DE2816142A1

DE2816142A1 - Leistungsvariabler mehrfach-kaelteverdichter fuer kaelteanlagen

Info

Publication number: DE2816142A1
Application number: DE19782816142
Authority: DE
Inventors: Thomas F Conley; Jun Ernest F Gylland; George E Steele
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1977-04-22
Filing date: 1978-04-14
Publication date: 1978-11-02
Also published as: US4102149A; BE866017A; FR2388226A1; IT1095205B; JPS53135049A; CA1070129A; IT7822611A0; JPS5436327B2; AU3505878A; IN148375B; ES469023A1

Description

Dipl. ing. B. HOLZES

fhii.iffj:ne -wblseb - strasse 14 8900 AUGSBUKG

TELEFON 510475 TELEX 533202 pofol d

-H-

W.93¹»

Augsburg, den 4. April 1978

Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Pennsylvania 15222, V.St.A.

Leistungsvariabler Mehrfach-Kälteverdichter für Kälteanlagen

Die Erfindung betrifft einen leistungsvariablen Mehrfach-Kälteverdichter für Kälteanlagen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Aus der US-PS 3 785 I69 und der US-PS 3 775 995 sind Mehrfach-Kälteverdichter bekannt, die zwei jeweils ein gasdichtes Gehäuse aufweisende Einzelverdichter umfassen,

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von denen einer im Teillastbetrieb betreibbar ist, derart, daß vier abgestufte Leistungswerte zur Verfugung stehen. Die beiden Einzelverdichter sind so angeordnet, daß der gesamte angesaugte Dampf zuerst in den auch im Teillastbetrieb betreibbaren Verdichter eintritt und ein Teil dieses Dampfes durch das Gehäuse dieses ersten Verdichters hindurch zum Gehäuse des zweiten, keinen Teillastbetrieb gestattenden Verdichters geleitet wird. Diese bekannte Anordnung hat sich an sich bewährt und ist die bisher einzige bekannte Tandemanordnung von zwei Verdichtern, von denen einer mit Teillast betreibbar ist, so daß ein Betrieb mit vier abgestuften Leistungswerten möglich ist₃ ohne daß der Betriebsbereich hinsichtlich der Kältemittelsattdampftemperaturen übermäßig eingeschränkt wird.

Bei Kolbenkälteverdichtern tritt beim Betrieb mit weniger als voller Leistung das Problem der begrenzten Sattdampftemperatur auf, da sich derartige Verdichter im Teillastbetrieb stärker erwärmen als im Vollastbetrieb₉ was seine Ursache in der Rezirkulation warmen Dampfes innerhalb des teilvfeise entlasteten Verdichters hat. Eine Tandemverdichteranordnung, bei welcher ein Verdichter auf einen Betrieb mit halber Leistung entlastet werden kann, xtfährend der andere Verdichter nur mit Vollast betrieben oder stillgesetzt werden kann, gestattet einen wahlweisen Betrieb

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mit vier Leistungswerten, die 100 %, 75 %, 50 % und 25 % der Volleistung der Tandemverdichteranordnung entsprechen. Beim Betrieb mit 75 % der Volleistung tritt das genannte Problem am stärksten hervor, da in diesem Fall eine verhältnismäßig hohe Kälteanlagenbelastung mit nohen Kondensatorternperaturen und hohen Kondensatorcirücken vorhanden ist. Bei Betrieb mit 25 % der Vollleistung tritt dieses Problem trotz des Betriebs des ersten Verdcnters mit naiber Last infolge der niedrigeren Anlagenbelastung und der niedrigeren Kondensatortemperaturen und -drücke weniger stark auf.

Bei den bekannten, in den oben erwähnten US-Patentschriften bescnriebenen Reinen- bzw. Taridemverdichteranordnungen ist der zweite Verdichter bei Betrieb der Verdicnteranoranung mit 75 ;■» der Vollast gezwungen, den zu verdichtenden Dampf durch das Gehäuse des teilweise entlasteten ersten Verdichters hindurch anzusaugen₉ so daß die im ersten Verdichter durch den Dampfnebensehiuß entstenende Wärme in gewissem Maße durch den in den voll belasteten zweiten Verdichter eintretenden Gasstrom abgeführt wird. Außerdem bestimmt in diesem Fall aer zweite Verdichter den Sättigungsgrenszustand des geförderten Dampfes bei dem jeweils gegebenen Sättigungsaustand des angesaugten Dampfes, da der von ihm angesaugte

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Dampf durch den entlasteten Verdichter zusätzlich überhitzt wird.

