DD139280B1

DD139280B1 - Leistungsgeregelter oelueberfluteter schraubenverdichter mit verstellbarem eingebautem volumenverhaeltnis

Info

Publication number: DD139280B1
Application number: DD20871678A
Authority: DD
Inventors: Dieter Mosemann
Original assignee: Dieter Mosemann
Priority date: 1978-10-27
Filing date: 1978-10-27
Publication date: 1981-05-27
Also published as: DE2935954A1; FR2439887A1; SE7908892L; DD139280A1; SU1027430A1; PL219173A2; BG33240A1; JPS5591793A; GB2035458A

Description

Titel der Erfindung

Leistungsgeregelter ölüberfluteter Schraubenverdichter mit verstellbarem eingebautem Volumenverhältnis

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf einen leistungsgeregeltern ölüberfluteten Schraubenverdichter mit verstellbarem eingebautem Volumenverhältnis mit innerer Verdichtung mit mindestens einem Hauptrotor, der im wesentlichen konvexe Zähne auf v/eist, die außerhalb des Teilkreises liegen und mit mindestens einem Nebenrotor mit im wesentlichen konkaven Zähnen, die innerhalb des Teilkreises liegen, wobei Haupt- und Nebenrotoren paarweise zusammenarbeiten, mit einem Gehäuse, das aus einer Mantelwand und aus Stirnwänden mit von den Kammkanten der Rotoren steuerbaren Ein- und Auslässen für das Arbeitsmedium, denen sich Saug- und Druckraum anschlies-бѳп, besteht.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Bei bekannten Verdichtern bilden die Nuten und Kämme der Rotoren v-förmige Saug- bzw. Verdichtungskaiimern. Die Saugkammern, deren Basisende zur saugseitigen Stirnwand zeigen_} vergrößern sich bei Drehbewegung der Rotoren auf der einen Seite von der die Rotorachsen enthaltenden Ebene, wodurch Arbeitsmedium in die Zahnlücken über die Einlasse einströmt.

Auf der anderen Seite dieser Ebene verkleinern sich bei fortschreitender Drehbewegung die v-förmigen Arbeitskammern (Verdichtungskaramern), deren Basisende durch die druckseitige Stirnwand verschlossen wird, so daß eine innere Verdichtung stattfindet. Die Scheitelpunkte der v-förmigen Kammern liegen auf der "Kontaktlinie" zwischen den Rotoren.

Je nach Lage, Form und Größe des Auslasses wird der Öffnungsbeginn einer v-förmigen Verdichtungskammer zum Druckraum hin festgelegt. In Zusammenhang mit Lage, Form und Größe des Einlasses ergibt sich das innere Volumenverhältnis, das bei maximalem Förderstrom des Verdichters als Verhältnis des Kammervolumens einer Saugkammer bei Verschließen derselben durch entsprechende Überschneidungen der Rotorprofilkanten bzw. Kammkantenteile an den saugseitigen Einlaßsteuerkanten - Verdichtungbbeginn - geteilt durch das Kammervolumen der v-förmigen Verdichtungskammer bei Öffnungsbeginn der druckseitigen Auslaßsteuerkanten definiert ist. An solchen Schraubenverdichtern ist das durch innere Verdichtung erreichbare Druckverhältnis und damit der Verdichtungsenddruck für ein bestimmtes Arbeitsmedium durch innere Verdichtung vom Volumenverhältnis bzw. von der Lage der Ein- und Auslaßkanten abhängig. Andererseits kann die optimale Auslegung des inneren Volumenverhältnisses bzw. des erreichbaren Druckverhältnisses nur immer für ein ganz bestimmtes äußeres Druckverhältnis erfolgen, so daß das innere mit dem äußeren Druckverhältnis nur bei einem ganz bestimmten Betriebspunkt übereinstimmt.

Im allgemeinen v/eichen die Einsatzbedingungen vom optimalen Pun&t ab, so daß Verdichtungsverluste durch Über- oder Unterverdichtung auftreten, die den Wirkungsgrad verschlechtern.

