DE2434873A1 - ROTARY SCREW COMPRESSOR WITH OPTIMALLY LOCATED POINT FOR INJECTING LIQUID COOLANT - Google Patents

ROTARY SCREW COMPRESSOR WITH OPTIMALLY LOCATED POINT FOR INJECTING LIQUID COOLANT

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DE2434873A1
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rotor
compression
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DE2434873A
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Jun Harold William Moody
Donald Dean Schaefer
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    • F04C28/00Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids
    • F04C28/10Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by changing the positions of the inlet or outlet openings with respect to the working chamber
    • F04C28/12Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by changing the positions of the inlet or outlet openings with respect to the working chamber using sliding valves
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F25B1/04Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with compressor of rotary type
    • F25B1/047Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with compressor of rotary type of screw type

Description

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DUNHAM-BUSH, INC., WEST HARTFORD
CONN., / USA
DUNHAM-BUSH, INC., WEST HARTFORD
CONN., / USA

Rotationsschraubenverdichter mit optimal
angeordneter Stelle zur Injektion eines flüssigen
Kühlmittels
Rotary screw compressor with optimal
arranged point for injection of a liquid
Coolant

Die Erfindung betrifft einen Rotationsschraubenverdichter
für ein Kühlsystem und insbesondere einen solchen Verdichter, bei dem ein flüssiges Kühlmittel in den Arbeitsraum
des Verdichters eingespritzt wird, um das gasförmige Kühlmittel-Arbeitsmedium während seiner Verdichtung zu kühlen.
The invention relates to a rotary screw compressor
for a cooling system and in particular such a compressor in which a liquid coolant enters the working space
of the compressor is injected to cool the gaseous refrigerant working medium during its compression.

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Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der positivverdrängenden Rotationsschraubenverdichter der Ölinjektions- oder Trockenbauart, wobei die Injektionsstelle für das flüssige Kühlmittel optimal angeordnet ist. Schraubenverdichter der zur Rede stehenden Art, zum Verdichten eines elastischen Arbeitsmediums weisen im allgemeinen ein Gehäuse mit einem Arbeitsraum auf, der durch zwei parallele und sich durchdringende Bohrungen gebildet ist. An einem Ende des Arbeitsraumes befindet sich eine Niederdruck- oder Saugöffnung und am anderen Ende eine Hochdruck- oder Auslassöffnung·. The invention relates to the field of positive displacement Rotary screw compressor of oil injection or dry construction, where the injection point for the liquid coolant is optimally arranged. Screw compressors of the type in question, for compressing an elastic working medium, generally have a housing a working space which is formed by two parallel and penetrating bores. At one end of the There is a low-pressure or suction opening in the working space and a high-pressure or outlet opening at the other end.

In den beiden Bohrungen sind drehbar zwei miteinander kämmende Schraubenrotoren angeordnet und ferner kann, wenn erwünscht, ein gleitbares Entlastungsventil einen Teil der Wandung des Arbeitsraums bilden. Die axiale Stellung des Entlastungsventils bestimmt die Kapazität der Maschine.In the two bores, two intermeshing screw rotors are rotatably arranged and furthermore, if desirable to form a slidable relief valve part of the wall of the working space. The axial position of the The relief valve determines the capacity of the machine.

Um dieVerwendung von Steuerzahnrädern zur Synchronisation der Rotoren zu umgehen, wurde schon eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Öl, in den Verdichter eingespritzt. Dieses Öl dient als Abdichtung des freien Raumes zwischen den Rotoren und zwischen den Rotoren und dem Gehäuse, wodurch eine Gasrückströmung verringert wird, und um gleichzeitig das zu verdichtende Arbeitsmedium zu kühlen.To avoid the use of timing gears to synchronize the rotors, a liquid such as for example oil, is injected into the compressor. This oil serves to seal the free space between the rotors and between the rotors and the housing, thereby reducing gas backflow, and at the same time to cool the working medium to be compressed.

Bei Rotationsschraubenverdichtern, die Teil eines Kühl- oder Klimatisierungssystems bilden und bei denen das Arbeitsmedium ein typisches Kühlmittel darstellt, wurde weiter schon vorgeschlagen, das Kühlmittel in flüssiger Form in die Arbeitskammer des Verdichters zum Zwecke der Kühlung einzuspritzen.For rotary screw compressors that are part of a cooling or form air conditioning systems and in which the working medium is a typical coolant, has already gone on proposed to inject the coolant in liquid form into the working chamber of the compressor for the purpose of cooling.

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Hierzu wird das unter hohem Druck stehende flüssige Kühlmittel vom Kondensor'im Kühlkreislauf abgezweigt, wobei dies im wesentlichen bei Verdichterauslassdruck steht. Eine gesteuerte Injektion eines flüssigen Kühlmittels in der erwähn-, ten Weise ist in der -deutschen Patentanmeldung P 23 43 33 beschrieben.For this purpose, the liquid coolant which is under high pressure is branched off from the condenser in the cooling circuit, this being the case is essentially at compressor outlet pressure. A controlled injection of a liquid coolant in the mentioned, th way is described in the German patent application P 23 43 33.

Die Kühlung des Verdichters mittels Injektion der Kühlflüssigkeit bedingt, dass man auf die gewöhnlichen Ölkühler verzichten kann. Die Abführung der Ölkühlerwärme stellt nämlich gewöhn-" lieh einen nicht unwesentlichen Prozentsatz der gesamten Wärmeabfuhr aufgrund der Menge an zirkulierendem öl dar. Mit der Kühlmittelinjektion lässt sich also ein Ölkühler sowie die damit verbundenen Leitungs- und Steuermittel umgehen.The cooling of the compressor by means of injection of the cooling liquid means that the usual oil cooler can be dispensed with can. The dissipation of the heat from the oil cooler usually represents a not insignificant percentage of the total heat dissipation due to the amount of circulating oil. With the So coolant injection can be an oil cooler as well as the bypass associated management and control means.

Die Festlegung der Stelle innerhalb des Verdichtungszyklus bei der das flüssige Kühlmittel der Arbeitskammer des Verdichters zugeführt wird, ist deshalb ausserordentlich schwierig, da sich die Belastung des Verdichters ändert. Insbeson^ dere stellt dies ein Problem in Fällen dar, wo der Schraubenverdichter nicht mit einem konstanten Verdichtungsverhältnis arbeitet. Bildet der Schraubenverdichter einen Bestandteil des Kühl- oder Klima.tisierungssystems und ändern sich die Belastungen des Systems, so ändert sich das Betriebsverdichtungsverhältnis mit einer Änderung des Saugdrucks, wodurch auch der Verdichterauslassdruck geändert wird.The definition of the place within the compression cycle in which the liquid coolant is fed to the working chamber of the compressor is therefore extremely difficult as the load on the compressor changes. In particular ^ which poses a problem in cases where the screw compressor does not work with a constant compression ratio. The screw compressor forms a component of the cooling or air conditioning system and if the loads on the system change, the operating compression ratio changes with a change in suction pressure, which also changes the compressor discharge pressure.

Ziel der Erfindung ist es daher, einen Rotationsschraubenverdichter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Gattung dergestalt zu verbessern, dass die Stelle, bei der das flüssige Kühlmittel in die Arbeitskammer injiziert wird,The aim of the invention is therefore to provide a rotary screw compressor to improve the genre mentioned in the preamble of claim 1 in such a way that the point at which the liquid coolant is injected into the working chamber,

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optimal an die sich ändernden Systembetriebsparameter angepasst ist.is optimally adapted to the changing system operating parameters.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch gelöst, dass die Injektionsöffnung für das flüssige Kühlmittel an einer Stelle re~ lativ zu einer bestimmten Arbeitskammer*angeordnet ist, die durch den momentanen Druckzusammenhang zwischen dem abgezweigten flüssigen Kühlmittel und dem Druck des Verdichterarbeitsmediums während der Verdichtung in der Kammer bestimmt ist, so dass die Kühlung des Arbeitsmediums während der Verdichtung durch kontinuierliche Injektion des abgezweigten flüssigen Kühlmittels an der Stelle unabhängig von einer Über- oder Unterverdichtung des Arbeitsmediums und ohne nennenswerte Beeinträchtigung der Verdichterleistung gewährleistet ist.According to the invention, this is achieved in that the injection opening for the liquid coolant is arranged at a point relative to a specific working chamber *, which by the current pressure relationship between the diverted liquid coolant and the pressure of the compressor working medium is determined during the compression in the chamber, so that the cooling of the working medium during the compression by continuously injecting the diverted liquid coolant at the point regardless of over- or under-compression of the working medium and without significant impairment of the compressor performance is guaranteed.

