滑剂的压缩气体之后粒子尺寸分布的图表。
图3是本发明的压缩机系统的一部分的示意图，该系统使用的润滑剂分离器没有用于从气流中分离无烟油的聚结器部分。
图4是示出作为流体速度和粒子尺寸的函数的各种润滑剂液滴分离机理的有效性的图表。
图5是本发明的一压缩机系统的示意图，该系统使用的润滑剂分离器具有独立的润滑剂储存器，而没有用于从气流中分离无烟油的聚结器部分。
图6是本发明的一压缩机系统的示意图，该系统使用的润滑剂分离器具有第一级离心式分离器，而没有用于从气流中分离无烟油的聚结器部分。
图7是本发明的一压缩机系统的示意图，该系统使用的润滑剂分离器使制冷剂气体通过润滑剂池，其没有用于从气流中分离无烟油的聚结器部分。
图8是本发明的一压缩机系统的示意图，该系统使用的润滑剂分离器具有用于对润滑剂粒子充电的电场，而没有用于从气流中分离无烟油的聚结器部分。
图9是市场上可购买到的制冷剂系统的表，其中标识了制冷剂种类和油的类型。
图10是本发明的一压缩机系统的示意图，该系统利用了具有一网状除雾器的竖直分离器。
具体实施例方式
本发明描述了对使用无烟或者无气雾形成的润滑剂的压缩系统的改进设计。这些润滑剂特征在于添加剂，该添加剂促进非常微细的液滴快速聚结成更大液滴，使得润滑剂气雾不被带到压缩机系统的下游。压缩机系统被限定为包括一分离器或者分离器部分，其功能是从被压缩机或者压缩机部分压缩的气体中除去润滑剂。分离器可以是压缩机的一集成的部分，或者它可以是连接至压缩机的一独立单元。术语气雾用在这里指夹带在压缩气体中的具有大约1微米和更小(一般从大约1微米至大约0.1微米)的平均直径的润滑剂的非常微细的液滴，气雾还包括具有至少大约1500百万分率(ppm)的这样的润滑剂液滴的压缩气体。在闭环系统中，压缩气体一般为制冷剂。虽然这些无烟润滑剂的具体成份并不重要，但是这些润滑剂不形成气雾的的能力很重要。
与现有压缩系统设计不同，本发明的压缩系统利用快速聚结特性，改变压缩系统的分离器或者分离器部分的组件的结构，从而降低成本、改善性能以及节省空间。此处描述的压缩系统包括新的压缩系统和对现有压缩机系统的组件的改进两者。因为在新的或者改进的系统中使用产生气雾的润滑剂将使得夹带过量气雾，导致下游润滑剂损失，令人无法接受地恶化用于热传导的闭环系统的性能，某些情况下达到损坏系统组件的程度，并且增加了系统的运行成本，所以这些新的压缩系统和对现有压缩机系统的组件的改进必须与无气雾形成的润滑剂结合使用。然而，现有系统中这些更昂贵的无烟润滑剂能够被取代，由于这些系统不能利用通过此处描述的新的设计可获得的设计和性能改进，所以在这种系统中使用无烟润滑剂通常没有什么益处。因此，在现有系统中使用无烟润滑剂可能不必要地花费更高的成本。
本发明的系统被设计成利用无烟润滑剂工作，该无烟润滑剂可与制冷剂流体(包括通常可获得的制冷剂)相容，但是可以与其它的可压缩的气体一起使用。润滑剂和制冷剂流体的特定组合很重要。当与诸如制冷剂气体之类的可压缩气体一起被压缩时，通过促进更大尺寸的粒子的形成，这样的无烟润滑剂在0.3-10微米的尺寸范围内具有削弱的雾化特性，从而改变了压缩气体中夹带的润滑剂的数量和整体粒子分布大小。润滑剂一般包括聚结剂(coalsceing agent)以及其它的被添加至基本润滑剂的添加剂。添加剂可以包括抗氧剂、倾点抑制剂、腐蚀抑制剂、泡沫抑制剂或者其它的适合于特殊应用的抑制剂。尽管无烟润滑剂可以与制冷剂流体在低温和低压下混合(该低温和低压一般在大约10-50°F和10-60psia的范围内，例如可以在压缩机的抽吸端发现的)，但是无烟润滑剂应该在更高的温度和压强下能够迅速地与制冷剂流体分离(该更高的温度和压强一般在大约50-275°F和60-400psia的范围内，例如在压缩机的排出端可以发现的)。一种润滑剂在压缩循环期间整个压缩机温度和压强的范围内，初始能够可预期地避免形成亚微米尺寸范围(大约0.3至1微米)上至大约10微米的气雾，并且快速凝结成更大的液滴，这种润滑剂使得一些现有的结构不再是必要的了，并且使得能够去除这些结构。本发明的装置充分利用了该润滑剂的削弱的雾化特性、初始润滑剂粒子尺寸分布整体上移、以及许多小的粒子向较少大粒子的快速凝结，以在没有这些现有结构的情况下，通过促进润滑剂从压缩气体中分离来消除气雾，随着这样的润滑剂的使用，所述的现有结构变得多余。尽管这样的无烟润滑剂的具体成分不是本发明的重要方面，然而这样的润滑剂的有用性能使得能够实现本发明的装置的设计和性能中的改进。
压缩系统在诸如制冷或者HVAC之类的各种应用中和天然气压缩中被使用。在诸如制冷或者HVAC之类的热被从第一位置传导至第二位置的热交换应用中，系统一般为闭合系统。它们一般包括压缩机、用于从制冷剂中分离润滑剂的装置、(可选地)用于储存制冷剂的装置、用于储存由压缩机使用的润滑剂的装置、一冷凝器以接收来自压缩机的排出物、膨胀装置、以及提供制冷剂给压缩机的蒸发器装置，或者其中系统的各种元件由合适的管道连接起来的闭环中的制冷剂储存装置。系统的各种组件可以被设置在距离彼此几英尺以内的非常小的区域内，或者可以以1/4英里或者更远的距离被分隔开。
用于天然气压缩(例如用于天然气储存)的压缩机系统可以不必包括热交换应用所需的所有组件。此外，因为压缩气体被储存在一存储设备中并且不被再循环和返回至压缩机，所以这样的系统是开放系统。尽管不论封闭或者开放的系统的全部运行和设计对于系统运行是重要的，然而本发明专注于对可压缩流体的压缩及其相关组件和组件的运行上，也就是说，系统的压缩机部分、压缩机的润滑、润滑剂与压缩气体的分离、以及重复使用润滑剂以润滑压缩机的运动部件。
现在参考图1，现有螺杆式压缩机现有技术系统2的一部分的示意图，其仅示出压缩机10、可以与压缩机10一体的马达20以及分离器30。包含制冷剂和夹带的润滑剂的压缩流体被压缩，并且离开压缩机排出端口12，在排出端口12它由管道22被运送到分离器30中。分离器30是一水平分离器，其包括第一顶盖32、第二顶盖34、以及排出端口36，在水平分离器中，压缩流体基本上轴向(也就是说水平地)运动通过分离器，但是也可以使用竖直分离器。尽管分离器设计可以变化，但是此现有技术的分离器被分为如下三级第一级23，第一级23中流体的方向被改变；可选的第二级25，第二级25中液滴被从流体流中除去；以及第三级27，第三级27包括至少一个聚结器过滤器，并且一般包括一系列用于去除气雾的过滤器，每一个过滤器都比前一个过滤器更微细以捕获更小直径的粒子。聚结器元件过滤器的大表面面积使较低的流体速度更低，最终使得聚结器能够更有效率地工作，但是同时降低了系统的效率并且增大了分离器的整体尺寸。第二顶盖34包括提供通往聚结器元件的通路的一检修孔36或者净高(headway)。
