DE212016000070U1

DE212016000070U1 - Aktives Abstandsmanagement bei Schraubenkompressoren

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Publication number: DE212016000070U1
Application number: DE212016000070.5U
Authority: DE
Original assignee: Trane International Inc
Current assignee: Trane International Inc
Priority date: 2015-04-06
Filing date: 2016-04-06
Publication date: 2017-11-14
Anticipated expiration: 2026-04-07
Also published as: US20200003214A1; CN209033764U; US20180087509A1; WO2016164453A1; US10539137B2; US10738781B2

Abstract

Kompressor, umfassend ein Gehäuse, das eine Arbeitskammer definiert, wobei das Gehäuse eine Bohrung und eine Endplatte, die zu einem Auslassende hin angeordnet ist, aufweist, einen Rotor, der Schraubengewinde hat, wobei der Rotor konfiguriert ist, um in der Bohrung aufgenommen zu werden, ein Rotorspiel, das durch ein äußeres Maß des Rotors in Bezug zu einem anderen statischen Bauteil in dem Kompressor definiert ist, ein steuerbares Lager, das den Rotor stützt, und eine Steuervorrichtung zum Steuern des steuerbaren Lagers derart, dass das steuerbare Lager den Rotor auf eine Art bewegt, die das Rotorspiel verringert oder vergrößert.

Description

GEBIET
Diese Offenbarung betrifft Geräte, Systeme und Verfahren zum aktiven Verwalten eines oder mehrerer Rotorspiele in einem Kompressor. Genauer genommen wird ein steuerbares Lager, zum Beispiel ein Magnetlager, verwendet, um aktiv Rotorspiele eines Schraubenkompressors zu verwalten.
STAND DER TECHNIK
Ein Schraubenkompressor ist ein Kompressortyp, der verwendet werden kann, um diverse Arbeitsfluide, wie zum Beispiel Kältemitteldampf, zu verdichten. Der Schraubenkompressor weist typischerweise einen oder mehrere Rotoren auf. Während des Betriebs kann Arbeitsfluid, zum Beispiel Kältemitteldampf, in einer Kompressionskammer verdichtet werden, während die Rotoren drehen.
KURZDARSTELLUNG
Ausführungsformen von Geräten, Systemen und Verfahren, die aktiv ein oder mehrere Rotorspiele in einem Kompressor verwalten können, werden hier beschrieben. Genauer genommen wird ein steuerbares Lager, zum Beispiel ein Magnetlager, verwendet, um aktiv ein Rotorspiel eines Schraubenkompressors zu verwalten.
Ein steuerbares Lager ist als ein Lager definiert, das eine gestützte Last, zum Beispiel einen Rotor und/oder eine Welle, in eine, zwei oder drei Dimensionsrichtungen bewegen kann. Ein Beispiel eines steuerbaren Lagers ist ein Magnetlager. Ein Magnetlager ist als ein Lager definiert, das eine Last, zum Beispiel einen Rotor, unter Verwenden von Magnetschweben stützt. Ein Magnetlager kann eine gestützte Last in ein, zwei oder drei Dimensikonsrichtungen durch Wechseln einer Kraft, zum Beispiel eines Magnetfelds, des Magnetschwebens bewegen. Ein Spiel ist als ein bestimmter Abstand, zum Beispiel ein Spalt, zwischen einem Rotor und einem anderen Teil eines Kompressors definiert. Unterschiedliche Rotorspiele können in einem Kompressor existieren, zum Beispiel Rotor-zu-Bohrung, Rotor-zu-Endplatte oder dergleichen.
Die aktive Verwaltung eines oder mehrere Spiele in einem Kompressor bei unterschiedlichen Betriebszuständen kann unterschiedliche Vorteile bereitstellen. Ein größeres Spiel kann zum Beispiel mechanische Stabilität für einen Kompressor in einer Anlaufphase bereitstellen, wenn die Temperatur des Kompressors im Vergleich zu einer normalen Betriebsphase relativ niedrig ist. Bei einem anderen Beispiel kann ein anderes Spiel höhere Kompressionseffizienz für einen Kompressor in einer normalen Betriebsphase, zum Beispiel einer Phase außerhalb der Anlaufphase, wenn die Temperatur des Kompressors im Vergleich zu einer Anlaufphase relativ hoch ist, bereitstellen.
Bei einer Ausführungsform weist ein Kompressor, der ein Spiel aktiv verwalten kann, ein Gehäuse, das eine Arbeitskammer definiert, auf. Bei einer Ausführungsform weist das Gehäuse eine Bohrung und eine Endplatte auf, die zu dem Auslassende hin angeordnet ist. Der Kompressor weist einen Rotor auf, der Schraubengewinde hat, wobei der Rotor konfiguriert ist, um in der Bohrung untergebracht zu sein. Der Kompressor weist ein Rotor-zu-Bohrung-Spiel auf, das zwischen dem Rotor und einer inneren Oberfläche der Bohrung definiert ist. Der Kompressor kann ferner ein Rotor-zu-Endplatte-Spiel aufweisen, das zwischen dem Rotor und der Endplatte definiert ist. Der Kompressor weist ein steuerbares Lager auf, das den Rotor stützt. Der Kompressor weist eine Steuervorrichtung auf, die konfiguriert ist, um das steuerbare Lager derart zu steuern, dass das steuerbare Lager den Rotor auf eine Art bewegt, die das Rotor-zu-Bohrung-Spiel und/oder das Rotor-zu-Endplatte-Spiel verringert und/oder vergrößert.
Bei einer Ausführungsform weist ein Kompressor, der ein Spiel aktiv verwalten kann, ein Gehäuse, das eine Arbeitskammer definiert, auf. Bei einer Ausführungsform weist das Gehäuse zwei oder mehrere im Allgemeinen parallele aber teilweise einander schneidende Bohrungen und eine Endplatte, die zu einem Auslassende hin angeordnet ist, auf. Bei einer Ausführungsform weist der Kompressor zwei oder mehrere Rotoren auf, die ineinandergreifende Schraubengewinde haben, wobei die Rotoren konfiguriert sind, um in den Bohrungen untergebracht zu sein. Der Kompressor weist ein erstes Spiel auf, das zwischen den zwei Rotoren definiert ist, ein zweites Spiel, das zwischen einem der Rotoren und einer inneren Oberfläche der Bohrungen definiert ist, und ein drittes Spiel, das zwischen einem der Rotoren und der Endplatte definiert ist. Der Kompressor weist ein steuerbares Lager auf, das einen der Rotoren stützt, wobei das steuerbare Lager konfiguriert ist, um fähig zu sein, den Rotor, den es stützt, auf eine Art zu bewegen, die das erste, das zweite und/oder das dritte Spiel verringert oder vergrößert. Bei einer Ausführungsform tritt Bewegung des Rotors/der Rotoren auf, während der Kompressor Spannung führt oder eingeschaltet ist und/oder während des Betriebs. Der Kompressor weist eine Steuervorrichtung auf, die konfiguriert ist, um das steuerbare Lager derart zu steuern, das das steuerbare Lager den Rotor auf eine Art bewegt, die das Rotor-zu-Bohrung-Spiel und/oder das Rotor-zu-Endplatte-Spiel verringert und/oder vergrößert. Bei einer Ausführungsform kann der Kompressor ein stationäres Lager aufweisen, das einen anderen der Rotoren stützt.
Bei einer Ausführungsform weist ein Heiz-, Belüftungs- und Klimatisierungssystem (Heating, Ventilation and Air Conditioning – HVAC), das ein Spiel in einem Kompressor aktiv verwalten kann, einen Fluidkreislauf auf. Der Fluidkreislauf weist einen Kondensator, eine Expansionsvorrichtung, die stromabwärts des Kondensators angeordnet ist, einen Verdampfer, der stromabwärts der Expansionsvorrichtung angeordnet ist, einen Kompressor, der stromabwärts des Verdampfers und stromaufwärts des Kondensators angeordnet ist, auf. Der Kompressor weist ein Gehäuse auf, das eine Arbeitskammer definiert. Das Gehäuse weist zwei oder mehrere allgemein parallele, einander aber teilweise schneidende Bohrungen und eine Endplatte, die zu einem Auslassende hin angeordnet ist, auf. Der Kompressor weist zwei Rotoren auf, die ineinandergreifende Schraubengewinde haben, wobei die Rotoren konfiguriert sind, um in den Bohrungen untergebracht zu sein. Der Kompressor weist ein erstes Spiel auf, das zwischen den zwei Rotoren definiert ist, ein zweites Spiel, das zwischen einem der Rotoren und einer inneren Oberfläche der Bohrungen definiert ist, und ein drittes Spiel, das zwischen einem der Rotoren und der Endplatte definiert ist, auf. Der Kompressor weist ein steuerbares Lager auf, das einen der Rotoren stützt, wobei das steuerbare Lager konfiguriert ist, um fähig zu sein, den Rotor, den es stützt, auf eine Art zu bewegen, die das erste, das zweite und/oder das dritte Spiel verringert oder vergrößert. Bei einer Ausführungsform tritt Bewegung des Rotors/der Rotoren auf, während der Kompressor Spannung führt oder eingeschaltet ist, und/oder während des Betriebs. Der Kompressor weist eine Steuervorrichtung auf, die konfiguriert ist, um das steuerbare Lager derart zu steuern, dass das steuerbare Lager den Rotor auf eine Art bewegt, die das Rotor-zu-Bohrung-Spiel und/oder das Rotor-zu-Endplatte-Spiel verringert und/oder vergrößert. Bei einer Ausführungsform kann der Kompressor ein stationäres Lager aufweisen, das einen anderen der Rotoren stützt.
