DE3022683A1

DE3022683A1 - Verfahren zur regulierung des durchsatzes eines kompressors oder einer entspannungsmaschine mit nur einer schraube

Info

Publication number: DE3022683A1
Application number: DE19803022683
Authority: DE
Inventors: Bernard Zimmern
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-06-18
Filing date: 1980-06-18
Publication date: 1981-01-15
Also published as: GB2051244B; FR2459384B1; FR2459384A1; GB2051244A; US4373866A; JPS562491A

Description

Patentanwälte ' 3 ü 4 2 O O 3

Dipl.-Ing. Dlpl.-Chem. Dlpl.-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60
- 3 -

Bernard ZIMMERN 18. Juni 1980

27, rue Delabordere
92200 Neuilly sur Seine
Frankreich

Unser Zeichen: Z 477

Verfahren zur Regulierung des Durchsatzes eines Kompressors oder einer Entspannungsmaschine mit nur einer Schraube

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist insbesondere aus der französischen Patentanmeldung 75/254 31 bekannt, die Regulierung des Strömungsdurchsatzes von Einschrauben-Kompressoren oder -Entspannungsmaschinen zu verwirklichen, die eine mit wenigstens einem Ritzel zusammenwirkende Schneckenschraube enthalten, indem ein Teil des Gehäuses verschoben wird, so daß das Schließen der Gewindegänge verzögert wird und gleichzeitig die Verbindung mit der Hochdrucköffnung verzögert wird, so daß das Kompressionsverhältnis erhalten bleibt.

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Diese Anordnung ist jedoch sehr aufwendig, denn sie macht es erforderlich, daß Teile des Gehäuses verschiebbar sind, und zwar genau an der Stelle, wo eine sehr gute Dichtigkeit zwischen der Schraube und dem Gehäuse gewährleistet sein soll, um Leckströmungen zu vermeiden. Dies macht eine sehr hohe Präzision erforderlich.

Aus den US-PSen 3 088 658 und 3 874 828 ist es ferner bekannt, in einem mit zwei Schrauben ausgerüsteten Kompressor eine Regulierung vorzunehmen, indem Öffnungen verwendet werden, die nacheinander mit dem Gehäuse durch ein Drehventil in Verbindung gebracht werden, das sich in einer zur Schraubenachse parallelen Bohrung befindet. Diese Anordnung ist wesentlich kostengünstiger, weist jedoch den Mangel auf, daß der Wirkungsgrad sehr schlecht ist, wenn der Kompressor mit sehr geringer Last arbeitet, denn diese Anordnung gestattet nicht, die Abmessung der Hochdrucköffnung zu verändern und das Kompressionsverhältnis beizubehalten, wenn der Strömungsdurchsatz abnimmt.

Aus der FR-PS 2 177 171 ist es ferner bekannt, den Strömungsdurchsatz eines Einschrauben-Kompressors zu verändern, indem in seinem Gehäuse Öffnungen um die Schraube herum angeordnet werden, wobei der Umfang dieser Öffnungen in den Scheitel der Gewindegänge der Schraube eingeschrieben sind; diese Lösung führt jedoch zu denselben Mängeln wie bei den vorstehend genannten Druckschriften.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Regulierung des Strömungsdurchsatzes von Einschrauben-Kompressoren oder -Entspannungsmaschinen, das von den genannten Mängeln frei ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gelöst, das erfindungsgemäß dadurch gekenn-

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zeichnet ist, daß zur Verminderung des Durchsatzes des Kompressors bzw. der Entspannungsmaschine ausgehend von dem Maximaldurchsatz nacheinander die HilfsÖffnungen geöffnet werden, die dem ersten Ritzel zugeordnet sind, daß für den Fall eines gemessenen noch zu hohen Durchsatzes die Vorrichtung geöffnet wird, welche die Verbindung zwischen der Hochdrucköffnung des ersten Ritzels und der Niederdrucköffnung verschließen kann, und daß, wenn der dann erhaltene Durchsatz noch zu hoch ist, nacheinander die HilfsÖffnungen geöffnet werden, die dem zweiten Ritzel zugeordnet sind.

