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Kältemaschine mit mindestens zwei Kompressoren Die Erfindung betrifft
eine Kältemaschine mit mindestens zwei Kompressoren, von denen jeder eine einen
Ölsumpf enthaltende Kurbelkammer, eine Saugkammer und eine Druckkammer aufweist,
wobei zu den Saugkammern eine gemeinsame Saugleitung und zu den Druckkammern eine
gemeinsame Druckleitung gehört und zwischen den Kurbelkammern eine an diese in Höhe
des Normalölstandes im Ölsumpf angeschlossene Ausgleichsleitung vorhanden ist.
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Die Anwendung einer Mehrzahl von Kompressoren für das Kältemittel
in Kühlanlagen hat gegenüber der Verwendung von Einzelaggregaten gewisse Vorteile.
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So läßt sich z. B. durch das Abschalten einzelner Einheiten in einem
Mehrfachsystem eine wirkungsvollere Regelung der Leistung erreichen als bei der
Verwendung eines einzelnen Aggregats, indem Leer-Iaufregelvorrichtungen erspart
werden. Ferner können bei normaler Vergrößerung der Anlage weitere Einheiten eingebaut
werden.
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Ungleichheiten im Betrieb und in der Herstellung der Einheiten wirken
sich jedoch bei den bisher bekannten Aggregaten nachteilig im Hinblick auf die Einhaltung
eines gleichmäßigen Ölstandes in den einzelnen Kompressoren aus. Wenn beispielsweise
ein oder mehrere Kompresscren in einer Mehrfachanlage leerlaufen, stellen sich Druckunterschiede
zwischen ihren Kurbelkammern und denen der arbeitenden Kompressoren ein, die das
Öl durch die Ausgleichsleitung zu den Kurbelkammern niedrigeren Drucks treiben.
Die bekannten Anordnungen mit Ausgleichsleitung zwischen den Kompressoren haben
weiterhin den Nachteil, daß die einzelnen Kompressoren exakt höhengleich aufgestellt
werden müssen. Erhebliche Schwierigkeiten im Betrieb können erfahrungsgemäß nur
bei Befolgung komplizierter Betriebsanweisungen vermieden werden.
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Die Erfindung setzt sich die Überwindung dieser Nachteile zur Aufgabe,
die dann auftreten, wenn in der Kurbelkammer eines ersten Kompresseors auf Grund
der Betriebsweise oder auf Grund niedrigerer Aufstellung eine geringere statische
Druckhöhe auftreten kann.
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Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß zwischen den Kurbelkammern
außer der Ausgleichsleitung eine Verbindungsleitung mit einer Öl von dem Ölsumpf
des ersten zu dem des zweiten Kompressors fördernden Pumpe vorgesehen ist. Die dadurch
bewirkte Zwangsförderung ermöglicht die sichere Aufrechterhaltung eines bestimmten
Mindestölstandes in jedem der zusammengeschalteten Kompressoren. Als Pumpe zur Ölförderung
von dem ersten zu dem zweiten Kompressor dient zweckmäßig die im überschuß fördernde
Schmierpumpe des ersten Kompressors, wobei nach einem weiteren Merkmal der Erfindung
die Förderleistung der Ölpumpe von dem Ölstand im Ölsumpf des ersten Kompressors
abhängig ist. Diese ölstandsabhängigkeit wird vorteilhafterweise dadurch erreicht,
daß die in den Ölsumpf des ersten Kompressors tauchende Saugleitung der Clpumpe
mit Öffnungen wenig unterhalb des NTormalölstandes versehen ist.
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Erfindungsgemäß arbeitet die Ölpumpe mit einem druckabhängigen überströmventil
in ihrer Umgehungsleitung, wobei an die Umgehungsleitung hinter dem überströmventil
die Verbindungsleitung mit der Kurbelkammer des zweiten Kompressors angeschlossen
ist.