Ein Verfahren zum aktiven Verwalten eines Kompressors weist das Bestimmen eines Betriebszustands des Kompressors, das Einstellen eines Spiels und das Bewegen eines Rotors gemäß dem eingestellten Spiel auf.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht eine schematische Ansicht eines HVAC-Systems gemäß einer Ausführungsform.
2 veranschaulicht eine schematische Querschnittansicht eines Schraubenkompressors gemäß einer Ausführungsform.
3A veranschaulicht eine schematische Querschnittansicht eines radialen Magnetlagers gemäß einer Ausführungsform.
3B veranschaulicht eine schematische Seitenansicht eines radialen und eines axialen Magnetlagers gemäß einer Ausführungsform.
4 veranschaulicht eine schematische Querschnittansicht eines Schraubenkompressors mit einem statischen, nicht steuerbaren Lager, die Rotor-zu-Rotor- und Rotor-zu-Bohrung-Spiele zeigt, gemäß einer Ausführungsform.
5 veranschaulicht eine schematische Querschnittansicht eines Schraubenkompressors mit einem steuerbaren Lager, die Rotor-zu-Rotor- und Rotor-zu-Bohrung-Spiel beim Anlaufen gemäß einer Ausführungsform.
6 veranschaulicht eine schematische Querschnittansicht eines Schraubenkompressors mit einem steuerbaren Lager, die Rotor-zu-Rotor- und Rotor-zu-Bohrung-Spiele während des Betriebs gemäß einer Ausführungsform zeigt.
7 veranschaulicht ein Verfahren aktiver Spielverwaltung gemäß einer Ausführungsform.
8 veranschaulicht ein Verfahren aktiver Spielverwaltung gemäß einer Ausführungsform.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 veranschaulicht eine schematische Ansicht eines HVAC-Systems gemäß einer Ausführungsform. Wie in 1 gezeigt, weist das HVAC-System einen Fluidkreislauf auf. Jedes der Bauteile in dem Fluidkreislauf ist fluidisch verbunden. Die Pfeile in 1 geben den Fluidfluss an. Der Fluidfluss gibt auch die stromaufwärtige und stromabwärtige Beziehungen der Bauteile in dem Fluidkreislauf an. Bei einem Beispiel bedeutet Bauteil A stromaufwärts von B Fluidfluss von A zu B. Bei einem Beispiel bedeutet Bauteil A stromabwärts von B Fluidfluss von B zu A.
Wie in 1 gezeigt, weist das HVAC-System einen Kompressor 190 auf, der ein Arbeitsfluid, zum Beispiel ein Kältemittel, Schmiermittel, Dampf, Kombinationen davon oder dergleichen verdichtet. Der Kompressor 190 ist stromabwärts eines Verdampfers 193 und stromaufwärts eines Kondensators 191 angeordnet. Der Kondensator 191 ist stromabwärts des Kompressors 190 und stromaufwärts einer Expansionsvorrichtung 192 angeordnet. Die Expansionsvorrichtung 192 ist stromabwärts des Kondensators 191 und stromaufwärts des Verdampfers 193 angeordnet. Der Verdampfer 193 ist stromabwärts der Expansionsvorrichtung 192 und stromaufwärts des Kompressors 190 angeordnet. Bei einer Ausführungsform kann der Kompressor 190 ein Schraubenkompressor sein, der mindestens einen Rotor hat. Der Rotor kann von mindestens einem Magnetlager gestützt werden, das das Rotorspiel des Schraubenkompressors aktiv verwalten kann.
2 veranschaulicht eine schematische Querschnittansicht eines Schraubenkompressors 100 gemäß einer Ausführungsform. Bei einer Ausführungsform kann der Schraubenkompressor 100 der Kompressor 190 in 1 sein. Wie in 2 gezeigt, weist der Schraubenkompressor 100 gemäß einer Ausführungsform ein Gehäuse 101 auf. Das Gehäuse 101 weist eine erste Bohrung 150 und eine zweite Bohrung 140 auf. Ein erster Rotor 110 ist in der ersten Bohrung 150 angeordnet. Ein zweiter Rotor 120 ist in der zweiten Bohrung 140 angeordnet. Der erste Rotor 110 hat Schraubengewinde 112. Der erste Rotor hat eine erste Welle 155, die eine Rotationsachse A hat. Der zweite Rotor 120 hat Schraubengewinde 122. Der zweite Rotor hat eine zweite Welle 156, die eine Rotationsachse B hat. Bei einer Ausführungsform sind die Bohrungen 140, 150 im Allgemeinen parallel aber schneiden sich teilweise, wobei eine der Achsen A und B in Bezug zu der anderen leicht abgewinkelt ist (zum Beispiel ist die Achse B in Bezug zu der Achse A abgewinkelt). Die Schraubengewinde 112 auf dem ersten Rotor 110 greifen in die Schraubengewinde 122 auf dem zweiten Rotor 120 ein. Eine Kompressionskammer 131 ist zwischen den Schraubengewinden 112, 122 und einer inneren Oberfläche des Gehäuses 101 definiert. Bei einer Ausführungsform kann sich die Kompressionskammer 131 von einem Einlassport 130 zu einem Auslassport 135 bewegen, wenn der erste 110 und der zweite Rotor 120 drehen. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Kompressionskammer 131 ihr Volumen kontinuierlich verringern, während sie sich von dem Einlassport 130 zu dem Auslassport 135 bewegt. Diese kontinuierliche Verringerung des Volumens komprimiert das Gas oder die Flüssigkeit in der Kompressionskammer.
Bei der zweiten gezeigten Ausführungsform wird der erste Rotor 110 von einem axialen Magnetlager 160 und zwei radialen Magnetlagern 161, 162 gestützt. Das axiale Magnetlager 160 kann den Rotor 110 in eine z-Richtung bewegen. Die radialen Magnetlager 161 und 162 können den Rotor 110 in die x-y-Richtung bewegen. Man sollte verstehen, dass das Zusammenwirken des axialen 160 und der radialen Magnetlager 161, 162 den ersten Rotor 110 in eine beliebige x-y-z-Richtung derart bewegen kann, dass das Rotor-zu-Bohrung-, das Rotor-zu-Endplatten- und das Rotor-zu-Rotor-Spiel aktiv verwaltet werden können.
Der zweite Rotor 120 wird von einem axialen Magnetlager 165 und zwei radialen Magnetlagern 166, 167 gestützt. Das axiale Magnetlager 165 kann den Rotor 120 in eine z-Richtung bewegen. Die radialen Magnetlager 166 und 167 können den Rotor 120 in die x-y-Richtung bewegen. Man sollte verstehen, dass das Zusammenwirken des axialen 165 und der radialen Magnetlager 166, 167 den zweiten Rotor 120 in eine beliebige x-y-z-Richtung derart bewegen kann, dass das Rotor-zu-Bohrung-, das Rotor-zu-Endplatten- und das Rotor-zu-Rotor-Spiel aktiv verwaltet werden können.
Bei einer Ausführungsform kann als ein Resultat des aktiven Verwaltens der Rotorspiele durch Steuern der Magnetlager 160–162 und 165–167 die Rotationsachse A der ersten Welle 155 zu der Rotationsachse B der zweiten Welle 156 parallel sein. Bei einer anderen Ausführungsform kann als ein Resultat des aktiven Verwaltens der Spiele durch Steuern der Magnetlager 160–162 und 165–167 die Rotationsachse A der ersten Welle 155 zu der Rotationsachse B der zweiten Welle 156 nicht parallel sein.
Bei einigen Ausführungsformen weist das Gehäuse 101 ferner ein Auslassende auf, das als eine erste Endplatte 145 und eine zweite Endplatte 146 gebaut sein kann. Die Endplatten 145, 146 sind einen einem Auslassende angeordnet. Bei einer Ausführungsform sind die Endplatten 145, 146 integrale Teile des Gehäuses 101, die an dem Auslassende angeordnet sind, zum Beispiel die flachen Teile an dem Ende des Gehäuses 101, die zu den Rotoren 110, 120 zeigen. Die Endplatte 145 ist an oder um eine Oberfläche orthogonal zu der Rotationsachse A der ersten Welle 155 des ersten Rotors 110 angeordnet. Die Endplatte 146 ist an oder um eine Oberfläche orthogonal zu der Rotationsachse B der zweiten Welle 156 des zweiten Rotors 120 angeordnet.
