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Vorrichtung zur Erzeugung von Druckluft
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mittels eines Schraubenverdichters Die Erfindung bezieht sich auf
eine Vorrichtung zur Erzeugung von Druckluft mittels eines Schraubenverdichters,
bei dem das Läuferpaar der Schraubenverdichterstufe in einem Flüssigkeitsbad, vorzugsweise
in einem ölbad, läuft.
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Die Schraubenverdichter zur Erzeugung von Druckluft gewinnen wegen
Ihres hohen Wirkungsgrades und des geringen Leistungsbedarfes zunehmend an Bedeutung.
Ein solcher Schraubenverdichter, der durch einen Motor über Getriebe oder direkt
angetrieben wird, weist im wesentlichen Schraubenverdichterstufe, Ölbehälter mit
Grobabscheidung sowie nachgeschaltetem blseparator, luft- oder wassergekühlten ölkühler
und Regler mit Steuereinrichtung auf. Die zu verdichtende Luft wird in die Öffnungen
des sich drehenden Neben- und Haupt läufers der
Schraubenverdichterstufe
angesaugt. Nach Abschluß des Ansaugvorganges werden die Öffnungen vom Haupt läufer
abgedichtet. Die Verdichtung der Luft erfolgt durch das Weiterdrehen des Läuferpaares
auf den am Einlaßregler eingestellten Verdichtungs-Enddruck. Der Schraubenverdichter
ist einstufig und arbeitet ölüberflutet. Während des Verdichtungsvorganges wird
ein Teil des im Ölbehälter befindlichen Öles durch den entstehenden Druck, der auch
auf das Öl wirkt, in die Verdichterstufe eingespritzt, wobei das Öl die Aufgaben
der Schmierung, Abdichtung und Kühlung erfüllt. Anschließend wird das austretende
(5l-Luftgemisch über einen Rückflußverhinderer in den Ölbehälter geleitet und von
hier aus über Prallwände, die bereits einen sehr hohen Abscheidungsgrad erreichen,
in den nachgeschalteten Separator geführt. In diesem wird das Restöl so weit abgeschieden,
daß die austretende Druckluft nur noch einen geringen Restölgehalt enthält, so daß
die Druckluft praktisch ölfrei ist. Für die von dem Schraubenverdichter abzugebende
Druckluft kann ein Kühler vorgesehen sein.
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Das in dem Ölbehälter abgeschiedene Öl gelangt durch den von dem Schraubenverdichter
erzeugten Druck der Druckluft im Gehäuse des Ölbehäfters in den Ansaugkanal, um
mit der angesaugten Luft wieder in die Verdichterstufe und somit in den Ölkreislauf
zu kommen. In diesen Kreislauf wird das erhitzte Öl nach dem Ölbehälter bzw. Ölsumpf
durch einen Ölkühler gedrückt, in dem die Rückkühlung auf Einspritztemperatur erfolgt.
Bei der bekannten Schraubenverdichteranlage erfolgt das Kühlen der Druckluft und
des Öles, nachdem diese Medien den Ölbehälter verlassen haben. Hierzu ist je ein
Kühler für die Druckluft und das Öl erforderlich. Bei der Druckluft kommt noch hinzu,
daß dem Druckluftkühler noch eine Abscheidevorrichtung für das in der
Druckluft
enthaltene Wasser nachzuschalten ist, bevor die Druckluft zu den Arbeitsvorrichtunü?en
zugeführt wird. Dadurch wird die Anlage bau- und energiemäßig aufwendig.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schraubenverdichtervorrichtung
der beschriebenen Art wirkungsgradmäßig und hinsichtlich der umlaufenden Ölmenge
wesentlich zu verbessern. Der Schraubenverdichter, bei dem ein Teil des im Ölbehälter
befindlichen Öles während des Verdichtungsvorganges durch den Druck der Druckluft
zu der Verdichterstufe zurückgeführt und in diese eingespritzt wird, zeichnet sich
gemäß der Erfindung dadurch aus, daß die Kühlvorrichtung in der Druckleitung für
das Öl-Druckluftgemisch zwischen der Verdichterstufe und dem Ölbehälter angeordnet
ist.
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Durch das Kühlen des durch die Verdichterstufe erzeugten Öl-Druckluftgemisches
nach Verlassen der Verdichterstufe und vor dem Eintritt in den Ölbehälter benötigt
man nur einen Kühler bzw. Wärmeaustauscher für die Druckluft und das Öl. Ein weiteres
Nachkühlen ist nicht erforderlich.
