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Die
Erfindung betrifft ein Schraubenverdichteraggregat mit einem ölüberfluteten
Schraubenverdichter, einem Antriebsmotor, einem Ölsystem,
zumindest bestehend aus Ölabscheider mit Ölsammler, Ölfilter
und einem Kanal- oder Rohrleitungssystem, das kommunizierende Verbindungen
mit dem Schraubenverdichter aufweist und andere periphere Einrichtungen,
wie zum Beispiel Ölkühler, besitzen kann. Der
Schraubenverdichter mit innerer Verdichtung, hat mindestens zwei
paarweise ineinandergreifenden parallel angeordneten Schraubenrotoren,
die Kämme und Nuten aufweisen, wobei die Kämme
und Nuten der beiden Rotoren längs einer gemeinsamen Eingriffslinie
in abdichtendem Kämmeingriff stehen und die Nuten durch
die Eingriffslinie voneinander getrennt werden. Dadurch bilden sich
V-förmige Arbeitskammern, die von einem Gehäuse
umschlossen werden, das aus einer Mantelwand und aus Stirnwänden
mit von den Kamm- und Stirnprofilkanten der Rotoren steuerbaren
Ein- und Auslässen für das Arbeitsmedium, besteht.
Den Ein- und Auslässen schließen sich Saugraum
und Druckraum an. Vor dem Saugraum ist stromaufwärts eine
Leistungsregeleinrichtung angeordnet, mit deren Hilfe der vom Verdichter
zu fördernde Massenstrom bis auf den Wert Null geregelt
werden kann.
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Mantelwand
und Stirnwände des Verdichtergehäuses bilden einen
Hohlraum durch mindestens zwei parallele, einander schneidende Bohrungen,
in denen die Schraubenrotoren mit ihren V-förmigen Arbeitskammern
angeordnet sind.
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Bei
Drehbewegung der Rotoren vergrößern sich die saugseitigen
V-förmigen Arbeitskammern auf der mit dem Saugraum in Verbindung
stehenden Seite, wodurch Arbeitsmedium in diese Zahnlücken vom
Saugraum über einen oder mehrere Einlässe einströmt.
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Auf
der anderen Seite der gemeinsamen Eingriffslinie verkleinern sich
bei Drehbewegung die v-förmigen Arbeitskammern, so dass
eine Verdichtung eines kompressiblen Arbeitsmediums stattfinden
kann.
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Um
den Verdichtungsprozess zu kühlen, die innere Abdichtung
längs der Eingriffslinie zu verbessern und die in direktem
Kämmeingriff stehenden Rotoren zu schmieren, wird Öl
in die sich verkleinernden v-förmigen Arbeitskammern eingespritzt,
das gemeinsam mit dem Arbeitsmedium durch die Auslässe in
den Druckraum gefördert wird, daher die Bezeichnung „ölüberfluteter” Schraubenverdichter.
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Je
nach der Lage der in der druckseitigen Gehäusestirnwand
festgelegten Auslasssteuerkanten eines Auslasses oder mehrerer Auslässe,
die den Öffnungsbeginn einer V-förmigen Arbeitskammer zum
Druckraum hin festlegen, wird sich ein vom Zustand des Arbeitsmediums
bei Verdichtungsbeginn abhängiger Druck in der V-förmigen
Arbeitskammer zum Öffnungszeitpunkt dieser ergeben, der
unabhängig vom Druck im Druckraum ist, größer,
gleich oder kleiner als dieser sein kann. Der Öffnungszeitpunkt
entspricht der Drehwinkelstellung zumindest eines Rotors in der
eine kommunizierende Verbindung von den sich infolge Rotordrehung
verkleinernden V-förmigen Arbeitskammern zum Auslass entsteht.
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Das
geometrische Verhältnis zwischen den Zahnlückenvolumina
der V-förmigen Arbeitskammern zum Zeitpunkt der Abtrennung
von der Saugseite infolge Rotordrehung und den Zahnlückenvolumina
zum Zeitpunkt des Öffnens der druckseitigen V-förmigen
Arbeitskammern zum Auslass hin ist das geometrische innere Volumenverkleinerungsverhältnis
Vi. Der Wert Vi wird für den Volllastbetrieb des Schraubenverdichters
so ausgeführt, dass die Summe der Verluste minimiert ist
und der Verdichter höchste Effizienz aufweist. Die innere
Verdichtung, die durch den Vi-Wert maßgeblich bedingt ist,
erreicht einen in Bezug auf den Druck in der Druckleitung des Verdichters
optimalen Wert.