带有夹带的润滑剂、以高速行进的压缩气体通过管道22进入分离器的第一级23并且离开管道22。在分离器的此第一级23中，压缩气体一离开管道就膨胀，同时速度下降。压缩气体包括夹带的具有随机尺寸分布的润滑剂，润滑剂的液滴尺寸从大于1000微米变化至亚微米。此高压流体然后撞击一障碍物(此处为第一顶盖32)，并且发生所示方向变化，以大约2-3英尺每秒(fps)的速度移动。一部分被夹带的润滑剂，即较大的液滴或者由于与第一顶盖32接触而聚结成大液滴的小液滴，当它们达到一临界尺寸以致重力将它们从流体流中拉出时，它们作为液体分离到分离器38的一底部部分中，而剩余润滑剂的主要部分小于所述临界尺寸。在第一级中，大约70微米或者更大的粒子被凝结并且基本上通过重力除去。剩余的流体包括更小且仍然被夹带在作为微细气雾和微细雾的组合的压缩气体中的液滴，该雾包括具有直径在大约1.0微米至大约70微米的范围内的尺寸分布的液滴，并且伴有非常大数目的亚微米或者气雾范围内的粒子。凝结的润滑剂可以包括少量溶解的制冷剂。滴落到分离器38底部部分或者用作主油箱的贮油槽中的流体被返回到压缩机10，在压缩机10中它润滑轴承和其它的运动部件。在返回主压缩机之前，此润滑剂被过滤和冷却，这一返回过程可以由一附加组件完成，在一些系统中该附加组件是一泵(图1中未示出)。
流体然后移动到分离器的第二级25中。该级从压缩流体中去除另外的润滑剂液滴。该级25从雾中去除另外的液滴。对于这一级有若干可选方案，每一个可选方案去除不同尺寸的液滴。一种可选方案是随着液滴沿分离器的长度方向行进时，利用分离器单元的长度以去除液滴。当然，对于长度相对较短的分离器此可选方案的价值有限。第二种方案利用了一平板组(未示出)，其中，压缩流体从一系列固定的平板上经过。当它们经过平板时，尺寸在大约15微米至大约700微米的范围内的润滑剂液滴被从流中去除，凝结在平板上。少数较小的粒子和少数剩余的较大的粒子也可能凝结在平板上。另一个可选方案利用了一般为大的金属网状结构的网状垫29，压缩流体经过该网状结构。当流体接触该网状结构时，液滴凝结在该结构上。网状垫一般去除大约5微米及更大的范围内的液滴。不管被选择用于第二级的结构任何，凝结的润滑剂和第一级中被去除的润滑剂一起滴落至贮油槽中。
夹带着雾和气雾的压缩气体形式的流体然后移动到包括一聚结器部分40的分离器的第三级27中。分离器30的聚结器部分40包括至少一个过滤器42，并且一般包括一系列由纤维形式的逐渐更微细的网构成的过滤器。聚结器部分40还包括聚结器油箱44、从聚结器油箱44至压缩机10的返回管线46、以及用于提供通向聚结器部分40的通路的检修孔48。分离器30的排出端口36位于聚结器部分40内、一个或者一系列过滤器42的下游。
聚结器部分的目的是从压缩气体中去除尽可能多的剩余润滑剂，使得润滑剂能够被返回至压缩机以执行它的润滑功能，并且使得压缩气体能够夹带着尽可能少的润滑剂流到分离器的下游，如果在HVAC系统中则进入冷凝器，或者如果是天然气系统则进入贮藏器。因此，在压缩流体离开分离器之前，聚结器必须从压缩流体中去除剩余的雾和尽可能多的气雾。当夹带着雾和气雾的气体进入具有至少一个过滤器的聚结器部分中时，类似雾的粒子在过滤器42上形成液滴并且滴落到聚结器油箱44中。一个或者一系列过滤器42由诸如玻璃微纤维之类的微细的网状纤维构成。这些微纤维具有足够的表面面积，以充分降低经过它的气体和雾的速度，从而过滤器有效地将雾聚结成液滴，液滴作为液体滴落到聚结器油箱44中。离开水平分离器的聚结器部分的气体具有一速度，该速度从入口处的大约2-3英尺每秒(fps)降低至到达排出端口36之前的小于0.5fps，一般为大约0.3fps。纤维层的深度是用于将液滴聚结成液体的足够滞留时间和避免制冷剂气体中压强严重下降之间的一个平衡。因为制冷剂压强被降低，所以过滤器中密度太高的玻璃纤维由于降低系统效率反过来影响系统运行。此外，排出物有时会出现问题。玻璃微纤维过滤器被设计成通过将气雾中0.3微米小的液滴聚结成更大的粒子来从气流中去除润滑剂。但是，压强相应下降。人们也认识到，一般具有小于大约0.3微米的平均尺寸的少量气雾，当它和气体从分离器进入HVAC系统时，能够保持被夹带在压缩气体中。在闭合系统中，此润滑剂将最终返回至压缩机10。然而，在开放系统中，此润滑剂被损失掉，为了防止损坏压缩机必须周期性地被更换。在某些应用中，设置了一检修孔48以提供通向分离器的聚结器部分的通路。在一些应用中需要此入口以提供对过滤器的周期性维护和更换。
一旦压缩气体已经经过所述至少一个过滤器42，那么该气体通过排出端口36离开分离器，进入一向下游传输的管道，用于后续处理。被凝结到聚结器油箱44中的液体主要是可能包括少量溶解的制冷剂的润滑剂，该液体在过滤之后通过返回管线46被返回至压缩机。因为聚结器油箱是分离器30的低压点，却处于系统的高压侧，所以聚结器油箱44中的润滑剂处于比压缩机的低压侧(抽吸侧)的压强更高的压强下，其通过此压差被返回至压缩机，在压缩机中润滑剂被用于润滑和密封压缩机的运动部件。
本发明被设计成使用“无烟油”并且允许使用去除了分离器的第三级27或者聚结器部分的分离器。当流体从压缩机经过分离器时，无烟润滑剂减少或者消除了压缩气体中夹带的“烟”或者气雾。在不使用分离器第三级27的情况下，通过将许多小的粒子聚结成少数更大的粒子来消除此气雾，是这种润滑剂流体的特有性质。当润滑剂流体与可压缩的气体一起被压缩以及当夹带着润滑剂的压缩气体经过分离器时，夹带的气体中的夹带的润滑剂粒子的尺寸分布被改变，并且粒子更容易形成更少且更大的液滴。该尺寸分布是气雾存在(如果有)一短时间的这么一种分布。液滴的尺寸分布如图2所示移动。图2的下部的左侧曲线描述了压缩流体中夹带的润滑剂粒子的典型的尺寸分布。如图所示，“无烟”润滑剂具有一条被移动至右侧的曲线。平均粒子尺寸增加并且亚微米粒子的数目大量减少。位于分布曲线上方的是指示由分离器的级1、级2和级3各级去除的粒子的尺寸的表。如同所见，使用实际上在压缩气体中没有夹带亚微米粒子并且在压缩气体中只夹带有非常少的大约5微米以下的粒子(少于700ppm，优选少于100ppm，更优选在1至15ppm之间)的“无烟”型润滑剂，使得能够去除级3(聚结器)。尽管夹带的润滑剂流体仍然必须从制冷剂气体中被分离出来，但是在使用分离器的级1和级2而去除级3的情况下，可以轻易地实现该分立，从而消除严重的压降，使得系统更有效率地运行。在许多应用中，可以设计出不同的凝结具有大尺寸分布的粒子所需的设备，同时允许去除通常使用的聚结器部分和纤维过滤器。用于粒子凝结的设备更为可靠并且无需常规维护，所以可以去除邻近聚结器部分的检修孔。因此，由于进入检修孔所要求的额外空间也可以被去除，所以不但分离器能够被制造得更小，而且用于分离器的安装空间也能够进一步被减少，使得此空间可以被用于其它的应用。在以下几个例子中，分离器被描述和描绘为一水平的分离器；然而，水平分离器可以与竖直分离器互换使用，并且基本上包括相同的工作元件。水平或者竖直分离器的选择通常根据空间来考虑。