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Durch das gleichzeitige Kühlen der Druckluft und des Öles, bevor diese
getrennt werden, wird eine wesentliche Einsparung an Kühlöl-Umlaufmenge erreicht,
die 50% und darüber betragen kann. Man erreicht ferner eine höhere spezifische Leistung,
d.h. eine größere Liefermenge. Dabei tritt eine geringere Planscharbeit mit einem
geringeren spezifischen Leistungsbedarf ein. Zugleich findet eine geringe Leerlaufaufnahme
des Verdichters statt. Da aufgrund der tiefen Rückkühltemperatur die Taupunkt;grenze
für die reine Ölkomponente gesenkt werden kann, kann ein um einige Potenzen geringerer
Restölanteil in der verdichteten Luft erzielt werden. Der Wärmeaustauscher kann
luft- oder wassergekühlt werden.
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Durch die vorangehende Kühlung des Öl-Druckluftgemisches wird das
in dem Gemisch enthaltene Wasser in dem Ölbehälter ausgeschieden, wozu der Ölbehälter
mit einer Wasser-Ausscheidevorrichtung für das im unteren Teil desselben angesammelte
Wasser versehen wird. Hierbei ist es zweckmäßig, daß die Wasserablaßleitung einen
von dem Druck in dem Ölbehälter gesteuerten Niveauregler mit Trennschichtschwimmer
erhält. Dabei kann das Ablaßventil der Wasserablaßleitung ein in Abhängigkeit von
dem Niveauregler gesteuertes Ventil, z.B. ein Magnetventil, sein.
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Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
nachstehend erläutert.
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Die einzige Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schraubenverdichteranlage
zur Erzeugung von Druckluft im Schema.
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Zu der Schraubenverdichterstufe 6 mit einem Haupt läufer und einem
Nebenläufer, die über ein Zahnradgetriebe und eine Kupplung 59 von einem Motor 57,
vorzugsweise einem Elektromotor, angetrieben werden, wird die angesaugte Luft über
einen Luftansaugfilter 1, der mit Zyklon und Verschmutzungsanzéiger ausgerüstet
sein kann, über die Leitung 38 zugeführt. Das von der Verdichterstufe 6 erzeugte
Öl-Druckluftgemisch gelangt über die Druckleitung 40 und die Umlenkung 10, durch
die eine Prallabscheidung zur Trennung von Öl und Druckluft veranlaßt wird, in den
Ölbehälter 11. Unmittelbar in der Druckleitung 40 ist der Kühler bzw. Wärmeaustauscher
9 angeordnet, durch den das Druckluft-Ölgemisch auf eine vorbestimmte Temperatur
heruntergekühlt wird, bevor es in den Ölbehälter 11 gelangt.
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Der Kühler 9 kann mittels Luft oder Wasser gekühlt werden.
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Der Ölbehälter 11 ist mit einem Sicherheitsdruckschalter 34 und einem
Öl-Einfüllstutzen 12 ausgerüstet. An den Ö1-behälter schließt sich ein Separator
mit einer Separatorpatrone 13 für das Restöl an, durch den das Restöl so weit abgeschieden
wird, daß die austretende Druckluft nur noch einen geringen Restölgehalt vor 1 bis
2 g/1000 m3 enthält. Der Separator ist mit einem Sicherheitsventil 16 und einem
Magnetventil 15 für die Leerlaufentlastung ausgestattet. Von dem Separator rührt
die Druckluft über einen Rückflußverhinderer 18 und ein Absperrventil 19 zu der
Verbrauchsstelle. Mit 17 ist ein Enddruckmanometer bezeichnet.
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Von der Separatorpatrone 13 und der Drucklurtauslaßleitung 41 führen
Leitungen 14 und 20 zu einem automatischen Kondensatablaß 21.
