CH642721A5 - Method for operating a screw compressor. - Google Patents

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CH642721A5
CH642721A5 CH475479A CH475479A CH642721A5 CH 642721 A5 CH642721 A5 CH 642721A5 CH 475479 A CH475479 A CH 475479A CH 475479 A CH475479 A CH 475479A CH 642721 A5 CH642721 A5 CH 642721A5
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CH
Switzerland
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oil
compressor
viscosity
sealing
cst
Prior art date
Application number
CH475479A
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German (de)
Inventor
Arno Heinz
Knut Prof Dr Ing Kauder
Original Assignee
Gutehoffnungshuette Sterkrade
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/0007Injection of a fluid in the working chamber for sealing, cooling and lubricating

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Description

642721 642721

2 2nd

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS

1. Verfahren zum Betrieb eines Schraubenverdichters für Gase, bei dem unter Ausbildung eines Dichtspaltes sich wenigstens zwei Elemente relativ zueinander bewegen und ein im wesentlichen inkompressibles Fluid als Schmier- und Dichtmittel den Spalt dichtet, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebstemperatur in einem Bereich von 60 bis 80CC gehalten wird, dass der Hauptläufer mit einer Umfangsgeschwindigkeit (Uhl) gedreht wird, die zwischen dem 0,5- bis l,5fachen einer Bezugsumfangsgeschwindigkeit (UoPt) liegt, bei welcher die spezifische Verdichtungsleistung (a) ihr Minimum hat, dass mit einem Dichtungsmittelstrom gearbeitet wird, der ausreicht, die eingestellte Betriebstemperatur einzuhalten, und dass ein Dichtungsmittel verwendet wird, dessen Viskosität, gemessen bei 50°C, im Bereich von 0,5 und 15 cSt liegt. 1. A method of operating a screw compressor for gases, in which at least two elements move relative to one another with the formation of a sealing gap and an essentially incompressible fluid as a lubricant and sealant seals the gap, characterized in that the operating temperature is in a range from 60 to 80CC is maintained that the main rotor is rotated at a peripheral speed (Uhl) which is between 0.5 to 1.5 times a reference peripheral speed (UoPt) at which the specific compression performance (a) has its minimum that with a sealant flow working is sufficient to maintain the set operating temperature and that a sealant is used, the viscosity, measured at 50 ° C, in the range of 0.5 and 15 cSt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Hauptläufer-Bezugsumfangsgeschwindigkeit (Uopt) zwischen 30 und 45 ms-1 die Viskosität des Dichtungsmediums bei 50°C nach der Kurve gemäss Fig. 5 bestimmt wird, wobei Abweichungen von ± 20% von dem so bestimmten Wert zugelassen sind. 2. The method according to claim 1, characterized in that at a main rotor reference peripheral speed (Uopt) between 30 and 45 ms-1, the viscosity of the sealing medium is determined at 50 ° C according to the curve according to FIG. 5, deviations of ± 20% of the value determined in this way are permitted.

Der Liefergrad X l kennzeichnet die Ausnutzung des Verdrängervolumens des Verdichters durch das geförderte Gas, und ist das Verhältnis der geförderten (mf) zur theoretisch ansaugbaren Gasmasse (mth): The delivery rate X l characterizes the utilization of the displacer volume of the compressor by the pumped gas, and is the ratio of the pumped (mf) to the theoretically suckable gas mass (mth):

ÀL = ÀL =

mf mth mf mth

(3) (3)

Weitere Kenngrössen zur Beschreibung des Erfindungsge-lo genstandes sind: Further parameters for describing the subject matter of the invention are:

die kinematische Viskosität v des einzubringenden Dichtungsmediums; Dimension mVs bzw. cSt, und das Verhältnis ß des Volumenstroms des Dichtungsmediums Vöi zum Volu-15 menstrom der angesaugten Luft Van the kinematic viscosity v of the sealing medium to be introduced; Dimension mVs or cSt, and the ratio ß of the volume flow of the sealing medium Vöi to the volume flow of the intake air Van

Ansatzpunkt für die Erfindung sind die Erfordernisse, die das Dichtungsmedium im Inneren des Verdichters zu erfüllen hat. Es sind im wesentlichen: Schmierung der mechanisch bewegten Teile, Kühlung des zu verdichtenden Gases und Abdichtung des Arbeitsraumes. Soweit im folgenden von «Luft» die Rede ist, soll hierunter auch evtl. ein anderes Gas oder ein anderes kompressibles Medium verstanden werden. The starting point for the invention is the requirements that the sealing medium has to meet inside the compressor. They are essentially: lubrication of the mechanically moving parts, cooling of the gas to be compressed and sealing of the work area. As far as "air" is used in the following, this should also be understood to mean another gas or another compressible medium.

