DE102014000469A1 - screw compressors - Google Patents

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Abstract

Schraubenverdichter mit Regelung des internen Verdichtungsverhältnisses und/oder der Leistung durch einen Regelschieber, die auch bei sehr geringem Regeldruck funktionsfähig ist. Der Regelschieber ist mit einer Bohrung versehen, die als Zylinder für einen Entlastungskolben dient, welcher mit dem Schraubenverdichter-Gehäuse verbunden ist.Screw compressor with control of the internal compression ratio and / or the performance by a control slide, which is functional even at very low control pressure. The control slide is provided with a bore which serves as a cylinder for a relief piston, which is connected to the screw compressor housing.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schraubenverdichter mit einem Schieber oder Regelorgan.The invention relates to a screw compressor with a slide or control element.

Der Begriff Schraubenverdichter wird hier stellvertretend für eine Schraubenmaschine verwendet. Die Schraubenmaschine kann auch als Expansionsmaschine oder als Schraubenmotor verwendet werden.The term screw compressor is used here to represent a screw machine. The screw machine can also be used as an expansion machine or as a screw motor.

Bei der Regelung eines Schraubenverdichters spricht man von einem Regelschieber, wenn dieser zur Regelung der Leistung dient oder von einem Vi-Schieber, wenn dieser zur Regelung des internen Volumenverhältnisses dient. Die Erfindung ist für beide Schieber anwendbar. Im folgenden Text wird stellvertretend für beide Schieber der Begriff Schieber verwendet.When controlling a screw compressor, we speak of a control slide, if it is used to control the power or of a Vi-slide, if this is used to control the internal volume ratio. The invention is applicable to both slides. In the following text, the term slider is used as an example for both slides.

Nach DE 4 243 430 ist ein Schraubenverdichter bekannt, bei dem zur Regelung der Leistung bzw. des internen Verdichtungsverhältnisses ein Regel- bzw. Vi-Schieber eingesetzt wird. Um den Schieber zu verstellen, wird ein Kolben in einem Zylinder mit Drucköl beaufschlagt. Dieser Kolben ist durch eine Kolbenstange fest mit dem Schieber verbunden. Nach DE 10 2011 051 730 kann dieser auch direkt am Schieber befestigt sein, wobei dann die Kolbenstange entfällt.To DE 4 243 430 is a screw compressor is known in which a regulating or Vi-slider is used to control the performance and the internal compression ratio. To adjust the slide, a piston in a cylinder is pressurized with oil. This piston is firmly connected to the slider by a piston rod. To DE 10 2011 051 730 this can also be attached directly to the slide, in which case the piston rod is eliminated.

Die Versorgung eines doppelwirkenden Zylinders mit Drucköl ist in DE 19 521 922 dargestellt. Durch Drucköl im Zylinder wird der Schieber von der Saugseite zur Druckseite oder umgekehrt verschoben.The supply of a double-acting cylinder with pressurized oil is in DE 19 521 922 shown. Due to pressure oil in the cylinder, the slide is moved from the suction side to the pressure side or vice versa.

In einer Konstruktionsvariante, wie in DE 19 521 922 dargestellt, wird dieser Zylinder nur einseitig mit Drucköl versorgt, so dass Bohrungen, Leitungen und Ventile zur Versorgung der anderen Zylinderseite entfallen können.In a design variant, as in DE 19 521 922 shown, this cylinder is supplied only on one side with pressure oil, so that bores, lines and valves can be omitted to supply the other side of the cylinder.

Die im Zylinder auf den Kolben wirkende Kraft ist abhängig von Kolbenfläche, Ansaugdruck und Druck im Zylinder. Die auf den Schieber in der Gegenrichtung wirkende Kraft ist abhängig von der stirnseitigen Fläche des Schiebers, dem Ansaugdruck und dem Verdichtungsenddruck.The force acting on the piston in the cylinder depends on the piston area, intake pressure and pressure in the cylinder. The force acting on the slider in the opposite direction is dependent on the front face of the slider, the suction pressure and the compression end pressure.

Zum Verschieben des Schiebers von der Druckseite zur Saugseite wird der Zylinderraum durch Öffnen und Schließen geeigneter Ventile mit einem Raum des Verdichters verbunden, der unter möglichst niedrigem Druck steht, in der Regel der Ansaugraum des Verdichters, der unter Saugdruck steht. Der niedrige Druck auf den Kolben bewirkt eine relativ kleine Kraft. Der an der Druckseite des Verdichters herrschende hohe Verdichtungsenddruck wirkt auf den Schieber und bewirkt eine größere Kraft als die des Kolbens, so dass der Schieber sich in Richtung Saugseite bewegt.To move the slide from the pressure side to the suction side of the cylinder chamber is connected by opening and closing suitable valves with a space of the compressor, which is under the lowest possible pressure, usually the suction chamber of the compressor, which is under suction pressure. The low pressure on the piston causes a relatively small force. The high compression end pressure prevailing on the pressure side of the compressor acts on the slide and causes a greater force than that of the piston, so that the slide moves in the direction of the suction side.