示例1图3中描述被设计成使用“无烟”润滑剂的本发明的一实施例。本发明的现有螺杆式压缩机202的一部分的示意图示出了压缩机210、可以与压缩机210一体的马达220以及分离器230，分离器230去除了第三级27，从而去除了现有技术实施中使用的聚结器部分40。图3是说明性的并且不意图将本发明限制于螺杆式压缩机或者特殊类型的螺杆式压缩机，本发明可以包括凸形/凹形螺杆式压缩机、单螺杆式压缩机、或者任何螺杆式压缩机技术的变形。压缩气体和夹带的润滑剂离开压缩机排出端口212，并且由管道222运送到分离器230中。分离器230是一水平的分离器并且包括第一顶盖232、第二顶盖234、以及排出端口236。分离器230内是一可选叶片式除雾器260和网状除雾器270。叶片式除雾器是第一级液滴凝结器，其在从流体流中分离液滴方面不如网状除雾器有效。再次参考图2，叶片式除雾器实际上是一平板组，它在大体上去除所有低至大约15微米尺寸的液滴方面是有用的，而网状垫或者网状除雾器能够有效地去除低至大约5微米的液滴。与现有技术设计中一样，通过管道222进入分离器并高速行进的压缩流体离开所述管道。因为流体一离开管道就膨胀，所以该流体速度下降。同样与现有技术设计中一样，此高压流体然后撞击一障碍物(此处为第一顶盖232)，并且发生如图所示的方向变化。由于与第一顶盖232接触，一部分夹带的润滑剂被凝结，并且70微米大小的液滴被分离到分离器238的底部部分。然而，在使用“无烟润滑剂”的情况下，气雾一般不会形成，或者如果它真的形成，则由于剩余粒子凝结成更大尺寸的液滴，所以它在此第一级中被快速地消除。
夹带的润滑剂将包括低于大约70微米的液滴和少数被携带在气流中的大约0.3微米小的液滴。然而，如图2中所指示的，相当大部分的润滑剂滴的尺寸分布是足够大的，以致此少量的亚微米液滴不会如同标准的润滑剂那样形成一特有的气雾，该气雾必须被除去，否则它将从分离器被携带在压缩气流中。然而，人们期望在气体离开分离器单元之前，尽可能多的剩余夹带的液滴被从高速压缩气体中除去。由于与传统的、非“无烟”润滑剂相比，粒子尺寸分布中粒子的平均尺寸向更大粒子尺寸且更少粒子数目移动，所以如图2所指示的，在去除这些粒子方面不同的结构可以比现有技术中得到更有效的利用。在此实施例中，压缩气体和夹带的润滑剂进入级2中。在此实施例中，级2包括一叶片式除雾器和一网状除雾器。较大的液滴通过首先经过叶片式除雾器而被去除，叶片式除雾器是在流体的流动路径中具有多个径向定向的平板的一圆周结构，其中平板之间有通道。平板可以是渐缩的翼面，其被设计成使流过它们的流体的压降最小，并且引导流经该翼面的流体流，以便使流体产生漩涡(如果希望的话)。叶片可以是固定的或者可变的。如果是可变的，叶片的倾斜度可以随流体的速度变化。润滑剂液滴凝结在此叶片式除雾器的平板上。叶片式除雾器可以由任何耐用的材料构成，而金属的叶片式除雾器被发现在几乎不要求维护的情况下具有特别长久的寿命。凝结的润滑剂液滴聚结并且落到油箱238中。叶片式除雾器可有效除去99.9％的大于大约40微米的液滴，以及大约90％的大于大约15微米的液滴。从这些描述中可了解到液滴分布包括大量的各种尺寸的粒子。尽管包括一特殊结构的级将除去少数小于所讨论的尺寸范围的粒子和几乎所有讨论的尺寸范围内的粒子，然而统计学上非常少数的粒子(一般处于尺寸分布的低端)仍然可能通过该结构。
经过叶片式除雾器260的流体可能仍然包括必须被除去的少数大于大约15微米的液滴以及小于大约15微米的液滴。流体然后被引导通过网状除雾器270。网状除雾器由一个或者两个筛或者垫构成。金属丝网状垫一般去除具有大约5微米及更大的尺寸的液滴，以及少数小于大约5微米的粒子。网状垫能够被设计成去除小于5微米低至大约1-2微米的粒子，但是伴有相关的压降。然而，再次参考图2，因为在“无烟”润滑剂中粒子的尺寸分布被移动，从而小于大约5微米的粒子的数目(并且因此粒子的重量百分数)很小，所以聚结更微细的润滑剂粒子的能力不是必要的。也就是说，被凝结在此“无烟”润滑剂中的粒子比非无烟润滑剂中的更少且更大，并且没有作为气雾被夹带在气体中，这使得它们更容易从气流中分离，而无需使流体通过带细丝的具有大表面面积的材料。因为润滑剂易于凝结，所以小于5微米的粒子数目被显著地减少，从而即使少数这些粒子没有在级2中被分离出来并且逃逸到下游，这些逃逸的粒子也只包含非常少量的润滑剂部分。
用于冷却的闭合系统中，凝结的润滑剂可能包括少量溶解的制冷剂。用作主油箱的分离器38的底部部分中的液体被返回至压缩机10，在压缩机10中它润滑轴承和其它的运动部件。润滑剂被过滤、冷却和返回至主压缩机。在返回循环中可以包括一泵(图1中未示出)。网状垫在去除高至99.9％的具有5微米及更大尺寸的液滴应该是有效的，并且能够捕获更小的液滴。网状垫能够由任何耐用的材料构成，而金属丝垫在几乎不要求维护的情况下具有特别长的寿命。由于此原因，在现有技术的第二顶盖34中的诸如检修孔48之类的检修孔/手孔能够被去除。网状开孔能够变化，但是网状开孔应该具有足以必要地将5微米及更大的粒子从流体中分离的网眼尺寸。为完成此分离，网眼尺寸可以是0.011”小的。当平板被用于去除夹带的液滴时，在一典型的机械分离设备中平板间隔可以从0.1”至0.5”变化。网状物和平板两者都提供凝结润滑剂液滴所需的额外表面面积。凝结的润滑剂液滴聚结并且落到油箱238中。尽管通过被设计用于去除5微米的液滴的网状除雾器270存在一定压降，然而该压降并不是那么严重以致于如同利用第三级聚结器的现有技术设备中所需的那样，需要用于从网状除雾器凝结的流体的单独油箱。所有凝结的流体由于重力流到油箱238中，并且如同现有技术中一样，可以在过滤和冷却之后被返回以润滑压缩机210。因此，如同现有技术设计所需的，过滤以及将冷却剂从第三级聚结器返回到压缩机的低压部分所需的额外的结构，在使用“无烟”润滑剂的本发明的设计中，也可以被去除。