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Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist zwischen den Kurbelkammern
eine weitere Verbindungsleitung mit einer Öl von dem Ölsumpf des zweiten zu dem
des ersten Kompressors fördernden Pumpe vorgesehen. Dadurch können sich die Druckverhältnisse
auf Grund der jeweils gewünschten Betrie'osweise beliebig umkehren, da in beiden
Richtungen dieselbe Wirkungsweise vorhanden ist.
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Damit sich in den Kurbelkammern kein allzugroßer Druck aufbauen kann,
sind zweckmäßig die
Kurbelkammer und die Saugkammer durch eine in
ihrer Trennwand angebrachte Öffnung oberhalb des in diesen Kammern vorhandenen Ölstandes
miteinander verbunden. Man erreicht dadurch weiterhin, daß auf dem Wege über die
an eine gemeinsame Saugleitung angeschlossenen Saugkammern sich zwischen den Kurbelkammern
der Kompressoren bei einem bestimmten Betriebszustand unabhängig von der verschließbaren
Ausgleichsleitung stets dasselbe Druckverhältnis ausbildet.
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Ein besonderes Problem besteht bei derartigen Kompressoren darin,
daß in der Saugkammer normalerweise ein geringerer Druck herrscht als in der Kurbelkammer
und daß das sich in der Saugkammer sammelnde Öl daher keinen Anlaß hat, ohne
erheblichen Niveauunterschied aus der Saugkammer in die Kurbelkammer zu strömen.
Dieses Problem wird zweckmäßigerweise durch Anordnung einer Öl von der Saugkammer
zur Kurbelkammer fördernden Pumpe gelöst, die insbesondere als von der Schmierpumpe
gespeiste Strahlpumpe ausgebildet ist.
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Unter Ausnutzung eines Niveauunterschieds oder in bekannter Weise
durch Ausnutzung des zweitweise bestehenden Unterdruckes in der Kurbelkammer bei
den periodischen Druckschwankungen infolge der Kolbenbewegung kann auch das Problem
gelöst werden durch ein in der Trennwand zwischen der Kurbelkammer und der Saugkammer
in Bodennähe der letzteren angeordnetes und sich in Richtung von der Saugkammer
zu der Kurbelkammer öffnendes Rückschlagventil.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in der Zeichnung schematisch
veranschaulichten Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigt F i g. 1 im Längsschnitt
einen Teil eines sogenannten offenen Kompressors und F i g. 2 bis 4 schematisch
teilweise in der Ansicht, teilweise im Längsschnitt verschiedene Mehrfachkompressorensysteme.
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Die F i g. 1 zeigt einen zur Verwendung gemäß der Erfindung ausgestalteten
Kompressor 1. Der dargestellte Kompressor 1 enthält ein Gehäuse 2 mit einer Trennwand
3, die den Gehäuseinnenraum in eine Kurbelkammer 4 und eine Saugkammer 5 unterteilt.
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Alle Teile eines normalen Kompressors, wie Zylinder, Kolben u. dgl.
werden auch bei den vorliegenden Einheiten verwendet, sind jedoch nicht dargestellt.
Der Kompressor kann einen oder mehrere Zylinder aufweisen, ohne daß dadurch der
Erfindungsgedanke beeinflußt wird.
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Der Kompressor weist den üblichen Kopf 6 auf, der die nicht dargestellten,
zum Regeln der Strömung des Kältemittels durch die Zylinder dienenden, an sich bekannten
Ventile, enthält. Das Kältemittel strömt in bekannter Weise von der Niederdruckseite
der Kühlanlage zu der Saugkammer 5 durch die Öffnung 7 und von der Druckkammer 8
nach der Hochdruckseite der Kühlanlage.
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Die Antriebswelle 10, die zum Antrieb der beweglichen Teile des Kompressors
dient, ist in Lagern 9 gelagert. Die Schmierung erfolgt in be'.cannter Weise.
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Bei der dargestellten Ausführung sammelt sich das in der Kurbelkammer
4 befindliche Schmiermittel 5ƒ in einem Ölsumpf 51 im unteren Teil der Kurbelkamm.