Bei einigen Ausführungsformen kann der Schraubenkompressor 100 ferner Positionssensoren 170, 171, 172, 173 aufweisen. Bei einer Ausführungsform ist der Positionssensor 170 auf einer Wand der zweiten Bohrung 140 angeordnet, und der Positionssensor 171 ist auf einer Wand der ersten Bohrung 150 angeordnet. Bei einer Ausführungsform können die Positionssensoren 170 und 171 die Position der Rotoren 110 und/oder 120 in Bezug zu den Bohrungen 150 und/oder 140 erfassen. Die Positionssensoren 170, 171 können signalgebend, zum Beispiel elektrisch, mit einer Steuervorrichtung verbunden sein, wobei die Steuervorrichtung die relativen Positionen, die von den Positionssensoren 170, 171 erfasst werden, zum Steuern der Magnetlager 160, 161, 162, 165, 166, 167 verwendet, um die Spiele der Rotoren 110, 120 aktiv zu verwalten. Bei einer Ausführungsform können die von den Positionssensoren 170, 171, 142, 173 erfassten Spiele direkt verwendet werden, um die Spiele aktiv zu verwalten. Bei einer anderen Ausführungsform werden die Positionen der Rotoren, die zum Beispiel durch Spaltsensoren 255, 260, 271, 272, 273, 274 (siehe zum Beispiel 3A und 3B) erfasst werden, verwendet, um die Spiele aktiv zu verwalten, und die Spiele können indirekt aus Rotorpositionen berechnet werden. Bei noch einer anderen Ausführungsform können sowohl die Positionssensoren 170, 171, 172, 173 als auch die Spaltsensoren 255, 260, 241, 272, 273, 274 alle kombiniert verwendet werden, um die Spiele aktiv zu verwalten.
Bei einer Ausführungsform ist der Positionssensor 172 auf oder nahe einer inneren Oberfläche der Endplatte 145 angeordnet. Bei einer anderen Ausführungsform ist der Positionssensor 173 auf oder nahe einer Oberfläche der Endplatte 146 angeordnet. Bei einer Ausführungsform können die Positionssensoren 172 und 173 die Position der Rotoren 110 und/oder 120 in Bezug zu den Endplatten 145, 146 erfassen. Die Positionssensoren 172, 173 können signalgebend, mit der Steuervorrichtung verbunden sein, wobei die Steuervorrichtung die relativen Positionen, die von den Positionssensoren 172, 173 erfasst werden, zum Steuern der Magnetlager 160, 161, 162, 165, 166, 167 verwendet, um die Spiele der Rotoren 110, 120 aktiv zu verwalten.
Bei einer Ausführungsform können die Spiele aktiv durch Bewegen nur des Rotors 110 aktiv verwaltet werden. Bei einer anderen Ausführungsform können die Spiele aktiv durch Bewegen nur des Rotors 120 aktiv verwaltet werden. Bei einer anderen Ausführungsform können die Spiele aktiv durch Bewegen beider Rotoren 110 und 120 aktiv verwaltet werden.
Man sollte verstehen, dass das aktive Verwalten von Rotorspielen nicht auf die in 2 gezeigte Ausführungsform beschränkt ist. Die Anzahl von Rotoren und die Anzahl von Magnetlagern kann variieren. Bei einer anderen Ausführungsform kann ein Schraubenkompressor nur einen Rotor haben, der von einem oder mehreren Magnetlagern gestützt werden kann. Bei einer anderen Ausführungsform hat ein Schraubenkompressor zwei oder mehrere Rotoren, aber nur einer der zwei Rotoren wird von einem oder mehreren Magnetlagern gestützt, der andere Rotor kann von mechanischen Lagern gestützt werden (zum Beispiel kann der Kompressor ein stationäres Lager aufweisen). Bei noch einer anderen Ausführungsform, wie in 2 gezeigt, hat der Schraubenkompressor zwei oder mehrere Rotoren 110, 120 und zwei oder mehrere Rotoren 110, 120 werden von einem oder mehreren Magnetlagern gestützt.
Bei einer anderen Ausführungsform kann der Schraubenkompressor 100 einen Temperatursensor 180 haben. Es wird darauf hingewiesen, dass der Temperatursensor 180 auf einem Rotor, auf einer Wand einer Bohrung, auf einer Endplatte, an einem Auslassport, an einem Einlassport, an irgendeinem Teil eines Kompressors und/oder an irgendeiner Lage innerhalb des Fluidkreislaufs eines HVAC-Systems, wo eine Temperatur der Lage für die aktive Verwaltung von Spielen gewünscht wird, angeordnet sein. Bei einer Ausführungsform können die Temperatursensoren 180 signalgebend mit einer Steuervorrichtung verbunden sein, wobei die Steuervorrichtung die von den Temperatursensoren 180 erfassten Temperaturen verwendet, um die Magnetlager zu steuern, um die Spiele der Rotoren aktiv zu verwalten.
Ein steuerbares Lager ist als ein Lager definiert, das eine gestützte Last, zum Beispiel einen Rotor und/oder Welle, in eine, zwei oder drei Dimensionsrichtungen bewegen kann. Ein Beispiel eines steuerbaren Lagers ist ein Magnetlager. Ein Magnetlager ist als ein Lager definiert, das eine Last, zum Beispiel einen Rotor, unter Verwenden von Magnetschwebetechnik stützt.
Es wird darauf hingewiesen, dass diese Offenbarung die Schraubenkompressorkonfiguration nicht auf zwei ineinandergreifende Rotoren einschränkt. Bei einer Ausführungsform kann der Schraubenkompressor einen einzigen Rotor haben, wobei das Schraubengewinde des einzigen Rotors die Kompressionskammer gegen einige andere sich bewegende oder statische Bauteile des Schraubenkompressors definiert. Bei einer anderen Ausführungsform hat der Schraubenkompressor drei ineinandergreifende Rotoren, zum Beispiel einen Außenrotor und zwei Innenrotoren, oder einen Außenrotor und zwei Gate-Rotoren (einen auf jeder Seite des Außenrotors an oder um 90 Grad zu der Achse des Außenrotors) und dergleichen. Bei noch einer anderen Ausführungsform hat ein Schraubenkompressor vier ineinandergreifende Rotoren, zum Beispiel zwei Außenrotoren und zwei Innenrotoren usw.
Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die oben erwähnte Ausführungsform eines Schraubenkompressors, der einen Außenrotor und zwei Gate-Rotoren hat, von einem Durchschnittsfachmann auch als ein Einzelrotor-Schraubenkompressor erkannt werden kann. Ein Einzelrotor-Schraubenkompressor ist ein Schraubenkompressor, der mindestens einen Rotor mit Schraubengewinden oder einen Schraubenrotor hat. Bei einer Ausführungsform kann ein Einzelrotor-Schraubenkompressor einen Rotor mit Schraubengewinden und mindestens einen Gate-Rotor aufweisen. Der mindestens eine Gate-Rotor kann Zahnräder haben, die mit den Gewindeschrauben des Rotors ineinandergreifen, um eine Kompressionskammer zu definieren. Der mindestens eine Gate-Rotor kann eine Rotationsachse haben, die an einem Winkel von 90 Grad zu der Rotationsachse des Rotors angeordnet ist. Die Geräte und Verfahren, die hier offenbart sind, können auch in einem Einzelrotor-Schraubenkompressor angewandt werden.
3A veranschaulicht eine schematische Querschnittansicht eines radialen Magnetlagers 200 gemäß einer Ausführungsform. Bei einer Ausführungsform kann das radiale Magnetlager 200 das radiale Magnetlager 161, 162, 166 oder 167 in 2 sein. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Welle 210 die Welle 155 oder 156 in 2 sein. 3A zeigt ein Beispiel eines radialen Magnetlagers 200, das verwendet wird, um eine Welle 210, die mit einem Rotor verbunden werden kann, zum Beispiel mit den Rotoren 110, 120 in 2, zu stützen. Wie in 3A gezeigt, weist das radiale Magnetlager 200 einen Stator 205 auf. Der Stator 205 kann statisch und konfiguriert sein, um in einer festgelegten Position zu einem Gehäuse eines Kompressors zu bleiben, anders als die Welle 210, die relative Bewegungen ausführen kann. Die Welle 210 kann zum Beispiel mit einem Rotor verbunden sein, um seine Drehung zu stützen. Wie in 3A gezeigt, weist das radiale Magnetlager ferner vier Elektromagnete 215, 220, 225, 230 auf. Es wird darauf hingewiesen, dass das Magnetlager 200 mehr oder weniger als vier Elektromagnete haben kann. Die Elektromagnete 215, 220, 225, 230 können das geeignete Magnetschweben erzeugen, um die Lagerlast zu stützen, zum Beispiel das Gewicht eines Rotors. Das radiale Magnetlager 200 weist ferner Verstärker 235, 240, 245, 250 auf. Die Verstärker 235, 240, 245, 250 können geeignete elektrische Ströme für die Elektromagnete 215, 220, 225, 230 erzeugen. Das Magnetlager 200 weist ferner einen ersten 255 und einen zweiten Spaltsensor 260 auf. Die Spaltsensoren 255, 260 erfassen einen Spalt zwischen der Welle 210 und dem Stator 205 in einer x-y-Ebene. Mit anderen Worten erfassen die Spaltsensoren 255, 260 eine Lage der Welle 210 in Bezug zu dem Stator 205 in einer x-y-Ebene. Die relativen Lagen zwischen der Welle 210 und dem Stator 205 in der x-y-Ebene sind nicht das Rotor-zu-Bohrung- und/oder das Rotor-zu-Rotor-Spiel, die die relativen Lagen zwischen einem Rotor und einer Bohrung oder einem Rotor und einem anderen Rotor sind, zum Beispiel die Spiele der Rotoren 110, 120 2. Die relativen Lagen zwischen der Welle 210 und dem Stator 205 in der x-y-Ebene können jedoch verwendet werden, um indirekt das Rotor-zu-Bohrung- und/oder das Rotor-zu-Rotor- und/oder das Rotor-zu-Endplatte-Spiel zu berechnen.