为进一步了解液滴尺寸、气体速度和用于从气流中分离液滴的结构三者之间的内在关系，参考图4，图4表示气体速度对液滴尺寸的关系。如图4所见，当夹带的液滴变得更大和移动更慢时，它们更容易被从气流中去除。这由图4左上侧的曲线表示。反过来，如同图4右下侧的曲线所表示的，快速移动的小粒子重新夹带在气流中。位于该曲线上方的是典型的级2和级3结构的液滴去除情况。诸如叶片式除雾器260之类的平板组能够有效地去除大的液滴。第三级聚结器40可有效地去除气雾，而网状除雾器270在去除液滴方面位于它们两者中间。对于其中润滑剂产生气雾(也就是说，亚微米液滴)的系统，必须包括一诸如聚结器40之类的消除这些亚微米液滴的第三级结构。然而，当润滑剂能够形成更大的液滴同时避免形成气雾时，那么诸如网状除雾器270和叶片式除雾器260之类的结构能够被用来去除夹带的润滑剂，并且更昂贵的和要求更多维护的第三级聚结器部分40能够被去除。
使用目前可获得的制冷系统能够运行图1的螺杆式压缩机系统。第三级聚结器过滤器被去除并且被一叶片式除雾器和一网状除雾器代替，从而分离器被构造成如图3所示。然而，在此结构中制冷系统中的润滑剂被一“无烟”润滑剂替代。替代物“无烟”润滑剂可从密歇根州米德兰市CPI公司购买到。此“无烟”润滑剂已知是带有未知添加剂的基于矿物(mineral-based)的油，这种油剂被设计成用于诸如市场上买得到的FRICK#9之类的基于氨(ammonia-based)的系统。图9中提供了市场上买得到的制冷系统的一列表，其标识了制冷剂类型和润滑剂类型以及普通牌号。为比较目的，每次测试应该在同一条件下运行压缩机系统。系统的性能是以分离器的排出端口的制冷剂中的润滑剂含量为基础的，会根据所选择的润滑剂而变化。对一使用形成气雾的润滑剂的分离器，分别在安装聚结器过滤器和去除聚结器过滤器的情况下进行测试。在安装聚结器过滤器的情况下，在排出端口的制冷剂气体中测量到大约6ppm润滑剂。在去除聚结器过滤器的情况下，虽然因为流体压强没有由于经过第三级聚结器过滤器而被降低，排出压强显著更高，但是在排出端口的制冷剂气体中测量到大约1000-1500ppm润滑剂。在使用本发明的无烟润滑剂并且采用如图3所示构造的分离器(也就是说，没有第三级)的情况下，在排出端口的制冷剂气体中允许最多10ppm的润滑剂，从而重现了带有第三级的传统润滑剂的性能。该值与安装第三级聚结器的情况下测得的6ppm统计学上差异不大。在诸如上述天然气压缩中所使用的开路系统中，排出端口处最大10ppm被认为是一可接受的润滑剂量，但是更一般优选是6ppm。开路中这一容许量不同于诸如冷却器之类的闭环系统，闭环系统中排出端口处可接受的润滑剂量是500ppm，优选是300ppm。如前面讨论的，因为考虑到蒸发器效率，所以人们期望将排出端口处的润滑剂量减至最小。然而，在此开环系统中，压降显著小于安装聚结器过滤器的情况。在此结构中气体的排出压强应该类似于去除第三级的情况下夹带着气雾的气体的排出压强。因此使用无烟润滑剂的压缩机系统中的、具有一叶片式除雾器和一网状除雾器但没有聚结器过滤器的分离器，与具有聚结器过滤器、使用传统润滑剂的分离器相比，应该在润滑剂分离方面显示出相当的性能，并且在压强方面(由于没有压强下降)显示出更好的性能。没有聚结器过滤器、使用无烟润滑剂的压缩机系统因此展示出更高的效率，而润滑剂夹带情况大致相同。
示例2图5中描述了被设计成使用“无烟”润滑剂的本发明第二实施例。除了用于凝结的流体的油箱在分离器外部以外，此设计类似于图3中描述的设计。本发明的现有螺杆式压缩机402的一部分的示意图示出了压缩机410、可以与压缩机410一体的马达420、以及分离器430，分离器430去除了现有技术实施中使用的第三级聚结器部分40。夹带着润滑剂的压缩气体离开压缩机排出端口412并且由管道422运送到分离器430中。分离器430是一水平分离器，并且包括第一顶盖432、第二顶盖434、以及排出端口436。分离器内是一叶片式除雾器460和一网状除雾器470。与现有技术设计中一样，通过管道422进入分离器并高速行进的压缩流体离开所述管道。因为流体一离开管道就膨胀，所以该流体速度下降。同样与现有技术设计中一样，此高压流体然后撞击一障碍物(此处为第一顶盖432)，并且发生如图所示的方向变化。
由于与第一顶盖432接触而被凝结的一部分夹带的润滑剂分离并且流入分离器438的底部部分，然后进入一外部油箱439中。如图5所示，油箱439位于分离器430下面。在此设计中，尽管不必要，然而分离器430的底部可以包括一朝向管道441的微小的斜坡。管道441连接外部油箱439和分离器430，并且该斜坡促使凝结的流体通过重力从分离器430移动至外部油箱439。在管道441中可以包括一止回阀以防止润滑剂从外部油箱439回流至分离器430。或者，外部油箱可以靠近分离器或者位于其上，并且当分离器439内润滑剂水平达到一预定水平(比如通过激活一浮阀(float valve))时，凝结的润滑剂能够诸如通过泵送或者重力引流被循环回油箱。与图3的实施例一样，在使用“无烟”润滑剂的情况下，没有形成气雾。
润滑剂从油箱439被返回至压缩机410，在压缩机410中它润滑轴承和其它的运动部件。润滑剂被过滤、冷却和返回至主压缩机。外部油箱的利处在于分离器能够被制造得更小。当用于安装分离器的空间受到限制时，这是一个优点，但是需要用于安装位于远处的外部油箱的空间。当然，多制造一个独立结构必然需要额外的制造和原材料成本。当安装空间十分宝贵时(比如在海军应用中)，这些费用不是重要的因素。