- . Das Öl wird durch eine an sich bekannte Pumpe 11 mit einem bestimmten Druck
den bewegten Teilen zugeleitet. Die Pumpe 11 ist mit der Welle 10 gekuppelt und
über den Einlaß 12 an die Saugleitung 13 angeschlossen, die mit einem Sieb oder
Filter 14 in Verbindung steht, welches im unteren Teil des Ölsumpfes 51 liegt. In
der Leitung 13 befinden sich Löcher 15, deren Aufgabe weiter unten beschrieben wird.
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Von der Pumpe 11 wird das Öl in den Auslaß 16 befördert. Eine
bestimmte Menge des dem Auslaß 16 zugeführten Öls entweicht durch eine Öffnung 17,
in eine Leitung 30, welche mittels einer Leitung 20 an eine Strahlpumpe 19 angeschlossen
ist. Die Strömung von der Pumpe 11 zum Strahler 1.9 kann durch geeignete Dimensionierung
der Öffnung 17 und der Leitungen 20, 30 geregelt werden.
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Durch die Anordnung des Strahlers 19 in der Trennwand 3 so, daß sein
Ansaugteil 21. mit der Saugkammer 5 in Verbindung ist und sein Auslaßteil
22' in der Kurbelgehäusekammer 4 mündet, wird das Öl, das sich in der Saugkammer
gesammelt hat, in die Kurbelgehäusekammer gefördert.
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Eine derart zwangläufige Schmiermittelrückbeförderung ist wesentlich,
da der Druck in der Kurbelkammer höher ist als derjenige in der Ansaugkammer. Das
ergibt sich auf Grund der während des Arbeitens des Kompressors aus den Zylinderräumen
an den Kolben vorbei in die Kurbelkammer gelangenden Leckmengen des Kältemittels.
Dieser Umstand tritt noch in verstärktem Maße bei einem Mehrfachsystem auf, bedingt
durch die Änderungen des Druckes, die zu verzeichnen sind, wenn eine oder mehrere
Einheiten unbelastet sind oder abgeschaltet werden.
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Außer dem das Öl in die Kurbelkammer zurückbefördernden Strahler 19
ist in der Trennwand 3 eine Öffnung 22 vorgesehen, durch die ein wesentlicher Ausgleich
des sich zwischen der Saugkammer und der Kurbelkammer aufbauenden Druckunterschieds
bewirkt wird.
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Ferner ist eine Ausgleichsleitung 23 vorgesehen, die die Kurbelkammern
der Kompressoren, die das Mehrfachsystem bilden, miteinander verbindet und zusammen
mit der Öffnung 22 die Wirkungen des Druckabfalles in der Anlage ausgleicht. der
das Gleichgewicht der Schmiermittelspiegel in den Kurbelkammern verhindern würde.
In der Leitung, 23 sitzt ferner ein Ventil 24, das eine Absperrung und Regelung
gestattet.
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Da die Ausgleichsleitung 23 und das Ventil 24 5eringe Abmessungen
haben können, werden die Kosten der Anlage wesentlich herabgesetzt.
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Ferner ist am Pumpenauslaß eine Abzweigung 30' (F i g. 1) vorgesehen,
die mit der Kurbelkammer des anderen Kompressors in Verbindung steht, wodurch zusammen
mit den vorstehend beschriebenen Mitteln ein Ausgleich zwischen den Schmiermittelspiegeln
in den auf diese Weise verbundenen Kurbelkammern gewährleistet wird. ohne daß die
Öltemperaturen sich dabei (wie bei bekannten komplizierteren Firrichtungen für den
Niveauausgleich) erhöhen.
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Diese Einrichtung ist im einzelnen folgendermaßen gestaltet. Vor dem
Auslaß 16 der Pumpe 11 führt eine Zweigleitung 31 zu der Abzweigleitung 30'. In
der Zweigleitung 31 sitzt ein 17berströniventil 32, das eire ordnungsgemäße Versorgung
der bewegten Teile des Kompressors mit Schmiermittel gewährleistet. Wenn in dem
Auslaß 16 ein bestimmter Druck erreicht ist, öffnet sich das Ventil 32 und
läßt das Schmiermittel einerseits über die Rückströmleittmg
33 zu
der Kurbelkammer desselben Kompressors und andererseits über die Verbindungsleitung
35 zu der Kurbelkammer des anderen Kompressors strömen. Durch diese Anordnung wird
erreicht, daß eine Aufteilung des den Raum 34 passierenden Stromes er-,'!012e.