Zum Verschieben des Schiebers von der Saugseite zur Druckseite wird der Zylinderraum durch Öffnen und Schließen geeigneter Ventile mit einem Raum des Verdichters verbunden, in dem sich Öl befindet, das unter hohem Druck steht. Die dadurch auf den Kolben wirkende Kraft ist größer als die in Gegenrichtung wirkende Kraft, die der Verdichtungsenddruck auf den Schieber bewirkt, so dass der Schieber sich in Richtung Druckseite bewegt.To move the slider from the suction side to the pressure side of the cylinder chamber is connected by opening and closing suitable valves with a space of the compressor in which there is oil that is under high pressure. The thereby acting on the piston force is greater than the force acting in the opposite direction, which causes the compression end pressure on the slider, so that the slider moves in the direction of the pressure side.

Wie in DD 226 947 dargestellt, wird oft der Öldruck zum Zylinder durch eine Ölpumpe angehoben. Dies ist dann nötig, wenn die Fläche des Kolbens nicht genügend groß dimensioniert werden kann und der zur Verfügung stehende Öldruck nicht ausreichend groß ist, um am Kolben eine Kraft zu erzeugen, die deutlich grösser ist als die in der Gegenrichtung wirkende Kraft, die der Verdichtungsenddruck auf den Schieber ausübt.As in DD 226 947 shown, the oil pressure to the cylinder is often raised by an oil pump. This is necessary if the surface of the piston can not be dimensioned large enough and the available oil pressure is not large enough to generate a force on the piston, which is significantly greater than the force acting in the opposite direction, the compression end pressure on the slide exercises.

DD 226 947 beschreibt ebenfalls eine preisgünstige Lösung der Schraubenverdichteranlage, bei der auf die Ölpumpe verzichtet wird. Hier wird Drucköl direkt vom Ölabscheider entnommen, gefiltert, aber nicht durch eine Ölpumpe im Druck verstärkt. DD 226 947 also describes a low-cost solution of the screw compressor system, which dispenses with the oil pump. Here, pressure oil is taken directly from the oil separator, filtered, but not amplified by an oil pump in the pressure.

Bei einer Schraubenverdichteranlage ohne Ölpumpe resultieren durch Ölfilter und Leitungsführung Druckverluste, so dass das Drucköl im Zylinder nicht unter Verdichtungsenddruck steht, sondern einen Druck aufweist, der geringer als der Verdichtungsenddruck ist. Durch diesen Druckabfall ist die am Kolben wirkende Kraft möglicherweise gleich oder sogar niedriger als die in der Gegenrichtung wirkende Kraft am Schieber, so dass der Schieber sich nicht von der Saugseite zur Druckseite verschieben lässt. Entgegen der Bewegung des Schiebers wirken außerdem Reibungskräfte zwischen Schieber und dessen Führung, sowie zwischen Kolbendichtung und Zylinder.In a screw compressor without oil pump result through oil filter and wiring pressure losses, so that the pressure oil in the cylinder is not under compression end pressure, but has a pressure which is less than the compression end pressure. By this pressure drop, the force acting on the piston is possibly equal to or even lower than the force acting in the opposite direction on the slider, so that the slide can not be moved from the suction side to the pressure side. Contrary to the movement of the slide also act friction forces between the slide and its guide, and between the piston seal and cylinder.

Die Erfindung hat die Aufgabe auch bei geringen Öldrücken im Zylinder zur Schieber-Verstellung, was zum Beispiel beim Verzicht auf eine Ölpumpe der Fall sein kann, eine Verstellung des Schiebers zu gewährleisten.The invention has the task even at low oil pressures in the cylinder for slide adjustment, which may be the case, for example, when dispensing with an oil pump, to ensure an adjustment of the slide.

Zur Lösung der Aufgabe wird das Verhältnis der druckbeaufschlagten Flächen von Kolben und Schieber zugunsten des Kolbens vergrößert.To solve the problem, the ratio of the pressurized surfaces of the piston and slide is increased in favor of the piston.

Um das Verhältnis der druckbeaufschlagten Flächen zu beeinflussen, ist der Schieber mit einer Bohrung versehen. In dieser Bohrung befindet sich ein Entlastungskolben, welcher mit dem Schraubenverdichter-Gehäuse verbunden ist. Durch den Entlastungskolben wird verhindert, dass durch die Bohrung im Schieber bereits verdichtetes Gas zur Saugseite des Verdichters abfließen kann.In order to influence the ratio of the pressurized surfaces, the slide is provided with a bore. In this hole is a discharge piston, which is connected to the screw compressor housing. The relief piston prevents it from passing through the bore in the slide already compressed gas can flow to the suction side of the compressor.