示例3图6中描述了被设计成使用“无烟”润滑剂的本发明第三实施例。除了如下方面外高速行进的压缩流体在离开管道522之后一进入分离器530就通过位于分离器530内紧邻管道出口的一离心式分离器533，此设计类似于图3中描述的设计。本发明的现有螺杆式压缩机502的一部分的示意图示出了压缩机510、可以与压缩机510一体的马达520、以及分离器530，分离器530去除了现有技术实施中使用的第三级聚结器部分40。包含制冷剂和夹带的润滑剂的压缩流体离开压缩机排出端口512并且由管道522运送到分离器530中。分离器530是一水平分离器，其包括第一顶盖532、第二顶盖534、以及排出端口536。与现有技术设计中一样，通过管道522进入分离器并高速行进的压缩流体离开管道。因为流体一离开管道就膨胀，所以该流体速度下降。同样与现有技术设计中一样，此高压流体然后撞击一障碍物(此处为第一顶盖532)，发生方向变化，并且如图所示，立即被引导到离心式分离器533中。离心式分离器533由一系列围绕分离器530的中心线径向安装的固定的、弓形叶片构成，该中心线从第一顶盖532延伸至第二顶盖534。一些进入离心式分离器的流体凝结在叶片上并且由于重力滴落至油箱538。尽管图6描绘了一内部油箱，然而本领域的技术人员应该知道，诸如示例2中描述的外部油箱也在此实施例的考虑中。
当流体经过离心式分离器的弓形叶片时，弓形叶片使流体产生旋转。离心式分离器533对经过它的流体产生惯性效应。流体流的速度基本上恒定，并且离心力将使得具有较大动量(也就是说，较大尺寸)的流体从流体流中被去除，并且从而被分离。离心式分离器改变流体流中液滴的方向，但是离开这种分离器的流体流并不会遭受较大的速度损失。此外，漩涡或者旋转可以设计成使得离开离心式分离器533的流体撞击在分离器530的壁上。这将使得额外的液滴凝结并且由于重力落入油箱538。根据离心式分离器在从流体流中去除润滑剂液滴方面的有效性，可能能够从分离器530中去除叶片式除雾器560。为了分离尺寸上低至大约5微米的液滴，网状除雾器570被保留作为分离器530的一组件。然而，去除叶片式除雾器能够使分离器530的尺寸的进一步减小。在此实施例中，润滑剂返回至压缩机510和制冷剂气体通过排出端口流至压缩系统的其它部分这两点保持不变。
示例4图7中示出了被设计成使用“无烟”润滑剂的本发明的另一变形。除了如下方面外运送高速行进的压缩流体的管道622进入分离器630，但是向下延伸到一预选高度的润滑剂池中，管道622的出口在润滑剂池表面以下延伸一预选的距离，此设计类似于图2中描述的设计。一离开管道622，流体就进入分离器630内的润滑剂池635中。尽管从管道622离开时流体速度被减慢，然而流体仍然具有足够的速度。当流体进入并经过润滑剂池时，流体形成额外的液滴，但是因为润滑剂的凝结特性，所以这些液滴足够大以致于在分离器内的后一级中能够容易地从流体流中被去除。当流体流中的任何气雾离开分离器630内的管道时都接触润滑剂池中的润滑剂流体，气雾凝结成更大的液滴或者凝结到润滑剂池中，由此实现了本实施例的优点。此外，此示意图示出了系统的现有螺杆式压缩机602的一部分，图示了压缩机610、可以与压缩机610一体的马达620、以及分离器630。分离器630包括叶片式除雾器660和网状除雾器670，以当流体流通过分离器630流至排出端口636时去除流体流中夹带的液滴。和其它的实施例中的一样，凝结的润滑剂由于重力流至用作油箱的分离器638底部，润滑剂可以从分离器638底部被循环返回以润滑压缩机的运动部件。
示例5图8中描述了被设计成使用“无烟”润滑剂的本发明的第五实施例。分离器730与图3中描述的分离器230在结构和操作上基本上一致。螺杆式压缩机系统702的实施例的一部分包括压缩机710、可以与压缩机710一体的马达720、以及分离器730。现有技术实施中使用的分离器的第三级聚结器部分40已经被去除。在本实施例中可离子化的压缩气体和夹带的润滑剂离开压缩机排出端口712并且由管道722运送到分离器730中。一般，润滑剂及其添加剂是容易离子化的。分离器730是一水平分离器，其包括第一顶盖732、第二顶盖734、以及排出端口736。分离器内是一可选的叶片式除雾器760和一网状除雾器770。与现有技术设计中一样，通过管道722进入分离器并高速行进的夹带着润滑剂的压缩气体离开所述管道。因为流体一离开管道就膨胀，所以其速度下降。同样与现有技术设计中一样，此高压流体然后撞击一障碍物(此处为第一顶盖732)，并且发生如图所示的方向变化。由于与第一顶盖732接触而被凝结的一部分夹带的润滑剂分离到分离器738的底部部分。尽管液滴被夹带在剩余润滑剂流中，然而在使用“无烟润滑剂”的情况下不会形成气雾。分离器730在第二级中包括一可选的叶片式除雾器760和一网状除雾器770。在此实施例中，在第二级内(此处，在可选的叶片式除雾器760和网状除雾器770之间)建立了一电势。经过叶片式除雾器760的润滑剂液滴被正向带电或者负向带电，而压缩气体不受到电场影响。当网状除雾器实现其在凝结液滴方面的功能时，带电的润滑剂液滴被反向带电的网状除雾器吸引，从而进一步提高从气流中去除夹带的液滴的效果。
尽管叶片式除雾器760和网状除雾器770都是用于施加电势的方便的现有结构，但是本实施例并不限于在这两种结构之间施加电势。所要阐明的概念是使分离器中的可离子化的润滑剂液滴带电，并且利用一反向带电的结构在流体流通过排出端口736离开分离器之前从流体流中去除液滴。因此，任何其它的能够有效离子化液滴的结构都可以使用。这些可以是单独添加的结构，或者也可以是现有结构。例如，在来自管道722的流体流的出口点和网状除雾器770下游的添加的结构(未示出)之间、在网状除雾器770和排出端口736之间的电势，可以被用来使级1或2中没有分离的液滴带电并将其分离。优选在叶片式除雾器和网状除雾器之间或者在网状除雾器和排出端口之间施加电势，以便流体流中剩余的小液滴能够带电并被去除。所建立的电势必须足以使大量快速移动地液滴带电。对于一标准螺杆式压缩机，需要至少500伏的电势，优选大约1000伏的电势。同时必须注意避免伤害人员和消除意外事故的可能性。因此，建立电势的结构必须被非常仔细地与分离器的其它部分电隔离。并且，必须避免电弧，所以优选使用无电弧(non-arc)电子元件。