Zur Bestimmung der optimalen Injektionsstelle wird verfahrensmässig so vorgegangen, dass man das minimale eingebaute Volumenverhältnis des Verdichters bestimmt, festlegt innerhalb welcher Bohrung die Injektion stattfinden soll,'das minimale und das maximale Betriebsverdichtungsverhältnis des Verdichters bestimmt, die ermittelten Parameter mit. dem Druck-Umhüllungswinkel-Diagramm für den Rotor der gewählten Bohrung in Beziehung bringt und aus dem Diagramm eine geeignete Stelle für die Injektionsöffnung in bezug auf den Umhüllungswinkel vom Saugeinlass des Schraubenrotors für die gewählte Bohrung ermittelt, wodurch sich eine kontinuierliche Injektion des flüssigen Kühlmittels in den Arbeitsraum unabhängig von einer Unter- oder Überverdichtung des Arbeitsmediums innerhalb der durch die ermittelten Parameter festgelegten Grenzen ergibt, ohne dass dabei wesentlich die Verdichterleistung beeinflusst wird.The procedure is used to determine the optimal injection site proceeded so that you get the minimum built-in volume ratio of the compressor determines, determines within which borehole the injection should take place, 'the minimum and determines the maximum operating compression ratio of the compressor, using the determined parameters. the pressure-envelope angle diagram for the rotor of the selected bore in relation and a suitable location from the diagram for the injection port with respect to the angle of wrap from the suction inlet of the screw rotor for the selected bore determined, whereby a continuous injection of the liquid coolant into the work space independent of a Under- or over-compression of the working medium within the results in limits set by the determined parameters without significantly affecting the compressor performance will.

des Verdichtersof the compressor

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 eine geschnittene, teilweise schematische Ansicht eines Rotationswendelschraubenverdichters mit dem Kühlmittel-Injektionssystem nach der Erfindung;Fig. 1 is a sectional, partially schematic view of a rotary screw compressor with the coolant injection system according to the invention;

Fig. 2 eine schematische, perspektivische Ansicht der miteinander kämmenden Positiv- und Negativ-Schraubenrotoren des Verdichters nach Fig. 1;2 is a schematic, perspective view of the meshing positive and negative screw rotors the compressor of Figure 1;

Fig. 3 ein Diagramm über den Druckverlauf beim Schraubenverdichter nach Fig. 1 und eine zweidimensionale Darstellung der Volumenänderung des verdichteten Arbeitsmediums von der Saug- zur Auslasseite hin;3 shows a diagram of the pressure curve in the screw compressor according to Fig. 1 and a two-dimensional representation of the change in volume of the compressed Working medium from the suction to the outlet side;

Fig. 4a ein PV-Diagramm für den Verdichter nach Fig. 1 unter idealen Bedingungen;FIG. 4a shows a PV diagram for the compressor according to FIG. 1 under ideal conditions; FIG.

Fig. 4b ein PV-Diagramm für den Verdichter nach Fig. 1 bei ■ Überverdichtung;FIG. 4b shows a PV diagram for the compressor according to FIG. 1 with over-compression; FIG.

Fig. 4c ein PV-Diagramm für den Verdichter nach Fig. 1 bei ünterverdichtung;FIG. 4c shows a PV diagram for the compressor according to FIG. 1 with under-compression; FIG.

Fig. 5 eine einlasseitige Stirnansicht der miteinander kämmenden Schraubenrotoren mit Darstellung der Bildung einer geschlossenen Tasche;5 shows an inlet-side end view of the intermeshing screw rotors with illustration the formation of a closed pocket;

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Fig. 6 eine auslasseitige Stirnansicht des Verdichters nach Fig. 1 mit Darstellung des winkelmässigen Zusammenhangs zwischen den Schraubenrotoren und einer der Kammern, die gegenüber der Saug- und Auslasseite des Verdichters abgedichtet ist;6 shows an outlet-side end view of the compressor according to Fig. 1 with representation of the angular relationship between the screw rotors and one of the chambers, which is sealed off from the suction and discharge sides of the compressor;

Fig. 7 ein Druck-Umhüllungswinkel-Diagramm für den Positivrotor in der auslasseitigen Stirnebene des Verdichters nach Fig. 1;7 shows a pressure-envelope angle diagram for the positive rotor in the end plane on the outlet side the compressor of Figure 1;

Fig. 8 ein Druck-Umhüllungswinkel-Diagramm für den Negativrotor in der auslasseitigen Stirnebene des Verdichters nach Fig. 18 shows a pressure-envelope angle diagram for the negative rotor in the end plane on the outlet side of the compressor according to FIG. 1

Zum vollständigen Verständnis der Parameter, die mit der Bestimmung der optimalen Injektionsstelle für ein flüssiges Kühlmittel in einem Schraubenverdichter in Betracht zu ziehen sind, ist ein visuelles Verständnis der Art und Weise notwendig, wie sich das Volumen der zwischen den Schraubenwendeln und dem Gehäuse gebildeten Gaskammern ändert. Der Rotationswendelschraubenverdichter stellt einen zwangsverdrängenden Kompressor, ähnlich den Kolbenverdichtern dar, bei denen sich ein Kolben in einem Zylinder hin- und herbewegt und die Gastasche am Ende des Saughubes eine maximale Grosse hat. Dagegen weist die Kammer bei solchen Kolbenverdichtern ihr geringstes Volumen dann auf, wenn der Kolben beim Verdichtungshub seinen oberen Totpunkt erreicht hat. Eine derartige Volumenänderung kann man sich leicht bildhaft vorstellen. Bei typischen Rotationsgleitflügelverdichtern ist der Rotor ferner exzentrisch in einem zylindrischen Gehäus'e angeordnet, in dem er sich dreht. Die Gleitflügel sind radial im Rotor bewegbar,To fully understand the parameters associated with the Determining the optimal injection site for a liquid refrigerant in a screw compressor is also considered a visual understanding of the way in which the volume of the between the helixes increases is necessary and gas chambers formed in the housing changes. The rotary screw compressor represents a positive displacement compressor, similar to the reciprocating compressors in which a piston moves back and forth in a cylinder and the gas pocket has a maximum size at the end of the suction stroke. In contrast, the chamber in such piston compressors has its smallest volume when the piston is on the compression stroke has reached its top dead center. Such a change in volume can easily be imagined. at In typical rotary sliding vane compressors, the rotor is also arranged eccentrically in a cylindrical housing in which he turns. The sliding wings can be moved radially in the rotor,

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wobei zwischen dem Gehäuse und dem Rotor und einer betreff fenden Flügelpaarung eine Kammer definiert wird. Die Kammer ist an der Saugseite der Maschine gross und verkleinert sich nach Drehung um etwa 180° zur Auslassöffnung hin erheblich. Bildhaft lässt sich die Volumenänderung einer solchen Kammer, d.h. ihre Verkleinerung von der Saug~ zur Auslasseite hin ohne weiteres zweidimensional durch einen einfachen Schnitt unter einem rechten Winkel zur Drehachse des Rotors ebenfalls leicht veranschaulichen.wherein between the housing and the rotor and a subject fenden wing pairing a chamber is defined. The chamber is large on the suction side of the machine and decreases considerably after turning it by about 180 ° towards the outlet opening. The change in volume of such a chamber, i.e. its reduction in size from the suction to the outlet side, can be visualized also easily two-dimensional by a simple cut at a right angle to the axis of rotation of the rotor easily illustrate.

Obschon Schraubenverdichter weniger bewegliche Teile besitzen und auf einem ziemlich einfachen Prinzip beruhen, lässt sich die Volumenänderung der einzelnen Gaskammern hierbei nicht mehr in einer einfachen zweidimensionalen Darstellung veranschaulichen, da die Gaskammern durch die Schraubenwendeln und das Gehäuse bestimmt sind. Vielmehr ist hier auch die dritte Dimension^zu berücksichtigen.Although screw compressors have fewer moving parts and are based on a fairly simple principle, leaves The change in volume of the individual gas chambers is no longer shown in a simple two-dimensional representation illustrate that the gas chambers are determined by the helical screws and the housing. Rather is here too consider the third dimension ^.