Bei einem Schraubenverdichter, beispielsweise des Typs SKF102 G der GHH Sterkrade AG, wird das Dichtungsmedium in der Nähe des Gaseinlasses eingeführt und wandert durch den Verdichter hindurch, während die Luft verdichtet wird. Das Dichtungsmedium wird mit der Luft ausgestossen, anschliessend aus dieser abgeschieden und erneut verwendet. In the case of a screw compressor, for example of the SKF102 G type from GHH Sterkrade AG, the sealing medium is introduced near the gas inlet and travels through the compressor while the air is being compressed. The sealing medium is expelled with the air, then separated from it and used again.

Um die Einflüsse der Eigenschaften des verwendeten Dichtungsmediums auf die Funktion und die Wirksamkeit des Verdichters zu überprüfen, ist erforderlich, bei einem bestimmten geforderten Volumenstrom und Druckverhältnis zwischen Lufteintritt und -austritt die spezifische Verdichtungsleistung, den Gütegrad und den Liefergrad festzustellen. In order to check the effects of the properties of the sealing medium used on the function and effectiveness of the compressor, it is necessary to determine the specific compression performance, the grade and the degree of delivery at a certain required volume flow and pressure ratio between air inlet and outlet.

Unter spezifischer Verdichtungsleistung a ist die effektive Leistung, bezogen auf den angesaugten Volumenstrom zu verstehen: Specific compression performance a is the effective performance, based on the intake volume flow:

a = a =

Van Van

(- (-

kW kW

mJmin mJmin

3T-) 3T-)

(1) (1)

Dabei werden folgende Definitionen zugrundegelegt: The following definitions are used:

effektive Leistung (Kupplungsleistung) Pe in kW Volumenstrom, angesaugt Van in m3min"' effective power (coupling power) Pe in kW volume flow, drawn in Van in m3min "'

Demnach beschreibt die Kenngrösse a das Verhältnis von aufgenommener Kupplungsleistung zum geförderten Volumenstrom, bezogen auf den Ansaugzustand. Accordingly, the parameter a describes the ratio of the clutch power consumed to the volume flow conveyed, based on the intake state.

Der Gütegrad stellt das Verhältnis von isentroper Verdichtungsleistung Ps zur aufgenommenen Kupplungsleistung P= dar: The quality grade represents the ratio of isentropic compression power Ps to the absorbed clutch power P =:

T]ge= T] ge =

(2) (2)

ß = ß =

Völ Völ

Van Van

2o Als maschinenuntypische Kennzahl des Hauptläufers wird eine dimensionslose Kenngrösse y 2o A non-machine characteristic number of the main rotor is a dimensionless parameter y

Y = Y =

Uhl Uopt Uhl Uopt

25 25th

eingeführt. Uhl ist die Umfangsgeschwindigkeit des Hauptläufers. Uopt als Bezugsumfangsgeschwindigkeit wird bei jedem Schraubenverdichter dann erreicht, wenn die spezifische Leistung a minimal ist. Die Bezugsgrösse Uopt ist für 30 jeden Verdichter verschieden und variiert mit dem Volumenstrom Vöi des Dichtungsmediums. introduced. Uhl is the peripheral speed of the main rotor. Uopt as the reference circumferential speed is achieved with every screw compressor when the specific power a is minimal. The reference variable Uopt is different for each compressor and varies with the volume flow Vöi of the sealing medium.

Bekannt ist, einen Schraubenverdichter so zu betreiben, dass unabhängig von der Antriebsdrehzahl und somit der Hauptläuferumfangsgeschwindigkeit Uhl ein Dichtungs-3s mittel-Volumenstrom Vöi mit einer bestimmten kinematischen Sollviskosität v in den Arbeitsraum eingebracht wird, wobei durch Variation von Vöi erreicht wird, dass die Kühlkapazität zur Abführung der Wärme aus dem Schraubenverdichter bei einer vorgegebenen Verdichtungsendtemperatur 40 (z.B. 80°C) der austretenden Gase ausreicht. It is known to operate a screw compressor in such a way that, regardless of the drive speed and thus the main rotor peripheral speed Uhl, a seal-3s medium volume flow Vöi with a specific kinematic target viscosity v is introduced into the working space, the cooling capacity being achieved by varying Vöi sufficient to dissipate the heat from the screw compressor at a given compression temperature 40 (eg 80 ° C) of the escaping gases.