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Durch das Einführen von gekühltem Öl-Druckluftgemisch in den Ölbehälter
11 sondert sich das Wasser 36 von dem Ölbad 35 unterhalb desselben ab, wobei der
Ölbehälter 11 vorteilhaft schräg gelagert ist. Zum Abscheiden und Ausscheiden des
Wassers dient eine Leitung 31 mit einem Entleerungsventil 50. Hierbei ist die Leitung
31 mit einem Niveauregler 28 versehen, der über die Leitung 32 mit dem die Druckluft
enthaltenden Raum des Ölbehälters 11 in Verbindung steht. Mit 29 ist ein Ablaßventil
bezeichnet, das in Abhängigkeit von dem Niveauregler 28 gesteuert wird. Von dem
Ölbehälter 11 führt eine Leitung 33 zur Rückführung eines Teils des unter Druck
stehenden Öls zu der Verdichterstufe 6. In dieser Druckleitung 33 befinden sich
ein Öl-Stop-Magnetventil 24, ein Ölfilter 25, eine Öl-Einspritzblende 26 und ein
Öl-Strömungswächter 27 bzw. ein Einspritzdruckwächter. In der Leitung 40 ist unmittelbar
nach der Verdichterstufe 6 ein Rückflußverhinderer 8 und ein Uberwachungsgerät 7
für die Kompressions-Endtemperatur angeordnet.
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Von der Druckluftauslaßleitung führt eine Steuerleitung 25 mit einem
Druckregler 22 zu einem Einlaßregler 2 zur Steuerung der Klappe in der Luftzuführungsleitung
58, wobei mit 5 ein Endschalter bezeichnet ist. In der Leitung 55 befindet sich
Proportionalregler 5, dem eine By-Pass-Leitung zugeordnet ist, in der ein 5/2-Wege-Ventil
mit Regeldüse vorgesehen ist.
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Die Regelung der Schraubens7erdiclnter-Anlage geht wie folgt vor sich:
Die zu verdichtende Luft wird über den Ansaugfilter 1 mit Mikrofiltereinsatz angesaugt.
Ein unzulässiger Verschmutzungsgrad wird optisch angezeigt. Nach Passieren der Drosselklappe
mit Stellzylinder 2, mit der die Liefermenge des Kompressors geregelt wird, gelangt
die Luft in die Verdichtungsstufe 6 und wird hier auf den am Proportionsregler 5
eingestellten Betriebsdruck verdichtet. Während dieses Verdichtungsvorganges wird
ein Teil des im Ölbehälter 11 befindlichen Öles 55 durch den sofort entstehenden
Druck, der naturgemäß auf das Öl wirkt, in die Verdichterstufe eingespritzt. Dabei
erfüllt das Öl die Aufgaben der Schmierung, Abdichtung und Kühlung. Das austretende
Öl-Druckluftgemisch wird über einen Rückflußverhinderer 8 in den Druckluft-Ölkühler
9 geleitet (luft- oder wassergekühlt) und auf ca. 80c über das Kühlmedium (Luft
oder Wasser) abgekühlt. Es soll hierbei der Taupunkt so weit unterschritten werden,
um einerseits die Öldampfanteile, die einen hohen Einfluß auf den Restölgehalt der
Druckluft haben, so niedrig wie möglich zu halten, und andererseits möglichst viel
des in der verdichteten Luft enthaltenen Wassers ohne weitere Nachkühlung auszuscheiden.
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Von hier aus'gelangt das Luft-Öl-Wassergemisch über Umlen-
kungen
10 und Prallwände, die bereits einen Abscheidungsgrad von 99,8 (Luft-Ol-Trennung)
erreichen lassen. In dem Druckluft-Öl-Wasserbehälter 11 werden Druckluft von Öl
und Wasser 36 von Öl 55 aufgrund des spezifischen Gewichtes getrennt. Das hierbei
anfallende Wasser 36 wird über einen elektrischen Niveauregler 28 bzw. Wasserwächter
mit Trennschichtschwimmer 28, der einen oberen und unteren Schaltpunkt hat, gesteuert,
wobei innerhalb dieses Bereiches das Magnetventil 29 das Wasser abläßt.
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Die verdichtete Luft wird weiter in eine Separation mittels einer
Abscheidepatrone 13 geführt, die einen Abscheidegrad bis 0,01/u hat. Hier werden
alle Anteile, ob Wasser oder Ölaerosole, bis zum genannten Abscheidegrad aus der
Druckluft entfernt und über einen automatischen Kondensatableiter 21 abgeführt.
Anschließend verläßt die Druckluft nahezu ölfrei über das kombinierte Mindestdruck-Rückschlagventil
18 und den Absperrschieber 19 den Verdichter.
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Der Verdichter wird beim ersten Mal manuell eingeschaltet.