示例6图10示出了被设计为与无烟润滑剂一起使用的竖直分离器布置。分离器1030是一柱形管体，其轴位于基本竖直的位置。来自压缩机(未示出)的夹带着润滑剂的压缩气体通过管道1032进入柱形管体。管道1032设置成基本垂直于柱形管体的轴，使得夹带着润滑剂的压缩气体一旦切向进入柱形管体壁就产生漩涡。气体排出端口1040向下延伸到柱形管体中一收集结构1050的上方，收集结构1050可以是如图所示一网状除雾器，或者是一叶片式除雾器。紧邻收集结构(该优选实施例中是一网状除雾器)的下方是一用于收集润滑剂的贮油槽1054。在贮油槽1054底部的排出管1060被连接至压缩机的入口，以将收集到的润滑剂输送回压缩机。当压缩气体和夹带的润滑剂切向进入柱形管体时，流体接触壁。流体的速度由于与壁接触而减慢，并且凝结在柱形壁上的润滑剂液滴将落入贮油槽1060。由柱形壁引起的漩涡会使得额外的液滴在其凝结到一临界尺寸时由于离心力从气流中被去除。当压缩气体和夹带的流体向下移动时，更大的粒子在达到临界尺寸时也将由于重力被分离。当压缩气体和夹带的润滑剂被向下朝着气体排出端口1040拉引时，气体和润滑剂将接触收集结构1050，收集结构设置成邻近气体排出端口1040以便气体和润滑剂能接触它，然而同时保持足够的距离以致于不妨碍气流到口1040中，这使得额外的润滑剂被凝结在收集结构1050的表面，并从该表面落到贮油槽1054中。现有技术实施中使用的分离器的第三级聚结器部分已经被去除。这种布置仅仅是用于竖直分离器以分离压缩气体和夹带的润滑剂的一种布置。收集结构1050可以设置在柱形管体内的任何位置，甚至在端口1040的入口处。收集结构可以是在漩涡气流内径向定向的叶片式除雾器或者叶片式除雾器与网状除雾器的任何组合。
以上就例如在螺杆式水冷却器中使用的螺杆式压缩机或者用于天然气压缩的螺杆式压缩机等说明了本发明的有利方面。在这些螺杆式压缩机中，无烟润滑剂可防止润滑剂烟雾化，由于该润滑剂的独特的凝结特性(这种特性可能是表面张力效应和分子吸引的结果)，所以油滴能够凝结成为更大尺寸的粒子，并且能够在不使用聚结器部分(此处被描述为分离器的第三级)的情况下被从气流中被去除，从而降低了成本，减小了分离器尺寸，不再需要维护聚结器部分，相应地不再需要提供通向聚结器部分的通路，同时不再有如前面所述的与提供该通路相关的问题。
尽管能够使用任何满足上面描述的要求的润滑剂，然而可从密歇根州米德兰市的CPI公司购买到一种适合且优选的“无烟”润滑剂。此“无烟”润滑剂已知是一种带有未知的添加剂的基于矿物的油，该油被设计成与基于氨的制冷剂一起使用，所述制冷剂市场上可购买到的有FRICK#9。然而，这些未知的添加剂能够与其它的矿物油和诸如本技术领域中被标识为YORK“C”、YORK“H”、YORK“K”等等的油之类的POE油一起使用以产生“无烟”润滑剂。另一种能够从密歇根州米德兰市的CPI公司购买到的适合的“无烟”润滑剂是一带有未知添加剂的基于多元醇酯(POE)的油，该油被设计成与制冷剂134a一起使用，所述制冷剂在市场上可购买到的有Frick#13。
除与制冷剂相容外，润滑剂的表面张力必须使得当作为流体与制冷剂一起被压缩时不会形成气雾，或者如果真的形成气雾，那么它能快速聚结以形成大于0.6微米的液滴，优选大于亚微米(1微米及更大)。在不需要降低压缩气体的速度的情况下(当压缩气体通过一微细的纤维过滤器时，压缩气体速度一般会降低)，这些液滴能够凝结在合适的表面上。此外，如果润滑剂与例如图7的示例5中所示的实施例中的制冷剂一起使用，那么润滑剂必须是可离子化的，而制冷剂必须是不可离子化的。制冷剂和气体应该是非爆炸性的和非易燃性的。
尽管已经参照优选实施例对本发明进行了描述，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改动并且可以用等同物来替代相关元件。此外，在不脱离基本范围的情况下，可以进行许多修改以使特殊的位置或者材料适应本发明教导的内容。因此，应该意识到本发明不限于作为被视为执行本发明的最佳模式而公开的具体实施例，而且本发明将包括所有落入所附权利要求书的范围内的实施例。
权利要求
1.一用于正排量型压缩机的液/气分离器，该液/气分离器包括一基本上柱形的管体，其具有一第一端部和一相对的第二端部、在两端部之间延伸的一柱形外壳、在第一位置处通向所述管体的一进入端口、以及第二位置处的一排出端口；一用于接收来自所述压缩机的流体的排出流并且将该流体引导到所述管体的进入端口的管道，其中所述流体包括夹带的润滑剂和压缩气体的混合物；一第一结构，该第一结构在所述管体内接近所述进入端口处具有一表面，用于当流体流离开进入端口时改变其方向，所述第一结构在其表面上凝结润滑剂液滴，所述凝结的液滴由于重力积聚在所述管体的底部，所述管体的底部用作贮油槽；以及在流体到达输出端口之前位于流体路径内的至少一个聚结结构，该至少一个聚结结构包括一种对于所述压缩气体和润滑剂呈惰性的材料，流体经过所述聚结结构的表面以聚结大约5微米及更大尺寸的润滑剂的剩余液滴，剩余流体是基本上没有润滑剂液滴的压缩气体，所述压缩气体进入所述管体的排出端口，所述管体特征还在于在所述至少一个聚结结构和所述排出端口之间没有纤维聚结过滤器，并且其中所述压缩气体夹带的润滑剂少于大约700ppm。
2.如权利要求1所述的液/气分离器，其中当流体流离开所述进入端口时改变流体流方向的所述管体内的第一结构是一管体壁。
3.如权利要求1所述的液/气分离器，其中所述至少一个聚结结构是包括一叶片式除雾器的多个平板，所述叶片式除雾器是流体流的方向已经改变之后的流体流动路径中的由径向定向的翼面构成的一圆周结构。
4.如权利要求3所述的液/气分离器，其中所述翼面是渐缩的，以使流经它们的流体的压降最小。
5.如权利要求3所述的液/气分离器，其中所述多个平板的邻近平板间隔开0.011-0.250”的距离。
6.如权利要求1所述的液/气分离器，其中所述叶片式除雾器从流体中去除大约99.9％的直径大于大约30微米的夹带的液滴。
7.如权利要求6所述的液/气分离器，其中所述叶片式除雾器进一步从流体中去除大约90％的直径大于大约15微米的夹带的液滴。
8.如权利要求1所述的液/气分离器，其中所述至少一个聚结结构是包括由一种对压缩气体和润滑剂呈惰性的材料构成的网状物的一网状除雾器。
9.如权利要求8所述的液/气分离器，其中所述网状除雾器从流体中去除大约99.9％的直径大于大约5微米的夹带的液滴。
10.如权利要求8所述的液/气分离器，其中所述至少一个网状除雾器还包括从由不锈钢、塑料单丝、镍基合金以及它们的组合物构成的组中选择的一种材料。
11.如权利要求1所述的液/气分离器，其中还包括一一体的用于储存流体的凝结液滴的流体储存器。
12.如权利要求1所述的液/气分离器，其中还包括一外部的用于储存流体的凝结液滴的流体储存器。
13.如权利要求1所述的液/气分离器，其中在所述第一结构和所述至少一个聚结结构之间还包括一离心式分离器，使得在流体流的流动方向变化后，将其引导到离心式分离器中，所述离心式分离器包括多个围绕离心式分离器的中心线径向安装的固定的弓形叶片，所述弓形叶片使流体液滴凝结在叶片表面上，并且使流体流产生旋转，使得更大的液滴由于所述旋转产生的离心力而从流体流中被去除。