Gemäss den Spezifikationen verschiedener Hersteller von Schraubenverdichtern werden Dichtungsmedien gewählt, die eine relativ hohe kinematische Viskosität haben, wobei davon ausgegangen wurde, dass relativ zähes Öl einegünsti-4s gere Dichtwirkung besitzt. Es werden daher für den Betrieb von Schraubenverdichtern Mindestviskositäten zur Erfüllung der Abdichtaufgaben vorgeschrieben. Als Beispiel seien die Vorschriften verschiedener Hersteller zitiert: According to the specifications of various manufacturers of screw compressors, sealing media are chosen that have a relatively high kinematic viscosity, whereby it was assumed that relatively viscous oil has a cheaper sealing effect. For the operation of screw compressors, minimum viscosities are therefore required to fulfill the sealing tasks. The regulations of various manufacturers are cited as an example:

so 1. BAUER Schraubenkompressor-Anlagen ER 20 - ER 75: Für Luftverdichter werden alterungsbeständige, wasserabweisende, nicht schäumende, vor Korrosion schützende Öle mit folgenden Daten empfohlen: 1. BAUER screw compressor systems ER 20 - ER 75: For air compressors, aging-resistant, water-repellent, non-foaming, anti-corrosion oils with the following data are recommended:

55 Grundöle Viskosität bei 50° Flammpunkt o.T. so Stockpunkt 55 base oils viscosity at 50 ° flash point o.T. so pour point

Solventraffinat ca. 19,5 bis 25 cSt über 200°C Solvent raffinate approx. 19.5 to 25 cSt above 200 ° C

mindestens 5° unter niedrigster Umgebungstemperatur. at least 5 ° below the lowest ambient temperature.

2. IRMER + ELZE Schraubenkompressoren S 501 — «s SLS: Das zur Verwendung kommende Öl soll eine Viskosität von 29 bis 33,5 cSt (4-4,5° E) bei 50°C haben sowie alters-und emulsionsbeständig sein und nur normale Korrosions-, Oxidations- und Schaumverhinderungssubstanzen enthalten. 2. IRMER + ELZE screw compressors S 501 - «s SLS: The oil used should have a viscosity of 29 to 33.5 cSt (4-4.5 ° E) at 50 ° C as well as being age and emulsion resistant and only contain normal corrosion, oxidation and anti-foaming agents.

3. Mahle Schraubenkompressor BA 231-1 : 3.Mahl screw compressor BA 231-1:

Es werden empfohlen besonders alterungsbeständige, wasserabweisende, nicht schäumende, vor Korrosion schützende Öle mit folgenden Daten: We recommend particularly age-resistant, water-repellent, non-foaming, anti-corrosion oils with the following data:

Grundöl = Solventraffinat Viskosität bei 50°C = ca. 19,5 bis 25 cSt Flammpunkt o.T. = über 200°C Base oil = solvent raffinate Viscosity at 50 ° C = approx. 19.5 to 25 cSt Flash point o.T. = over 200 ° C

Stockpunkt = mindestens 5°C unter niedrigster Umgebungstemperatur. Pour point = at least 5 ° C below the lowest ambient temperature.

4. ATLAS COPCO: 4. ATLAS COPCO:

Zur Kompressorschmierung wird die Verwendung eines hochqualitativen Hydrauliköles mit Rostschutz-, Anti-schaum- und Antioxidationszusätzen mit folgender Viskosität empfohlen: For compressor lubrication, the use of a high quality hydraulic oil with anti-rust, anti-foam and anti-oxidation additives with the following viscosity is recommended:

1. Umgebungstemperatur ständig über -10°C 1. Ambient temperature constantly above -10 ° C

3° E bei 50°C (104 Sayboltsekunden), was etwa SAE 10 oder SAE10 W entspricht. 3 ° E at 50 ° C (104 saybolt seconds), which corresponds to approximately SAE 10 or SAE10 W.

2. Umgebungstemperatur unter 0°C 2. Ambient temperature below 0 ° C

2° E bei 50°C (66 Sayboltsekunden), was etwa SAE 5 entspricht. 2 ° E at 50 ° C (66 saybolt seconds), which corresponds to approximately SAE 5.

Umgerechnet auf cSt entsprechen die Messangaben sich wie folgt: Converted to cSt, the measurement data correspond as follows:

3° E bzw. 104 Sayboltsekunden entsprechen etwa 20 cSt ± 5 cSt. 3 ° E or 104 saybolt seconds correspond to approximately 20 cSt ± 5 cSt.

2° E bzw. 66 Sayboltsekunden entsprechen etwa lOcSt ± 2 cSt. 2 ° E or 66 Saybolt seconds correspond to approximately 10CSt ± 2CSt.

Der letzte Wert ist aber nur bei ausgeprochenem Winterbetrieb zu wählen, so dass bei üblichen Bedingungen, wie in Mitteleuropa vorherrschend, die höheren Mediumsvikosi-täten zu wählen sind. However, the last value should only be selected if winter operation is pronounced, so that under normal conditions, such as prevailing in Central Europe, the higher medium viscosity should be selected.