Andere bekannte Schraubenverdichter besitzen zv/ar eine Einrichtung zur Verbesserung des Teillastverhaltens, bei der das Verdichtungsverhältnis und damit das erreichbare innere Druckverhältnis durch Verschiebung der axialen Auslaßkanten variiert werden kann, doch ist nachteilig, daß keine vollständige

Anpassung des inneren an das äußere Druckverhältnis erfolgt und dadurch nicht der optimale Verdichtungswirkungsgrad gewährleistet werden kann.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, den erfindungsgemäßen Schraubenverdichter derart auszugestalten, daß bei Maximalförderung eine vollständige Anpassung des inneren Druckverhältnisses an das äußere Druckverhältnis zwischen Druckstutzen und Saugstutzen gewährleistet wird, so daß der Schraubenverdichter unabhängig vom Betriebszustand stets bei optimalem Verdichtungswirkungsgrad betrieben werden kann und daß der Schraubenverdichter im gesamten Teillastbereich oder nahezu im gesamten Teillastbereich mit hohem Verdichtungswirkungsgrad betrieben werden kann.

Wesen der Erfindung

Die technische Aufgabe der Erfindung besteht darin, daß Verdichter mit Steuerplatten, die Kantenteile des Auslaßkanals aufweisen und in der druckseitigen Stirnwand des Arbeitsraumes angeordnet sind, durch eine Einrichtung bzw. Anordnung so verschoben werden, daß der durch innere Verdichtung erreichbare Verdichtungsenddruck p„, im folgenden Verdichtungsenddruck genannt, immer gleich oder annähernd gleich dem Druck im Druckraum p, ist, im folgenden Gegendruck genannt, auch wenn sich die Betriebsbedingungen und Teillastverhältnisse am Verdichter ändern.

Die Merkmale der Erfindung bestehen darin, daß mindestens eine Steuerplatte mit mindestens einem Servomotor antriebsmäßig verbunden ist und dieser Servomotor von einem separat bereitgestellten oder in der Maschine für andere Zwecke anstehenden Druckmittel betätigbar ist und daß mindestens eine

Steuereinrichtung, vorzugsweise eine Ventileinrichtung, zur Steuerung des Servomotors vorgesehen ist, die ihrerseits durch den Verdichtungsenddruck oder einem nahe dem Verdichtungsenddruck gelegenen Kammerdruck p-* und durch den Gegendruck oder durch die Druckdifferenzen p, - p~,. bzw. ρ-, - Pg mit bekannten Mitteln angesteuert wird. Durch diese Anordnung wird gewährleistet, daß sich bei Vollastbetrieb und bei Teillastbetrieb ein optimaler Verdichtungswirkungsgrad ergibt.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist besonders vorteilhaft ausgestaltet, wenn der Servomotor wie ein hydraulischer Arbeitszylinder ausgestaltet ist, der über eine Mehrkanalventilkombination gesteuert wird, durch die die Räume des Arbeitszylinders mit Druckmittel, das von einer Druckquelle zur Verfügung gestellt wird, gefüllt bzw. zu einer Stelle niedrigen Druckes entleert werden kann.

Die Mehrkanalventilkombination enthält einen Steuerkolben, der die entsprechenden Steuerfunktionen ausübt. Der Steuerkolben wirkt mit Übertragungselementen antriebsmäßig mit mindestens einem Regelkolben zusammen, dessen Stirnflächen durch die Drücke p, und p., bzw. pg. so beaufschlagt werden, daß die daraus resultierenden Kräfte gegeneinander wirken.

An der Kolbenstange des Arbeitszylinders ist ein Antriebskopf angeordnet, dar mit der Kolbenstange fest verbunden ist und über Elemente mit der Steuerplatte antriebsmäßig zusammenarbeitet und der Zylindermantel des Arbeitszylinders im oder am Druckgehäuse parallel zur druckseitigen Stirnwandebene angeordnet ist.

Die Ausgestaltung der antriebsmäßigen Verbindung zwischen Antriebskopf und Steuerplatte erfolgt vorteilhaft über einen Stift, dessen eines Ende in die Steuerplatte eingreift und dessen anderes Ende ein drehbares Übertragungsglied, beispielsweise eine Rolle, trägt, das in den Antriebskopf eingreift und je nach Ausführung des Servomotors eine ein- oder zweiseitige Kraftübertragung ermöglicht.