14.如权利要求1所述的液/气分离器，其中所述至少一个聚结结构包括一离心式分离器和一网状除雾器，使得在流体流的流动方向变化后，将流体流引导到离心式分离器中并且然后引导到网状除雾器中，所述离心式分离器包括多个围绕离心式分离器的中心线径向安装的固定的弓形叶片，所述弓形叶片使一些流体液滴凝结在叶片表面上，并且使流体流产生旋转，使得更大的液滴由于所述旋转产生的离心力而从流体流中被去除。
15.如权利要求1所述的液/气分离器，其中至少所述夹带的润滑剂是可离子化的，而所述气体是不可离子化的，所述分离器还包括被连接至所述管体的一电压源，以便在所述进入端口和所述输出端口之间建立一电势，使得流体流中润滑剂的液滴被离子化，并且在流体流离开所述分离器前沉积在反向带电的结构上。
16.如权利要求15所述的液/气分离器，其中所述电势足以使0.6-40微米的尺寸范围内的大量快速移动的粒子带电。
17.如权利要求16所述的液/气分离器，其中所述电势至少为大约500伏。
18.如权利要求17所述的液/气分离器，其中所述电势为大约1000伏。
19.如权利要求15所述的液/气分离器，其中所述电压源还包括无电弧电子元件。
20.一用于螺杆式压缩机的液/气分离器，该液/气分离器包括一基本上柱形的管体，其具有一第一端部和一相对的第二端部、在两端部之间延伸的一柱形外壳、在第一位置处通向所述管体的一进入端口、以及在第二位置处的一排出端口；管体内的一润滑剂池；一管道，用于接收来自所述压缩机的流体的排出流并且将该流体流引导到润滑剂池中，所述流体包括无烟润滑剂和压缩气体的混合物，所述管道还用于将所述流体引导到所述管体的进入端口，使得流体流中的微细的润滑剂液滴形成更大的液滴，而不形成气雾；位于所述润滑剂池和所述输出端口之间的至少一个网状除雾器，该至少一个网状除雾器包括由一种对所述压缩流体呈惰性的材料构成的网状物，流体经过该网状物的表面，聚结大约5微米及更大尺寸的无烟润滑剂的剩余液滴，剩余流体是基本上没有气雾的压缩气体，所述压缩气体进入所述管体的第二端处的排出端口，压缩气体在该排出端口处被引导至一热交换器，所述管体特征还在于在所述至少一个网状除雾器和所述排出端口之间没有纤维聚结过滤器。
21.一蒸汽流体压缩系统，包括一可压缩流体，其进一步包括可压缩气体和无烟润滑剂的混合物，该无烟润滑剂特征在于其具有独特的结雾特性，该独特的结雾特性使润滑剂液滴快速凝结至大约1微米及更大的尺寸，而不形成气雾；一正排量型压缩机，该正排量型压缩机包括用于接收所述流体的一进入端口、用于压缩所述流体的一压缩机部分、用于使所述压缩气体与夹带的无烟润滑剂液滴分离的一分离器，一用于将所述压缩机部分连接至所述分离器的装置、以及用于从所述分离器排出所述压缩流体的一输出端口，其中所述分离器具有一第一级和一第二级，所述第一级促使从所述可压缩气体中去除基本上所有的具有大约70微米及更大直径的无烟润滑剂液滴，所述第二级促使从所述可压缩气体中去除基本上所有的具有大约10微米及更大直径的无烟润滑剂液滴，使得所述第二级下游通过所述输出端口排出的压缩气体夹带的具有小于大约5微米的直径的润滑剂液滴少于大约700ppm，所述分离器特征还在于没有聚结器。
22.如权利要求21所述的蒸汽流体压缩系统，其中所述第二级下游通过所述输出端口排出的压缩的制冷剂流体夹带的具有小于大约5微米的直径的润滑剂液滴少于大约50ppm。
23.如权利要求22所述的蒸汽流体压缩系统，其中所述分离器的第一级进一步包括一壁，而用于将所述压缩机部分连接至所述分离器的装置是一管道，其中所述管道将流体引导到所述壁上以便改变流体流动的方向。
24.如权利要求22所述的蒸汽流体压缩系统，其中所述分离器的第二级进一步包括一叶片式除雾器。
25.如权利要求22所述的蒸汽流体压缩系统，其中所述分离器的第二级进一步包括一网状除雾器。
26.如权利要求23所述的蒸汽流体压缩系统，其中所述正排量型压缩机的压缩机部分是一螺杆式压缩机。
27.如权利要求23所述的蒸汽流体压缩系统，其中所述正排量型压缩机的压缩机部分是一涡旋式压缩机。
28.如权利要求23所述的蒸汽流体压缩系统，其中所述正排量型压缩机的压缩机部分是一往复式压缩机。
29.一螺杆式压缩机，其包括一用于接收流体的入口，所述流体进一步包括处于低压的可压缩气体和无烟润滑剂；安装在一机箱内的一可旋转轴上的至少一个柱形转子，该至少一个转子在其圆周上具有多个螺纹和凹槽，所述至少一个转子的凹槽与至少一个第二转子啮合以将所述凹槽中的流体压缩至高压；用于排出所述压缩的高压流体的一出口；用于将所述至少一个柱形转子的轴支撑在所述机箱的端壁上的轴承，和用于支撑所述至少一个第二转子旋转的轴承；一液/气分离器，该分离器进一步包括一基本上柱形的管体，其具有一第一端部和一相对的第二端部、在两端部之间延伸的一柱形外壳、一进入端口以及第二端处的一排出端口，其中所述进入端口在第一端处通向所述管体、；一第一结构，该第一结构在所述管体内接近所述进入端口处具有一表面，用于当高压流体离开所述进入端口时改变其方向，该第一结构在其表面上凝结润滑剂液滴，所述凝结的液滴由于重力积聚在所述管体的底部，所述管体的底部用作贮油槽，用于储存所述积聚的润滑剂；一叶片式除雾器，其位于所述第一结构和所述输出端口之间，所述叶片式除雾器包含多个平板，流体经过所述平板表面以在平板表面进一步凝结无烟润滑剂的液滴；至少一个网状除雾器，其位于所述叶片式除雾器和所述输出端口之间，所述至少一个网状除雾器包括由一种对于压缩机流体呈惰性的材料构成的网状物，流体经过所述网状物的表面，聚结5微米及更大的尺寸的无烟润滑剂的剩余液滴，剩余流体是基本上没有润滑剂液滴的可压缩的气体，该可压缩的气进入位于所述管体的第二端的所述排出端口，以流向下游的一结构，所述管体特征还在于在所述至少一个网状除雾器和所述排出端口之间没有纤维聚结过滤器；将出口连接至所述进入端口以将压缩的高温流体传输至所述液/油分离器的一管道；以及一用于将润滑剂从贮油槽传输至所述轴承的装置。
30.如权利要求29所述的螺杆式压缩机，其中所述气体是制冷剂气体。
31.如权利要求29所述的螺杆式压缩机，其中所述气体是天然气。
32.如权利要求29所述的螺杆式压缩机，其中所述安装在具有端壁的机箱内的可旋转轴上的至少一个柱形转子和所述在其圆周上具有多个螺纹和凹槽的至少一个转子，包括一对匹配的螺旋转子，一个转子是凸形转子，一个转子是凹形转子，每一个转子被安装在具有端壁的机箱内的分开的轴上，所述凸形转子具有多个凸起，并且所述凹形转子具有多个叶间容积，当所述转子旋转时，收集在所述凸起和所述叶间容积之间的流体被压缩。