Durch diese Lösung wird tatsächlich die Einfachheit der Vorrichtungen bewahrt, bei denen die Verschlußelemente sich nicht in Berührung mit der Schraube befinden, wobei jedoch gleichzeitig das Kompressionsverhältnis bewahrt wird, denn dieses Verhältnis ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren für den Fall von zwei symmetrischen Ritzeln im wesentlichen aufgrund des Entfallens der Kompression eines Ritzels innerhalb des Bereiches von 25-50% des Maximaldurchsatzes dasselbe wie innerhalb des Bereiches von 50-100%. Dadurch wird also der Hauptmangel behoben, der normalerweise bei Vorlrichtungen mit HilfsÖffnungen getroffen wird.

Es ist ferner zu beachten - wenngleich das Verfahren zur Ausübung von asymmetrischen Drücken auf die Schraube führt diese Drücke jedoch entgegen möglicher Erwartungen sehr gering sind und dieselbe Größenordnung wie diejenigen aufweisen, die durch den Zug eines Riemens auftreten, wenn die Schraube über Riemen und Riemenscheibe angetrieben wird. Bei einem solchen Antrieb ist es also besonders günstig, den Antriebsriemen und die Ritzel so anzuordnen, daß diese Drücke entgegengesetzt sind und sich im wesentlichen aufheben. Bei Verwendung des Kompressors zum Komprimieren von Gasen, insbesondere Luft, und wenn der Kompressor mit einer

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Hilfs-Flüssigkeitseinspeisung versehen ist, wurde gefunden, daß es möglich ist, den Kompressor über lange Zeitspannen im Leerlauf arbeiten zu lassen, indem auch die dem zweiten Ritzel zugeordnete Hochdrucköffnung mit der Niederdrucköffnung verbunden wird, unter der Bedingung, daß die Einspeisung kurz vor der Herstellung der Verbindung zwischen Hochdruck- und Niederdrucköffnung unterbunden wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ferner eine besonders günstige Leistungsaufnahme bei verschwindendem Durchsatz. Beim Komprimieren von Luft mit Drücken in der Größenordnung von 7 bar und bei Verwendung von Kompressoren mit Dichtungs- und Kühlflüssigkeitseinspeisung verbraucht ein Kompressor, dessen Strömungsdurchsatz auf Null vermindert wird, indem seine Ansaugöffnung versperrt wird, zwischen 60 und 70% der Leistung bei voller Last.

Bei Verwendung eines Drehventils, wie es in der US-PS 3 088 658 beschrieben ist, beträgt diese Leistung noch etwa 5O-r6O%; dabei ist jedoch zu beachten, daß dieses Ventil es nicht ermöglicht, den Strömungsdurchsatz bis auf etwa 20-25% zu vermindern, und daß der Strömungsdurchsatz Null erhalten wird, indem die Ansaugöffnung verschlossen wird.

Durch das erfindungsgemäße "sequentielle" Verfahren kann der Strömungsdurchsatz mittels der HilfsÖffnungen auf 10 - 15% vermindert werden, und indem dann die Ansaugöffnung verschlossen wird, erhält man den Strömungsdurchsatz Null bei einer Leistungsaufnahme in der Größenordnung von 40%. Es ist jedoch auch möglich, eine wesentlich geringere Leistungsaufnahme zu erhalten, indem, wenn die dem zweiten Ritzel zugeordneten HilfsÖffnungen alle offen sind, auch die Hochdrucköffnung des zweiten Ritzels mit der Ansaugöffnung verbunden wird und die Flüssigkeitseinspeisung