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Zwecks Änderung
des Fördervolumens des Schraubenverdichteraggregates mit
einer Saugdruckdrosseleinrichtung wird die Regeleinrichtung auf
der Saugseite des Verdichters mehr oder weniger geschlossen, so
dass sich der Massenstrom infolge der Drosselentspannung des Arbeitsmediums
in der Regeleinrichtung mehr oder weniger ändert. Bei Nullförderung,
Teillastbetrieb ohne Förderung von Arbeitsmedium in die
nachgeschalteten Druckleitungen, ist die Saugdruckdrosseleinrichtung
vollständig geschlossen.
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Der
Verdichter fördert kein Arbeitsmedium, sondern nur noch
das in die Arbeitskammern eingespritzte Öl sowie weitere
Funktionsölströme, die zum Beispiel zur Schmierung
der Radial- und Axiallager der Rotoren im Verdichter benötigt
werden und auch in geschlossene Zahnlückenräume
geleitet werden.
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Diese
Regelungsart mittels Saugdruckdrosseleinrichtung bedingt, dass sich
das durch innere Verdichtung erreichbare Druckverhältnis
mit zunehmender Drosselung verkleinert.
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Die
für den Volllastbetrieb ausgewählte innere Verdichtung
reicht nicht aus, um den Innendruck vor dem Öffnen des
Auslasse oder der Auslässe ausreichend anzuheben. Folglich
strömen Arbeitsmedium und Öl durch die sich infolge
der Rotordrehung öffnenden Auslässe vom Druckraum
in die V-förmige Arbeitskammer zurück.
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Wenn
dem Druckraum stromabwärts angeordnete Kanalteile oder
die Druckleitung nicht mit Gefälle vom Verdichter wegangeordnet
werden können, entweicht das Arbeitsmedium nach oben und
es strömt überwiegend Öl zurück
in die sich öffnenden Arbeitskammern, das sofort wieder
durch die mit weiterer Rotordrehung fortschreitende Volumenverkleinerung
der V-förmigen Arbeitskammer ausgeschoben wird. Bei Nullförderung
oszilliert nur noch Öl zwischen Zahnlücken und
Druckraum.
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Das
erzeugt hydraulische Pulsationen in den stromabwärts angeordneten
Kanalteilen und in der Druckleitung.
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Besonders
bei großen äußeren Druckverhältnissen,
berechnet aus Enddruck geteilt durch Ansaugdruck, treten infolge
der großen Druckunterschiede zwischen dem Innendruck des
Arbeitsmediums unmittelbar vor dem Öffnen der Auslassöffnung in
der V-förmigen Arbeitskammer und dem mit dem Auslass in
Verbindung stehenden Druckraum dynamische Druckpulsationen auf,
die die Betriebssicherheit des Verdichters und der gesamten Druckerhöhungsanlage
gefährden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu beseitigen und Öl
aus dem Druckraum fernzuhalten.
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Erfindungsgemäß wird
vorgeschlagen, dass die Druckleitung am Verdichteraggregat zwischen Druckraum
oder die sich dem Druckraum anschließenden Kanalteile oder
Rohrleitungen so ausgeführt sind, dass stromabwärts
eine vertikale Umlenkung der Strömungsrichtung in einem
sogenannten Traps aufweist, so dass vor dem Traps auch bei Nullförderung
ein Gaspolster vorhanden ist, da durch den Flüssigkeitsverschluss
im Traps kein Gas strömen kann. Bei der Betriebsart mit
geöffnetem Saugdrosselregler werden Öl und Arbeitsmedium
zunächst soweit nach unten gedrückt, bis das Arbeitsmedium
diesen Abschnitt durchströmen kann. Das ist der Fall, wenn
der Ölspiegel unter den obersten Umlenkpunkt abgesenkt
ist.
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Die
geodätische Höhe des obersten Umlenkpunktes des
Traps ist kleiner als die geodätische Höhe der
Unterkante des Druckraumes.
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Das
gemeinsame geometrische Kammervolumen bis zum Traps, gebildet aus
Druckraumgröße und aus Kanalteilgröße
oder Rohrleitungsabschnittsgröße ist vorteilhaft
ein Vielfaches der geometrischen Größe der V-förmigen
Arbeitskammer zu Beginn des Öffnens des Auslasses.
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Erfindungsgemäße
Vielfache sind in grober Näherung Werte zwischen 5 und
100.
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Die
größeren Werte des Vielfachen werden größeren
Druckverhältnissen zugeordnet.
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Das
Verhältnis aus gemeinsamem geometrischen Kammervolumen
und Volumen der V-förmigen Arbeitskammer zu Beginn des Öffnens
des Auslasses bestimmt maßgeblich die Größe
der Druckpulsation innerhalb des Abschnittes des gemeinsamen geometrischen
Kammervolumens bei konstanter Drehzahl.