Aus den obigen Ausführungen geht hervor, warum Mehrfach-Verdichter der in den oben genannten US-Patentschriften beschriebenen bekannten Art bei den verschiedenen Leistungseinstellungen befriedigend arbeiten. Obwohl diese bekannte Anordnungen hinsichtlich ihrer Arbeitsweise zufriedenstellend sind, sind sie in konstruktiver Hinsicht nicht voll befriedigend, da sie jeweils zwei Verdichter unterschiedlicher Konstruktion benötigen. Insbesondere ist für den ersten Verdichter keine Standardverdichterausführung der auch als Einfachverdichter einsetzbaren Bauart verwendbar. Die Verdichternersteller müssen deshalb für den Einsatz in Einfach-Verdichteranlagen und für Mehrfach-Verdichteranlagen verschiedene Verdichter unterschiedlicher Bauart herstellen und auf Lager halten. Insbesondere müssen Verdichter der gleichen Größe typischerweise sowohl in einer Ausführung ohne Entlastung als auch in einer Ausführung mit Entlastung gebaut werden, da der Abnehmer eines Einfachverdichters einer gegebenen Größe je nach den Belastungsverhältnissen der betreffenden Kälteanlage die eine oder die andere Ausführung benötigt. Bei den genannten bekannten Anordnungen ist der erste Verdichter ein Verdichter be-

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sonderer Bauart und daher nur als Vorverdichter verwendbar, da er einen größeren Ansaugstutzen und einen größeren Druckstutzen an der gegenüberliegenden Gehäuseseite aufweist. Wenn der betreffende Abnehmer den Vorverdichter einer derartigen bekannten Anordnung austauschen will, muß der neue Verdichter genau der gleichen Bauart angenören und kann kein gleich großer Verdichter einer Standardausführung mit Entlastung einer für Einfachverdichter vorgesehenen Art sein. Wenn umgekehrt der Abnehmer einen Verdichter mit Entlastung einer gegebenen Größe für ein Einfach-Verdichtersystem kaufen will, kann er keinen Verdichter mit größerem Saugstutzen und größerem Auslaßstutzen verwenden, wie er für die Verwendung als Vorverdichter eines Mehrfach-Verdichtersystems gebaut wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mehrfach-Kälteverdichter der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß er die betriebsmäßigen Vorteile einer Tandemverdichteranordnung besitzt, daß jedoch für den ersten Verdichter eine Standardbauart mit Entlastung Anwendung finden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebene Anordnung gelöst.

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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische, teilweise auf

gebrochene Draufsicnt auf eine Mehrfach-KälteVerdichteranordnung nach der Erfindung, und

Fig. 2 eine Seitenansicht der in Fig, I

gezeigten Anordnung.

Die Zeichnungen zeigen eine Mehrfach-Kälteverdichteranordnung mit einem ersten Verdichter 10 und einen zweiten Verdichter 12, die jeweils ein gasdichtes Gehäuse und beispielsweise vier bis sechs Zylinder aufweisen, die mit Ausnahme eines in Fig. 2 bei 14 schematisch angedeuteten Zylinders 14 nicht dargestellt sind. Der Saugstutzen 16 des ersten Verdichters 10 weist die gleiche Größe wie bei einem Standardverdichter auf, wie er typischerweise bei Einfach-Verdichtersystemen Anwendung findet. Der Saugstutzen 18 des zweiten Verdichters 12 hat die gleiche Größe und befindet sich an der gleichen Stelle des oberen Gehäuseteils wie der Saugstutzen 16 des ersten Verdichters. Die Ölausgleichleitungsanschlüsse 20 und 22 der beiden Verdichter

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sind ebenfalls gleicn groß und jeweils an der gleichen Stelle im unteren Teil des jeweiligen Verdichtergehäuses in einer Hone im Bereich des normalen Ölspiegels angeordnet, der sich einstellt, wenn beide Verdichter laufen. Außerdem weist jeder der beiden Verdichter am oberen Gehäuseteil einen Dampfaustauschleitungsanschluß 24 bzw. 26 auf, wobei diese beiden Anschlüsse wiederum gleicn groß sind und jeweils an der gleichen otelle des Gehäuses liegen. Diese Dampf aus tauschleitungsanschlusse sind durch eine Dampfaustausehleitung 26 miteinander verbunden, und die ölausgleichleitungsanscnlüsse sind durch eine ein Filter 32 enthaltende Ölausgleichleitung 30 miteinander verbunden.