Fig. 1 zeigt in zweidimensionaler und teilweise schematischer Form einen typischen Schraubenverdichter im Querschnitt. Bildhaft gesagt, bewegt sich die Verdichtung .des in Gasform befindlichen Arbeitsmediums von der Niederdrucksaug- oder Einlasseite des Verdichters zu dessen Hochdruck— oder- Auslass^· seite. Zu diesem Zweck umfasst der allgemein mit 10 bezeichnete Verdichter ein dreiteiliges Gehäuse mit den Teilen 12, 14 und 16, wobei das Gehäuseteil 12 die Saugseite der Maschine bildet und mit einer Einlasspassage 18 versehen ist.' Am Gehäuseteil 12 schliesst sich das mittlere Gehäuseteil 14 an, in dem die beiden miteinander kämmenden Wendelschraubenrotoren aufgenommen sind; in der Figur ist nur ein Rotor in Blockform bei 20 gezeigt. Das Gehäuseteil 14 bildet daherFig. 1 shows in two-dimensional and partially schematic Shape a typical screw compressor in cross section. In figurative terms, the compression of that which is in the form of a gas moves Working medium from the low-pressure suction or inlet side of the compressor to its high-pressure or outlet ^ · page. For this purpose, the compressor, generally designated 10, comprises a three-part housing with parts 12, 14 and 16, the housing part 12 forming the suction side of the machine and being provided with an inlet passage 18. On the housing part 12 adjoins the middle housing part 14 in which the two intermeshing helical screw rotors are included; only one rotor is shown in block form at 20 in the figure. The housing part 14 therefore forms

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den Arbeitsraum in Form von zwei sich durchdringenden Bohrungen, wobei die Bohrung 22 den Rotor 20 enthält und 'die Saugpassage 18 in eine Niederdrucksaugöffnung an der endseitigen Ebene 24 mündet.Das Saugvolumen ist schematisch in Rechteckform bei 26 durch die Linien 28, 29, 31 und 32 angedeutet. Eine kombinierte axiale und radiale Hochdruckauslassoff nung 3 4 an den gegenüberliegenden Enden der Rotoren öffnet sich in eine Auslasspassage 36, die den wesentlichen Bereich des Gehäuseteils 16 einnimmt. Jeder Rotor, wie beispielsweise der Rotor 20, ist drehbar durch Lager 38 und 40 gehalten. Die Lager 38 und 40 nehmen die vorstehenden Enden der betreffenden Wellen 42 in den Gehäuseteilen 12 bzw. 16 auf. Im vorliegenden Fall wird der Rotor 20 zwangsmässig durch eine Antriebswelle 44 angetrieben, die ein integrales Bestandteil des Rotors bilden kann und mit einer nicht gezeigten Antriebsmaschine gekoppelt ißt. Für die Erfindung pertinent, obschon bei Rotationsschraubenverdichtern üblich, ist ein allgemein mit 46 bezeichnetes Entlastungsventil, das hin- und herbeweglich in einer Bohrung 48 des mittleren Gehäuseteils 14 angeordnet ist. Das Ventil 46 bildet einen Teil des Arbeitsraumes, der ansonsten durch die Bohrungen, wie beispielsweise die Gehäusebohrungen, und die Rotoren selbst, definiert ist. Im vorliegenden Fall ist das Entlastungsventil 46 an seinem Auslassende mit einer Zinnenförmigen oder ausgesparten Vorderkante 4 9 versehen, die den radialen Auslassabschnitt der Auslassöffnung 34 des Verdichters bildet. Das Entlastungsventil 46 hat eine solche axiale Länge und arbeitet mit einem stationären als fester Anschlag für das Ventil 46 wirkenden Wandbereich 50 des Gehäuseteils 14 dergestalt zusammen, dass eine Bypass- oder Entlastungsöffnung 52 entsteht, die unmittelbar zur Saug-the working space in the form of two penetrating bores, the bore 22 containing the rotor 20 and 'the Suction passage 18 into a low-pressure suction port at the end The suction volume is shown schematically in a rectangular shape at 26 by the lines 28, 29, 31 and 32 indicated. A combined axial and radial high pressure outlet The opening 3 4 at the opposite ends of the rotors opens into an outlet passage 36 which is the main Area of the housing part 16 occupies. Each rotor, such as rotor 20, is rotatable by bearings 38 and 40 held. The bearings 38 and 40 take the protruding ends of the respective shafts 42 in the housing parts 12 and 16 respectively. In the present case, the rotor 20 compulsorily driven by a drive shaft 44 which can form an integral part of the rotor and with coupled to a prime mover, not shown. For the invention pertinent, although with rotary screw compressors Common is a relief valve, generally designated 46, which is reciprocable in a bore 48 of the middle housing part 14 is arranged. The valve 46 forms part of the working space, which is otherwise through the bores, such as the housing bores, and the rotors themselves, is defined. In the present case, the relief valve 46 is crenellated at its outlet end or recessed leading edge 4 9 defining the radial outlet portion of the outlet opening 34 of the compressor forms. The relief valve 46 has such an axial length and operates with a stationary rather than a fixed one Stop for the valve 46 acting wall area 50 of the housing part 14 together in such a way that a bypass or Relief opening 52 is created, which is directly to the suction

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oder Einlasspassage 18 führt. Eine Welle 54 verbindet das Ventil 46 mit einem Kolben 56, der hin- und herbewegbar in einem Zylinder 58 angeordnet ist. Der Zylinder,58 ist am Gehäuseteil 12 befestigt, wobei der Kolben 56 zwischen der voll ausgezogenen und der gestrichelten Stellung durch die gesteuerte, nicht gezeigte Zufuhr eines Druckmediums,'. wie beispielsweise eines aus dem Schmiersystem des Verdichters abgezweigten Schmieröls, bewegt werden kann, um auf diese Weise das Entlastungsventil zwischen der Last- und Entlastungsstellung entsprechend dem Lastbedarf des Kühlsystems zu verschieben. or inlet passage 18 leads. A shaft 54 connects the valve 46 to a piston 56 which is reciprocable is arranged in a cylinder 58. The cylinder, 58 is on Housing part 12 attached, the piston 56 between the fully extended and the dashed position by the controlled, not shown supply of a print medium, '. such as one from the compressor's lubrication system diverted lubricating oil, can be moved in order to move the relief valve between the load and relief position according to the load requirement of the cooling system in this way.

Fig. 1 zeigt in zweidimensionalef Form die schematische Volumenänderung der Gaskammern, die zwischen den Wendeln der Rotoren und dem Gehäuse gebildet werden. Am besten lässt sich dies vielleicht aus Fig. 2 entnehmen, die die beträchtliche Änderung des Gasvolumens vom linksseitigen oberen Ende der Rotoren zum Auslass am rechten unteren Ende der Rotoren zeigt. Dabei sind sowohl der positive Rotor 20 (male rotor) als auch der negative Rotor 21 (female rotor) als sich durchdringende Zylinder gestrichelt dargestellt, wobei die sich durchdringenden Zylinder kennzeichnend für die ineinandergreifenden Vorsprünge und Einbuchtungen an den betreffenden Rotoren sind. Bei der schematischen perspektivischen Darstellung nach Fig. 2 ist das Entlastungsventil 4 6 in der in Fig. 1 gezeigten Vollaststellung eingezeichnet. Unmittelbar rechts vom ■ Entlastungsventil 46 ist das Volumen des verdichteten Gases, das sich.sowohl axial als auch radial zur Auslasspassage öffnet, mit 60 angedeutet. Es nimmt aufgrund der Konfiguration der Rotoren am Auslassende eine unregelmässige Gestalt an.Fig. 1 shows in two-dimensional form the schematic Change in volume of the gas chambers formed between the coils of the rotors and the housing. Best of all this can be seen perhaps from Fig. 2, which shows the considerable change in gas volume from the left-hand upper end of the Rotors pointing to the outlet at the lower right end of the rotors. Both the positive rotor 20 (male rotor) and the negative rotor 21 (female rotor) shown in dashed lines as a penetrating cylinder, with the penetrating cylinders Cylinders are characteristic of the interlocking projections and indentations on the rotors in question. In the schematic perspective illustration according to FIG. 2, the relief valve 46 is in that shown in FIG. 1 Full load position shown. Immediately to the right of the ■ relief valve 46 is the volume of the compressed gas, which moves axially as well as radially to the outlet passage opens, indicated at 60. It takes on an irregular shape due to the configuration of the rotors at the outlet end.

Bei der zweidimensionalen Abbildung nach Fig. 1 bilden dieIn the two-dimensional image of FIG. 1, the form