Verdichter, die mit den genannten Dichtungsmitteln betrieben werden, arbeiten grundsätzlich zufriedenstellend. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei Verwendung der genannten Ölviskositäten die spezifische Leistung a relativ hoch liegt, also ungünstig ist. Weiterhin zeigen die relativ hochviskosen Öle lange Abscheidezeiten, benötigen also grossvolumige Abscheider. Gerade der Abscheider aber bestimmt wesentlich die Grösse und die Anschaffungskosten des Verdichters insgesamt. Compressors that are operated with the sealants mentioned generally work satisfactorily. However, it has been shown that when the oil viscosities mentioned are used, the specific output a is relatively high, ie is unfavorable. Furthermore, the relatively highly viscous oils have long separation times and therefore require large-volume separators. The separator, in particular, essentially determines the size and the initial cost of the compressor.

Als nachteilig für den Betrieb eines Schraubenverdichters gemäss den Vorschriften des Standes der Technik muss daher angesehen werden, dass die Ölauswahl lediglich unter dem Gesichtspunkt der Dichtungsaufgaben getroffen wird. Dies ist offensichtlich darauf zurückzuführen, dass der Liefergrad Xl als Hauptkenngrösse bei gegebenen Verdichtungskonstruktionen betrachtet wurde. Der Liefergrad stellt jedoch nur ein Massenverhältnis dar und kann daher keine Aussage über die Energiewandlung und den Energieverbrauch des Verdichters wiedergeben. Die Wahl des Liefergrades als Hauptkenngrösse verstellt daher den Blick dafür, dass andere Betriebskenngrössen die Optimierung des Verfahrens wesentlich besser definieren lassen. It must therefore be considered disadvantageous for the operation of a screw compressor in accordance with the regulations of the prior art that the oil selection is only made from the point of view of the sealing tasks. This is obviously due to the fact that the degree of delivery Xl was considered the main parameter for given compression designs. However, the degree of delivery is only a mass ratio and therefore cannot give any information about the energy conversion and energy consumption of the compressor. The choice of the degree of delivery as the main parameter therefore obscures the view that other operating parameters allow the optimization of the process to be defined much better.

Zur Verbesserung des Standes der Technik stellt sich daher grundsätzlich die Aufgabe, bei dem Betrieb von Schraubenverdichtern den Wirkungsgrad zu steigern und unter Berücksichtigung von relativer Geschwindigkeit der zueinander bewegten Elemente Auswahlkriterien für die Dichtungsmedien anzugeben, um die Entropierzeugung im Verdichter zu minimieren. Der wesentliche Teil der Entropieerzeugung entsteht - wie Plausibilitätsbetrachtungen zeigen und Experimente bestätigen - beim Durchströmen des Dichtungsmittels In order to improve the state of the art, the basic task is to increase the efficiency when operating screw compressors and, taking into account the relative speed of the elements moving relative to one another, to specify selection criteria for the sealing media in order to minimize entropy generation in the compressor. The essential part of entropy generation arises - as plausibility studies show and experiments confirm - when flowing through the sealant

642 721 642 721

durch den Dichtspalt. Die genannte Aufgabe wird durch das erfindungsgemässe Verfahren gelöst das durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale gekennzeichnet ist. through the sealing gap. The stated object is achieved by the method according to the invention, which is characterized by the features stated in the characterizing part of patent claim 1.

Es wurde gefunden, dass in Abkehr von den bekannten Vorschriften zum Betrieb eines Schraubenverdichters grundsätzlich eine wesentlich niedrigere Viskosität bei den zum Einsatz kommenden Dichtungsmedien gewählt werden kann, dass die Energieverluste dadurch zu verringern sind und dass der Wirkungsgrad des Verdichters verbessert werden kann. Ausserdem kann durch Optimierung der Wahl des Dichtungsmittels die Baugrösse durch Verwendung kleinerer Abscheider verringert werden. It has been found that, as a departure from the known regulations for operating a screw compressor, a substantially lower viscosity can in principle be selected for the sealing media used, that the energy losses can thereby be reduced and that the efficiency of the compressor can be improved. In addition, by optimizing the choice of sealant, the size can be reduced by using smaller separators.

Dabei wird ein Verdichtungsverhältnis % zwischen 5 und 15 vorausgesetzt. A compression ratio% between 5 and 15 is assumed.

Wenn auch die angegebenen Werte für die Viskosität relativ weite Grenzen umfassen, so zeigen die angegebenen Werte schon deutlich, dass die Viskosität wesentlich unter derjenigen liegt, die bisher als wünschenswert für den Stand der Technik angesehen wurde. Es lässt sich nachweisen, dass durch die Wahl der niedrigeren Viskosität eine wesentliche Verringerung der spezifischen Leistungsabgabe erzielt werden kann. Dabei wird jeweils vorausgesetzt, dass eine konstante Verdichterendtemperatur eingehalten wird. Letztere kann beispielsweise erreicht werden, indem ein hoher Volumenstrom aus Dichtungsmedium bei hoher Einspritztemperatur bzw. ein niedriger Ölstrom bei niedriger Einspritztemperatur gewählt wird. Es lässt sich die Auswahl des Viskositätswertes weiter optimieren, wobei Erläuterungen hierzu in der Beschreibung zur Zeichnung gegeben sind. Even though the stated values for the viscosity encompass relatively wide limits, the stated values already clearly show that the viscosity is substantially below that which was previously considered desirable for the prior art. It can be demonstrated that by choosing the lower viscosity, a significant reduction in the specific power output can be achieved. It is assumed that a constant compressor end temperature is maintained. The latter can be achieved, for example, by selecting a high volume flow from the sealing medium at a high injection temperature or a low oil flow at a low injection temperature. The selection of the viscosity value can be further optimized, with explanations for this being given in the description of the drawing.