Eine Steuervorrichtung ist als eine Maschine oder ein Gerät definiert, das mindestens eine Eingabe und eine Ausgabe hat. Die Steuervorrichtung bestimmt Steuerentscheidungen und führt sie durch die Ausgabe gemäß der Eingabe (den Eingaben) aus. Bei einigen Ausführungsformen kann die Eingabe eine/mehrere Temperatur(en) sein, die an bestimmten Positionen eines Kompressors, zum Beispiel Rotor, Bohrung, Endplatte, Gehäuse, Einlassport, Auslassport, gemessen wird/werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die Eingabe ein/mehrere Druck (Drücke) sein, der/die an bestimmten Positionen eines Kompressors, zum Beispiel Rotor, Bohrung, Endplatte, Gehäuse, Einlassport, Auslassport, gemessen wird/werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die Eingabe aus den relativen Positionen einer Welle und/oder eines Rotors zu einem statischen und/oder sich bewegenden Teil eines Kompressors, zum Beispiel Bohrung, Endplatte, ein anderer Rotor, bestehen. Bei einer Ausführungsform können die Rotorspiele direkt unter Verwenden der Positionssensoren 170, 171, 172, 173 in 2 gemessen werden. Bei einer anderen Ausführungsform können die Rotorspiele indirekt aus relativen Positionen zwischen einer Welle 210 und einem Stator 205, 206, die in den 3A und 3B gezeigt, berechnet werden.
3A zeigt eine Ausführungsform einer Steuervorrichtung 265. Das Magnetlager, wie es in 3A gezeigt ist, weist ferner eine Steuervorrichtung 265 auf. Die Steuervorrichtung 265 empfängt erfasst die Signale von den Spaltsensoren 255, 260, und sendet Steuersignale zu den Elektromagneten 215, 220, 225, 230. Der Spaltsensor 255 kann die relative Position der Welle 210 zu dem Stator 205 zum Beispiel in eine x-Richtung erfassen. Der Spaltsensor 260 kann die relative Position der Welle 210 zu dem Stator 205 zum Beispiel in eine y-Richtung erfassen. Basierend auf dem Signal, das von den Spaltsensoren 255, 260 erfasst wird, trifft die Steuervorrichtung 265 eine/mehrere Entscheidung/en, um das elektromagnetische Feld, das von den Elektromagneten 215, 220, 225 und 230 erzeugt wird, zu erhöhen oder zu verringern. Das kann eine Feedback-Steuerschleife bilden. Bei einer Ausführungsform kann eine Feedback-Steuerschleife von ~1000 bis ~30.000 Hz arbeiten. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Feedback-Steuerschleife von ~10.000 bis ~25.000 Hz arbeiten. Bei noch einer anderen Ausführungsform kann die Feedback-Steuerschleife von ~15.000 bis ~20.000 Hz arbeiten. Die Steuervorrichtung 265 kann einen oder mehrere Eingangs-/Ausgangsports aufweisen. Die Steuervorrichtung 265 kann einen Speicher, einen Prozessor und einen Taktgeber aufweisen. Die Steuervorrichtung 265 kann fähig sein, logische Bestimmungen zum Beispiel gemäß menschlichen Anweisungen oder maschinenlesbaren Anweisungen zu treffen. Ein Beispiel des Treffens einer logischen Bestimmung ist, dass, falls ein bestimmter Spalt zu klein ist, eine Steuervorrichtung ein Magnetfeld steuert, zum Beispiel verstärkt oder schwächt, um den Spalt auf einen arbeitsfähigen Abstand zu erhöhen. Oder umgekehrt, falls ein bestimmter Spalt zu groß ist, steuert, zum Beispiel stärkt oder schwächt, eine Steuervorrichtung ein Magnetfeld, um den Spalt auf einen arbeitsfähigen Abstand zu verringern. Die Steuervorrichtung 265 kann fähig sein, maschinenlesbare Anweisungen oder programmierte Algorithmen auszuführen.
Ein Spiel ist als ein bestimmter Abstand, zum Beispiel ein Spalt, zwischen einem Rotor und einem anderen Teil eines Kompressors definiert. Ein Rotor-zu-Rotor-Spiel kann ein Abstand zwischen einem Rotor und einem anderen Rotor in einem Kompressor sein. Bei einem anderen Beispiel kann ein Rotor-zu-Bohrung-Spiel ein Abstand zwischen einem Rotor und einer inneren Oberfläche einer Bohrung in einem Kompressor sein. Bei einem anderen Beispiel kann ein Rotor-zu-Endplatte-Spiel kann ein Abstand zwischen einem Rotor und einer Endplatte in einem Kompressor sein. Bei einer Ausführungsform kann ein Schraubenkompressor alle drei Spiele, nämlich Rotor-zu-Rotor-, Rotor-zu-Bohrung- und Rotor-zu-Endplatte-Spiel aufweisen. Bei einer Ausführungsform können die Rotor-zu-Rotor-, Rotor-zu-Bohrung- und Rotor-zu-Endplatte-Spiele direkt durch die Positionssensoren 170, 171, 172, 173 gemessen werden. Bei einer Ausführungsform können das Rotor-zu-Bohrung-Spiel, das Rotor-zu-Rotor- und das Rotor-zu-Endplatte-Spiel aus den relativen Positionen zwischen der Welle 210 und dem Stator 205, 206, die durch die Spaltsensoren 255, 260, 271, 272 (siehe zum Beispiel 3B) eines radialen 201 axialen Magnetlagers 270 erfasst werden, berechnet werden.
Bei einer Ausführungsform kann die Steuervorrichtung 265 zusätzlich zu Positionssensoren 170, 171, 172, 173 und/oder Spaltsensoren 255, 260, 271, 272 eines radialen 200 und axialen Magnetlagers 270 die Temperatur verwenden, die von dem Temperatursensor 180 erfasst wird, um das radiale 200 und/oder das axiale Magnetlager 270 zu steuern. Falls zum Beispiel die von dem Temperatursensor 180 erfasste Temperatur niedriger ist als eine Schwellentemperatur, ändert die Steuervorrichtung 265 das Magnetschweben des radialen 200 und/oder axialen Magnetlagers 270, um die Position des Rotors 210 zu ändern, um zum Beispiel größere Spiele zu haben. Bei einem anderen Beispiel, falls die von dem Temperatursensor 180 erfasste Temperatur höher ist als eine Schwellentemperatur, ändert die Steuervorrichtung 265 das Magnetschweben des radialen 200 und/oder axialen Magnetlagers 270, um die Position des Rotors 210 zu ändern, um zum Beispiel kleinere Spiele zu haben. Es wird darauf hingewiesen, dass die spezifischen Bewegungen des Rotors 210, die von der Steuervorrichtung 265 durch die Magnetlager 200, 270 gemäß dem Temperatursensor 180 betätigt werden, nicht auf die oben stehenden Beispiele beschränkt sind. Basierend auf einer unterschiedlichen Systemkonzeption, kann die Erhöhung und/oder Verringerung eines Spiels (von Spielen) gemäß einer erfassten Temperatur erfolgen.
Ein radiales Magnetlager, wie das Magnetlager, das in 3A gezeigt ist, kann einem Kompressor die Fähigkeit verleihen, eine Rotationsachse eines Rotors außermittig in eine oder zwei Dimensionsrichtungen senkrecht zu der Rotationsachse zu bewegen. Bei einer anderen Ausführungsform, wie in 2 gezeigt, kann die Rotationsachse A um einen Winkel nicht parallel zu der Rotationsachse B des Rotors 120 geneigt werden, falls zwei radiale Magnetlager 161, 162 verwendet werden, um einen Rotor 110 zu stützen. Ein radiales Magnetlager kann aktive Verwaltung des Rotor-zu-Rotor- und Rotor-zu-Bohrung-Spiels bereitstellen.
3B veranschaulicht eine schematische Seitenansicht des radialen 200 (das auch in 3A gezeigt ist) und des axialen Magnetlagers 270 gemäß einer Ausführungsform. Bei einer Ausführungsform kann das radiale Magnetlager 200 in 3A und 3B des Magnetlagers 161, 162, 166, 167 in 2 sein. Bei einer anderen Ausführungsform kann das axiale Magnetlager 270 das axiale Magnetlager 160, 165 in 2 sein. Wie in 3B gezeigt, weist das radiale Magnetlager 200 einen Stator 205 und einen oder mehrere Elektromagnete 215, 225, wie in 3A gezeigt, auf. Der Stator 205 ist um die Welle 210 angeordnet. Die Welle 210 kann mit einem Rotor eines Kompressors, zum Beispiel den Rotoren 110, 120, die in 2 gezeigt sind, verbunden werden.
