DE2318400C3 - Verfahren zum Betreiben einer Kühlanlage - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kühlanlage, bestehend aus einem Kondensator, einem Verdampfer und zwei in Reihe verbundenen Schraubenverdichtern mit jeweils einem Schraubenrippenrotor und einem Schraubennutenrotor, von denen einer motorisch angetrieben und der andere durch unmittelbare Flankenberührung der Schraubengänge mitgenommen wird.

Bei großen Kühlanlagen, wie z. B. Gefrierhäusern, wird das Kältemittel von z.B. 1,0ata auf 18ata verdichtet. Bereits in frühem Entwicklungstadium derartiger Anlagen zeigte sich die Notwendigkeit, diese Verdichtung in zwei Stufen durchzuführen, um einen annehmbaren Wirkungsgrad zu erhalten. Es wurde auch gefunden, daß für die erste Stufe ein Verdichter mit einem verhältnismäßig niedrigen Druckverhältnis von z. B. 3:1 ausreicht, um auf diese Weise das dem Kompressor der zweiten Stufe zugeführte Volumen im wesentlichen auf ein Drittel des den Verdampfer verlassenden Gasvolumens zu verringern. Der Verdichter der ersten Stufe dient dabei also als Vor- oder Aufladeverdichter des zweiten oder Hauptverdichters. Die beiden Verdichter können der Art nach gleich oder verschieden sein. ω

In den letzten Jahren fanden auf dem Gebiet der Kühlanlagen Schraubenverdichter eine ständig wachsende Verbreitung, weil sie sich durch eine große Kapazität und ein hohes Druckverhältnis auszeichnen. Als Hochleistungsaggregate sind diese Verdichter mit b5 Mitteln zum Einspritzen verhältnismäßig großer Ulmengen in die Arbeitskammer versehen, wobei das öl zum Kühlen, Dichten und Schmieren dient.

Durch die Bewegung der großen ölmengen entstehen beträchtliche Verluste (sog. Ventilationsverluste), die, wie bekannt, mit zunehmender Drehgeschwindigkeit stark anwachsen. Wegen dieser Verluste müssen mit öleinspritzung arbeitende (ölgeflutete) Schraubenverdichter mit ziemlich niedrigen Drehzahlen laufen, so daß z.B. die Kämme des Schraubenrippenrotors eine Kopfkreisgeschwindigkeit von nur 30 m/sec haben.

Wenn bisher für beide Verdichterstufen einer Kühlanlage Schraubenverdichter eingesetzt wurden, so waren sie entweder beide vom Hochleistungstyp mit öleinspritzung oder der Verdichter der ersten Stufe hatte trocken laufende synchronisierte Rotoren. In beiden Fällen war der Wirkungsgrad des Vorverdichters verhältnismäßig niedrig und lag z. B. in der Größenordnung von 55%.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Kühlanlage zu schaffen, bei welchem ein hoher adiabatischer Wirkungsgrad des Vorverdichters und damit der gesamten Verdichtereinheit als ganzer erreicht wird und ein Schraubenverdichter einfacher und raumsparender Ausführung als Vorverdichter benutzt werden kann.

Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der erste Verdichter mit einer Drehzahl angetrieben wird, bei welcher die Kopfkreisgeschwindigkeit des Schraubenrippenrotors größer ist als die des Schraubenrippenrotors des ölgefluteten zweiten Verdichters und daß dem ersten Verdichter öl nur in einer Menge zugeführt wird, welche die zur Schmierung der relativ zueinander beweglichen Berührungsflächen der Rotoren erforderliche Menge wenigstens nicht wesentlich übersteigt.

Die erfindungsgemäße Betriebsweise des Vorverdichters kommt insbesondere bei Kühlanlagen in Frage. Infolgedessen wird die Erfindung nachstehend auch anhand eines solchen Ausführungsbeispiels beschrieben.