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Die
Größe der Druckpulsation innerhalb des Abschnittes
des gemeinsamen geometrischen Kammervolumens bis zum Traps ist außerdem
abhängig vom eingebauten Vi und von der Schallgeschwindigkeit
des Arbeitsmediums.
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Die
Größe der dieser Druckpulsation vor dem Traps
ist die Anregung für den Rohrleitungsabschnitt, der sich
dem Traps anschließt.
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Die
erfindungsgemäße Ausführung reduziert Druckpulsationen
auf ein zulässiges Niveau.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausgestaltung mit einem Traps
ist sichergestellt, dass das Öl auch bei Nullförderung
mittels Bypass-Arbeitsmedium aus dem Druckraum gedrückt
wird und immer Arbeitsmedium im Druckraum vorhanden ist, das in
die Zahnlücken zurück strömt.
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Die
Amplituden der erzwungenen Schwingung werden soweit reduziert, dass
der Verdichter bei Teillastbetrieb bis herunter zur Null-Förderung
betriebssicher arbeitet.
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Die
Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert, doch soll sie nicht darauf beschränkt
sein. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
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1 einen
Längsschnitt einer bekannten Verdichterausführung
mit Saugdruckregler gemäß Patentanmeldung mit
dem Aktenzeichen
DE 102009016790.0
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2 eine
Schema einer bekannten Ausführung eines Druckluftverdichteraggregates
mit einem Druckregelventil, das als Steuerdruck den Druck des saugseitigen
Regelventils benutzt und einer in Strömungsrichtung steigend
verlegten Druckleitung.
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3 eine
erfindungsgemäße Ausführung eines Druckluftverdichteraggregates
mit einem Druckregelventil, das als Steuerdruck den Druck des saugseitigen
Regelventils benutzt und einer in Strömungsrichtung steigend
verlegten Druckleitung mit eingebautem Traps.
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4 eine
erfindungsgemäße Ausführung einer in
Strömungsrichtung steigend verlegten Druckleitung mit einem
Traps als Gehäuseausführung.
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Die
Erfindung ist nicht auf das gezeigte Beispiel beschränkt.
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Aus
Gründen der darstellerischen Einfachheit wurde zunächst
ein Beispiel gewählt, in welchem der Traps 29 außerhalb
des Verdichtergehäuses in der Druckleitung angeordnet ist.
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Der
Traps, in das Verdichtergehäuse integriert, kann Bestandteil
des Druckgehäuses oder anderer Hohlräume im Verdichter
sein, die erfindungsgemäß durchströmt
werden. Der Traps kann auch als zusätzliches Gehäuse
im Anschluss an den Druckraum angeordnet sein und erfindungsgemäß durchströmt
werden.
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Die
Konstruktionsmerkmale des Traps sind darin nicht erschöpft.
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Beispielsweise
kann auch ein Ablaufrohr, dessen Öffnung nach unten zeigt,
in einen gegenüber dem Druckraum tieferliegenden Gehäusebereich angeordnet
sein, dessen Öffnung so angeordnet ist, dass die erfindungsgemäße
Funktion eines Traps erfüllt wird. Auch kann das Ablaufrohr
in einem anderen Rohrabschnitt der Druckleitung so angeordnet sein, dass
die beschriebene Funktion eines Traps erfüllt wird.
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Gemäß 1 besitzt
der Verdichter ein Gehäuse, das unter anderem den Saugraum 1,
die Gehäusemantelwand 8 und die druckseitige Endwand 4 besitzt.
Der Saugraum 1 ist über einen Einlass 2 mit V-förmigen
Arbeitskammern 3 verbunden. Die V-förmigen Arbeitskammern
verkleinern sich infolge der Drehung des Hauptrotors 6 und
des in Zahneingriff stehenden Nebenrotors 14. Sie werden
nach entsprechender Drehung der beiden Rotoren über die Auslässe 5 mit
dem Druckraum 9 verbunden, so dass das Arbeitsmedium in
die Druckleitung 20 strömt.
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Die
Auslässe 5 haben einen radialen und einen axialen
Anteil.
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In
der Gehäusemantelwand 2 sind ein Hauptrotor 6 und
ein nicht darggestellter Nebenrotor in koaxialer Lage ihrer Drehachsen
zu den Bohrungsachsen angeordnet. Bei Drehbewegung der Rotoren vergrößern
sich die mit dem Saugraum 1 in Verbindung stehenden V-förmigen
Arbeitskammern, wodurch Anbeitsmedium in diese Zahnlücken
vom Saugraum 1 über den Einlass 2 strömt.