Wie in 3B gezeigt, weist ein axiales Magnetlager 270 einen Stator 206 und einen oder mehrere Elektromagnete 216, 217 auf. Die Welle 210 hat Bereiche magnetischer Schichtung 281, so dass die Welle 210 entsprechende Bewegungen gemäß den Magnetkräften, die von den Elektromagneten 215, 220, 225, 230 ausgeübt werden, macht. Das axiale Magnetlager 270 kann einen oder mehrere Spaltsensoren 271, 272, 273, 274 aufweisen, um die relativen Positionen zwischen der Wellenscheibe 211 und dem Stator 206 zu erfassen. Bei dieser Ausführungsform ist die Wellenscheibe 211 auf der Welle 210 stationär, das heißt, dass sich die Welle 210 und die Wellenscheibe 211 miteinander bewegen und/oder drehen. Ähnlich wie das radiale Magnetlager 200, sind die Spaltsensoren 271, 272, 273, 274 des axialen Magnetlagers 270 signalgebend (zum Beispiel elektrisch) mit der Steuervorrichtung 265, wie in 3A gezeigt, verbunden. Die Steuervorrichtung 265 kann die elektromagnetischen Felder steuern, die durch die Elektromagnete 216, 217 erzeugt werden, um die Wellenscheibe 211 sowie die Welle in die z-Richtung zu bewegen. Die Wellenscheibe 211 hat Bereiche magnetischer Schichtung 282, so dass die Wellenscheibe 211 entsprechende Bewegungen gemäß den Magnetkräften, die von den Elektromagneten 216, 217 ausgeübt werden, macht. Ein axiales Magnetlager 270 kann aktive Verwaltung von Rotor-zu-Endplatte-Spiel bereitstellen. Ein Kompressor, der sowohl ein axiales als auch ein radiales Magnetlager aufweist, kann daher die Fähigkeit haben, einen Rotor in eine dreidimensionale Richtung zu bewegen.
Bei einer Ausführungsform kann ein Positionssensor 172, 173, der nahe der Endplatte 145, 146 angeordnet ist, verwendet werden, um das Rotor-zu-Endplatte-Spiel direkt zu erfassen. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Rotor-zu-Endplatte-Spiel indirekt aus den relativen Positionen berechnet werden, die durch den Spaltsensor 271, 272, 273, 274 zwischen der Wellenscheibe 211 und dem Stator 206 eines axialen Magnetlagers 270 erzielt werden. Bei einer anderen Ausführungsform kann ein Positionssensor 170, 171 verwendet werden, um das Rotor-zu-Bohrung- und das Rotor-zu-Rotor-Spiel direkt zu erfassen. Bei einer anderen Ausführungsform können das Rotor-zu-Bohrung- und das Rotor-zu-Rotor-Spiel indirekt aus den relativen Positionen zwischen der Welle 210 und dem Stator 205 eines radialen Magnetlagers 200, die durch den Spaltsensor 255, 260 erfasst werden, berechnet werden.
4 veranschaulicht eine schematische Querschnittansicht eines Schraubenkompressors mit einem statischen, nicht steuerbaren Lager 320, 310, das Rotor-zu-Rotor- c₁ und Rotor-zu-Bohrung-Spiele a₁, b₁ während normalem Betrieb gemäß einer Ausführungsform zeigt. 4 zeigt eine Querschnittansicht eines Schraubenkompressors mit Rotor mit einem statischen nicht steuerbarem Lager. Wie in 4 gezeigt, ist ein erster Rotor 310 in einer ersten Bohrung 305 angeordnet. Ein zweiter Rotor 320 ist in einer zweiten Bohrung 315 angeordnet. Ein erstes Rotor-zu-Rotor-Spiel 330 hat einen Abstand a₁ zwischen dem ersten Rotor 310 und der ersten Bohrung 305. Ein zweites Rotor-zu-Bohrung-Spiel 335 hat einen Abstand b1 zwischen dem zweiten Rotor 320 und der zweiten Bohrung 315. Ein Rotor-zu-Rotor-Spiel 325 hat einen Abstand c₁ zwischen dem ersten Rotor 310 und dem zweiten Rotor 320. Bei dieser Ausführungsform hat der Schraubenkompressor ein nicht steuerbares Lager. Die Abstände der Spiele a₁, b₁ und c₁ sind daher fix und nicht veränderbar. Da die Spiele nicht veränderbar sind, sind a₁, b₁ und c₁ auf Werte festgelegt, mit welchen der Kompressor ausführbar sowohl bei der Anlaufphase, wenn die Temperatur des Kompressors relativ niedrig ist, als auch während des normalen Betriebs, wenn die Temperatur des Kompressors relativ hoch ist, funktionieren würde. Die Werte von a₁, b₁ und c₁ sind daher nicht für das Anlaufen oder für den normalen Betrieb eines Kompressors optimiert.
Die Spielwerte in einer fixen Anordnung, wie in 4 gezeigt, sind ein Kompromiss zwischen den Erfordernissen für das Anlaufen und den Erfordernissen für den effizienten Betrieb. Bei einem solchen Kompromiss ist weder das Erfordernis eines zuverlässigen Anlaufens noch das Erfordernis für einen effizienten Betrieb optimiert. Im Gegenteil kann aktive Verwaltung von Spielen unter Einsatz steuerbarer Lager, wie in dieser Offenbarung beschrieben, dieses Problem lösen.
Eine oder mehrere Temperaturen eines Kompressors werden definiert, um Temperaturen zu sein, die an bestimmten Positionen eines Kompressors gemessen werden, zum Beispiel Rotor, Bohrung, Endplatte, Gehäuse, Einlassport, Auslassport oder dergleichen. Ein oder mehrere Drücke eines Kompressors werden definiert, um Drücke zu sein, die an bestimmten Positionen eines Kompressors gemessen werden, zum Beispiel Rotor, Bohrung, Endplatte, Gehäuse, Einlassport, Auslassport oder dergleichen.
Während des Anlaufens ist die Temperatur des Kompressors niedrig, und der Druckunterschied zwischen dem Einlassport und dem Auslassport ist im Vergleich zu einem Nicht-Anlaufbetrieb niedrig. Während des Anlaufens sollten die Rotor-zu-Rotor-, Rotor-zu-Bohrung- und Rotor-zu-Endplatte-Spiel relativ größer gehalten werden, um mechanische Zuverlässigkeit sicherzustellen. Wenn der Kompressor während des normalen Betriebs läuft, ist die Temperatur des Kompressors höher, und der Druckunterschied zwischen dem Einlass- und dem Auslassport ist im Vergleich zum Anlaufen gestiegen, und das Rotor-zu-Rotor-, Rotor-zu-Bohrung- und Rotor-zu-Endplatte-Spiel sollten verringert werden, um maximale Effizienz zu ergeben.
Ein Rotorspiel in einem Kompressor kann aktiv zum Beispiel durch Verwenden eines steuerbaren Lagers oder dergleichen verwaltet werden. Bei einer Ausführungsform kann ein Schraubenkompressor ein steuerbares Lager haben, zum Beispiel ein Magnetlager. Bei einem solchen Beispiel kann das Rotor-zu-Rotor-, Rotor-zu-Bohrung- und Rotor-zu-Endplatte-Spiel aktiv durch Steuern des steuerbaren Lagers verwaltet werden. Bei einer Ausführungsform werden eine Anlaufphase eines Kompressors, ein Rotor-zu-Rotor-, Rotor-zu-Bohrung- und/oder Rotor-zu-Endplatte-Spiel verwaltet, um relativ größere Abstände aufrechtzuerhalten, um mechanische Zuverlässigkeit sicherzustellen.
Bei einer anderen Ausführungsform ist die Temperatur des Kompressors gestiegen, wenn der Kompressor in normalem Betriebszustand ist. Bei einer Ausführungsform kann beim normalen Betrieb das Rotor-zu-Rotor-, Rotor-zu-Bohrung- und/oder Rotor-zu-Endplatte-Spiel verwaltet werden, um relativ kleinere Abstände aufrechtzuerhalten, um Effizienz sicherzustellen.
Bei einer anderen Ausführungsform können die Spiele von Rotor-zu-Rotor, Rotor-zu-Bohrung und Rotor-zu-Endplatte in relativ größeren Abständen als Reaktion auf Wasserfluten, niedrige Auslass-Überhitzungswärme, Verschleppung usw. gehalten werden.
5 veranschaulicht eine schematische Querschnittansicht eines Schraubenkompressors mit einem steuerbaren (zum Beispiel magnetischen) Lager, das Rotor-zu-Rotor- c₂ und Rotor-zu-Bohrung-Spiele a₂, b₂ beim Anlaufen gemäß einer Ausführungsform zeigt. Bei einer Ausführungsform kann das steuerbare Lager das Magnetlager 160, 161, 162, 165, 166, 167 in 2 sein. Bei einer anderen Ausführungsform können die steuerbaren Lager die Magnetlager 200, 270 in 3A und 3B sein. 5 zeigt eine Querschnittansicht eines Schraubenkompressors mit steuerbaren Lagern, zum Beispiel einem Magnetlager. Wie in 5 gezeigt, ist ein erster Rotor 410 in einer ersten Bohrung 405 angeordnet. Ein zweiter Rotor 420 ist in einer zweiten Bohrung 415 angeordnet. Ein erstes Rotor-zu-Bohrung-Spiel 430 hat einen Abstand a₂ zwischen dem ersten Rotor 410 und der ersten Bohrung 405. Ein zweites Rotor-zu-Bohrung-Spiel 435 hat einen Abstand b₂ zwischen dem zweiten Rotor 420 und der zweiten Bohrung 415. Ein Rotor-zu-Rotor-Spiel 425 hat einen Abstand c₂ zwischen dem ersten Rotor 410 und dem zweiten Rotor 420.