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miteinander kämmenden Rotoren einzelne Gaskammern oder Taschen, die durch vertikale Dichtlinien, z.B. die Linie 62, voneinander getrennt sind. Die Kammern sind mit römischen Ziffern I, II, III, IV, V, VI und VII bezeichnet; die Kammern I, II und III sind zur Saugseite offen, wobei die •vertikale Dichtlinie 62' die saugseitige Absperrung darstellt, d.h. diese Linie schneidet die Linien 30 und 3 2 an der Stelle 64, die derselben Stelle 64 nach Fig. 2 entspricht, und bei der keine der rechtsseitigen Gaskammern zur Saugseite hin offen ist. Die Verdichtung erfolgt in Abstromrichtung, d.h. rechts von der Absperrstelle 64 und der Dichtlinie 62'. Bei der schematischen Darstellung erfolgt die Verdichtung innerhalb der Gaskammern IV, V und VI, wobei sich die Gaskammer VII zum Auslass hin öffnet. Die Reihenfolge von Ansaugen, Verdichten und Ausstossen ist in Längsrichtung durch die Pfeile S, C bzw. D in beiden Fig. 1 und 2 angedeutet. Was das Entlastungsventil 46 betrifft, so verbleibt diese Reihenfolge wie dargestellt r wenn das Ventil nicht vorhanden ist. Bei Verschieben des Entlastungsventils 46 von der ausgezogenen Vollaststellung weg, wo es gegen den Gehäusebereich 50 gemäss Fig. 1 stösst, wird ein gewisser Teil des normalerweise am Verdichtungsvorgang beteiligten Gases zurück zur Saugseite der Maschine über der UmgehungsÖffnung 52 und die Bohrung 48 geführt, und gelangt damit in die Saugpassage Dies verringert die Menge an verdichtetem Gas, wie es schematisch in Fig. 1 durch die Stellung des linken Endes 66 des Entlastungsventils 46 relativ zur Diagonalen 30 angedeutet ist, die die Änderung des Volumens der Kammern IV, V, VI und VII während der Verdichtung darstellt. Wie den weiteren Fig. zu entnehmen ist, werden die Grosse oder das Volumen der Gaskammern IV bis VII verringert und dadurchRotors meshing with one another have individual gas chambers or pockets which are separated from one another by vertical sealing lines, for example line 62. The chambers are designated with Roman numerals I, II, III, IV, V, VI and VII; the chambers I, II and III are open to the suction side, the • vertical sealing line 62 'represents the suction-side shut-off, ie this line intersects the lines 30 and 32 at the point 64, which corresponds to the same point 64 of FIG in which none of the right-hand gas chambers is open to the suction side. The compression takes place in the downstream direction, ie to the right of the shut-off point 64 and the sealing line 62 '. In the schematic representation, the compression takes place within the gas chambers IV, V and VI, the gas chamber VII opening towards the outlet. The sequence of suction, compression and discharge is indicated in the longitudinal direction by arrows S, C and D in both FIGS. 1 and 2. As to the relief valve 46, so this sequence remains as shown r when the valve is not present. When the relief valve 46 is moved away from the extended full load position, where it hits the housing area 50 according to FIG. 1, a certain part of the gas normally involved in the compression process is guided back to the suction side of the machine via the bypass opening 52 and the bore 48 and arrives thus in the suction passage This reduces the amount of compressed gas, as indicated schematically in Fig. 1 by the position of the left end 66 of the relief valve 46 relative to the diagonal 30, which the change in the volume of the chambers IV, V, VI and VII represents during compression. As can be seen from the further figures, the size or the volume of the gas chambers IV to VII are reduced and thereby

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eine Verdichtung des darin enthaltenen Gases erzielt, wenn sich die Kammern nacheinander von der Saug- zur Auslasszone bewegen. Dabei tritt anstelle der Kammer I eine neue, sobald .erstere zur Stellung II infolge der Drehung der Rotoren in der in Fig. 2 gezeigten Weise gelangt, was eine Folge des direkten Kämmens der schraubenlinienförmig verlaufenden Erhebungen der betreffenden Rotoren ist.a compression of the gas contained therein is achieved when the chambers move one after the other from the suction to the outlet zone move. Instead of chamber I, a new one occurs as soon as .erstere to position II as a result of the rotation of the rotors in the manner shown in Fig. 2, which is a result of the direct meshing of the helically extending elevations of the rotors in question.

Aus Fig. 1 und 2 geht weiter hervor, dass die positiven und negativen Rotoren, wenn sie innerhalb eines Gehäuses mit festen Saug- und Auslassöffnungen 24 und 60 eingesetzt sind, Gaspassagen und Gaskammern zwischen ihren Wendeln und dem Gehäuse bilden,und so das Sauggas aufnehmen. Dieses wird dann aufgrund der Volumenverringerung der Gaskammern verdichtet, da sich die miteinander in Eingriff stehenden und zusammenpassenden Rotoren synchron drehen und eine Gaspumpungs- und Verdichtungswirkung erzeugen. Dabei wird -das Kühlmittelgas von der Saug- zur Auslasseite an gegenüberliegenden Enden des Gehäuses bewegt. Aufgrund der komplexen Verhältnisse ist.es schwierig, die Dichtlinien und die Förderbewegung innerhalb des Verdichtergehäuses zu definieren. Dies aber behindert ebenfalls Versuche, den engen Bereich der optimalen Lage der Injektionsöffnung für das flüssige Kühlmittel zu definieren, was Ziel der vorliegenden Erfindung ist.From Figs. 1 and 2 it can further be seen that the positive and negative rotors when they are inside a housing with fixed suction and outlet openings 24 and 60 are inserted, gas passages and gas chambers between their coils and form the housing, and so absorb the suction gas. This will then compressed due to the reduction in volume of the gas chambers, since the interengaging and Rotate matching rotors synchronously creating a gas pumping and compression effect. Thereby -that Coolant gas moved from the suction to the outlet side at opposite ends of the housing. Because of the complex It is difficult to define the sealing lines and the conveying movement within the compressor housing. However, this also hinders attempts to find the narrow area of the optimal position of the injection opening for the liquid To define coolant, which is the aim of the present invention.

Eine durch die miteinander kämmenden positiven und negativen Rotoren und das Gehäuseteil 14 geschaffene Gaskammer ist deutlicher in den Fig. 5 und 6 abgebildet. Der positive Rotor dreht sich mit einer Geschwindigkeit, die 1 1/2 mal so gross wie die des negativen Rotors ist. Eine horizontaleA gas chamber created by the intermeshing positive and negative rotors and the housing part 14 is more clearly shown in Figs. The positive rotor rotates at a speed 1 1/2 times that of the negative rotor. A horizontal one

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Mittellinie erstreckt sich durch die Achsen von beiden Rotoren, vgl. Fig. 5, und schneidet die Berührungsstelle zwischen dem Vorsprung 1 des positiven Rotors 20 und'einem Punkt zv/ischen den Vorsprüngen 1 und 2 des mit sechs Vor- - Sprüngen versehenen negativen Rotors 21, bei Betrachtung vom Saug- oder Einlassende aus. Die dadurch gebildeten Gaskammern umgeben den negativen Rotor 21 in Richtung auf die Auslasseite der Maschine in einem Winkel O^1 von 200°, und in entsprechender Weise nimmt der Kammerbereich des positiven Rotors 20 einen Winkel φ 2 von 300° jeweils um die Rotorachsen ein, wie dies in der das Auslassende betreffenden Darstellung nach Fig. 6 angedeutet ist.The center line extends through the axes of both rotors, see FIG. 5, and intersects the contact point between the projection 1 of the positive rotor 20 and a point between the projections 1 and 2 of the negative rotor provided with six projections 21, when viewed from the suction or inlet end. The gas chambers thus formed surround the negative rotor 21 in the direction of the outlet side of the machine at an angle O ^ 1 of 200 °, and in a corresponding manner the chamber area of the positive rotor 20 assumes an angle φ 2 of 300 ° around the rotor axes, as indicated in the illustration according to FIG. 6 relating to the outlet end.

Der in den Figuren dargestellte Schraubenverdichter weist ein festes eingebautes Volumenverhältnis von V. = Vc The screw compressor shown in the figures has a fixed, built-in volume ratio of V. = V c

auf, wobei Vc das Volumen an der Saugseite und Vn das VoIu-where V c is the volume on the suction side and V n is the volume

ü L) ü L)

men an der Auslasseite ist. Das Druckverhältnis P. des Verdichters ist in diesem Fall gleich V. , wobei k ein Faktor für die spezifische Wärme des zu verdichtenden Mediums darstellt. Beim Arbeitsmedium für den Verdichter kann es sich um Kühlmittel, wie beispielsweise R22 mit k = 1), 15 oder Ammoniak (NH3) mit k = 1,29 handeln.on the outlet side. The pressure ratio P. of the compressor is in this case equal to V., where k is a factor for the specific heat of the medium to be compressed. The working medium for the compressor can be a coolant such as R22 with k = 1), 15 or ammonia (NH 3 ) with k = 1.29.

Wie deutlicher aus Fig. 4a, 4b und 4c hervorgeht, bei denenAs can be seen more clearly from Fig. 4a, 4b and 4c, in which

P. = —ρ— ist, stimmt das Systemverdichtungsverhältnxs C/R 1SP. = —ρ—, the system compression ratio xs C / R 1 S is correct

unter idealen Bedingungen mit dem Verdichtungsdruckverhältnis überein, d.h.coincides with the compression pressure ratio under ideal conditions, i.e.

PD
P. = —5— = G/R, vgl. Fig. 4a.
P D
P. = -5- = G / R, see Figure 4a.

x ■ S x ■ S

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In Fig. 4b ist eine Situation dargestellt, bei der eine Überverdichtung vorliegt, und das Verdichterdruckverhältnis P^ grosser als das Systemverdichtungsverhältnis C/R = P /P ist. Die Überverdichtung und der dadurch bedingte Arbeitsverlust ist grafisch durch den schraffierten Bereich im PV-Diagramm angedeutet. Ein Öffnen einer bestimmten Kammer im Verdichter zum Auslassende hin führt dazu, dass der Druck innerhalb der Kammer auf den wesentlich geringeren Auslassdruck abfällt.In Fig. 4b, a situation is shown in which there is over-compression and the compressor pressure ratio P ^ is greater than the system compression ratio C / R = P / P. The over-compression and the resulting loss of work is indicated graphically by the hatched area in the PV diagram. Opening a certain chamber in the compressor towards the outlet end causes the pressure within the chamber to drop to the much lower outlet pressure.