Bei einem solchen Verdichter haben die Verbindungskanäle zwischen Arbeitszylinder und Mehrkanalventilkombination eine solche Anordnung, daß bei einer Verschiebung des Steuerkolbens infolge zu kleiner innerer Verdichtung und damit zu kleiner Drücke p^ bzw. ρ^ Verbindungskanäle geöffnet und die Steuerplatten so verstellt werden, daß die innere Verdichtung ansteigt, wodurch sich die Drücke p_K bzw. p™ dem Druck im Druckraum p, annähern und der höchstmögliche Verdichtungswirkungsgrad gewährleistet wird.

Die Abnahme der Drücke ρ_κ bzw. p^ an den Druckkammern erfolgt vorzugsweise über mindestens einen in jeder Steuerplatte angeordneten Kanal, der jeweils eine Verdichtungskammer, also den Arbeitsraum des Verdichters, und einen Überschneidungsraum verbindet, der im Verdichtergehäuse oder in der Steuerplatte angeordnet ist, wobei der Überschneidungsraum über v/eitere Kanäle mit dem entsprechenden Zylinderraum des Steuerkolbens strömungsmäBig verbunden ist.

Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung wird ein einseitig wirkender Servomotor vorgesehen, der die Steuerplattenverstellung nur in Richtung höherer innerer Verdichtung verwirklicht. Die Verstellung der Steuerscheiben in ^entgegengesetzter Richtung erfolgt bei entlastetem Servomotor, durch die die radialen Enden der Steuerplatten beaufschlagende Druckdifferenz des Arbeitsmediums zwischen Saugdruck bzw. niederem Verdichtungskamraerdruck und Verdichtungsenddruck.

Bei einer anderen erfindungsgemäßen Anordnung mit mindestens 2 Arbeitszylindern, die mit je einer Steuerscheibe antriebsmäßig verbunden sind, und mit einer Steuereinrichtung sind die Zylinderräume der Arbeitszylinder strömungsmäßig derart angeordnet, daß ein Zylinderraum mit Kolbenstangendurchführung des anderen Zylinders verbunden ist. Die beiden anderen Zylinderräume sind mit der Steuereinrichtung strömungsmäßig verbunden, zur Verstellung wird ein Zylinderraum des einen Zylinders mit Druckmittel von der Steuereinrichtung beaufschlagt, während aus dem Zylinderraum

des anderen Zylinders das Druckmittel zur Steuereinrichtung geführt wird.

Vorteilhaft sind der kolbenstangenlose Zylinderraum des hauptrotorseitigen ArbeitsZylinders und der kolbenstangenführende Zylinderraum des nebenrotorseitigen Arbeitszylinders mit der Steuereinrichtung strömungsmäßig verbunden, während die beiden anderen Zylinderräume über eine Rohrleitung verbunden sind. Dadurch wird gewährleistet, daß sich infolge der wirksamen Kolbenflächendifferenzen die nebenrotorseitige Steuerplatte um einen kleineren Drehwinkel dreht als die hauptrotorseitige, und sich die Auslaßkanalkanten entsprechend einem gewünschten Drehwinkelverhältnis synchron verschieben.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird an einem Beispiel näher erläutert. Die Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Lösung an dem Querschnitt eines ölüberfluteten Schraubenverdichters mit Leistungsregelung.

Figur 2 zeigt einen Schnitt, gemäß der Linie A-A in Figur 1. Figur 3 veranschaulicht eine strömungsmäßige Anordnung der Arbeitszylinder für Synchronisierung der Steuerplatten. Gemäß js'igur '^2ist eine Teilansicht eire s Druckgehäuses 1, in dem eine hauptrotorseitige Steuerplatte 2 und eine nebenrotorseitige Steuerplatte 3 angeordnet sind, deren radiale Enden 29, 3o Kantenteile 31 des Auslaßkanals bilden, dargestellt. Über die Antriebselemente 16,17 ist eier Arbeitszylinder 4, der hier als Servomotor verwendet wird, mit der Steuerplatte antriebsmäßig verbunden. An der Nebenrotorseite ist ein gleichartiger Servoantrieb vorgesehen.

Zur Steuerung der beiden Arbeitszylinder 4 ist eine Mehrkanalventilkombination 5 vorgesehen, durch die die Bewegung des ArbeitsZylinders 4 gesteuert wird.