Dadurch ist eine Verstellung des Schiebers auch bei sehr hohen Druckverlusten möglich.As a result, an adjustment of the slide is possible even at very high pressure losses.

Um keine radialen Kräfte vom Entlastungskolben auf den Schieber zu übertragen, welche zum Verklemmen des Schiebers im Rotorgehäuse führen könnten, kann die Verbindung von Entlastungskolben und Verdichtergehäuse durch ein Kardangelenk erfolgen. Alternativ dazu könnte die Stange dünn und flexibel gestaltet werden.In order to transfer any radial forces from the discharge piston on the slide, which could lead to jamming of the slide in the rotor housing, the connection of the discharge piston and the compressor housing can be done by a universal joint. Alternatively, the rod could be made thin and flexible.

Die Abbildung zeigt den Schnitt durch einen Schraubenverdichter mit Regelung durch einen Schieber.The figure shows the section through a screw compressor controlled by a slider.

Ein Schieber 8 ist in einer Bohrung 5 des Schraubenverdichter-Gehäuses so angeordnet, dass er in Längsrichtung verschiebbar ist. In einer zweiten Bohrung 1 im Verdichtergehäuse, die als Zylinder dient, ist ein Kolben 2 angeordnet, der in dieser Bohrung 1 in Längsrichtung verschiebbar ist. In einer Nut 3 am Umfang des Kolbens 2 ist eine Kolbendichtung 4 angeordnet. Kolben 2 und Schieber 8 sind durch eine Kolbenstange 6 miteinander verbunden. Koaxial zur Kolbenstange 6 ist zwischen Schraubenverdichter-Gehäuse und Schieber 8 eine Druckfeder 7 angeordnet.A slider 8th is in a hole 5 the screw compressor housing arranged so that it is longitudinally displaceable. In a second hole 1 in the compressor housing, which serves as a cylinder, is a piston 2 arranged in this hole 1 is displaceable in the longitudinal direction. In a groove 3 on the circumference of the piston 2 is a piston seal 4 arranged. piston 2 and slider 8th are by a piston rod 6 connected with each other. Coaxial to the piston rod 6 is between screw compressor housing and slide 8th a compression spring 7 arranged.

In einer Bohrung 13 im Schieber 8, die als Zylinder dient, ist ein Entlastungskolben 10 angeordnet, der in dieser Bohrung 13 in Längsrichtung verschiebbar ist. In einer Nut 11 am Umfang des Entlastungskolbens 10 ist eine Kolbendichtung 12 angeordnet. Die Bohrung 13 ist durch Kanäle 9 im Schieber 8 mit der Saugseite a des Schraubenverdichters verbunden. Am Abschlussdeckel 16 des Schraubenverdichter-Gehäuses ist ein Kardangelenk 15 angeordnet. Zwischen Entlastungskolben 10 und Kardangelenk 15 ist eine Stange 14 angeordnet.In a hole 13 in the slide 8th acting as a cylinder is a relief piston 10 arranged in this hole 13 is displaceable in the longitudinal direction. In a groove 11 on the circumference of the relief piston 10 is a piston seal 12 arranged. The hole 13 is through channels 9 in the slide 8th connected to the suction side a of the screw compressor. At the end cap 16 The screw compressor housing is a universal joint 15 arranged. Between unloading pistons 10 and universal joint 15 is a pole 14 arranged.

Zum Verschieben des Schiebers 8 von der Saugseite a zur Druckseite b wird die Bohrung 1 durch Öffnen und Schließen geeigneter Ventile mit einem Raum des Schraubenverdichters verbunden, in dem sich Öl befindet das unter hohem Druck steht. Das Öl drückt auf den Kolben 2 der mit der Kolbenstange 6 und mit dem Schieber 8 verbunden ist, so dass sich das Paket aus Kolben 2, Kolbenstange 6 und Schieber 8 von a nach b bewegt. Diese Bewegung wird durch die Kraft der Druckfeder 7 unterstützt. Da der Entlastungskolben 10 in der Bohrung 13 im Schieber 8 durch Stange 14, Kardangelenk 15 und Abschlussdeckel 16 fest mit dem Schraubenverdichter-Gehäuse verbunden ist, kann dieser der Bewegung des Schiebers 8 nicht folgen und gleitet in der Bohrung 13 im Schieber 8. Gas, das sich in der Bohrung 13 im Schieber 8 befindet, wird teilweise vom Kolben 10 verdrängt und kann über Kanäle 9 im Schieber 8 zu Saugseite a abströmen, so dass im Kanal 9 und vor dem Entlastungskolben 10 permanent Saugdruck herrscht.To move the slider 8th from the suction side a to the pressure side b is the bore 1 By opening and closing suitable valves connected to a space of the screw compressor in which there is oil which is under high pressure. The oil presses on the piston 2 the one with the piston rod 6 and with the slider 8th connected, so that the package of pistons 2 , Piston rod 6 and slider 8th moved from a to b. This movement is due to the force of the compression spring 7 supported. Because of the relief piston 10 in the hole 13 in the slide 8th by rod 14 , Cardan joint 15 and end cover 16 firmly connected to the screw compressor housing, this can the movement of the slider 8th do not follow and slide in the hole 13 in the slide 8th , Gas that is in the hole 13 in the slide 8th is partially from the piston 10 displaced and can via channels 9 in the slide 8th to the suction side a flow, so that in the channel 9 and in front of the relief piston 10 permanent suction pressure prevails.