In Fig. 4c sind die Auswirkungen einer Unterverdichtung dargestellt, bei derIn Fig. 4c the effects of under-compression are shown, in the

P
P. kleiner als —=— =.C/R wird. Der schraffierte Bereich
P.
P. becomes smaller than - = - = .C / R. The hatched area

1 s 1 s

zeigt den Arbeitsverlust aufgrund Unterverdichtung an, wobei der Auslass das Arbeitsmedium im Verdichter an einer Stelle weiter verdichten muss, bei der sich die Kammer zum Auslassdruck P0 hin öffnet.indicates the loss of work due to under-compression, whereby the outlet has to further compress the working medium in the compressor at a point at which the chamber opens towards the outlet pressure P 0.

Die Auswirkung von Unterverdichtung und Überverdichtung bezüglich der Injektionsstelle lässt sich am besten anhand von Fig. 3 erkennen, in der in-einem gemeinsamen Diagramm der " Druck längs des Verdichters von der Saug- zur Auslassseite und schematisch die Volumenänderung von der Saug- zur Auslasseite des Verdichters dargestellt sind.The effect of under-compaction and over-compaction on the injection site is best illustrated by this from Fig. 3 recognize in the in-a common diagram the "pressure along the compressor from suction to discharge and the change in volume from the suction to the outlet side of the compressor are shown schematically.

Fig. 3 zeigt weiter die Über- und Unterverdichtung durch die gestrichelten Linien P^ bzw. P^,.Fig. 3 further shows the over- and under-compression by the dashed lines P ^ and P ^ ,.

Eine Überverdichtung entsteht, wenn der Saugdruck von P * auf Pq2 ansteigt. Dann beträgt der intern aufgrund desOver-compression occurs when the suction pressure increases from P * to P q2 . Then the internal due to the

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eingebauten P. erreichte Auslassdruck in der Kammer VI P „, wenn sie sich zur Auslassöffnung 34 öffnet, da der eingebaute Druckbuilt-in P. reached outlet pressure in chamber VI P ", when it opens to the outlet port 34, as the built-in pressure

PD2 P D2

P1- = ~ü ist. Demzufolge ist Δ = P - ρ , was eineP 1 - = ~ ü is. Hence, Δ = P - ρ, which is a

Fs2 P OZ DiF s2 P OZ Di

Expansion des Gases zum Austragende und einen Abfall bedingt, der durch den Abfall der Kurve P2 auf den Verteilerdruck P angedeutet ist.Expansion of the gas to the discharge end and a drop caused, which is indicated by the drop in curve P 2 to the distributor pressure P.

Eine Unterverdichtung entsteht, wenn der Saugdruck von P1 Under-compression occurs when the suction pressure of P 1

auf P-, abfällt, wobei dann aufgrund des festen P: = -^ falls to P-, where then due to the fixed P: = - ^

SJ x PS3 SJ x P S3

der an der Auslassöffnung' 34 anstehende Auslassdruck gleich Pn-. wird. Da der Verteilerdruck höher ist; wird A p = P^1-Pn-. und damit durch den Rückstrom weiter verdichtet. Die Auswirkung von Überverdichtung als auch Unterverdichtung und der durch das Entlastungsventil geschaffenen Einschränkung auf die optimale Flüssigkeitsinjektionszone lässt sich aus Fig. 3 entnehmen. Die Injektionszone oder das Injektionsfenster für das flüssige Kühlmittel ist die Zone zwischen den beiden vertikalen Pfeilen I1 und ~L~r wobei die Pfeile einer zweidimensionalen schematischen Darstellung der Verdichtung des Arbeitsmediums im oberen Teil der Fig. 3 überlagert sind, während die Druckkurven für das Arbeitsmedium im unteren Teil der Fig. wiedergegeben sind. Die teilweise durch den Pfeil I1 definierte Injektionszone für das flüssige Kühlmittel liegt rechts von der Saug-Dichtlinie 62 für die der Vordersp-itze zugewandten Gaskammer IV, etwa eine Dichtlinie entfernt von der Saug-Absperrlinie 62■.the outlet pressure present at the outlet opening '34 is equal to P n -. will. As the manifold pressure is higher; becomes A p = P ^ 1 -P n -. and thus further compressed by the return flow. The effect of over-compression and under-compression and the restriction created by the relief valve on the optimal liquid injection zone can be seen from FIG. 3. The injection zone or the injection window for the liquid coolant is the zone between the two vertical arrows I 1 and ~ L ~ r , the arrows of a two-dimensional schematic representation of the compression of the working medium being superimposed in the upper part of FIG Working medium in the lower part of the figure. Are reproduced. The injection zone for the liquid coolant, which is partially defined by the arrow I 1 , lies to the right of the suction sealing line 62 for the gas chamber IV facing the front tip, approximately one sealing line away from the suction shut-off line 62.

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Obschon die Injektionszone innerhalb des Verdichtungsbereichs C des Verdichters, nach Fig. 3, liegt und die Kammer IV vor der hinteren Spitze eine Position einnimmt, wo sie gegenüber der Saugseite abgeschlossen wird, könnte eine Injektion des flüssigen Kühlmittels vor der Absperrung erfolgen, da aufgrund der hohen Drehgeschwindigkeit der Rotoren es die Kinetik der Maschine beim Einspritzen der Flüssigkeit in die Kammer erfordert, dass die Kammer unmittelbar danach gegenüber der Saugseite abgedichtet wird, wobei das Gas in der Kammer sich zu verdichten beginnt, wenn sich die Kammer zu der Stelle bewegt, wo sie sich zur Auslasseite der Maschine hin öffnet. In ähnlicher Weise deutet der vertikale Pfeil I„ die andere mögliche Grenze hinsichtlich der winkelmässigen Stellung der Injektionsöffnung für das flüssige Kühlmittel an der Maschine an, d.h. die Injektion hätte etwa vor der Stelle aufzuhören, bei der sich die Kammer zur Auslasseite öffnet. Stimmt das eingebaute Verhältnis P. mit dem Betriebsdruckverhältnis C/R überein, kann die theoretisch maximale, durch die vertikalen Pfeile I1 und I2 definierte Zone zutreffen. Bei Überverdichtung verschmal-ert sich diese Zone jedoch, da der Druck des flüssigen Kühlmittels, der durch den Verdichterauslassdruck definiert ist, etwa gleich PDM ^st' wobei P™ den Auslassverteilerdruck darstellt (der Auslassverteilerdruck ist im allgemeinen dem Kühlsystemkondensordruck gleich, von dem das flüssige Kühlmittel zur Injektion zugeführt wird). Der Kühlmitteldruck muss weiter höher als Pn- sein, wobei Pn- im'Druckschrieb nach Fig. 3 den'Drück innerhaH) der Kammer zur Zeit der Flüssigkeitsinjektion bei Überv'erdichtung dar stellt,'''aufgrund des gegenüber dem theoretischen Saugdruck P .. höheren Saugdrucks P- vorliegt. Unter der Annahme, dass die Injektion am Hochdruckende derAlthough the injection zone lies within the compression area C of the compressor according to FIG At the high speed of rotation of the rotors, the kinetics of the machine when injecting the liquid into the chamber requires that the chamber be immediately sealed off from the suction side, with the gas in the chamber beginning to compress as the chamber moves to the point where it is it opens towards the outlet side of the machine. In a similar way, the vertical arrow I “indicates the other possible limit with regard to the angular position of the injection opening for the liquid coolant on the machine, ie the injection would have to stop approximately before the point at which the chamber opens to the outlet side. If the built-in ratio P. corresponds to the operating pressure ratio C / R, the theoretically maximum zone defined by the vertical arrows I 1 and I 2 can apply. However, with over-compression this zone narrows because the pressure of the liquid refrigerant, defined by the compressor discharge pressure, is approximately equal to P DM ^ st 'where P ™ represents the discharge manifold pressure (the discharge manifold pressure is generally equal to the refrigeration system condenser pressure from which the liquid coolant is supplied for injection). The coolant pressure must be higher than P n -, where P n - in the pressure chart according to FIG .. higher suction pressure P- is present. Assuming that the injection is at the high pressure end of the

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— I O —- I O -

Injektionszone erfolgt, wo der Druck des Arbeitsmediums aufgrund der Überverdichtung den Wert P1 erreicht hat, findet keine Injektion statt, wenn P01 grosser als P' wird. Die Aufrechterhaltung eines kontinuierlichen Kühlmittelflusses ist jedoch für eine ausreichende Kühlung und für den Betrieb der Maschine unbedingt erforderlich. Die Injektion des flüssigen Kühlmittels 'ist allerdings Druckvarianten infolge des inneren Gasdrucks an der Injektionsstelle unterworfen, und dies bedingt eine Änderung des Kühlmittelflusses. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, kann ein Abfall im Saugdruck vorliegen, der zu einer Unterverdichtung führt, die wiederum eine Rückflussverdichtung auf P M erforderlich macht.Injection zone takes place where the pressure of the working medium has reached the value P 1 due to the overcompression, no injection takes place if P 01 is greater than P '. Maintaining a continuous flow of coolant is, however, essential for adequate cooling and for the operation of the machine. The injection of the liquid coolant is, however, subject to pressure variations as a result of the internal gas pressure at the injection site, and this causes a change in the coolant flow. As can be seen from FIG. 3, there may be a drop in suction pressure, which leads to an under-compression, which in turn requires a back-flow compression to P M.