Weiterhin ist jeder der beiden Verdienter mit zwei Aus laßstutzen 34 bzwr. 36 versehen» Da der erste Verdienter 10 einer Bauart mit Teilentlastung angehört, ist ein Entlastungsmechanismus vorgesehen, der einer an sich bekannten Bauart angehören kann. Bei der schematisch dargestellten Ausführungsform sind die entlastbaren Zylinder des ersten Verdichters 10 mit, mit Federausgleich versehenen Zylinderentlastungskolben ausgestattet, die durch den Aus laßgas dur eic betätigt werden und zum lastfreien Anfahren und zur Leistungsverringerung dienen. Dieser in Fig. 2 schematisch dargestellte Entlastungsmechanismus 38 ist

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über eine Leitung 40 mit einem elektromagnetbetätigten Dreiwegeventil 42 an der Gehäuseoberseite des Verdichters 10 verbunden. Das Ventil 42 ist außerdem über eine Leitung 44 mit dem Auslaßstutzen der nicht entlastbaren Zylinder verbunden, die den zur Betätigung des Entlastungsmechanismus 38 benötigten hohen Dampfdruck erzeugen. Außerdem ist an das Ventil 42 eine Leitung 46 angeschlossen, die zur Anzapfung der Saugseite des Verdichters 10 in dessen entlastetem Zustand dient.

Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, ist der eine Standardgröße aufweisende Saugstutzen 16 des ersten Verdichters 10 mittels eines Übergangsstückes 48 mit der einen beträchtlich größeren Durchmesser aufweisenden Kaltemitteldampfruckleitung 50 der Kälteanlage verbunden. Der Saugstutzen 18 des zweiten Verdichters 12 ist über eine Saugleitung 52, die etwa den gleichen Durchmesser wie der Saugstutzen 16 des ersten Verdichters hat, an einer stromauf des Übergangsstückes 48 liegenden Stelle mit der Kaltemitteldampfruckleitung verbunden. Die Leitungsverbindung 54 zwischen der Saugleitung 52 und der Kaltemitteldampfruckleitung 50 ist in üblicher Weise so ausgebildet, daß mehr als 50 % des in dem zurückgeleiteten Kältemittels enthaltenen Öls in den ersten Verdichter 10 gelangt.

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Der erste Verdichter 10 kann mit Vollast oder mit nalber Last betrieben werden, während der zweite Verdichter 12 entweder mit Vollast arbeitet oder stillsteht. Dadurch erhält man vier gleichmäßig abgestufte Leistungswerte von 100 % bis 25 % der möglichen Volleistung der Verdichteranordnung. Bei einer Leistungseinstellung von 75 % der möglichen Gesamtvolleistung, wenn der erste Verdichter teilentlastet und der zweite Verdichter voll belastet ist, neigt der erste Verdichter dazu, wie schon oben erwähnt, sich stärker zu erwärmen als im Vollastbetrieb. Da der saugseitige Druck im zweiten Verdichter, wenn beide Verdichter laufen, wegen des Druckgefälles in der Saugleitung 52 und der Dampfaustauschleitung 28 stets kleiner als der saugseitige Druck im ersten Verdichter ist, erhält man eine zusätzliche Kühlung des ersten Verdichters 10 durch den Dampf, welcher durch dessen Verdichtergehäuse und die Dampfaustauschleitung 28 zum zweiten Verdichter strömt. Bei dieser Anordnung ist die Sattdampftemperatur also nicht in dem Maße beschränkt, wie es bei einer rein parallelen Verdichteranordnung ohne Dampfaustauschleitung der Fall wäre.

Arbeitet der erste Verdichter allein, was bei der Leistungseinstellung von 50 % und 25 % der Fall ist, gelangt zusätzlicher Dampf durch einen die Saugleitung 52 und sodann sowohl die Dampfaustauschleitung 28 als auch die Öl-

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ausgleichleitung 30 umfassenden Strömungsweg in den ersten Verdichter. Zur Vermeidung einer wesentlichen Strömung des kühlen anzusaugenden Dampfes in der ilähe des Ölsumpfes des zweiten Verdichters und folglich zur Steigerung der Wirksamkeit des in diesem üblicherweise vornandenen, nicht dargestellten ö!sumpfwärmers ist die Ölausgleichleitung 30 beträchtlich kleiner als die Dampfaustauschleitung 26. Bei der in diesem Fall, d.h. wenn nur der erste Verdichter sich in Betrieb befindet, vorhandenen Strömungsrichtung führt jedoch die Druckdifferenz zwischen den beiden Gehäusen zu einem Abfluß überschüssigen Öls (d.h. von oberhalb der ölausgleichleitung stehenden Öls) aus dem ölsumpf des zweiten Verdichters 12 in den ölsumpf des ersten Verdichters 10, Dadurch wird bei diesen Leistungseinstellungen eine größere Ölzufuhr als normal zum ersten Verdichter sichergestellt, wenn verstärkt die Möglichkeit besteht, daß öl in einer Kälteanlage mit ungeeigneter Rohrleitungsführung zurückgehalten wird. Da die Ölausgleichleitung verhältnismäßig klein ist, führt dies auch zu einer kleinerer ölzirkulation zwischen den beiden Verdichtern bei den Leistungseinstellungen von 100 % und von 75 %·

Das Filter 32 in der ölausgleichleitung 30 verhindert eine gegenseitige ölsumpfverunreinigung der beiden

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Verdichter unabhängig von der jeweiligen Ölströmungsrichtung, so daß, wenn das öl in einem Verdichter infolge von Zersetzung oder eines Lagerschadens verunreinigt wird, die Verunreinigungen daran gehindert werden, in den anderen Verdichter hineinzugelangen.

