专利名称：多级无油式气体压缩机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有中间冷却装置的多级无油式气体压缩机。
背景技术：
具有许多可以用来压缩气体的技术，每种技术在总压力升高、可以得到的容积流量速率及处理工作的效率方面具有它的优点。
旋转动态(rotodynamic)压缩机包括轴流式压缩机和离心式压缩机，这种旋转动态压缩机借助使用高速转子可以实现气体压缩，从而提高气体的动量，该动量被转换成压头。当大容积流量需要具有相对较小的进入压力时，这种机器是理想的。为了提高出口压力，在相对于其它方法保持可接受的效率时，需要更大的旋转速度，这变得难以实现。这些机器通常是无油机器，因为工作元件不与油润滑剂相接触。重要的是，这些处理需要纯空气，如与化学和食品相关的工业中，任何油污物可以影响主要处理。
另一种公知的压缩机型式是容积式螺杆压缩机，这种压缩机借助驱动它通过位于两个相反旋转的螺杆外形之间的、连续减少的容积来压缩气体体积。螺杆元件的外形确定压缩阶段的固定内部压力比。但是，在这种装置中，还具有在排出口周围所产生的气体外部压缩的成分，该排出口使机器明显地提高了压缩比。
为了帮助密封该系统，润滑接触表面及从压缩过程中带走热量，因此螺杆啮合通过油或者水来进行润滑，在该过程中，这种最后的液体之后得到重新利用。
为了有效地从空气中除去任何油，因此需要大量投资和维护过滤系统。水润滑的螺杆式压缩机的主要优点是，通常不认为水是污染物，水容易除去并且有利于环保。
水润滑的压缩机在这里用来指水喷射的压缩机和水溢出的压缩机。这两种压缩机之间的区别是，在水润滑的压缩机中，水分开地从处理气体中加入到压缩机中，而在水溢出的压缩机中，水与处理气体相混合地加入到压缩机中。水喷射可以产生接近等温压缩气体，从而产生了高效压缩阶段。为此，大多数的水润的滑压缩机具有闭合水环路，该环路包括相反的渗透作用和过滤作用以调节水，从而同时连续地润滑和冷却压缩元件和压缩过的气体流。
一些年以来，人们知道使两个基本上不同的压缩机系统结合起来以使结合装置的性能最佳化，例如这些描述在专利GB2034818中，尽管那时的技术围绕着较大的离心式压缩机，以产生高达50000m3/h的压缩气体。在气体进入后一级或者离开该系统之前，传统的中间冷却器和后冷却器装置用来减少低压气体的温度。典型地，这些采用了壳和管式热交换器的形状，在热交换器中，外部供给水通过管部分并且带走压缩热量。除非它们基本上是特大型的，传统热交换器在该系统中都具有压力降，因此它们能防止浪费。因此它们具有效率较差的源，并且是机器总体费用的主要因素。
在这两种情况下，为了得到更高的压力，加入了更多的压缩级，典型地具有两个压缩级。在螺杆式压缩机的情况下，由于螺杆外形的性质和复杂性，借助能够确保泄漏较小并且压缩效率较大的、可得到的机加工精确度来限制压缩机的尺寸大小。这就使得螺杆式压缩机更不适合高容积流量。相反，对于离心式机器而言，大容积流量和尺寸大小是优选的。在容积较小时产生了困难，在那种情况下，需要机器更小，而该机器以增大的更高旋转速度进行运转，以确保足够的动量交换。这具有与平衡和承受有关的问题，因为平衡精确度需要提高，并且速度超过传统承受能力。
发明内容
根据本发明，提供了一种多级压缩机，该压缩机包括变速电动旋转动态压缩机第一级；水润滑螺杆式压缩机第二级，它在旋转动态压缩机级的下游处与旋转动态压缩机级相串联；及中间冷却器，它布置在这两级之间，从而减少了进入到螺杆式压缩机级中的气体的温度，其中中间冷却器是水喷射中间冷却器，它与水润滑的螺杆式压缩机级共用共同的水源，排出气体和来自中间冷却器的水直接流入到螺杆级中。