Im folgenden sind zur Erläuterung der Erfindung Zeichnungen und Beispiele angefügt. Die Figuren zeigen: In the following, drawings and examples are attached to explain the invention. The figures show:

Fig. 1 das (vereinfachte) Arbeitsschema einer Schraubenverdichteranlage mit Öleinspritzkühlung und Antrieb durch Elektromotor; 1 shows the (simplified) working diagram of a screw compressor system with oil injection cooling and drive by an electric motor;

Fig. 2 in vergrösserter Darstellung die Verhältnisse im Spaltbereich zweier realtiv zueinander bewegten Elemente in einem Schraubenverdichter; 2 shows an enlarged representation of the conditions in the gap area of two elements which are actually moved relative to one another in a screw compressor;

Fig. 3 ein Diagramm, bei dem die spezifische Leistung über der Hauptläuferumfangsgeschwindigkeit eines bestimmten Schraubenverdichters für verschiedene Viskositäten des Dichtungsmediums dargestellt ist; Fig. 3 is a graph showing the specific performance versus the main rotor peripheral speed of a particular screw compressor for different viscosities of the sealing medium;

Fig. 4 ein Diagramm, bei dem die spezifische Leistung über der Hauptläuferumfangsgeschwindigkeit dargestellt ist; Fig. 4 is a graph showing the specific power versus the main rotor peripheral speed;

Fig. 5 ein Diagramm, das die Abhängigkeit der gewählten Viskosität von der Hauptläuferumfangsgeschwindigkeit zeigt. Fig. 5 is a diagram showing the dependence of the selected viscosity on the main rotor peripheral speed.

In der Fig. 1 ist zum Verständnis der Funktion das Schema einer einstufigen Schraubenverdichteranlage mit Öleinspritzkühlung und Antrieb durch Elektromotor dargestellt. Das Zentrum der Anlage stellt der Verdichter 1 dar. Ihm wird über Ansaugfilter 3, Ansaugventil 4 (mit Beipassventil 5) ein Gas, vorzugsweise Luft, unter Atmosphärendruck zugeführt. Der Antrieb des Verdichters erfolgt über einen Elektromotor 2. In Fig. 1, the scheme of a single-stage screw compressor system with oil injection cooling and driven by an electric motor is shown to understand the function. The center of the system is represented by the compressor 1. A gas, preferably air, is fed to it via an intake filter 3, an intake valve 4 (with a bypass valve 5) under atmospheric pressure. The compressor is driven by an electric motor 2.

Ein Kühl- und Dichtungsmedium wird über den Anschluss 32 («Öleinspritzung») in den Verdichter eingedrückt. Das Dichtungsmedium wird dabei über eine Leitung 36 aus einem Ölbehälter 8, der gleichzeitig Grobabscheider ist, zugeführt. Die Leitung 36 wird dabei über die üblichen Betriebsstationen geführt, nämlich über Rückschlagventil 24, Schmutzfänger 25, Ölkühler 26, Ölfilter 28 sowie Drosselventil 30 und Rückschlagventil 31. A cooling and sealing medium is pressed into the compressor via connection 32 («oil injection»). The sealing medium is supplied via a line 36 from an oil tank 8, which is also a coarse separator. The line 36 is routed through the usual operating stations, namely via check valve 24, dirt trap 25, oil cooler 26, oil filter 28 and throttle valve 30 and check valve 31.

Von der Leitung 36 zweigt ferner eine Leitung zu den Anschlüssen 35 («Getriebeschmierung») bzw. 33 («Entlastungskolben») ab. Der Ölbehälter 8 besitzt ferner einen Öl-einfüllstutzen 21, einen Ölablass 23 und einen Füllstandsanzeiger 22. A line branches off from line 36 to connections 35 (“gear lubrication”) or 33 (“relief piston”). The oil tank 8 also has an oil filler neck 21, an oil drain 23 and a level indicator 22.