Bei einer Ausführungsform, die in 5 gezeigt ist, hat der Schraubenkompressor steuerbare Lager. Daher sind das erste Rotor-zu-Bohrung-Spiel 430, das zweite Rotor-zu-Bohrung-Spiel für 135 und das Rotor-zu-Rotor-Spiel 425 veränderbar, indem ein oder zwei der Rotoren 410, 420 in eine radiale Richtung bewegt werden. Die Temperatur des Kompressors beim Anlaufen ist gewöhnlich relativ niedriger als beim normalen Betrieb. Bei einer Ausführungsform können beim Anlaufen die Abstände a₂, b₂, c₂ der Spiele gesteuert werden, um an größeren Abständen gehalten zu werden, so dass a₂ > a₁, b₂ > b₁, und c₂ > c₁, wobei a₁, b₁, und c₁ auf 4 zurück verweisen. Diese relativ größeren Spiele können mechanische Stabilität bereitstellen, wenn ein Kompressor anläuft.
Bei einer anderen Ausführungsform kann ein Schraubenkompressor ein Rotor-zu-Endplatte-Spiel (wie zum Beispiel in 2 gezeigt, der Abstand zwischen dem Rotor 110, 120 und der Endplatte 145, 146) aufweisen. Das Rotor-zu-Endplatte-Spiel kann auch auf einem relativ größeren Abstand gehalten werden, um eine mechanische Stabilität bereitzustellen, wenn der Kompressor anläuft.
6 veranschaulicht eine schematische Querschnittansicht eines steuerbaren Lagers, das Rotor-zu-Rotor-Spiel c₃ und Rotor-zu-Bohrung-Spiel a₃, b₃ während des normalen Betriebs gemäß einer Ausführungsform zeigt. Bei einer Ausführungsform kann das steuerbare Lager das Magnetlager 160, 161, 162, 165, 166, 167 in 2 sein. Bei einer anderen Ausführungsform können die steuerbaren Lager die Magnetlager 200, 270 in 3A und 3B sein. 6 zeigt eine Querschnittansicht eines Schraubenkompressors mit steuerbarem Lager, zum Beispiel einem Magnetlager. Wie in 6 gezeigt, ist ein erster Rotor 510 in einer ersten Bohrung 505 angeordnet. Ein zweiter Rotor 520 ist in einer zweiten Bohrung 515 angeordnet. Ein erstes Rotor-zu-Bohrung-Spiel 530 hat einen Abstand a₃ zwischen dem ersten Rotor 510 und der ersten Bohrung 505. Ein zweites Rotor-zu-Bohrung-Spiel 535 hat einen Abstand b₃ zwischen dem zweiten Rotor 520 und der zweiten Bohrung 515. Ein Rotor-zu-Rotor-Spiel 525 hat einen Abstand c₃ zwischen dem ersten Rotor 510 und dem zweiten Rotor 520.
Bei einer Ausführungsform, die in 6 gezeigt ist, hat der Schraubenkompressor ein steuerbares Lager, zum Beispiel ein Magnetlager. Daher sind das erste Rotor-zu-Bohrung-Spiel 530, das zweite Rotor-zu-Bohrung-Spiel 535 und das Rotor-zu-Rotor-Spiel 525 veränderbar, indem ein oder zwei der Rotoren 510, 520 in eine radiale Richtung bewegt werden. Bei einer Ausführungsform können beim normalen Betrieb die Abstände a₃, b₃, c₃ der Spiele gesteuert werden, um an kleineren Abständen gehalten zu werden, so dass a₃ > a₁, b₃ > b₁ und c₃ > c₁, wobei a₁, b₁, und c₁ auf 4 zurück verweisen. Diese relativ kleineren Spiele können höhere Kompressionseffizienz während normalem Betrieb eines Kompressors bereitstellen, zum Beispiel nicht bei einer Anlaufphase.
Bei einer anderen Ausführungsform kann ein Schraubenkompressor ein Rotor-zu-Endplatte-Spiel (wie zum Beispiel in 2 gezeigt, der Abstand zwischen dem Rotor 110, 120 und der Endplatte 145, 146) aufweisen. Das Rotor-zu-Endplatte-Spiel kann auch auf einem relativ kleineren Abstand gehalten werden, um während normalem Betrieb höhere Kompressionseffizienz bereitzustellen.
7 veranschaulicht ein Verfahren aktiver Spielverwaltung gemäß einer Ausführungsform. 7 zeigt, dass das Verfahren das Bestimmen eines Betriebszustands des Kompressors 601, das Einstellen eines Spiels 602 und das Steuern eines bewegbaren Lagers zum Bewegen eines Rotors gemäß dem eingestellten Spiel 603 aufweist. Das Bestimmen eines Betriebszustands des Kompressors 601 kann ferner das Abtasten einer oder mehrerer Temperaturen des Kompressors 606 aufweisen, das Bestimmen, ob Temperatur des Kompressors höher ist als eine Schwellentemperatur 607, das Abtasten eines oder mehrerer Drücke des Kompressors 608, das Bestimmen, ob der Druck oder ein Druckunterschied höher ist als ein Schwellendruckwert 609, das Abtasten einer Drehzahl eines Rotors 611 und/oder das Abtasten einer Position des Rotors 612.
8 veranschaulicht ein Verfahren aktiver Spielverwaltung gemäß einer Ausführungsform. 8 ist ein spezifisches Beispiel eines Anlaufverfahrens und des Betriebs nach dem Anlaufen mit aktiver Verwaltung von Rotorspielen. Das Verfahren in 8 weist das Schweben eines Kompressorrotors und das Kalibrieren eines Spiels des Kompressors 610 auf. Das Kalibrieren eines Spiels 610 ist definiert, um eine aktuelle Position des Rotors zu erzielen und einen maximalen Abstand eines Spiels zu berechnen. Unterschiedliche Verfahren können verwendet werden, um ein Spiel zu kalibrieren. Ein Beispiel des Kalibrierens eines Spiels besteht darin, einen Rotor des Kompressors zu bewegen, um einen anderen Rotor des Kompressors zu berühren, um ein Rotor-zu-Rotor-Spiel zu messen. Ein anderes Beispiel des Kalibrierens eines Spiels besteht darin, einen Rotor des Kompressors zu bewegen, um eine innere Oberfläche einer Bohrung eines Kompressorgehäuses zu berühren, um ein Rotor-zu-Bohrung-Spiel zu messen. Noch ein anderes Beispiel des Kalibrierens eines Spiels besteht darin, einen Rotor des Kompressors zu bewegen, um eine Endplatte des Kompressors zu berühren, um ein Rotor-zu-Endplatte-Spiel zu messen.
Das Verfahren zum aktiven Verwalten eines Spiels weist ferner das Einstellen des Spiels auf einen arbeitsfähigen Bereich zum Anlaufen 615; das Positionieren eines Rotors, um ein Spiel 620 einzustellen; das Einstellen einer Drehzahl des Rotors 625; das Betreiben des Rotors mit der eingestellten Drehzahl 630; das Abtasten einer Temperatur des Kompressors 635 und das Bestimmen, ob die Temperatur des Kompressors höher ist als eine Schwellentemperatur 640 auf. Es wird darauf hingewiesen, dass 640 nicht auf das Abtasten von Temperaturen beschränkt ist, sondern dass 640 auch das Abtasten eines oder mehrerer Drücke des Kompressors 608, das Bestimmen, ob der Druck oder ein Druckunterschied höher ist als ein Schwellendruckwert 109, das Abtasten einer Drehzahl eines Rotors 611 und/oder das Abtasten einer Position des Rotors 612 aufweisen kann. Wenn die Temperatur niedriger ist als die Schwellentemperatur, Aufrechterhalten des Spiels und der Drehzahl 645. Wenn die Temperatur höher ist als die Schwellentemperatur, Ändern des Spiels durch Neupositionieren des Rotors 650. Bei einer Ausführungsform wird die Drehzahl des Rotors nicht geändert, aber bei einigen Ausführungsformen kann die Drehzahl des Rotors (bei 655) geändert werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die Temperatur(en), der Druck (die Drücke), die Drehzahl(en), die Rotorposition(en) oder dergleichen und der/die Unterschied(e) alle zum Bestimmen der Betriebszustände bei diesem aktiven Spielverwaltungsverfahren anwendbar sind.
Bei einer Ausführungsform tasten die Spaltsensoren des Magnetlagers die Position der Welle mit einer Frequenz ab, wobei die Frequenz geändert werden kann. Die Steuervorrichtung steuert das steuerbare Lager gemäß den abgetasteten Positionen.
Bei einer anderen Ausführungsform steuert die Steuervorrichtung das steuerbare Lager, um die Welle und/oder den Rotor gemäß der Temperatur-, Druck- und/oder Rotorpositionsmessung, die von den Positionssensoren erfasst werden, zusätzlich zu der Position der Welle, die durch die Spaltsensoren erfasst wird, zu bewegen.
Bei einer anderen Ausführungsform können die Temperatur-, Druck- und/oder Rotorpositionsmessung von der Steuervorrichtung direkt verwendet werden, um die Position der Welle und/oder des Rotors ohne die Wellenposition, die von den Spaltsensoren abgetastet wird, zu steuern.
Aspekte. Beliebige der Aspekte 1 bis 10 können mit einem beliebigen der Aspekte 11 bis 18 und mit einem beliebigen der Aspekte 19 bis 26 kombiniert werden. Beliebige Aspekte 11 bis 18 können mit beliebigen Aspekten 19 bis 26 kombiniert werden.