本发明把每种无油压缩机结构的优点结合到一个装置中，从而利用了高速电动转子动态压缩机第一级和螺杆式压缩机元件第二级的潜在紧凑性，这些在以前被公开了。高速旋转动态级可以以相对紧凑的布置来提供较高的容积流量，因此使它适合于入口级，而螺杆级具有调节可变入口条件的能力，其中它保持可以实现恒定的压力输送。在类似的两级螺杆式机器中，入口级较大，体积大并且用高速旋转动态装置来取代，可以提供费用和性能的优点。
本发明提出使用水来冷却直接通过喷射冷却器系统的气体。在这种情况下，水通过喷射喷嘴喷射到从第一离心级压缩机中出来的气流中。借助使用这种方法，通过很小的压力降就可以得到较高的热交换率，因为气体与水紧紧地接触。在中间冷却级中没有板子和管子，因此从该过程的这部分中除去了任何热阻。它还减少了费用、复杂性和尺寸大小。
这种布置的主要意义在于，后面的螺杆级可以接受气体/水混合物，而该混合物可以导致进一步提高压缩效率。借助采用这种方法，一部分水在入口处可以有效地加入到螺杆中。尽管在水溢出的螺杆式压缩机中，以这种方式加入全部水，在本发明的优选实施例中，该部分水大约为一半，在螺杆内的压缩过程中，在一些中间位置上喷射其余的水。这是优选的，因为它具有这样的效果在需要它时而不是在一个位置的所有时候加入液体。
借助仔细地调节水流速度和喷射的水滴尺寸大小，水接受压缩热量。
在优选实施例中，本发明提出与传统固定速度水润滑的螺杆压缩级(但是可变速度第二级也是可以接受的)相结合地使用可变速度的高速离心级。
水润滑的螺杆式压缩机需要水过滤和净化处理来确保沉积物和微粒不会形成在机器中。借助改变压缩气体中的湿度大小来提高或者减小闭合环路水位。因此，绝大多数的传统压缩机具有添加和排出系统，该系统可以连续地调节机器中的水。因此，喷射中间冷却级与这种需要是一致的，并且该系统容易延伸到调节这种额外特征。
在水润滑的螺杆级中具有水，可以不需要后冷却器。从螺杆级中出来的气体名义上为50度，简单的离心式分离器和制冷干燥器确保所有水可以再利用，并且所输送的气体没有污染物并且尤其没有油。
现在，借助例子，参照附图来进一步描述本发明，该附图示意性地示出了本发明的两级压缩机。
具体实施例方式
在唯一的附图中，气体沿着它们进行流动的一些导管用双线来表示，而用标号24所表示的、输送水的管子被示成一根线。
要压缩的气体在22处进入到电驱动的离心式压缩机10中。一旦受到离心式压缩机10的压缩，那么热气体流过水喷射中间冷却器12。
水喷射中间冷却器12实际上是一个罐，该罐使气体慢下来。同时，通过喷嘴或者喷射器20以高压把水喷射到罐中。这些使得水雾化成细雾，该细雾使现在慢下来的运动气体冷却，其中运动气体慢下来从而给水以更多的时间来从气体中吸收热量。调节中间冷却器内的水流速度和喷束的小滴尺寸大小，以确保气体的压缩热量为冷却水所接受。这种冷却方法可以避免使用热交换器，而这些热交换器的体积较大、价格贵、产生压力降并且由于使用薄金属片而易于损坏，由于结垢的聚积和其它化学物的沉积而容易堵塞。
在下一个处理阶段中，冷却器高压气体进入水润滑的螺杆式压缩机的入口，在那里，它被进一步压缩。螺杆式压缩机如这种具有两个反向旋转的、相互啮合的螺杆形成。当它们转动时，收集在它们之间的气体被迫沿着螺杆的长度向下，沿着螺杆气体被推动得越远，那么压缩就越大。如果如图所示那样水润滑的压缩机14具有水喷射型，那么当压缩过程加热气体时，在沿着螺杆的一些中间位置上在压力作用下从调节装置18中喷射水，从而冷却气体。如果使用水溢出的螺杆式压缩机，那么所有水随着处理气体一起进入，而不需要从调节装置18通到压缩机14中的管子。