Aus der zuvorgehenden Beschreibung folgt, dass für die Bestimmung der optimalen Injektionsstellung bei verschiedenen eingebauten Betriebsverdichtungsverhältnissen für den Schraubenverdicher zahlreiche Faktoren massgebend sind. Demzufolge müssen sich verschiedene Untersuchungen anschliessen. Zunächst muss festgestellt werden, welches minimale eingebaute Verhältnis entweder in bezug auf die axiale oder radiale Verdichtung für den speziellen Verdichter in Frage kommt. Wenn beispielsweise V-. raflial = 3,0 und V. axial = 3,3 ist, so beträgt das minimale V. = 3,0f so dass dieser Wert für die weiteren Berechnungen massgebend ist.From the above description it follows that numerous factors are decisive for the determination of the optimal injection position for different built-in operating compression ratios for the screw compressor. As a result, various investigations must follow. First, it must be determined what the minimum built-in ratio in terms of either axial or radial compression is possible for the particular compressor. For example, if V-. raflial = 3.0 and V. axial = 3.3, the minimum V. = 3.0 f so that this value is decisive for further calculations.

Dann ist im 2. Schritt festzustellen, in welche Rotorbohrung die Flüssigkeit eingespritzt werden soll.Then, in the second step, it must be determined in which rotor bore the liquid is to be injected.

Die Einspritzung kann radial "in eine ausgewählte Rotorbohrung oder axial in eine endseitige Fläche erfolgen.Injection can be "radial" into a selected rotor bore or take place axially in an end surface.

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Im nächsten Schritt sind das maximale und minimale Verdichtungsverhältnis, die durch das flüssige Kühlmittel oder ein anderes Arbeitsmedium bestimmt sind, und andere Paramter betreffs des Drucks und der Temperatur des Arbeitsmediums sowohl an der Einlass- oder Saugseite als auch Auslasseite der Maschine zu bestimmen.Wenn beispielsweise R22 als Arbeitsmedium verwendet wird, beträgt das minimale Verdichtungsverhältnis 2,7 auf der Basis eines Minimus von 4,4°C gesättigtem Ansaugen und 4O,6°C gesättigtem Auslassen, während für dasselbe Kühlmittel bei -6,8°C gesättigtem Ansaugen und 63°C gesättigtem Auslassen das Verdichtungsverhältnis C/R ein Maximum von 6,5 annimmt.The next step is the maximum and minimum compression ratio, which are determined by the liquid coolant or another working medium, and others Parameters related to the pressure and the temperature of the working medium on the inlet or suction side as well as on the outlet side of the machine. For example, if R22 is used as the working medium, the minimum compression ratio is 2.7 based on a minimum of 4.4 ° C saturated suction and 4O.6 ° C saturated discharge, while for the same refrigerant at -6.8 ° C saturated suction and 63 ° C saturated discharge the compression ratio C / R assumes a maximum of 6.5.

Nachfolgend wird auf die Druckkurven nach Fig. 7 und 8 für einen bestimmten Verdichter und ein bestimmtes Arbeitsmedium Bezug genommen. Je nach dem, ob die Injektion in der Bohrung des positiven Rotors oder in der Bohrung des negativen Rotors erfolgt, besteht der nächste Schritt darin, horizontale Linien in der betreffenden Druckkurve an folgenden Stellen einzutragen:The following is a reference to the pressure curves according to FIGS. 7 and 8 for a specific compressor and a specific working medium Referenced. Depending on whether the injection is in the bore of the positive rotor or in the bore of the negative Rotor takes place, the next step is to follow horizontal lines in the pressure curve in question Enter positions:

bei C/R Max ■ = maximales Verdichtungsat C / R Max ■ = maximum compression

verhältnisrelationship

V. = minimales eingebautesV. = minimal built-in

x Verhältnis x ratio

C/R Min ; = minimales Verdichtungsverhältnis C / R min ; = minimum compression ratio

Mit diesen Parametern ist nachfolgend der Winkel abzugreifen, bei dem die Injektion stattfinden soll. Die Injektion soll nicht bei einem Winkel stattfinden, bei dem die Injektionsöffnung dem minimalen eingebauten Druckverhältnis desWith these parameters, the angle at which the injection is to take place can then be picked up. The injection should not take place at an angle at which the injection port the minimum built-in pressure ratio of the

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Verdichters ausgesetzt ist. Unter der Annahme, dass zur Injektion die negative Bohrung ausgewählt wurde und ein minimales eingebautes Verhältnis V. von 3,0 vorliegt, sollte die Injektion niemals bei einem Winkel von mehr als 286° stattfinden.Compressor is exposed. Assuming the negative hole has been selected for injection and a If the minimum built-in ratio V. is 3.0, the injection should never be at an angle greater than this than 286 °.

Übersteigt der Injektionswinkel 28 6° erfolgt keine Injektion mehr, da bei 286° infolge der Verdichtung ein Druck des Arbeitsmediums vorliegt, der grosser als der Druck des zu injizierenden flüssigen Kühlmittels ist.If the injection angle exceeds 28 6 °, no injection takes place more, because at 286 °, due to the compression, there is a pressure of the working medium that is greater than the pressure of the to injecting liquid coolant is.

Findet die Injektion andererseits zwischen 226° und 286° statt, so ist die Injektion intermittierend, und ein umgekehrter Injektionsfluss kann auftreten, wenn der Verdichter nahe seinem niedrigsten, von der Auslegung her festgelegten Verdichtungsverhältnis 2,7 gemäss Schritt 3 arbeitet. Dadurch kann sowohl das Modulationsventil für die Injektion beschädigt werden, als auch eine Beschränkung des Injektionsflusses der Flüssigkeit eintreten. Unter 210 jedoch ist eine Injektion gewährleistet, da der Druck des flüssigen Kühlmittels der das flüssige Kühlmittel betreffenden Leitung weit oberhalb des Drucks in der speziellen Kammer liegt, in die die Injektion erfolgt.On the other hand, if the injection takes place between 226 ° and 286 °, the injection is intermittent and the other way round Injection flow can occur when the compressor is near its lowest, design-determined Compression ratio 2.7 according to step 3 works. This can damage the injection modulating valve and restrict the injection flow enter the liquid. Under 210, however, an injection is guaranteed because the pressure of the liquid The coolant of the line relating to the liquid coolant is far above the pressure in the special chamber, into which the injection is made.

Aufgrund dieser Überlegungen bildet das untere Ende des Überverdichtungsbereiches (210° bis 226°) das Injektionsfenster oder die Zone für die Injektion des flüssigen Kühlmittels in die Bohrung des negativen Rotors.Based on these considerations, the lower end of the over-compression range (210 ° to 226 °) forms the injection window or the zone for the injection of the liquid coolant into the bore of the negative rotor.

Nimmt man eine Injektionsstelle bei einem Injektionswinkel von 215°, so liegt die Stelle oberhalb des äusserstenIf you take an injection site at an injection angle of 215 °, the point is above the outermost one

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Minimums, d.h. dies verhindert eine Injektion in eine Kammer, die zur Saugseite der Maschine hin offen ist. Da weiter die Injektion bei niedrigen Verdichtungsverhältnissen keine absolute Notwendigkeit darstellt, würde auch ein intermittierender Fluss bei Betrieb mit niedrigen Verdichtungsverhältnissen möglicherweise ausreichen. Erfolgt die Injektion bei einem Winkel zwischen 226° und 286 ist die Injektion intermittierend, d.h. sie findet nur während eines Teils der Drehbewegung statt, während bei weiterer Drehbewegung der Druck in der Kammer den in der Abzapfleitung (bleed line) übersteigt, so dass sich der Fluss des flüssi- gen Kühlmittels in der Injektionsleitung umkehrt und der Nettofluss minimal wird. Eine Flussumkehr in der Injektionsleitung kann auch dann auftreten, wenn der Verdichter nahe bei seinem geringsten,von der Auslegung her bestimmten Verdichtungsverhältnis, d.h. bei 2,7, arbeitet. Es muss darauf .hingewiesen werden, dass mit zunehmender Annäherung der Flüssigkeitsinjektion an den Kammerdruck ein umso grösserer Anteil an expandiertem Kühlmittel sich einen Weg zurück' zur Saugseite suchtund den volumetrischen Wirkungsgrad des Verdichters verringert. Je näher die Injektion zum Einlass hin erfolgt, umso grosser wird die Beeinträchtigung des Maschinenbetriebs, so dass innerhalb des Injektionsfensters von 210° bis 226° ein Kompromiss vorliegen muss. ·Minimum, i.e. this prevents an injection into a chamber that is open to the suction side of the machine. There further Injection at low compression ratios is not an absolute necessity, would also be one intermittent flow may be sufficient when operating at low compression ratios. If the Injection at an angle between 226 ° and 286, the injection is intermittent, i.e. it only takes place during one Part of the rotary movement takes place, while with further rotary movement the pressure in the chamber corresponds to that in the bleed line (bleed line), so that the flow of the liquid coolant in the injection line is reversed and the Net flow becomes minimal. A flow reversal in the injection line can also occur when the compressor is close at its lowest compression ratio determined by the design, i.e. at 2.7, works. It must be pointed out that as the Liquid injection to the chamber pressure, the greater the proportion of expanded coolant that will find its way back ' to the suction side and reduces the volumetric efficiency of the compressor. The closer the injection to the inlet towards the end, the greater the impairment of machine operation, so that within the injection window from 210 ° to 226 ° there must be a compromise. ·