Bei analogen Verhältnissen ist aber auch eine Übernahme der hier gegebenen Lehre auf andere Anwendungsgebiete möglich.

Da in den ersten Verdichter nur eine geringe ölmenge eingeführt wird, entstehen dort keine merklichen Ventilationsverluste. Es ist deshalb möglich, diesen Vorverdichter mit sehr viel höherer Geschwindigkeit laufen zu lassen als einen mit öl gefluteten Verdichter. So kann z. B. die Umfangsgeschwindigkeit am Schraubenrippenrotor in der Größenordnung von 70 m/sec. liegen, woraus kleinere Abmessungen resultieren. Außerdem ist wegen des geringen Druckverhältnisses die Belastung der Radiallager niedrig, so daß ausreichend kleine Wälzlager eingesetzt werden können, die Platz zwischen den Rotorwellen finden, aber dennoch eine akzeptable Lebensdauer haben.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird der erste Verdichter mit einer Geschwindigkeit angetrieben, bei welcher die Umfangsgeschwindigkeit des Schraubenrippenrotor zweimal so groß ist wie die des Schraubenrippenrotors des zweiten Verdichters.

Um den Verdichter der niedrigen Druckstufe, also den Vorverdichter, mit der gewünschten hohen Drehzahl anzutreiben, bietet es sich in vielen Fällen an, zwischen dem Antriebsmotor, ζ. Β. einem elektrischen Motor, und dem Verdichter ein Getriebe vorzusehen. Die Kosten des Getriebes werden dadurch mehr als ausgeglichen, daß die Abmessungen des Kompressors verringert sind.

Die der Arbeitskammer des Vorverdichters zugeführte ölmenge ist so klein, daß sie im wesentlichen keine

Kühlwirkung hat Es ist deshalb in den meisten Fällen notwendig, den Vorverdichter in anderer Weise zu kühlen, vorzugsweise dadurch, daß zur Kühlung des gasförmigen Kältemittels flüssiges Kältemittel aus dem Hochdruckbereich der Kühlanlage in die Nuten bzw. Rippenzwischenräume der Rotoren des ersten Verdichters eingespritzt wird. Falls gewünscht, kann das vom ersten Verdichter ausgestoßene gasförmige Kältemittel in einem Zwischenkühler weitergekühlt werden, bevor es in den zweiten oder Hauptverdichter eingeleitet wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert

Zu der in der Zeichnung dargestellten Kühlanlage gehört eine Verdichtereinheit die aus einem Niederdruck- oder Vorverdichter 1OA und einem diesem nachgeschalteten Hochdruck-Verdichter 1OB besteht Wie bei Kühlanlagen gebräuchlich, ist bei der gezeichneten Ausführung weiterhin ein ölabscheider 12. ein Kondensator 14, ein Verdampfer 16, ein ölkühler 18 und eine ölpumpe 20 vorgesehen. Die Verdichter, der ölabscheider, der Kondensator und der Verdampfer liegen in Serie und bilden einen geschlossenen Kreislauf für das Kältemittel, wobei in einer Leitung 24 zwischen dem Kondensator 14 und dem Verdampfer 16 ein Drosselventil 22 vorgesehen ist

Beide Verdichter 1OA und 180 sind vom Typ der Schraubenrotor-Verdichter. Jeder von ihnen wird durch einen Elektromotor 26, beispielsweise einen Induktionsmotor angetrieben. Im Beispielsfall ist angenommen worden, daß beide Motoren im gleichen Drehzab'bereich laufen. Der Verdichter 10A wird dabei durch seinen Motor über ein Obersetzungsgetriebe 28 angetrieben, dessen Abtriebsdrehzahl z. B. zwei- oder dreimal höher ist als die AntriebsdrehzahL Der Verdichter 1OB wird unmittelbar durch den Motor angetrieben.