Die Kanäle 13,22,24- bzw. 35,21,23 sind strömungsmäßig miteinander verbunden, ebenso wie die Kanäle 14 und 19 zur Abnahme des Kammurdruckes p~ über eine nicht dargestellte Rohrleitung, wie auch der Kanal 18 und eine nicht dargestellte Öffnung im Druckstutzen des Verdichters. Da der Kanal 18 im Zylinderraum 42 des Regelkolbens б und der Kanal 19 im Zylinderraum 43 des Regelkolbens б mündet, herrscht im Zylinderraum 43 ein dem Kammerdruck p_K naheliegender Druck und im Zylinderraum 42 ein dem Druck p, im Druckraum naheliegender Druck. Beide Drücke wirken gegeneinander. Bei zu kleiner innerer Verdichtung, also zu kleinem Druck р~, entsteht eine nach rechts wirkende resultierende Kraft, so daß sich der Steuerkolben 32 ebenfalls nach rechts verschiebt und der Kanal 23 freigegeben wird, so daß das im Kanal 26 anstehende Druckmittel über die Kanäle 23>35 ІД clen Zylinderraum 12 des ArbeitsZylinders 4 strömt und den Kolben des ArbeitsZylinders verschiebt, wodurch die Steuerplatte 2 gedreht wird, und sich die Steuerkante 28 in Hauptrotordrehrichtung verschiebt, wodurch sich die innere Verdichtung erhöht. Das im Zylinderraum 11 eingeschlossene Druckmittel strömt über die Kanäle 13,24,27 ab. Ist der Kammerdruck p_K in gewünschtem Maße gestiegen, wird die resultierende Kraft am Regelkolben gleich Null, und der Verdichter arbeitet bei optimalem Wirkungsgrad. Bei zu grossem Kammerdruck р„, also Überverdichtung, laufen die Steuervorgänge analog ab, führen jedoch zu einer Absenkung des Kammerdruckes. Zur Erfassung des Kammerdruckes p^. sind zwischen den nicht dargestellten Verdichtungskammern und. dem Kanal 14, der mit dem Zylinderraum 43 des Regelkolbens б in strömungsmäßiger Verbindung steht, der Kanal 15 und der tjberschneidungsraum 2o angeordnet.

Der Zylindermantel 8 des Arbeitszylinders 4 ist mit dem Einschraubgewinde 9 im Druckgeliäuse 1 befestigt. Für Gasdichtheit sorgt der Dichtring 1o zwischen Zylindermantel 8 und Druckgehäuse 1. Der Antriebskopf 7» in cLßni der

Stift 33 mit dem winkelbeweglichen Übertragungsglied 34 formschlüssig eingreift, übernimmt gleichzeitig eine Abdichtfunktion zwischen dem Druckraum 44·, in dem der Druck p, herrscht, und dem Überschneidungsraum 2o, in dem ein dem Kammerdruck p^· nahegelegener Druck vorliegt. Die Steuerkante 28 des Auslaßkanals, die ein radiales Ende der Steuerplatte 2 ist, ist der nachlaufenden Zahnflanke des nichtdargestellten Hauptrotorzahnes-angepaßt, während sich das radiale Ende 29 der Steuerplatte 3 des nichtdargestellten Nebenrotors in großer Näherung dem Kreis 45 mit dem Rotoraußendurchmesser anpaßt.

Das Federelement 41 hält den Steuerkolben 32 stets an der Trennfläche 46 zwischen Steuerkolben 32 und Regelkolbenßtange 47, so daß zwischen diesen beiden Teilen in beiden Richtungen eine antriebsmäßige Verbindung besteht. Zur Gewährleistung eines günstigen Startverhaltens ist ein Federelement im Zylinderraum 43 angeordnet. Diese Feder ist so ausgelegt, daß bei Stillstand der Maschine Regelkolben und Steuerkolben 32 in die Endlage verschoben werden, so daß die Kanäle 26,22,13 mit dem Zylinderraum 11 zur Zuführung von Druckmittel strömungsmäßig verbunden sind, und die Steuerplatte 2 entgegen der Drehrichtung des Rotors in die Endlage verstellt wird, so daß beim Starten des Verdichters der Leistungsbedarf niedrig gehalten wird.

Im gezeigten Beispiel gemäß Figur 1 sind 2 Steuereinrichtungen vorgesehen, die jeweils auf einer Steuerplatte arbeiten. Gemäß Figur 3 ist nur eine Steuereinrichtung angeordnet, die infolge der Reihenschaltung von Zylinderräumen der Arbeitszylinder beide Arbeitszylinder in einem gewünschten Verhältnis der Verstellwege der Arbeitszylinder steuert.