3 3rd

s s

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

642 721 642 721

4 4th

Das verdichtete Gas wird über eine Auslassleitung 37 (mit Rückschlagventil 7) dem Ölbehälter und Abscheider 8 zugeführt und über eine Leitung 38 mit Feinabscheider 9 und Rückschlagventil 13 einem Verbraucher zugeführt. The compressed gas is fed to the oil tank and separator 8 via an outlet line 37 (with check valve 7) and fed to a consumer via a line 38 with fine separator 9 and check valve 13.

Es ist bekannt, Mineral- oder Silikonöle als Kühl-, Dicht-und Schmiermittel zu verwenden. Der in den Verdichterraum eingebrachte Ölstrom hat im wesentlichen drei Wirkungen: It is known to use mineral or silicone oils as coolants, sealants and lubricants. The oil flow brought into the compressor room has three main effects:

a) Schmierung; a) lubrication;

b) Arbeitsraumdichtung, d.h. Verminderung des Luftrückstromes durch eine mit einem Öl-Luftgemisch durchströmte Axial- und Radialdichtung; b) workspace seal, i.e. Reduction of the air backflow through an axial and radial seal through which an oil-air mixture flows;

c) Wärmetransport. c) heat transfer.

Es wird dabei von einer Modellvorstellung ausgegangen, die besagt, dass bis auf das «Blasloch» alle arbeitsraumdich-tenden Kanten durch ihre Dichtbewegung im feststehenden Arbeitsraum einen Ölschwall während eines bestimmten Zeitintervalls vor sich herschieben. Besteht dieser Ölschwall während eines gesamten Arbeitsspiels, so durchströmt die Dichtspalte Öl in Richtung des Druckgefälles. Damit werden die dabei entstehenden Druckverluste (Entropieerzeugung durch Dissipation) wesentlich durch die Ölviskosität von einem noch unbekannten Durchflussgestz bestimmt, dessen weitere Parameter neben der Spaltgeometrie der Spaltdifferenzdruck und die Arbeitsspiellänge sein dürften. It is based on a model that says that apart from the “blowhole”, all edges that seal the work space push an oil surge in front of them during a certain time interval due to their sealing movement in the fixed work space. If this surge of oil persists during an entire work cycle, the sealing gap flows through oil in the direction of the pressure drop. The resulting pressure losses (entropy generation through dissipation) are essentially determined by the oil viscosity of an as yet unknown flow law, the further parameters of which, in addition to the gap geometry, are the gap pressure and the working length.

Mit zunehmender Arbeitsspiellänge (abnehmender Drehzahl) sinken die hydraulischen Verluste in der Maschine, und gleichzeitig nehmen die spezifischen Verdichtungsleistungen mit sinkender Ölviskosität ab, solange die Dichtspalte mit rückströmendem Öl gefüllt sind. With increasing working length (decreasing speed) the hydraulic losses in the machine decrease, and at the same time the specific compression performance decreases with decreasing oil viscosity as long as the sealing gaps are filled with backflowing oil.

Ist dies bei weiter zunehmender Arbeitsspiellänge nicht mehr der Fall, d.h. werden die Dichtspalten nur noch während bestimmter Arbeitsspielzeitintervalle gefüllt, verbleiben also Zeiten, in denen Öl-Luftgemische oder nur noch Luft die Spalte durchströmen, so geht Energie verloren. Die zurückströmende Luft ist nämlich zuvor verdichtet worden, ihr Energieinhalt geht jedoch wieder verloren, so dass die spezifische Leistung ansteigt. If this is no longer the case as the working length increases, i.e. If the sealing gaps are only filled during certain working time intervals, i.e. if there are times when oil-air mixtures or only air flow through the gaps, energy is lost. The returning air has been compressed beforehand, but its energy content is lost again, so that the specific output increases.

Zur Erläuterung der Energie-Verlustquellen sind in Fig. 2 die Verhältnisse an einem Dichtspalt in vergrösserter Darstellung wiedergegeben. Eine Kante 40 der in einem Gehäuse rotierenden Verdichterschraube bewegt sich in Pfeilrichtung 41 unter rotierender Bewegung entlang der Innenseite 42 des Gehäuses. Dabei ist ein Spalt 43 zwischen den Elementen 40 und 42 ausgebildet. Der Spalt ist gefüllt mit einem Teil des Dichtungsmediums 44, das als Schwall vor dem Spalt hergeschoben wird und sich auch im Spalt selbst und hinter diesem befindet. Die bei Wälz- und Gleitbewegung entstehenden Verluste aufgrund der Zähigkeit des Dichtungsmediums werden als Dissipationsverluste bezeichnet. Gleichzeitig kommt es, wie angedeutet durch den gestrichelten Pfeil 44', zu Leckverlusten der hochkomprimierten Gase, die durch das Dichtungsmedium hindurchtreten und einen Druckverlust bewirken. Um zu einem Vergleich und zu Auswahlkriterien für das zu wählende Dichtungsmedium zu kommen, wurden Versuche gefahren, deren Ergebnisse sich in den Fig. 3-5 und den Beispielen niederschlagen. To explain the energy loss sources, the conditions at a sealing gap are shown in an enlarged view in FIG. 2. An edge 40 of the compressor screw rotating in a housing moves in the direction of arrow 41 with a rotating movement along the inside 42 of the housing. A gap 43 is formed between the elements 40 and 42. The gap is filled with a part of the sealing medium 44, which is pushed as a gush in front of the gap and is also located in the gap itself and behind it. The losses resulting from rolling and sliding movements due to the toughness of the sealing medium are referred to as dissipation losses. At the same time, as indicated by the dashed arrow 44 ', there is a leakage loss of the highly compressed gases which pass through the sealing medium and cause a pressure loss. In order to arrive at a comparison and selection criteria for the sealing medium to be selected, tests were carried out, the results of which are reflected in FIGS. 3-5 and the examples.