在需要使用这种压缩机的许多设备中，重要的是，水应该没有能促进细菌生长的杂质如无机物和任何颗粒。
在所示出的本发明实施例中，直接与气流相互作用的水保持在闭合环路内，该闭合环路由位于螺杆式压缩机14之前和之后的水管24和空气线路及分离器16形成。尤其地，在从螺杆式压缩机14中排出时，气体通过分离器16，从而从气体中分离出大部分的水以进行再循环。借助热交换器26来冷却分离出的水，从而从它那里取出在中间冷却和压缩过程期间从气体中所吸收的热量，并且在它再循环到中间冷却器12中并且在需要时再循环到螺杆式压缩机14之前，它通过调节装置18。借助传统的外部水或者冷却剂循环系统可以实现这个闭合环路内的水的冷却，这些循环系统包括送风冷却器、冷却塔或者甚至通过热交换器26的河水。
所示出的系统把水从相同的水源18供给到中间冷却器喷射喷嘴20和螺杆式压缩机14的工作元件中。用来驱动水并使之从水喷射中间冷却器喷嘴20出来进入到螺杆式压缩机中的压力由螺杆式压缩机14出口处的气体压力来提供。
权利要求
1.一种多级压缩机，该压缩机包括可变速度电动旋转动态压缩机第一级(10)；水润滑的螺杆式压缩机第二级(14)，它在旋转动态压缩机级的下游处与旋转动态压缩机级相串联；及中间冷却器(12)，它布置在这两级之间，从而减少了进入到螺杆式压缩机级中的气体的温度，其特征在于，中间冷却器(12)是水喷射中间冷却器，它与水润滑的螺杆式压缩机级(14)共用共同的水源(18)，及排出气体和来自中间冷却器(12)的水直接流入到螺杆级(14)中。
2.如权利要求1所述的多级压缩机，其特征在于，第一级(10)包括高速离心式压缩机。
3.如权利要求1或者2所述的多级压缩机，其特征在于，第二级(14)是固定速度的、水喷射的螺杆式压缩机。
4.如权利要求1或者2所述的多级压缩机，其特征在于，第二级(14)是可变速度的水喷射的螺杆式压缩机。
5.如前述权利要求任一所述的多级压缩机，它还包括分离器(16)，从而从由第二压缩机级所排出的气体中除去基本上全部的水。
6.如权利要求5所述的多级压缩机，其特征在于，共用的水源(18)从分离器(16)中得到水，并且包括调节装置。
7.如权利要求6所述的多级压缩机，其特征在于，热交换器(26)设置来冷却从分离器(16)返回到共用水源(18)中的水。
8.如前述权利要求任一所述的多级压缩机，其特征在于，调节中间冷却器(12)内的喷射的水流速度和水滴尺寸大小，从而确保冷却水接受气体压缩热量。
全文摘要
一种多级压缩机，该压缩机包括可变速度电动旋转动态压缩机级(10)，它在水润滑的螺杆式压缩机级(14)的上游处与水润滑的螺杆式压缩机级(14)相串联；及中间冷却器(12)，它布置在这两级压缩机之间，从而减少了进入到螺杆式压缩机级中的气体(22)的温度。在本发明中，中间冷却器是水喷射中间冷却器，该中间冷却器的水源(24)与水润滑的螺杆式压缩机(14)的共用。
文档编号F04B39/06GK1916410SQ20051009264
公开日2007年2月21日 申请日期2005年8月19日 优先权日2005年8月19日
发明者A·阿尔弗德, G·W·克罗姆, J·O·里德 申请人:科拉克集团公开公司