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Wenn sich im Druckluft system nach dem kombinierten Mindestdruck-Rückschlagventil
18 ein Druck von etwa 95% des am Proportionalregler 5 eingestellten Enddruckes aufgebaut
hat, schließt derKontakt des Druckreglers 22, der das 3/2-Wege-Magnetventil 4 funktionsfähig
macht. Steigt der Druck weiter an, so wird über dgs Proportionalregelventil 5, welches
eine Düse (Primårdüse) von z.B. 1 mm Durchmesser hat, eine geringe Menge Luft mit
reduziertem Druck in den Stellzylinder des Einlaßreglers 2 mit Drosselklappe gedrückt
und gleichzeitig über die in dem 3!2-Wege-Ventil 4 eingebaute Düse (Sekundärdüse)
von z.B. 0,8 mm ins Freie abgeblasen. Erst wenn die Druckluftmenge, die den Propor-
tionalregler
passiert, so groß wird, daß die im 3/2-Wege-Ventil 4 eingebaute Sekundärdüse diese
Menge nicht mehr abblasen kann, baut sich der Druck auf, der notwendig ist, um die
Federspannung im Stellzylinder des Einlaßreglers 2 zu überwinden. Die Drosselklappe
beginnt sich zu schließen und die Liefermenge des Verdichters stufenlos von 0 -
100% bei konstantem Enddruck zu regeln. Je höher der Druck auf der Primärseite der
Regelleitung 23 ist, desto höher ist auch der auf dem Einlaßregler 2 anstehende
Druck, bis bei ca. 0,6 Druckluftentnahme die Drosselklappe des Einlaßreglers 2 ganz
geschlossen ist.
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Der Verdichter saugt jetzt keine Luft mehr an. In der Null-Stellung
des Einlaßreglers 2 wird der Endschalter 5 geschlossen. Hiermit wird das Magnetventil
15 (Entlastungsventil) geöffnet. Der im System bis zum Mindestdruck-Rückschlagventil
18 anstehende Druck wird ins Freie abgeblasen.
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Das System wird auf 1,1 bar entlastet. Damit der Einlaßregler 2 in
geschlossener Position gehalten wird, bekommt das 3/2-Wege-Ventil 4 über den Druckregler
22 nach dem Anfahren des Endschalters 5 Spannung und schließt die Sekundärdüse,
öffnet jedoch gleichzeitig die Umgehungsleitung, um Hochdruckluft am Proportionalregler
5 vorbei direkt in den Einlaßregler 2 zu lassen. Somit wird die Drosselklappe geschlossen
gehalten.
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Aufgrund der geschlossenen Drosselklappe und des vorläutigen Weiterlaufens
des Verdichters baut sich saugseitig ein Unterdruck bis 0,05 bar auf. Der auf dem
Öl-Wasserbehälter 11 anstehende Druck von 1,1 bar sowie der saugseitig im Verdichter
6 anstehende Unterdruck von 0,05 bar bewirken, daß der Öldruck an der Einspritzstelle
im Verdichter sich
auf 0,20 - 0,30 bar einpendelt und somit ausreichend
ist, um die Schmierung der Lager und der Läufer aufrechtzuerhalten. Die Leerlaufleistung
des Verdichters wird je nach Enddruck auf 14 - 17% der Vollastleistung gesenkt.
Um auch im Teillastverhalten eine gute Leistungsausbeute zu erreichen, ist der Endschalter
5 so angeordnet, daß er sich im Regelbereich von 0 - 100% stufenlos einstellen läßt
und somit auf alle Betriebsbedingungen eingehen kann.
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Fällt der Druck auf der Verbrauchs seite im Bereich des Mindestdruck-Rückschlagventils
18 auf etwa 90% des am Proportionalregler 5 eingestellten Enddruckes, öffnet der
Druckregler 22, das )/2-Wege-Magnetventil 4 wird spannungslos, die Sekundärdüse
entlastet den auf dem Einlaßregler 2 anstehenden Druck, die Drosselklappe öffnet
und der Endschalter ) fällt ab. Somit wird das Entlastungsventil 15 geschlossen
und der Verdichter läuft Vollast.
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Um bei geringerem Druckluftverbrauch oder Betriebsruhe unnötige Leerlaufzeiten
zu vermeiden, wird beim Schließen des Endschalters 3 gleichzeitig ein einstellbares
Zeitrelais angesteuert. Läuft die Zeit ab, ohne daß der Druckregler 22 geöffnet
hat, so wird der Antriebsmotor 57 abgeschaltet. Um eine für den elektrischen Teil
unzulässige Schalthäufigkeit zu vermeiden und um Anlaufüberlastungen zu verhindern,
ist ein erneuter Anlauf des Antriebsmotors 37 erst nach einer einstellbaren Wartezeit
möglich.
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