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Über die Rückstromleitung 33 strömt ein größerer Teil des Öles zu
der Kurbelkammer desselben Kompressors zurück, während ein kleinerer Teil über die
Verbindungsleitung 35 in die Kurbelkammer des anderen Kompressors gelangt. Die Verbindungsleitung
35 ist so bemessen, daß etwa ein Viertel des abgezweigten Öles von dem Raume 34
zu dem anderen Kompressor und drei Viertel über die Rückstromleitung 33 zum selben
Kompressor zurückströmen. Die bei diesen Kompressoren allgemein verwendeten Ölpumpen
sind gewöhnlich überdimensioniert, so daß ungefähr zwei Drittel der Fördermenge
oder etwa 161 pro Minute in den Raum 34 gelangen, in dem ein Druck von etwa 0,077
atü herrscht, der bewirkt, daß etwa 121 pro Minute durch die Rückstromleitung 33
und etwa 41 pro Minute durch die Verbindungsleitung 35 strömen. Die Verbindungsleitung
35 ist .so bemessen, daß diese Verteilung der aufgeteilten Strömung von dem Raum
34 in die Kurbelkammern der beiden Kompressoren stattfindet.
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Die vorstehend beschriebene Ausführung gestattet die Verwendung des
Kompressors 1, der auch in Einzelanlagen vorteilhaft verwendbar ist, da das dabei
auftretende Problem der Ölrückführung gelöst ist, in einem Mehrkompressorsystem,
ohne daß es notwendig ist, umständliche Konstruktionsänderungen vorzunehmen. und
mit verhältnismäßig niedrigen Kosten.
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Ein derartiges Mehrfachkompressorsystem, das den vorstehend beschriebenen
Kompressor enthält, ist in F i g. 2 wiedergegeben und kann leicht zusammengestellt
werden durch Verbinden der Saugkammern 5 über eine Leituni 410 mit der Niederdruckseite
der Kühlanlage. In ähnlicher Weise sind die Auslaß-1_.ammern 8 durch eine Leitung
41 mit der Hochdruckseite der Anlage verbunden. Die Leitung 23 verbindet die Kurbelkammern
und läßt den übertritt von Schmiermittel zwischen diesen Kammern zu. Die an der.
Raum 34 der Abzweigeinrichtung des Kompressors _A angeschlossene Verbindungsleitung
35 ist mit der Kurbelkammer des Kompressors B verbunden. Ferner ist die Verbindungsleitung
35', die von dem Schmiersystem des Kompressors B kommt, mit der Kurbelkammer des
Kompressors A bei 36 verbunden. Wenn beide Kompressoren A und B unter
optimalen Bedingungen laufen, ist die Strömung, die -: cn A nach
B über die Leitung 35 und von B nach A
Biber die Leitung 35'
erfolgt, im wesentlichen dieselbe, wodurch entsprechende Spiegelhöhen des Schmiermittels
in den Kurbelkammern erreicht bzw. aufrechterhalten werden.. In einer der Saugkammern
5 angesammeltes Schmiermittel wird dabei fortwährend durch die Strahlenpumpe 19
in die zugehörige Kurbelkammer 4 zurückgefördert.