Auf der anderen Seite von der die Rotordrehachsen enthaltenden Ebene
verkleinern sich bei Drehbewegung die v-förmigen Arbeitskammern,
so dass eine Verdichtung stattfindet, wobei der Verdichtungsenddruck,
der Innendruck, vom geometrischen Volumenverkleinerungsverhältnis
Vi und vom Zustand des Arbeitsmediums im Saugraum 1 des
Verdichters abhängt.
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Der
Zustand des Arbeitsmediums im Saugraum 1 des Verdichters
verändert sich, wenn der Verdichter bei Teillast betrieben
wird, da der Druck hinter dem Saugdruckregler 11 abnimmt.
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Der
Innendruck des Arbeitsmediums infolge innerer Verdichtung sinkt
mit zunehmender Drosselung des Saugdruckreglers 11.
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Durch
Rückführung von Arbeitsmedium von der Hochdruckseite
verkleinert sich zum Zeitpunkt des Öffnens der Auslässe 5 der
Druckunterschied zwischen Druckraum 9 und Innendruck.
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2 zeigt
die Anordnung des steuerbaren Bypasskanals
19, wie in der
Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen
DE 102009016790.0 beschrieben.
Es sind Druckbehälter/Ölabscheider
18 und
Eintrittsöffnung
7 dargestellt.
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Durch
diese Ausgestaltung strömt über den Bypasskanal 19 Arbeitsfluid
in die Zahnlücken, wenn der Innendruck zu Beginn des Auslassvorganges
in Bezug auf den Enddruck der Anlage als Folge der Saugdruckdrosselung
zu niedrig ist.
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Damit
fördert der Verdichter trotz Nullförderung, also
geschlossenem Saugdruckregler 11 Arbeitsmedium in einem
Bypass in den Druckraum 9, so dass Öl und Arbeitsfluid
den Druckraum 9 passieren.
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Gemäß 3 ist
die Druckleitung am Verdichteraggregat erfindungsgemäß zwischen
Druckraum und Druckrohr zum Ölabscheider 31 zunächst stromabwärts
mit einer vertikalen Umlenkung, dem Traps 29 ausgerüstet,
so dass ein Flüssigkeitsverschluss vorhanden ist. Das Arbeitsmedium
drückt den Ölspiegel beim Betrieb des Verdichters
zunächst soweit nach unten, bis der Ölspiegel
unter den obersten Umlenkpunkt abgesenkt ist.
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Die
geodätische Höhe des oberen Kanalteiles des Traps
ist in etwa das Flüssigkeitsniveau 30 beim Betrieb
des Verdichteraggregates bei Nullförderung des Verdichter
(Saugdruckregler 11 geschlossen).
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Die
geodätische Höhe des Flüssigkeitsniveaus 30 ist
kleiner als die geodätische Höhe der Unterkante
des Druckraumes 9.
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Das
gemeinsame geometrische Kammervolumen bis zum Traps 29,
gebildet aus dem geometrischen Volumen des Druckraumes 9 und
aus geometrischen Rohrleitungsabschnitt bis zum Flüssigkeitsniveau 30 des
Traps 29 ist das 20-fache der geometrischen Größe
der V-förmigen Arbeitskammer zu Beginn des Öffnens
des Auslasses für 27 bar Verdichtungsenddruck und 1500
l/min.
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Die
Amplituden der erzwungenen Schwingung werden soweit reduziert, dass
der Verdichter bei Teillastbetrieb bis herunter zur Null-Förderung
betriebssicher arbeitet.
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Die 4 zeigt
den Traps 29 als in einer Gehäuseausführung.
Mit dem Flüssigkeitsniveau 30, das durch eine
stabile Rippe realisiert wird.
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- 1
- Saugraum
- 2
- Einlass
- 3
- Arbeitskammer
bei Ansaugruck
- 4
- druckseitige
Endwand
- 5
- Auslässe
- 6
- Hauptrotor
- 7
- Eintrittsöffnung
des gesteuerten Bypasskanals am Verdichtergehäuse
- 8
- Gehäusemantelwand
- 9
- Druckraum
- 10
- saugseitige
Endwand
- 11
- Saugdruckregler
- 12
- V-förmige
Arbeitskammer
- 15
- steuerbares
Bypassregelventil
- 18
- Druckbehälter Ölabscheider
- 19
- steuerbarer
Bypasskanal
- 20
- Druckleitung
- 29
- Traps
- 30
- Flüssigkeitsniveau
bei Verdichterbetrieb
- 31
- Druckrohr
zum Ölabscheider
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102009016790 [0028, 0043]