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einige Sekunden vor Herstellung dieser Verbindung unterbunden wird. Die von dem Kompressor dann aufgenommene Leistung sinkt auf einige Prozent ab. Es ist dann nicht mehr erforderlich, zum Kühlen des Kompressors eine Flüssigkeit einzuspeisen (was zur Folge hätte, daß die verbrauchte Leistung auf etwa 15 - 20% erhöht würde, so daß dann eine Hilfskühlung erforderlich wäre),und die dann aufgenommene geringe Leistung wird durch natürliche Konvektion abgeführt. Die wenigen in der Vorrichtung verbleibenden Flüssigkeitstropfen reichen aus, um die minimalen Anfordernisse an die Schmierung zu erfüllen, die für die Berührung zwischen Schraube und Ritzel erforderlich ist, insbesondere, wenn die Ritzel in bekannter Weise schwimmend montiert sind, wie dies in der FR-PS 2 148 677 beschrieben ist, und aus einem selbstschmierenden Plastikmaterial hergestellt sind.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht im Schnitt längs der Achse der Schraube eines erfindungsgemäßen Kompressors, wobei insbesondere eine erste Anordnung der Hilfskanäle und ihrer Verschlußvorrichtung dargestellt ist und wobei der Schnitt längs Linie I-I¹ in Fig. 2 erfolgt;

Fig. 2 eine Schnittansicht längs Linie H-II¹ in Fig. 1 ; Fig. 3 eine Schnittansicht längs Linie IH-III¹ in Fig. 1;

Fig. 4 eine Aufrißansicht einer Vorrichtung, die ein sequentielles Arbeiten der Verschlußvorrichtungen für die Hilfskanäle ermöglicht;

Fig. 5 eine abgewickelte Ansicht des die Schraube umgebenden Gehäuses;

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Fig. 6 ein Diagramm zur Darstellung der Leistungsaufnahme in Abhängigkeit von dem Strömungsdurchsatz und zur Verdeutlichung des durch das erfindungsgemäße . Verfahren erzielten Gewinns;

Fig. 7 eine Schnittansicht längs Linie VII-VII¹ in Fig. 8, wobei ein Kompressor nach einer AusführungsVariante der Erfindung gezeigt ist;

Fig. 8 eine Schnittansicht längs Linie VIII-VIII¹ in Fig. 7; und

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Steuerung des Verschließens der Hilfskanäle bei der in den Fig. 7 und 8 gezeigten Ausführungsform.

In Fig. 1 ist eine Schraube oder Schneckenschraube 1 gezeigt, die um eine Achse 2 rotiert und mit zwei Ritzeln 3 in Eingriff ist, die in Fig. 2 gezeigt sind und im wesentlichen symmetrisch in bezug auf die Achse 2 angeordnet sind. Beim Arbeiten als Kompressor dreht sich die Schraube in Richtung eines Pfeiles 4. Die Niederdrucköffnung befindet sich an der mit 5 bezeichneten Stelle. Eine Hochdrucköffnung 6, die in Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist, ist in der Nähe jedes Ritzels 3 angeordnet, und das unter hohem Druck stehende Gas wird von einer Leitung 7 aufgenommen, die in dem Gehäuse gebildet ist und zu einem Kanal 8 führt, der in einer auf dem Gehäuse befestigten Haube 9 gebildet ist und die Drehlager 10 der Schraube enthält. Dieser Kanal nimmt also das komprimierte Gas auf, das von den beiden Halbkompressoren abgegeben wird, welche jeweils durch ein Ritzel und die Schraube gebildet sind, wobei das Gas dann über eine nicht dargestellte Austrittsleitung dem Verbraucher zugeführt wird.

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Der dem Ritzel 3 (das im folgenden als erstes Ritzel bezeichnet wird, während das andere, nicht dargestellte Ritzel als zweites Ritzel bezeichnet wird) zugeordnete Auslaßkanal 7 mündet in einen Kanal 8, der mit einem in Fig. 1 und 3 gezeigten Rückschlagventil 11 versehen ist.