Aspekt 1. Kompressor, umfassend:
ein Gehäuse, das eine Arbeitskammer definiert, ferner umfassend
eine Bohrung und
eine Endplatte, die zu einem Auslassende hin angeordnet ist,
einen Rotor, der Schraubengewinde hat, wobei der Rotor konfiguriert ist, um in der Bohrung aufgenommen zu sein,
ein Rotorspiel, das durch ein äußeres Maß des Rotors in Bezug zu einem anderen statischen Bauteil in dem Kompressor definiert ist,
ein steuerbares Lager, das den Rotor stützt, und
eine Steuervorrichtung, die konfiguriert ist, um das steuerbare Lager derart zu steuern, dass das steuerbare Lager den Rotor auf eine Art bewegt, die das Rotorspiel verringert oder vergrößert.
Aspekt 2. Kompressor nach Aspekt 1, wobei das Rotorspiel
ein Rotor-zu-Bohrung-Spiel, das zwischen dem Rotor und einer inneren Oberfläche der Bohrung definiert ist, und/oder
ein Rotor-zu-Endplatte-Spiel, das zwischen dem Rotor und der Endplatte definiert ist, aufweist.
Aspekt 3. Kompressor nach den Aspekten 1 oder 2, wobei
das Gehäuse ferner eine zweite Bohrung aufweist;
der Kompressor ferner einen zweiten Rotor aufweist, der in der zweiten Bohrung angeordnet ist, der zweite Rotor Schraubengewinde hat, die in die Schraubengewinde des Rotors eingreifen;
ein Rotor-zu-Rotor-Spiel zwischen dem Rotor und dem zweiten Rotor definiert ist; und
die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um das steuerbare Lager derart zu steuern, dass das steuerbare Lager den Rotor auf eine Art bewegt, die das Rotor-zu-Rotor-Spiel verringert oder vergrößert.
Aspekt 4. Kompressor nach Aspekt 3, der ferner ein stationäres Lager aufweist, das den zweiten Rotor stützt.
Aspekt 5. Kompressor nach Aspekt 3, der ferner aufweist
ein zweites steuerbares Lager, das den zweiten Rotor stützt, wobei das zweite steuerbare Lager konfiguriert ist, um fähig zu sein, den zweiten Rotor auf eine Art zu bewegen, die das Rotor-zu-Rotor-, Rotor-zu-Bohrung- und/oder Rotor-zu-Endplatte-Spiel verringert oder vergrößert, während der Kompressor in Betrieb ist.
Aspekt 6. Kompressor nach Aspekt 5, wobei das zweite steuerbare Lager ein Magnetlager ist.
Aspekt 7. Kompressor nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6, wobei das Gehäuse aufweist
einen Einlassport, der zu einem entgegengesetzten Ende von dem Auslassport hin angeordnet ist, einen Auslassport, der zu dem Auslassende hin angeordnet ist, und
eine Kompressionskammer, die durch die Schraubengewinde des Rotors und des zweiten Rotors und einer inneren Oberfläche des Gehäuses definiert ist, wobei die Kompressionskammer konfiguriert ist, um sich von dem Einlassport zu dem Auslassport zu bewegen, wenn der Rotor dreht, wobei die Kompressionskammer konfiguriert ist, um ihr Volumen allmählich zu verringern, wenn sie sich von dem Einlassport zu dem Auslassport bewegt, wobei die Kompressionskammer konfiguriert ist, um ihr Volumen zu ändern, wenn eines der Spiele geändert wird.
Aspekt 8. Kompressor nach einem oder mehreren der Aspekte 1 bis 7, der ferner einen Temperatursensor aufweist, der konfiguriert ist, um eine Temperatur des Kompressors zu erfassen, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um ein beliebiges der Spiele gemäß der Temperatur, die von dem Temperatursensor erfasst wird, zu ändern.
Aspekt 9. Kompressor nach einem oder mehreren der Aspekte 1 bis 8, der ferner
einen Positionssensor aufweist, der konfiguriert ist, um eines der Spiele zu messen, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um eines der Spiele gemäß dem Spiel, das von dem Positionssensor gemessen wird, zu ändern.
Aspekt 10. Kompressor nach einem oder mehreren der Aspekte 1 bis 3 und 5 bis 9, wobei das steuerbare Lager ein Magnetlager ist.
Aspekt 11. HVAC-System, umfassend
einen fluidisch verbundenen Fluidkreislauf, ferner umfassend
einen Kondensator,
eine Expansionsvorrichtung, die stromabwärts des Kondensators angeordnet ist,
einen Verdampfer, der stromabwärts der Expansionsvorrichtung angeordnet ist,
einen Kompressor, der stromabwärts des Verdampfers und stromaufwärts des Kondensators angeordnet ist, wobei der Kompressor ferner umfasst
ein Gehäuse, das eine Arbeitskammer definiert, ferner umfassend
zwei parallele einander schneidende Bohrungen und
eine Endplatte, die zu einem Hochdruckende hin angeordnet ist,
zwei Rotoren, die ineinandergreifende Schraubengewinde haben, wobei die Rotoren konfiguriert sind, um in den Bohrungen untergebracht zu sein,
ein erstes Spiel, das zwischen den zwei Rotoren definiert ist,
ein zweites Spiel, das zwischen einem der Rotoren und einer inneren Oberfläche der Bohrungen definiert ist,
ein drittes Spiel, das zwischen einem der Rotoren und der Endplatte definiert ist,
ein steuerbares Lager, das einen der Rotoren stützt, und
eine Steuervorrichtung, die konfiguriert ist, um das steuerbare Lager derart zu steuern, dass das steuerbare Lager den Rotor auf eine Art bewegt, die das erste, zweite oder dritte Spiel verringert oder vergrößert.
Aspekt 12. HVAC-System nach Aspekt 11, wobei das Gehäuse ferner einen Einlassport aufweist, der zu einem entgegengesetzten Ende von dem Auslassende hin angeordnet ist,
einen Auslassport, der zu dem Auslassende hin angeordnet ist, und
eine Kompressionskammer, die durch die Schraubengewinde der zwei Rotoren und einer inneren Oberfläche des Gehäuses definiert ist, wobei die Kompressionskammer konfiguriert ist, um sich von dem Einlassport zu dem Auslassport zu bewegen, wenn die Rotoren drehen, wobei die Kompressionskammer konfiguriert ist, um ihr Volumen allmählich zu verringern, wenn sie sich von dem Einlassport zu dem Auslassport bewegt, wobei die Kompressionskammer konfiguriert ist, um ihr Volumen zu ändern, wenn eines der Spiele geändert wird.
Aspekt 13. HVAC-System gemäß Aspekt 11 oder 12, wobei der Kompressor ferner einen Temperatursensor, der konfiguriert ist, um eine Temperatur des Kompressors zu erfassen, aufweist, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um ein Spiel gemäß der Temperatur, die von dem Temperatursensor erfasst wird, zu ändern.
Aspekt 14. HVAC-System nach einem oder mehreren der Aspekte 11 bis 13, wobei das steuerbare Lager ein Magnetlager ist.
Aspekt 15. HVAC-System nach einem oder mehreren der Aspekte 11 bis 14, wobei der Kompressor ferner
ein erstes stationäres Lager, das den anderen Rotor stützt, aufweist.
Aspekt 16. HVAC-System nach einem oder mehreren der Aspekte 11 bis 14, wobei der Kompressor ferner
ein zweites steuerbares Lager, das den anderen Rotor stützt, aufweist, wobei das zweite steuerbare Lager konfiguriert ist, um fähig zu sein, den Rotor, den es stützt, auf eine Art zu bewegen, die das erste, zweite und/oder dritte Spiel verringert oder vergrößert wird, während der Kompressor in Betrieb ist.
Aspekt 17. HVAC-System nach Anspruch 16, wobei das zweite steuerbare Lager ein Magnetlager ist.
Aspekt 18. HVAC-System nach einem oder mehreren der Aspekte 11 bis 17, wobei der Kompressor ferner
einen Temperatursensor aufweist, der konfiguriert ist, um eine Temperatur des Kompressors zu erfassen, und wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um das steuerbare Lager zu steuern, um einen der Rotor gemäß der Temperatur, die von dem Temperatursensor erfasst wird, zu bewegen.
Aspekt 19. Verfahren zum Steuern eines Kompressors, umfassend
Bestimmen eines Betriebszustands des Kompressors,
Einstellen eines Spiels und
Steuern eines bewegbaren Lagers, um einen Rotor gemäß dem eingestellten Spiel zu bewegen.
Aspekt 20. Verfahren zum Steuern eines Kompressors nach Anspruch 19, wobei das bewegbare Lager ein Magnetlager ist.
Aspekt 21. Verfahren zum Steuern eines Kompressors nach Aspekt 19 oder 20, wobei der Schritt des Bestimmens eines Betriebszustands des Kompressors ferner das Abtasten einer Temperatur des Kompressors und das Bestimmen, ob die Temperatur des Kompressors höher ist als eine Schwellentemperatur, aufweist.
Aspekt 22. Verfahren zum Steuern eines Kompressors nach Anspruch 21, das ferner das Ändern des Spiels durch Neupositionieren des Rotors aufweist, wenn die Temperatur höher ist als die Schwellentemperatur.