Beispiel 1 example 1

(vgl. Fig. 3) (see Fig. 3)

Ein Schraubenverdichter des Typs SKF102 G mit einem Läuferpaar (Herst.: GHH Sterkrade AG) wird mit folgenden Werten gefahren: A screw compressor type SKF102 G with a pair of rotors (manuf .: GHH Sterkrade AG) is operated with the following values:

Druckverhältnis % = 8 Pressure ratio% = 8

Verdichterendtemperatur t2= 80°C Compressor end temperature t2 = 80 ° C

Stirnspalt 10-2mm Front gap 10-2mm

Serienspiel = 6,1 • 10-2 mm Series play = 6.1 • 10-2 mm

Ölstrom Vöi = 43 1 min-1. Oil flow Vöi = 43 1 min-1.

Messungen der spezifischen Leistung werden durchgeführt als Funktion der Umfangsgeschwindigkeit Uhl des Hauptläufers bei folgenden Geschwindigkeiten: Specific power measurements are made as a function of the peripheral speed Uhl of the main rotor at the following speeds:

15,20,25,30,35 und 45 ms"1. 15, 20, 25, 30, 35 and 45 ms "1.

Die sich ergebenden Kurven stellt Fig. 3 dar. Sie sind gemessen worden mit Hydraulikölen folgender Viskositäten: The resulting curves are shown in FIG. 3. They have been measured with hydraulic oils of the following viscosities:

H-L68 68 cSt bei 50°C H-L68 68 cSt at 50 ° C

H-L25 25 cSt bei 50°C H-Lll llcSt bei 50°C H-L25 25 cSt at 50 ° C H-Lll llcSt at 50 ° C

Bemerkenswert ist der geringe Viskositätseinfluss auf die spezifische Leistung bei kleinen Umfangsgeschwindigkeiten. Lange Arbeitszeiten implizieren grosse Verweilzeiten der angesaugten Ladung im abgeschlossenen Arbeitsraum, der durch Vöi = 43 1 min-1 nur ungenügend zu dichten ist. Da ein Überangebot von arbeitsraumdichtendem Öl fehlt, wirkt sich die Ölzähigkeitsänderung besonders deutlich aus. Die Folge ist eine Liefergradzunahme (nicht dargestellt). Die Minima der spezifischen Leistungen verschieben sich leicht bei Viskositätsabnahme hin zu höheren Umfangsgeschwindigkeiten. The low viscosity influence on the specific performance at low peripheral speeds is remarkable. Long working hours imply long dwell times of the suctioned load in the closed work space, which can only be insufficiently sealed due to Vöi = 43 1 min-1. Since there is no oversupply of work space sealing oil, the change in oil viscosity has a particularly significant impact. The result is an increase in the degree of delivery (not shown). The minima of the specific capacities shift slightly when the viscosity decreases towards higher peripheral speeds.

Diesem willkürlich herausgegriffenen Beispiel ist demnach schon zu entnehmen, dass eine Leistungs- bzw. Wirkungsgradverbesserung durch Verwendung niedrigviskoser Öle eintritt. From this arbitrarily selected example it can already be seen that there is an improvement in performance and efficiency through the use of low-viscosity oils.

Beispiel 2 Example 2

(vgl. Fig. 4 und 5) (see FIGS. 4 and 5)

Um den Parameter Vöi (Ölstrom) zu eliminieren, wird eine Grösse Uhl eingeführt. Wird davon ausgegangen, dass In order to eliminate the parameter Vöi (oil flow), a variable Uhl is introduced. It is assumed that

=f(UHL)ist> = f (UHL) is>

d.h. eine Funktion der Hauptläuferumfangsgeschwindigkeit, so lässt sich bei jedem Ölstrom Vöi, der geeignet ist, eine bestimmte Verdichterendtemperatur t2 einzuhalten, ein Minimum des Quotienten a finden, dem eine bestimmte Uhl zugeordnet ist. Per Definition wird diese Grösse als Uopt, also als optimale Hauptläuferumfangsgeschwindigkeit bzw. als Bezugsumfangsgeschwindigkeit definiert. i.e. a function of the main rotor peripheral speed, a minimum of the quotient a to which a specific Uhl is assigned can be found for each oil flow Vöi that is suitable for maintaining a specific compressor end temperature t2. By definition, this variable is defined as Uopt, i.e. as the optimal main rotor peripheral speed or as the reference peripheral speed.