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Wenn der Kompressor B völlig unbelastet und der Kompressor A voll
belastet ist, steigt der Druck in der Kurbelgehäusekammer 4 des Kompressors B -eaenüber
der Kurbelkammer des Kompressors A an, wodurch auch Änderungen des Schmiermittelstandes
verursacht werden. Weiterhin treten in der Praxis Unterschiede in der Förderleistung
der mit den einzelnen Einheiten verbundenen Pumpen auf. Wenn sich auf Grund solcher
Umstände der Schmiermittelstand im Kompressor B senkt, so erreicht er schließlich
die Höhe des obersten Loches 15 in der Saua leitung 13 der zugehörigen Pumpe. Dadurch
wird von dieser Pumpe neben dem Schmiermittel auch gasförmiges Kältemittel angesaugt,
das sich über dem Schmiermittelsumpf in der Kurbelkammer befindet. Die Menge des
geförderten Schmiermittels nimmt dadurch ab und damit auch der Förderstrom zum Kompressor
A. Wenn sich ein Niveauunterschied auf Grund größerer Förderleistung der Pumpe des
Kompressors B nach dem Kompressor A einstellt, wird weiterhin ein
ausgleichender Einfluß dadurch ausgeübt, daß infolge des ansteigenden Schmiermittelspiegels
im Kompressor A der Druck in der Kurbelgehäusekammer sich erhöht, wodurch Schmiermittel
über die Ausgleichsleitung 23 dem Teil B zugeführt wird und dessen Schmiermittelverlust
ausgleicht. Zusammen mit dieser Schmiermittelförderung nach B durch die Leitung
23 wirkt ein Schwanken des Öldruckes in der Pumpe 11 des Kompressors B auf Grund
der Gasansaugung durch das Loch 15, wodurch die Strömung vom Kompressor B zum Kompressor
A abnimmt.
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Auf die vorstehend beschriebene Weise sind Mittel zur Aufrechterhaltung
von im wesentlichen gleichem Schmiermittelspiegel während der ungünstigsten Arbeitsbedingungen
vorgesehen.
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Die F i g. 3 und 4 zeigen weitere Ausführungen einer Anlage mit zwei
Kompressoren, von denen der eine mit C bezeichnet ist und demjenigen ähnelt, der
in den F i g. 1 und 2 wiedergegeben ist.
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Der Kompressor D hat ein Rückschlagventil 60, über das das Schmiermittel
von der Saugkammer zu der Kurbelkammer strömen kann. Ferner fehlen die Verbindungsleitungen,
die im vorher beschriebenen Beispiel mit der Pumpe des Kompressors verbunden sind.
im übrigen ähnelt aber der Kompressor D weitgehend den vorstehend beschriebenen
Einheiten.
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Diejenigen Teile. die im wesentlichen dieselbe Form und denselben
Zweck wie die entsprechenden Teile in den F i g. 1 und 2 haben, sind mit den gleichen
Bezugszeichen versehen. Statt einer Strömung in beiden Richtungen in der Leitung
23 gemäß F i g. 2, findet die Strömung darin jetzt nur in einer Richtung vom Kompressor
D zum Kompressor C statt.
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Es kann ferner gemäß F i g. 3 der Kompressor D über dem Kompressor
C angeordnet werden, so daß die ganze Anlage auch auf kleinem Raum untergebracht
werden kann.
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Die Anlage arbeitet wie folgt: Zuerst ist der Kompressor D unbelastet.
Während dieser Zeit ist der Druck in der Kurbelkammer des Kompressors D höher als
in der Kurbelkammer des Kompressors C. Das Schmiermittel hat daher das Bestreben,
in den Kompressor C zu fließen, so daß in dem Kompressor D eine Ölabnahme erfolgt.
Infolge der Verbindungsleitung 35 von der Pumpe 11 des Kompressors C zur Kurbelkammer
des Kompressor3 D erfolgt jedoch eine Zunahme des Schmiermittelspiegels oder der
Schmiermittelzufuhr zum Kompressor D, so daß dadurch der Spiegel in der erforderlichen
Flöhe gehalten wird.
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In aus mehr als zwei Kompressoren bestehenden Anlagen werden die einzelnen
Kompressoren untereinander beliebig unter Einhaltung der oben bei zwei Kompressoren
erläuterten Bedingungen verbunden, so daß jeder Kompressor mit jedem anderen Kompressor
der
Anlage unmittelbar oder über Vermittlung eines oder mehrerer weiterer Kompressoren
in Verbindung steht.