Das Kompressorgehäuse ist ferner mit zwei Bohrungen versehen, die symmetrisch in bezug auf die Achse 2 angeordnet sind und dazu im wesentlichen parallel verlaufen, wobei die eine Bohrung in den Fig. 1, 2 und 3 mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet ist. Diese Bohrungen sind im Inneren des Gehäuses durch HilfsÖffnungen 14 verbunden, die vorzugsweise schlitzförmig ausgebildet sind.

Im Inneren dieser Bohrungen ist eine Verschlußeinrichtung 15 schwenkbar, bei der es sich um ein schraubenförmiges Verschlußglied handelt, das aus einem Zylinderkern 16 gebildet ist, um den herum ein massives Teil ausgearbeitet ist, das von einer schraubenförmigen Oberfläche 17 und einer geraden, zur Achse 18 der Bohrung parallele Oberfläche begrenzt ist. Dieses Verschlußglied ist in Drehlagern 19, 20 gelagert und kann durch ein Ritzel 21 angetrieben werden, das von einer Zahnstange betätigt wird.

Fig. 5 zeigt eine abgewickelte Ansicht des Gehäuses an der Stelle, wo die Hochdrucköffnung 6 und die HilfsÖffnungen sich befinden. Mit 22 ist die Kante des Gehäuses bezeichnet, in deren Nähe das Ritzel mit einem äußerst geringen Spiel durchläuft.

Mit 23 ist gestrichelt die Bahn des Verschlußgliedes 15 dargestellt, wenn dieses abgewickelt wird und in dem Zylinder in eine beliebige Drehstellung gebracht wird, wobei als gestrichelte Linie 24 der Rand 18 dargestellt ist, jedoch um eine vollständige Drehung des Verschlußgliedes verschoben.

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In bekannter Weise ermöglicht das Verschlußglied das Abdecken sämtlicher HilfsÖffnungen 14 und, durch Weiterdrehen in Richtung eines Pfeils 25, nacheinander die verschiedenen Öffnungen freizulegen, beginnend mit denen auf der Niederdruckseite. Sobald eine Öffnung freigegeben ist, entweicht das von der Schraube zu komprimierende Gas durch diese HilfsÖffnung, gelangt in einen Raum 26 zwischen der Achse 16 und der Bohrung 12 und kehrt zur Niederdrucköffnung über einen Kanal 27 in dem Gehäuse zurück.

Die HilfsÖffnungen 14 sind in die Breite des Scheitels der Gewindegänge 28 der Schraube eingeschrieben, so daß, wenn der Gewindescheitel vor diesen Öffnungen vorbeiläuft, diese vollständig verschlossen werden und keine Verbindung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gewindegängen erfolgen kann.

Die Abstände zwischen den HilfsÖffnungen müssen nicht unbedingt regelmäßig sein, und die Öffnungen 29 und 30 haben einen ausreichenden Abstand voneinander, damit ein Kanal 31 für die Einspeisung einer Flüssigkeit hindurchgeführt werden kann, die zur Kühlung und eventuell zur Abdichtung und Schmierung des Kompressors dient.

Der Durchmesser des Verschlußgliedes ist in bezug auf denjenigen der Schraube so bemessen, daß eine HilfsÖffnung fast vollständig geöffnet ist, bevor das Freilegen der darauffolgenden Öffnung beginnt; die letzte HilfsÖffnung 32 auf der Hochdruckseite ist ferner ausreichend weit von der Hochdrucköffnung 6 entfernt, damit ein Gewindegang nicht gleichzeitig mit der Hochdrucköffnung und der HilfsÖffnung in Verbindung sein kann.

Den Fig. 2 und 3 ist ferner zu entnehmen, daß die Bohrung 12 den Hochdruckkanal 7 schneidet und daß es somit möglich ist, durch ausreichendes Weiterdrehen des Verschlußgliedes

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nicht nur die HilfsÖffnungen 14 freizulegen, sondern auch die Hochdrucköffnung 6 mit der Niederdrucköffnung 5 in Verbindung zu bringen.