Durch Variation von Vöi lassen sich Kurvenscharen y in Abhängigkeit von UoPt ermitteln. Fig. 4 zeigt fünf Kurven, die bei verschiedenen Viskositäten des Dichtungsmediums gewonnen wurden: By varying Vöi, family of curves y can be determined as a function of UoPt. 4 shows five curves which were obtained with different viscosities of the sealing medium:

Kurve 68: H-L 68 Öl mit 68 cSt bei 50°C Kurve 25: H-L 25 Öl mit 25 cSt bei 50°C Kurve 14: H-L 14 Öl mit 14cStbei 50°C Kurve 10: Shell Tellus 117 (10 cSt bei 50°C) Curve 68: HL 68 oil with 68 cSt at 50 ° C Curve 25: HL 25 oil with 25 cSt at 50 ° C Curve 14: HL 14 oil with 14 cSt at 50 ° C Curve 10: Shell Tellus 117 (10 cSt at 50 ° C )

Kurve 4: Shell Öl T17 (4 cSt bei 50°C) Curve 4: Shell Oil T17 (4 cSt at 50 ° C)

Es zeigt sich, dass bei Verlagerung zu hohen Umfangsgeschwindigkeiten, bei ensprechender Steuerung des Dichtungsmittelstroms mit dem einzigen Kriterium, die Endtemperatur auf einen bestimmten Wert zwischen 60° und 90°C zu halten, eine erhebliche Verbesserung der spezifischen Leistung gegenüber dem Stande der Technik zu erzielen ist. Trägt man gem. Fig. 5 in den interessierenden Bereich 30 ms-1 <Uopt <45 ms-1 die Werte punktförmig auf, so ergibt sich in erster Näherung eine Parabel oder Hyperbel, die wie folgt definiert werden kann: It turns out that when shifting to high peripheral speeds, with appropriate control of the sealant flow with the only criterion to keep the final temperature at a certain value between 60 ° and 90 ° C, a significant improvement in the specific performance compared to the prior art can be achieved is. According to 5 in the area of interest 30 ms-1 <Uopt <45 ms-1, the values are punctiform, a parabola or hyperbola results in the first approximation, which can be defined as follows:

s s

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

5 5

642721 642721

v [cSt] = a IPopi [m2s~2] + b Uopi [ms_1] + c wobei a = + 0,0564, v [cSt] = a IPopi [m2s ~ 2] + b Uopi [ms_1] + c where a = + 0.0564,

b = — 5,11 und c = + 119,8 ist. b = - 5.11 and c = + 119.8.

Anhand der Kurve gemäss der Fig. 5 lassen sich von den Vorschriften und Betriebsweisen des Standes der Technik abweichende Betriebsweisen ermitteln, die einen verbesserten Wirkungsgrad der Schraubenverdichter gewährleisten. Die aus der Kurve ermittelten Werte für die Viskosität können nach oben oder unten um ca. 10-20% abweichend verwendet werden - was allein schon aus dem Grunde erforderlich ist, da im Handel nur Öle bestimmter Viskositäten angeboten werden. Die Hauptläuferumfangsgeschwindigkeit spielt s dabei eine wesentliche Rolle. Bei mittleren und hohen Umfangsgeschwindigkeiten findet man ein proportionales Absinken der spezifischen Leistung mit fallender Viskosität. Je nach den gwählten Bedingungen kann es jedoch sein, dass ein 4 cSt-Öl schlechtere Bedingungen als ein 14 cSt-Öl bringt, io wenn die optimale Umdrehungszahl wesentlich unterschritten wird. Ein möglichst universell einsetzbares Öl müsste daher eine Viskosität zwischen 10 bis 14 cSt aufweisen. Using the curve according to FIG. 5, operating modes that differ from the regulations and operating modes of the prior art can be determined, which ensure an improved efficiency of the screw compressor. The viscosity values determined from the curve can be used upwards or downwards deviating by approx. 10-20% - which is necessary for the reason alone, since only oils of certain viscosities are available on the market. The main rotor peripheral speed plays an important role. At medium and high circumferential speeds, there is a proportional decrease in specific power with decreasing viscosity. Depending on the selected conditions, however, a 4 cSt oil can bring worse conditions than a 14 cSt oil, io if the optimal number of revolutions is significantly undercut. An oil that can be used as universally as possible should therefore have a viscosity between 10 and 14 cSt.

B B

4 Blatt Zeichnungen 4 sheets of drawings

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