Aspekt 23. Verfahren zum Steuern eines Kompressors nach einem oder mehreren der Aspekte 19 bis 22, das ferner das Einstellen einer Drehzahl eines Rotors und das Betreiben des Rotors mit der eingestellten Drehzahl aufweist.
Aspekt 24. Verfahren zum Steuern des Kompressors nach einem oder mehreren der Aspekte 19 bis 23, das ferner das Kalibrieren eines Spiels des Kompressors, das Einstellen eines Spiels auf einen arbeitsfähigen Bereich für das Anlaufen und das Positionieren eines Rotors zu dem eingestellten Spiel aufweist.
Aspekt 25. Verfahren zum Steuern des Kompressors nach Aspekt 24, wobei der Schritt des Kalibrierens des Spiels des Kompressors ferner
das Bewegen eines Rotors des Kompressors, um einen anderen Rotor des Kompressors zu berühren, um ein Rotor-zu-Rotor-Spiel zu messen und/oder
das Bewegen eines Rotors des Kompressors, um eine innere Oberfläche einer Bohrung eines Kompressorgehäuses zu berühren, um ein Rotor-zu-Bohrung-Spiel zu messen und/oder
das Bewegen eines Rotors des Kompressors, um eine Endplatte des Kompressors zu berühren, um ein Rotor-zu-Endplatte-Spiel zu messen, aufweist.
Aspekt 26. Verfahren zum Steuern des Kompressors nach einem oder mehreren der Aspekte 19 bis 25, das ferner das Ändern der Drehzahl des Rotors aufweist.
In Zusammenhang mit der oben stehenden Beschreibung muss man verstehen, dass Änderungen an Einzelheiten ausgeführt werden können, ohne vom Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es wird beabsichtigt, dass die Patentschrift und die abgebildeten Ausführungsformen rein beispielhaft betrachtet werden, mit einem tatsächlichen Geltungsbereich und Geist der Erfindung, die durch die umfassende Bedeutung der Ansprüche angegeben sind.

Claims

Kompressor, umfassend ein Gehäuse, das eine Arbeitskammer definiert, wobei das Gehäuse eine Bohrung und eine Endplatte, die zu einem Auslassende hin angeordnet ist, aufweist, einen Rotor, der Schraubengewinde hat, wobei der Rotor konfiguriert ist, um in der Bohrung aufgenommen zu werden, ein Rotorspiel, das durch ein äußeres Maß des Rotors in Bezug zu einem anderen statischen Bauteil in dem Kompressor definiert ist, ein steuerbares Lager, das den Rotor stützt, und eine Steuervorrichtung zum Steuern des steuerbaren Lagers derart, dass das steuerbare Lager den Rotor auf eine Art bewegt, die das Rotorspiel verringert oder vergrößert.
Kompressor nach Anspruch 1, wobei das Rotorspiel ein Rotor-zu-Bohrung-Spiel, das zwischen dem Rotor und einer inneren Oberfläche der Bohrung definiert ist, und/oder ein Rotor-zu-Endplatte-Spiel, das zwischen dem Rotor und der Endplatte definiert ist, aufweist.
Kompressor nach Anspruch 2, der ferner eine zweite Bohrung in dem Gehäuse aufweist; einen zweiten Rotor, der in der zweiten Bohrung angeordnet ist, der zweite Rotor Schraubengewinde hat, die in die Schraubengewinde des Rotors eingreifen; ein Rotor-zu-Rotor-Spiel zwischen dem Rotor und dem zweiten Rotor definiert ist; und die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um das steuerbare Lager derart zu steuern, dass das steuerbare Lager den Rotor auf eine Art bewegt, die das Rotor-zu-Rotor-Spiel verringert oder vergrößert.
Kompressor nach Anspruch 3, der ferner ein stationäres Lager aufweist, das den zweiten Rotor stützt.
Kompressor nach Anspruch 3, der ferner eine zweites steuerbares Lager, das den zweiten Rotor stützt, aufweist, wobei das zweite steuerbare Lager konfiguriert ist, um fähig zu sein, den zweiten Rotor auf eine Art zu bewegen, die das Rotor-zu-Rotor-, Rotor-zu-Bohrung- und/oder Rotor-zu-Endplatte-Spiel verringert oder vergrößert.
Kompressor nach Anspruch 5, wobei das zweite steuerbare Lager ein Magnetlager ist.
Kompressor nach Anspruch 3, wobei das Gehäuse ferner einen Einlassport aufweist, der zu einem entgegengesetzten Ende von dem Auslassende hin angeordnet ist, einen Auslassport, der zu dem Auslassende hin angeordnet ist, und eine Kompressionskammer, die durch die Schraubengewinde des Rotors und des zweiten Rotors und einer inneren Oberfläche des Gehäuses definiert ist, wobei die Kompressionskammer konfiguriert ist, um sich von dem Einlassport zu dem Auslassport zu bewegen, wenn der Rotor und der zweite Rotor drehen, wobei die Kompressionskammer konfiguriert ist, um ihr Volumen allmählich zu verringern, wenn sie sich von dem Einlassport zu dem Auslassport bewegt, wobei die Kompressionskammer konfiguriert ist, um ihr Volumen zu ändern, wenn eines der Spiele geändert wird.
Kompressor nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen Temperatursensor, der konfiguriert ist, um eine Temperatur des Kompressors zu erfassen, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um das Rotorspiel gemäß der Temperatur, die von dem Temperatursensor erfasst wird, zu ändern.
Kompressor nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen Positionssensor, der konfiguriert ist, um das Rotorspiel zu messen, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um eines der Spiele gemäß dem Spiel, das von dem Positionssensor gemessen wird, zu ändern.
Kompressor nach Anspruch 1, wobei das steuerbare Lager ein Magnetlager ist.
HVAC-System, das einen fluidisch verbundenen Fluidkreislauf umfasst, der einen Kondensator, eine Expansionsvorrichtung, die stromabwärts des Kondensators angeordnet ist, einen Verdampfer, der stromabwärts der Expansionsvorrichtung angeordnet ist, einen Kompressor, der stromabwärts des Verdampfers und stromaufwärts des Kondensators angeordnet ist, aufweist, wobei der Kompressor ein Gehäuse, zwei Bohrungen innerhalb des Gehäuses, eine Endplatte, die zu einem Hochdruckende hin angeordnet ist, zwei Rotoren, die ineinandergreifende Schraubengewinde haben, wobei die Rotoren konfiguriert sind, um in den Bohrungen untergebracht zu sein, ein erstes Spiel, das zwischen den zwei Rotoren definiert ist, ein zweites Spiel, das zwischen einem der Rotoren und einer inneren Oberfläche der Bohrungen definiert ist, ein drittes Spiel, das zwischen einem der Rotoren und der Endplatte definiert ist, ein steuerbares Lager, das einen der zwei Rotoren stützt, und eine Steuervorrichtung aufweist, die konfiguriert ist, um das steuerbare Lager derart zu steuern, dass das steuerbare Lager den einen der zwei Rotoren auf eine Art bewegt, die das erste, zweite oder dritte Spiel verringert oder vergrößert.
HVAC-System nach Anspruch 11, wobei das Gehäuse ferner einen Einlassport aufweist, der zu einem entgegengesetzten Ende von dem Auslassende hin angeordnet ist, einen Auslassport, der zu dem Auslassende hin angeordnet ist, und eine Kompressionskammer aufweist, die durch die Schraubengewinde der zwei Rotoren und eine innere Oberfläche des Gehäuses definiert ist, wobei die Kompressionskammer konfiguriert ist, um sich von dem Einlassport zu dem Auslassport zu bewegen, wenn die Rotoren drehen, wobei die Kompressionskammer konfiguriert ist, um ihr Volumen allmählich zu verringern, wenn sie sich von dem Einlassport zu dem Auslassport bewegt, wobei die Kompressionskammer konfiguriert ist, um ihr Volumen zu ändern, wenn eines der Spiele geändert wird.
HVAC-System nach Anspruch 11, wobei der Kompressor ferner einen Temperatursensor aufweist, der konfiguriert ist, um eine Temperatur des Kompressors zu erfassen, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um das erste und/oder zweite und/oder dritte Spiel gemäß der Temperatur, die von dem Temperatursensor erfasst wird, zu ändern.
HVAC-System nach Anspruch 11, wobei das steuerbare Lager ein Magnetlager ist.
HVAC-System nach Anspruch 11, wobei der Kompressor ferner ein erstes stationäres Lager aufweist, das den anderen der zwei Rotoren stützt.
HVAC-System nach Anspruch 11, wobei der Kompressor ferner ein zweites steuerbares Lager aufweist, das den anderen der zwei Rotoren stützt, wobei das zweite steuerbare Lager konfiguriert ist, um fähig zu sein, den anderen der zwei Rotoren auf eine Art zu bewegen, die das erste, zweite und/oder dritte Spiel verringert oder vergrößert.
HVAC-System nach Anspruch 16, wobei das zweite steuerbare Lager ein Magnetlager ist.
HVAC-System nach Anspruch 11, wobei der Kompressor ferner einen Temperatursensor aufweist, der konfiguriert ist, um eine Temperatur des Kompressors zu erfassen, und die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um das steuerbare Lager zu steuern, um einen der zwei Rotoren gemäß der Temperatur, die von dem Temperatursensor erfasst wird, zu bewegen.