Bei der dargestellten Ausführungsform fördert eine ölpumpe 20 öl zu den Verdichtern 1OA und 1OB durch Leitungen 30 bzw. 32. Die dem Verdichter 1OA zugeführte ölmenge ist jedoch so begrenzt, daß sie diejenige Menge nicht oder wenigstens nicht beträchtlich übersteigt, die zur ausreichenden Schmierung der aneinander gleitenden Berührungsflächen der Rotoren erforderlich ist Gleichzeitig kann nebenbei eine gewisse Dichtwirkung erhalten werden. Der Verdichter 106 wird dagegen mit öl geflutet, so daß das öl nicht nur eine Schmier- und Dichtwirkung hat sondern auch dazu dient das Kältemittel während dessen Kompression zu kühlen. Mit öl geflutete Schraubenrotcr-Verdichter sind in verschiedenen Ausführungen z. B. aus den britischen Patentschriften 8 32 386 und 1171291, bekannt Bei derartigen Verdichtern ist die Masse des ölstroms durch den Verdichter größer als die Masse des Gasstroms. Entsprechend ist bei der dargestellten Ausführung die dem Verdichter lOb zugeführte ölmenge mehrfach größer als die in den Verdichter 1OA eingeleitete.

Um das vom Verdichter 1OA komprimierte gasförmige Kältemittel zu kühlen, wird diesem Verdichter über eine Leitung 34 vom Kondensator 14 her flüssiges Kältemittel zugeführt welches in die Arbeitskammer des Verdichters bei einem solchen Zwischenstadium der Kompression und in solcher Menge eingespritzt wird, daß die Temperatur des gasförmigen Kältemittels am Auslaß des Verdichters nicht über einen bestimmten Wert ansteigt dessen Größe durch Berechnung so bestimmt wird, wie er für den im Einzelfall gegebenen thermodynemischen Zyklus am besten geeignet ist Gleichzeitig wird die Temperatur des Verdichters auf einem Niveau gehalten, bei welchem die thermischen Verformungen der Rotoren und des Gehäuses keine Probleme verursachen.

Die Rotoren des Verdichters 1OA laufen in Gleitlagern. In der Zeichnung sind weiterhin Kühlmittel-Leitungsanschlüsse für die Zufuhr und Ableitung eines geeigneten Kühlfluids, z. B. Wasser, zum beziehungsweise vom Kondensator 14 und ölkühler 18 gezeigt

Eine oder beide Verdichter können mit Ventilschiebern zur Steuerung ihrer Kapazität versehen sein. Auch der Verdichter 1OB kann zusätzlich zur Kühlung mittels eingespritzten Öls durch Zufuhr von flüssigem Kältemittel gekühlt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betreiben einer Kühlanlage, bestehend aus einem Kondensator, einem Verdampfer und zwei in Reihe verbundenen Schraubenverdichtem mit jeweils einem Schraubenrippenrotor und einem Schraubennutenrotor, von denen einer motorisch angetrieben und der andere durch unmittelbare Flankenberührung der Schraubengänge mitgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Verdichter (iOA) mit einer Drehzahl angetrieben wird, bei welcher die Kopfkreisgeschwindigkeit des Schraubenrippenrotors größer ist als die des Schraubenrippenrotors des ölgefluteten zweiten Verdichters (lOßJt und daß dem ersten Verdichter öl nur in einer Menge zugeführt wird, welche die zur Schmierung der relativ zueinander beweglichen Berührungsflächen der Rotoren erforderliche Menge wenigstens nicht wesentlich übersteigt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung des gasförmigen Kältemittels flüssiges Kältemittel aus dem Hochdruckbereich (14, 34) der Kühlanlage in die Nuten bzw. Rippenzwischenräume der Rotoren des ersten Verdichters (KMJeingespritzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Verdichter (10A) mit einer Drehzahl angetrieben wird, bei welcher die Kopfkreisgeschwindigkeit des Schraubenrippenrotors zweimal so groß ist wie die des Schraubenrippenrotors des zweiten Verdichters (100Jl