Claims

Erfindung^ anspruch

Leistungsgeregelter ölüberfluteter Schraubenverdichter mit verstellbarem eingebautem Volumenverhältnis mit mindestens zwei paarweise ineinandergreifenden Schraubenrotoren, die Kämme und Nuten aufweisen, mit einem Gehäuse, das aus einer Mantelwand und aus Stirnwänden mit von den Kammkanten der Rotoren steuerbaren -Ein- und Auslässen für das Arbeitsmedium, denen sich Saug- und Druckraum anschließen, besteht, mit Steuerplatten, die Kantenteile des Auslasses beinhalten und am Druckgehäuse angeordnet sind, gekennzeichnet dadurch, daß mindestens eine der Steuerplatten mit dem Arbeitsglied eines an sich bekannten Servomotors antriebsmäßig verbunden ist und dieser Servomotor über Druckleitungen und dem Steuerteil zum öffnen und Schließen der Druckleitungen einer an sich bekannten Steuereinrichtung zur Festlegung der Bewegungsrichtung des Arbeitsgliedes des Servomotors strömungsmäßig mit einer Druckquelle geschaltet ist, wobei der eine Zylinderraum der Steuereinrichtung über eine Steuerleitung mit dem Druckstutzen des Verdichters oder einer anderen Stelle mit Gegendruckniveau p_D ströinungSEiäßig und der andere Zylinderraum der Steuereinrichtung über eine Steuerleitung strömungsmäßig mit einer Stelle der Verdichtungskammer, die Verdichtungsenddruck p^· oder einem dem Verdichtungsenddruck p^· nahegelegenen Kammerdruck p^ aufweist, verbunden ist.
2. Schraubenverdichter nach Punkt 1, dessen Servomotor als Arbeitszylinder mit einem Zylindermantel und mit einem Antriebskopf ausgestaltet ist, gekennzeichnet dadurch , daß der Zylindermantel des Servomotors parallel zur druckseitigen Stirnwandebene angeordnet ist.
3. Schraubenverdichter nach Punkt 1, mit einer Steuereinrichtung und einer Ventileinrichtung^ die als Mehrkanalventilkombination ausgebildet ist und einen Steuerkolben aufweist, gekennzeichnet dadurch, daß der eine Zylinderraum der Steuereinrichtung mit Stellen der Drücke p_K bzw. р_Ки der Verdichtungskammer am Verdichter strömungsmäßig verbunden ist.
4-, Schraubenverdichter nach Punkt 1 und 3» gekennzeichnet dadurch, daß mindestens eine Steuerplatte mindestens einen Kanal aufweist, der jeweils eine VerdichtunGskairmer mit einem Überschneidungsraum, der im Verdichtergehäuse oder in der dem Verdichtergehäuse nahestehenden Stirnseite der Steuerplatte angeordnet ist und der Überschneidungsr^um über weitere Kanäle mit dem entsprechenden Zylinderraum des Regelkolbens strömungsmäßig verbunden ist.
5. Schraubenverdichter nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das anstehende Druckmittel den Druck in den Saugkammern des Verdichters überschreitet.
6. Schraubenverdichter nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß nur eine Steuereinrichtung vorhanden ist und die Zylinderräume der Arbeitszylinder in strömungsmäßiger Reihenfolge geschaltet sind.
7. Schraubenverdichter nach Punkt 6 mit 2 Arbeitszylindern, die jeweils mit einer Steuerplatte antriebsmäßig zusammenarbeiten, gekennzeichnet dadurch, daß ein Zylinderraum ohne Kolbenstangendurchführung mit einem Zylinderraum mit Kolbenstangendurchführung des anderen Zylinders verbunden iät, und daß die beiden anderen Zylinderräume mit der Steuereinrichtung zur Zu- und Ableitung von Druckmittel verbunden sind.
8. Schraubenverdichter nach Punkt 1 und 7» gekennzeichnet dadurch, daß der kolbenstangenlose Zylinderrauiii des hauptrotorseitigen Arbeitszylinders und der kolbenstangenführende Zylinderraum des nebenrotorseitigen Arbeitszylinders mit der Steuereinrichtung verbunden, während die beiden anderen Zylinderräume über eine Rohrleitung verbunden sind.