Zum Verschieben des Schiebers von der Druckseite b zur Saugseite a wird die Bohrung 1 durch Öffnen und Schließen geeigneter Ventile mit dem Ansaugraum a des Schraubenverdichters verbunden, der unter Saugdruck steht. Im Raum b befindet sich Gas, das unter Verdichtungsenddruck steht. Dieses bewirkt eine Druckkraft auf den Schieber 8, der mittels Kolbenstange 6 mit dem Kolben 2 verbunden ist, so dass sich das Paket aus Kolben 2, Kolbenstange 6 und Schieber 8 von b nach a bewegt. Da der Entlastungskolben 10 in der Bohrung 13 im Schieber 8 durch Stange 14, Kardangelenk 15 und Abschlussdeckel 16 fest mit dem Schraubenverdichter-Gehäuse verbunden ist, kann dieser der Bewegung des Schiebers 8 nicht folgen und gleitet in der Bohrung 13 im Regelschieber 8. Durch die Kanäle 9 im Schieber 8 kann Gas von Raum a in Bohrung vor dem Entlastungskolben 10. Auf dem Entlastungskolben 10 wirkt eine Kraft durch das sich im Raum b befindende Gas, das unter Verdichtungsenddruck steht. Die daraus wirkende Kraft wird über Stange 14, Kardangelenk 15 und Gehäusedeckel 16 auf das Schraubenverdichter-Gehäuse geleitet.To move the slider from the pressure side b to the suction side a is the hole 1 by opening and closing suitable valves connected to the suction chamber a of the screw compressor, which is under suction pressure. In room b is gas, which is under compression pressure. This causes a compressive force on the slider 8th that by means of piston rod 6 with the piston 2 connected, so that the package of pistons 2 , Piston rod 6 and slider 8th moved from b to a. Because of the relief piston 10 in the hole 13 in the slide 8th by rod 14 , Cardan joint 15 and end cover 16 firmly connected to the screw compressor housing, this can the movement of the slider 8th do not follow and slide in the hole 13 in the control slide 8th , Through the channels 9 in the slide 8th can gas from room a in hole in front of the relief piston 10 , On the relief piston 10 A force acts through the gas in room b, which is under compression pressure. The force acting on it becomes over rod 14 , Cardan joint 15 and housing cover 16 directed to the screw compressor housing.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Bohrungdrilling
22
Kolbenpiston
33
Nutgroove
44
Kolbendichtungpiston seal
55
Bohrungdrilling
66
Kolbenstangepiston rod
77
Druckfedercompression spring
88th
Schieberpusher
99
Kanälechannels
1010
Entlastungskolbenrelief piston
1111
Nutgroove
1212
Kolbendichtungpiston seal
1313
Bohrungdrilling
1414
Stangepole
1515
Kardangelenkuniversal joint
1616
AbschlussdeckelEnd cover
aa
Saugseitesuction
bb
Druckseitepressure side

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 102011051730 [0004] DE 102011051730 [0004]
  • DE 19521922 [0005, 0006] DE 19521922 [0005, 0006]
  • DD 226947 [0010, 0011] DD 226947 [0010, 0011]

Claims (2)

Schraubenverdichter mit Regelung des internen Verdichtungsverhältnisses und/oder der Leistung durch einen Schieber, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber 8 mit einer Bohrung 5 versehen ist, die als Zylinder dient, in der sich ein Entlastungskolben 10 befindet, welcher mit dem Schraubenverdichter-Gehäuse verbunden ist.Screw compressor with regulation of the internal compression ratio and / or the performance by a slider, characterized in that the slide 8th with a hole 5 is provided, which serves as a cylinder in which a discharge piston 10 which is connected to the screw compressor housing. Schraubenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Entlastungskolben 10 durch ein Kardangelenk 15 oder ein flexibles Element mit dem Schraubenverdichter-Gehäuse verbunden ist.Screw compressor according to claim 1, characterized in that the relief piston 10 through a universal joint 15 or a flexible element is connected to the screw compressor housing.
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