Der Hauptvorteil der beschriebenen Anordnung gegenüber der herkömmlichen Tandem- bzw. Reinenanordnung der Verdichter liegt darin, daß die bei der verliegenden Mehrfach-Verdichteranordnung verwendeten Verdichter alle der gleichen ütandardbauart angehören können, wie sie auch bei Einfach-Verdichtersystemen einsetzbar sind. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß die Dampfaustauschleiturigsöffnungeri 24 und 26 die bei solchen Jtandardverdichtern üblicherweise vorhandenen Fertigungsrohrdur ch führungen sein können, die zum Einführen von Teilen und zu anderen Arbeitsgängen benützt werden. Bei den Standardverdichtern bilden diese Fertigungsrohrdur criführungen einen Stutzen, der durch Zuquetscnen und hartverlöten verschlossen worden ist. Wenn diese Fertigungsöffnung als Dampfaustauschleitungsanschluß verwendet werden soll, wird der sugequeschte Teil einfach abgetrennt und die Dampfaustauschleitung 2 8 an dem verbleibenden Stutzen angelötet.

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Claims

PATENTANWALT j Λ ft 1 O 1

Dipl. ing. K. HOL SEE 2 0 1 0 I

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Patentansprüche

Leistungsvariable Mehrfach-Kälteverdiehteranordnung für Kälteanlagen, mit zwei jeweils ein gasdichtes Gehäuse aufweisenden Verdientern, von denen der erste bei in Betrieb befindlicher Anlage ständig läuft und Entlastungsmittel zum Betrieb dieses ersten Verdichters mit halber Last aufweist und von denen der zweite Verdichter nur mit Vollast betreibbar oder abschaltbar ist, und wobei jeder Verdichter am oberen Teil seines Gehäuses einen Saugstutzen aufweist, der mit der Kältemitteldampfrückleitung der Kälteanlage verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugstutzen (16, 18) beider Verdichter (10, 12) gleich groß und jeweils an der gleichen Stelle des betreffenden Verdichtergehäuses angeordnet sowie jeweils durch eine gesonderte Saugleitung (48, 52) unmittelbar mit der Kältemitteldampfrückleitung verbunden sind, daß weiter beide Verdichter durch eine Dampfaustauschleitung (28) miteinander verbunden sind und die Dampfaustauschleitungsanschlüsse (24, 26) beider Verdichter gleich groß und jeweils an der gleichen Stelle am oberen Teil des jeweiligen Verdichtergehäuses angeordnet sind, und daß die Anordnung so getroffen ist, daß durch die Dampfaustauschleitung Dampf von der Saugseite des ersten Verdichters (10) zur

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Saugseite des zweiten Verdichters (12) überströmen kann, wenn der erste Verdichter bei in Betrieb befindlichem zweiten Verdichter mit halber Last läuft.
2. Mehrfacn-Kälteverdicnteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kältemitteldampfrückleitung (50) einen größeren Durchmesser als die Saugstutzen (16, 13) der beiden Verdichter hat.
3. Menrfacn-iiälteverdichteranordnung nach Ansprucn oder 2, dadurch gekennzeicnnet, daß zwischen den beiden Verdichtern eine ülausgleichleitung (30) verläuft und dai? die im höhenbereica des normalen Betriebs-ülpegels jeweils am unteren !'eil des jeweiligen Verdichtergehäuses angeordneten ülausgleichleitungsansenlüsse (20, 22) bei beiden Verdichtern gleich groß und jeweils an der gleicnen Genäusestelle angeordnet sind.
H. Mehrfach-Kälteverdichteranordnung nach Anspruch 3, dadurcn geKennzeicnnet, daß die ülausgleicnleitung (30) ein Filter (32) enthält.
5. Menrfach-KälteVerdichteranordnung nach Anspruch oder 4, dadurcn gekennzeichnet, daß die Ölausgleichleitung (30) einen wesentlich größeren Dampfströmungswider-

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- 3 -stand als die Dampfaustauschleitung (28) aufweist.

6, Mehrfach-Kälteverdichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dem zweiten Verdichter (12) zugeordnete Saugleitung (52) derart mit der Kältemitteldampfrückleitung (50) verbunden ist, daß mehr als die Hälfte des durch diese Kältemitteldampfrückleitung zusammen mit dem Kältemittel zurückgeführten Öls in den ersten Verdichter (10) gelangt.

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