33.如权利要求29的螺杆式压缩机，其中所述安装在具有端壁的机箱内的可旋转轴上的至少一个柱形转子，所述在其圆周上具有多个螺纹和凹槽的至少一个转子，包括安装在一轴上的带多个螺纹和凹槽的一螺旋转子和具有臂的至少一个门转子，所述门转子啮合所述螺旋转子的凹槽，使得收集在所述凹槽中的流体被压缩，其中所述至少一个转子的所述凹槽与至少一个第二转子啮合以压缩所述凹槽中的流体。
34.如权利要求29所述的螺杆式压缩机，其中位于所述管体的第二端的所述排出端口的下游的结构是一热交换器。
35.如权利要求29所述的螺杆式压缩机，其中位于所述管体的第二端的所述排出端口的下游的结构是一储存管体。
36.一压缩系统，其包括用于将流体从低压压缩至高压和高温的一螺杆式压缩机，该螺杆式压缩机进一步包括用于接收所述流体的一入口，所述流体进一步包括低压的可压缩气体和无烟润滑剂；安装在一具有端壁的机箱内的独立的轴上的两个柱形转子，所述转子具有在其圆周上形成大的螺纹的螺旋状延伸的凸起和凹槽，一个所述转子的凸起与另一个所述转子上的凸起相啮合，以形成一压缩穴用于压缩流体；用于排出压缩的高压流体的一出口；用于将所述转子轴支撑在机箱上的轴承；一液/气分离器，该分离器进一步包括一基本上柱形的管体，其具有一第一端部和一相对的第二端部、在两端部之间延伸的一柱形外壳、一进入端口以及第二位置处的一排出端口，其中所述进入端口在第一位置处通向所述管体；一第一结构，该第一结构在所述管体内接近所述进入端口处具有一表面，用于当高压流体离开进入端口时改变其方向，所述第一结构在其表面上凝结润滑剂液滴，所述凝结的液滴由于重力积聚在所述管体的底部，所述管体的底部用作贮油槽，用于储存所述积聚的润滑剂；至少一个网状除雾器，其位于叶片式除雾器和输出端口之间，所述至少一个网状除雾器包括由一种对压缩机流体呈惰性的材料构成的网状物，流体经过所述网状物的表面，聚结5微米及更大的尺寸的无烟润滑剂的剩余液滴，剩余流体是基本上没有润滑剂液滴的可压缩气体，所述可压缩气体进入位于所述管体的第二端的所述排出端口，压缩气体在排出端口处被引导至一热交换器，所述管体特征还在于在所述至少一个网状除雾器和所述排出端口之间没有纤维聚结过滤器；所述管体具有一用于将出口连接至进入端口以将压缩的高温流体传输至所述液/油分离器的管道；以及一用于将润滑剂从所述贮油槽传送至所述轴承的装置；一冷凝器，该冷凝器包括用于将来自高温、高压流体的热传导至一第一空间并且将该流体冷凝成一较低温度、高压的液体的装置；一用于将流体从所述压缩机传送至冷凝器的管道；一用于接收所述高压液体并且将高压液体转换成一低压液体的膨胀阀；一用于将所述液体从所述冷凝器传送至所述膨胀阀的管道；一蒸发器，该蒸发器包括用于将来自一第二空间的热传导到所述液体中，以将该液体蒸发成一低温、低压的可压缩流体；一用于将所述液体从所述膨胀阀传送至所述蒸发器的管道；一用于将所述流体从所述蒸发器传送至所述压缩机的管道；并且其中所述压缩机系统特征在于基本上没有润滑剂液滴的压缩气体进入位于所述基本上柱形的管体的第二端的排出端口，所述压缩气体夹带的润滑剂不超过大约500ppm，此后所述气体被向下游引导，使得在所述蒸发器中基本上没有润滑剂。
37.一压缩系统，其包括用于将流体从低压压缩至高压和高温的一螺杆式压缩机，该螺杆式压缩机进一步包括一用于接收流体的入口，该流体包括低压的可压缩气体和无烟润滑剂；安装在一具有端壁的机箱内的独立的轴上的两个柱形转子，所述转子具有在其圆周上形成大的螺纹的螺旋状延伸的凸起和凹槽，一个所述转子的凸起与另一个所述转子上的凸起相啮合以形成一压缩穴，用于压缩流体；一用于排出压缩的高压流体的出口；将转子轴支撑在所述机箱的端壁上的轴承；以及一液/气分离器，该分离器进一步包括一基本上柱形的管体，其具有一第一端部和一相对的第二端部、在两端部之间延伸的一柱形外壳、一进入端口以及第二位置处的一排出端口，其中所述进入端口在第一位置处通向所述管体；一第一结构，该第一结构在所述管体内接近所述进入端口处具有一表面，用于当高压流体离开进入端口时改变其方向，该第一结构在其表面上凝结润滑剂液滴，所述凝结的液滴由于重力积聚在所述管体的底部，所述管体的底部用作贮油槽，用于储存所述积聚的润滑剂；至少一个网状除雾器，其位于叶片式除雾器和输出端口之间，所述至少一个网状除雾器包括由一种对压缩机流体呈惰性的材料构成的网状物，流体经过所述网状物的表面，聚结5微米及更大的尺寸的无烟润滑剂的剩余液滴，剩余流体是基本上没有润滑剂液滴的可压缩气体，所述可压缩气体进入位于所述管体的第二端的排出端口，压缩气体在所述排出端口处被引导至一热交换器，所述管体特征还在于在所述至少一个网状除雾器和所述排出端口之间没有纤维聚结过滤器；所述管体具有一用于将出口连接至进入端口以将压缩的高温流体传输至所述液/油分离器的管道；以及用于将润滑剂从所述贮油槽传送至所述轴承的装置；一用于将流体从所述压缩机传送至一储存设备的管道；并且其中所述压缩机系统特征在于基本上没有润滑剂液滴的压缩气体经过位于所述基本上柱形的管体的第二端的所述排出端口，所述压缩气体夹带的润滑剂不超过大约10ppm，此后所述气体被向下游引导，使得在所述蒸发器中基本上没有润滑剂。
38.如权利要求32所述的压缩系统，其中其进一步包括位于所述第一结构和所述至少一个网状除雾器之间的一叶片式除雾器，该叶片式除雾器包括多个平板，流体经过所述平板表面以在平板表面上凝结无烟润滑剂。
全文摘要
压缩系统包括马达驱动的压缩机、可选集油罐、液/气分离器、冷凝器和蒸发器形式的热交换器、膨胀阀、以及连接组件的管路形式的管道。液/气分离装置是润滑剂分离器，一般是与气体压缩机结合使用的柱形水平或竖直管体。润滑剂分离器接收压缩机的排出流，排出流包括形成流体流的粒子尺寸范围内的“无烟”润滑剂和制冷剂气体的混合物，分离器还从润滑剂中分离制冷剂气体并收集润滑剂以在压缩机中再利用。润滑系统中使用的润滑剂快速凝结成更大尺寸的液滴且不产生气雾，因此分离器无需聚结器元件来聚结气雾，且不需要维护聚结器元件所需的检修孔。聚结器元件被更可靠耐用的网状垫代替以凝结更大尺寸的液滴。与分离器相关的整体尺寸和空间要求都被降低。
文档编号B01D50/00GK1717273SQ200380104190
公开日2006年1月4日 申请日期2003年10月1日 优先权日2002年10月3日
发明者托马斯·巴勒特, 威廉·麦奎德 申请人:约克国际公司