Arbeitet die Maschine jedoch bei einem niedrigen Verdichtungsverhältnis, beispielsweise beim minimalen Verhältnis von 2,7, reicht offensichtlich ein intermittierender Fluss bei niedrigen Verdichtungsverhältnissen für eine ausreichende Kühlung der Maschine aus. Im Bereich von 210° bis 286° stellt der Sättigungsdruck, bei dem es sich um den Kondensor-However, if the machine is operating at a low compression ratio, for example, at the minimum ratio of 2.7, an intermittent flow is obviously sufficient at low compression ratios for sufficient cooling of the machine. In the range from 210 ° to 286 ° represents the saturation pressure, which is the condenser

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oder Empfängerdruck handeltr einen annehmbaren Druckwert über dem Druck in der Injektionsöffnung dar. Der messbare Druck in der Injektionsöffnung" entspricht annähernd'dem minimalen theoretischen Druck in der Injektionsöffnung, wie er durch die Verdichterparameter plus einem Drittel der Differenzen zwischen dem minimalen und maximalen Druck aus dem Schrieb nach Fig. 8 bestimmt ist; das verfügbare Al? stellt den Auslassdruck minus dem Druck in der Injektionsöffnung dar. Diese Angaben treffen unter der Annahme zu, dass in der Auslassleitung, der Injektionsleitung und dem TX Ventil keine Druckverluste vorliegen.or receiver pressure is r an acceptable pressure value above the pressure in the injection port. The measurable pressure in the injection port "corresponds annähernd'dem minimum theoretical pressure in the injection port, as by the compressor parameter plus a third of the differences between the minimum and maximum pressure 8, the available Al? represents the outlet pressure minus the pressure in the injection port. This information applies under the assumption that there are no pressure losses in the outlet line, the injection line and the TX valve.

Zum Beispiel: A P an der Injektionsöffnung würde bei einem minimalen Verdichtungsverhältnis für R22 bei 4,4°C/4O,6°C 4,15 kp/cm2 und bei -6,8°C/63°C 18,15 kp/cm2 betragen. Die Bestimmung von Δ P erfolgt so: Der Injektionsdruck für das flüssige Kühlmittel muss einen annehmbaren Wert über dem Druck an der Injektionsöffnung haben, damit eine fortlaufende Injektion gewährleistet ist. Der gemessene Öffnungsdruck P folgt der Beziehung (P min. + P max - P min ) wobei dannFor example: AP at the injection port with a minimum compression ratio for R22 at 4.4 ° C / 40.6 ° C would be 4.15 kp / cm 2 and at -6.8 ° C / 63 ° C 18.15 kp / cm 2 . The determination of Δ P is carried out as follows: The injection pressure for the liquid coolant must have an acceptable value above the pressure at the injection opening in order to ensure continuous injection. The measured opening pressure P follows the relationship (P min. + P max - P min ) where then

Δ P (für die zu befördernde Flüssigkeit) (P _ P) ist. Zum Beispiel:Δ P (for the liquid to be conveyed) (P _ P). To the Example:

P1 = P min (, = -,,5P5+ (3.S)P 1 = P min ( , = - ,, 5P 5+ ( 3 .S)

= 1,5 Ps + .5 Ps = 2,0 Pg= 1.5 P s + .5 P s = 2.0 Pg

(a) 4,4°C/4O,6°C Pp-P1=I5,8-2x5,84=15,8-11,65=4,15kp/cm' (a)-6,8oC/63°C Pn-P=26,3-2x 4 ,08=26,3-8,1 5=18,1 5kp/cm2 (a) 4.4 ° C / 4O, 6 ° C Pp-P 1 = I5,8-2x5,84 = 15.8 to 11.65 = 4,15kp / cm '(a) -6.8 o C / 63 ° CP n -P = 26.3-2x 4.08 = 26.3-8.1 5 = 18.1 5kp / cm 2

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_ 21 __ 21 _

Aufgrund der Bauweise der Maschine kann es unpraktisch sein, in die endseitige Ebene des Verdichters, d.h. axial, einzuspritzen, da die Injektionsöffnung P dann normalerweise in der Bohrung,um einen entsprechenden Wendelwinkel des Rotors zurückbewegt werden muss. Nimmt man beim gegebenen Beispiel an, dass der Umhüllungswinkel des negativen Rotors 200 beträgt, so bedeutet eine Rückbewegung der Injektionsöffnung P nach Fig. 2 um 1,016 mm vom Auslassende, dass der optimalen Injektionsstelle, die gleich einem in einem vorherigen Schritt bestimmten Unhüllungswinkel <I gleich 215 von der Saugseite ist, dazu die Wegstrecke hinzugefügt werden muss,um die die Zurückbewegung erfolgte mal dem Umhüllungswinkel dividiert durch den Durchmesser des Rotors mal dem Rotorverhältnis von L/D. Unter der Annahme dass der Rotor einen Durchmesser von 102 mm (~4") hat und das L/D-Verhältnis 1 beträgt,ergibt sichDue to the construction of the machine, it can be impractical to enter the end plane of the compressor, i.e. axially, inject, as the injection port P then normally in the bore in order to move back a corresponding helix angle of the rotor. If you take the given For example, if the wrap angle of the negative rotor is 200, it means a backward movement of the injection port P according to Fig. 2 by 1.016 mm from the outlet end that the optimal injection site, which is equal to an in a previous step determined angle of envelope <I is equal to 215 from the suction side, plus the distance must be added, by which the return movement occurred times the angle of wrap divided by the diameter of the rotor times the rotor ratio of L / D. Assuming the rotor has a diameter of 102 mm (~ 4 ") and the L / D ratio is 1, results

L1 = 0,1016 mm vom Auslassende <I =215°
(M = Umhüllungswinkel = 200°
L 1 = 0.1016 mm from the outlet end <I = 215 °
(M = wrap angle = 200 °

D = 102 mm = 4 L/D =1D = 102 mm = 4 L / D = 1

Daher folgt:Hence it follows:

' = 215 + 0,1016 χ ) = 215 + 2o° = 235°'= 215 + 0.1016 χ) = 215 + 2o ° = 235 °

Zur Bestimmung der optimalen Injektionsstellung ist die Anpassung des eingebauten Druckverhältnisses an das tatsäch liche Betriebsdruckverhältnxs wesentlich. Wenn das tatsächliche Verdichtungsverhältnis C/R nur in geringem MasseTo determine the optimal injection position, it is necessary to adapt the built-in pressure ratio to the actual Liche operating pressure ratios are essential. When the actual compression ratio C / R is low

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veränderlich ist, besteht eine grössere Spielbreite in der Anordnung der Injektionsstelle, da einesteils die zur Saugseite gerichtete Leckströmung und andernteils die Überverdichtung vor dem Auslassausstoss von Interesse sind, was die Injektionsstelle weiter zur Saugseite hin nach rückwärts stellt. Die beste Bremsleistung/t liegt offensichtlich dann vor, wenn zwischen der Lage der Auslassöffnung und den tatsächlichen Betriebsparametern des Verdichters eine absolute Anpassung gegeben ist, und damit die Injektionsstelle für die Flüssigkeit nicht früher als notwendig liegt.is variable, there is a greater latitude in the arrangement of the injection site, since on the one hand the for Leakage flow directed towards the suction side and, on the other hand, over-compression Before the outlet expulsion, what is of interest is what the injection site further backwards towards the suction side represents. The best braking performance / t is obviously present when between the position of the outlet opening and an absolute adaptation is given to the actual operating parameters of the compressor, and thus to the injection site for the liquid is not earlier than necessary.

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Claims (5)

PatentansprücheClaims 1.J Rotationswendelschraubenverichter für ein Kühlsystem mit einem an die Äuslasseite des Verdichters angeschlossenen Kondensor, wobei der Verdichter aufweist: ein Gehäuse, welches einen zwei sich durchdringende Bohrungen umfassenden Arbeitsraum bildet, eine in den Arbeitsraum mündende Saugöffnung an einem Ende des Gehäuses zur Zuführung eines gasförmigen Kühlmittels als Verdichterarbeitsmedium, eine in den Arbeitsraum mündende Auslassöffnung im Gehäuse zur Abgabe des Arbeitsmediums nach dessen Verdichtung, und zwei in den Bohrungen drehbar angeordnete, miteinander kämmende Schraubenrotoren, die zusammen mit den Bohrungen Arbeitskammern bilden, wobei der Verdichter das verdichtete Kühlmittelgas in den Kondensor des Kühlsystems abgibt und das Kühlsystem eine Einrichtung aufweist, um einen Teil des Kühlmittels in flüssiger Form vom Kondensor abzuzweigen und eine in den Arbeitsraum mündende Injektionsöffnung vorgesehen ist, um das abgezweigte flüssige Kühlmittel in den Arbeitsraum zum Kühlen des Arbeitsmediums während dessen Verdichtung einzuspritzen, dadurch gekennzeichnet , dass die Injektionsöffnung für das flüssige Kühlmittel an einer Stelle relativ zu einer bestimmten Arbeitskammer des Verdichters angeordnet ist, die durch den momentanen Druckzusammenhang zwischen dem abgezweigten flüssigen Kühlmittel und dem Druck des Verdichterarbeitsmediums während der Verdichtung in der Kammer bestimmt ist,1.J Rotary helical screw compressor for a cooling system with a condenser connected to the outlet side of the compressor, the compressor comprising: a housing which forms a working space comprising two penetrating bores, one in the Suction opening opening into the working space at one end of the housing for supplying a gaseous coolant as the compressor working medium, one opening into the working space Outlet opening in the housing for the discharge of the working medium after it has been compressed, and two in the bores rotatably arranged, intermeshing screw rotors, which, together with the bores, form working chambers, the compressor injecting the compressed refrigerant gas into the Gives condenser of the cooling system and the cooling system has a device to a part of the coolant in liquid Form branch off from the condenser and an injection opening opening into the working space is provided to allow the diverted liquid coolant into the working space for cooling the working medium while it is being compressed inject, characterized in that the injection opening for the liquid coolant is arranged at a point relative to a certain working chamber of the compressor, which is by the current Pressure relationship between the diverted liquid coolant and the pressure of the compressor working medium it is determined during the compression in the chamber, - 24- 24th 509829/0 5 23509829/0 5 23 so dass die Kühlung des Arbeitsmediums während der Verdichtung durch kontinuierliche Injektion des abgezweigten flüssigen Kühlmittels an der Stelle unabhängig von einer über- oder Unterverdichtung des Arbeitsmediums und ohne nennenswerte Beeinträchtigung der Verdichter leistung gewährleistet ist.so that the cooling of the working medium during the Compression by continuous injection of the diverted liquid coolant at the point independently from an over- or under-compression of the working medium and without significant impairment of the compressor performance is guaranteed. 2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Injektionsöffnung in der den negativen Schraubenrotor aufnehmenden Bohrung angeordnet ist, wobei besagter Rotor einen Umhüllungswinkel von 200° aufweist und die Öffnung in der genannten Bohrung bei einem Umhüllungswinkel von der Saugseite im Bereich von 210° bis 226° liegt.2. Compressor according to claim 1, characterized in that the injection opening in the the negative screw rotor receiving bore is arranged, said rotor having an envelope angle of 200 ° and the opening in said Bore at a wrap angle from the suction side in the range of 210 ° to 226 °. 3. Verdichter nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η - · zeichnet, dass die Injektionsöffnung für das flüssige Kühlmittel hinsichtlich des Umhüllungswinkels des negativen Rotors von der Saugseite bei 215° angeordnet ist.3. Compressor according to claim 2, characterized in that g e k e η η - · draws that the injection port for the liquid coolant in terms of the envelope angle of the negative rotor from the suction side 215 ° is arranged. 4. Verfahren zum Bestimmen der optimalen Stelle für die Injektion eines flüssigen Kühlmittels in deii Arbeitsraum eines Rotationswendelschraubenverdichters, der Bestandteil eines Kühlsystems mit einem mit der Auslasseite des Verdichters gekoppelten Kondensor ist, wobei der Verdichter aufweist: ein Gehäuse, das einen zwei sich durchdringende Bohrungen umfassenden Arbeitsraum bildet, eine in den Arbeitsraum mündende Saugöffnung an einem Ende des Gehäuses, um ein gasförmiges Kühlmittel als Verdichterarbeitsmedium zuzuführen,4. Method of determining the optimal location for the Injection of a liquid coolant into the working space of a rotary screw compressor, the Is part of a cooling system with a condenser coupled to the outlet side of the compressor, the compressor comprising: a housing having a working space comprising two penetrating bores forms a suction opening opening into the work space at one end of the housing to supply a gaseous coolant as a compressor working medium, - 25 509829/0523 - 25 509829/0523 eine in den Arbeitsraum mündende Auslassöffnung im Gehäuse, um das verdichtete Arbeitsmedium zur Weiterleitung an den Kondensor auszustossen, und zwei in den Bohrungen drehbar angeordnete/miteinander kämmende Schraubenrotoren, die die Verdichterkapazität bestimmen, wobei der Verdichter ein ver- · dichtetes Kühlmittelgas in den Kondensor des Kühlmittelsystems abgibt, und das System eine Einrichtung aufweist, um einen Teil des Kühlmittels in flüssiger Form vom Kondensor abzuzweigen und das abgezweigte flüssige Kühlmittel über eine Injektionsöffnung in eine der Bohrungen zur Kühlung des gasförmigen Arbeitsmediums während seiner Verdichtung einzuspritzen, dadurch gekennzeichnet , dass man das minimale eingebaute Volumenverhältnis des Verdichters bestimmt, festlegt innerhalb welcher Bohrung die Injektion stattfinden soll, das minimale und das maximale Betriebsverdichtungsverhältnis des Verdichters bestimmt, die ermittelten Parameter mit dem Druck-Umhüllungswinkel-Diagramm für den Rotor der gewählten Bohrung in Beziehung bringt und aus dem Diagramm eine geeignete Stelle für die Injektionsöffnung in bezug auf den Umhüllungswinkel vom Saugeinlass des Schraubenrotors für die gewählte Bohrung ermittelt, wodurch sich eine kontinuierliche Injektion des flüssigen Kühlmittels in den Arbeitsraum unabhängig von einer Unter- oder Überverdichtung des Arbeitsmediums innerhalb der durch die ermittelten Parameter festgelegten Grenzen ergibt, ohne dass dabei wesentlich die Verdichterleistung beeinflusst wird.an outlet opening in the housing opening into the working space in order to expel the compressed working medium for forwarding to the condenser, and two screw rotors which are rotatably arranged in the bores / meshing with one another and which determine the compressor capacity Releases coolant system, and the system has a device to divert part of the coolant in liquid form from the condenser and inject the diverted liquid coolant via an injection opening into one of the bores for cooling the gaseous working medium during its compression, characterized in that the minimum determines the built-in volume ratio of the compressor, determines within which bore the injection should take place, determines the minimum and maximum operating compression ratio of the compressor, determines the parameters determined with the pressure-envelope angle diagram for the rotor de r brings the selected bore into relation and from the diagram a suitable location for the injection opening in relation to the envelope angle from the suction inlet of the screw rotor for the selected bore is determined, whereby a continuous injection of the liquid coolant into the working space independent of an under- or over-compression of the Working medium results within the limits set by the determined parameters without significantly affecting the compressor performance. - 26 50 9 829/0523- 26 50 9 829/0523 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die Injektionsöffnung radial legt und an einer axial versetzten Stelle relativ zum Auslassende der Bohrung anordnet, wobei der ermittelte Injektionswinkel für eine Variation des Umhüllungswinkels des durch die ausgewählte Bohrung getragenen Rotors infolge der axialen Versetzung der Öffnung nach folgender Gleichung korrigiert wird:5. The method according to claim 4, characterized in that the injection opening radially and at an axially offset location relative to the outlet end of the bore, wherein the determined injection angle for a variation of the envelope angle of the selected one Corrected the bore of the supported rotor as a result of the axial displacement of the opening according to the following equation will: worin bedeuten:where mean: = Injektionswinkel nach Kompensation für den Rotorumhüllungswinkel aufgrund der axialen Versetzung der Öffnung in Grad= Injection angle after compensation for the rotor envelope angle due to the axial offset of the opening in degrees = unkompensierter Injektionswinkel in Grad= uncompensated injection angle in degrees L1 = gewählter axialer Abstand vom Auslassende des Arbeitsraumes zur Injektionsöffnung in mm L 1 = selected axial distance from the outlet end of the working space to the injection opening in mm = Umhüllungswinkel des Schraubenrotors für die ausgewählte Bohrung in Grad = Wrap angle of the screw rotor for the selected hole in degrees D = Durchmesser des Schraubenrotors in mm L/D = Verhältnis von Rotorlänge zu Durchmesser.D = diameter of the screw rotor in mm L / D = ratio of rotor length to diameter. 509829/0523509829/0523
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