Statt die Hochdrucköffnung mit der Niederdrucköffnung auf diese Weise in Verbindung zu bringen, ist es auch möglich, diese Verbindung durch zusätzliche HilfsÖffnungen 33 und herzustellen, die derart angeordnet sind, daß ein Gewindegang gleichzeitig in Verbindung mit der Öffnung 6 und diesen zusätzlichen Öffnungen ist.

In Fig. 4 ist eine Vorrichtung dargestellt, die es ermöglicht, sequentiell die beiden Verschlußglieder zu betätigen, die dem ersten bzw. dem zweiten Ritzel zugeordnet sind. Ein Arbeitszylinder 35 wird in nicht dargestellter Weise mit unter Druck stehendem Gas gespeist und ist mit zwei Zahnstangen 36, 37 versehen, von denen die eine mit dem Gehäuse und die andere mit dem Kolben des Arbeitszylinders verbunden ist, wovon ersteres das Ritzel 21 des Verschlußgliedes 15 des ersten Ritzels und der zweite das Ritzel 38 steuert, das dem Verschlußglied des zweiten Ritzels zugeordnet ist.

Diese beiden Zahnstangen werden von Federn 39, 40 mit Zug beaufschlagt und in ihren Bewegungswegen durch Anschläge 41, 42 begrenzt.

Die Federn 39, 40 sind so bemessen, daß die Feder 40 sich erst dann weitet, wenn die Feder 39 ihre volle Dehnung erfahren hat, die von dem Anschlag 41 zugelassen wird.

Das nun beschriebene Regulierverfahren betrifft den Fall eines Luftkompressors, der einen Druck von 7 bar erzeugt, der innerhalb eines Bereiches von z.B. 7 - 8 bar reguliert ist.

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Beim Anlaufen des Kompressors wird der Arbeitszylinder 35/ solange der Druck den Nennwert von 7 bar nicht erreicht hat, nicht beaufschlagt. Die Zahnstangen befinden sich in den in Fig. 4 gezeigten Stellungen, und in diesen Stellungen sind alle dem ersten und dem zweiten Ritzel zugeordneten HilfsÖffnungen von den Verschlußgliedern verschlossen.

Der Kompressor arbeitet dann mit vollem Strömungsdurchsatz.

Wenn der Luftbedarf andauert, steigt der Druck stromabwärts von dem Kompressor an, und wenn er den Wert von 7 bar übersteigt, beginnt ein nicht dargestelltes Steuerventil damit, eine Luftströmung unter steigendem Druck zu dem Arbeitszylinder 35 zu schicken, der die Zahnstange 36 antreibt, welche wiederum das Verschlußglied 15 in Drehung versetzt, wodurch die HilfsÖffnungen 14 des ersten Ritzels nacheinander freige^J legt werden, beginnend mit denjenigen, die sich auf der Niederdruckseite befinden, wodurch der Kompressor-Strömungsdurchsatz progressiv vermindert wird.

Wenn der Strömungs-durchsatz noch zu hoch ist, wird das Verschlußglied bis zu einer Stelle weitergedreht, in der alle öffnungen 14 freigelegt sind, und dann beginnt es, die Verbindung zwischen der Bohrung 12 und dem Hochdruckkanal (bzw. die komplementären öffnungen 33 und 34) freizugeben, wodurch die Hochdrucköffnung des ersten Ritzels mit der Niederdrucköffnung in Verbindung gebracht wird.

An diesem Punkt schließt sich dann das Rückschlagventil 11, und der Strömungsdurchsatz des dem ersten Ritzel zugeordneten Halbkompressors nimmt dann den Wert Null an.

Wenn der Strömungsdurchsatz weiterhin zu hoch ist, steigt der Druck weiter an und das Steuerventil erzeugt einen höheren Druck in dem Arbeitszylinder 35. Die Zahnstange

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gelangt dann am Anschlag 41 zur Ruhe; der Arbeitszylinder
und die Federn können z.B. so ausgelegt werden, daß der
vollständige Hub der Zahnstange 36 zwischen 7 und 7,4 bar
erreicht und daß der Hub der Zahnstange 37 bei 7,6 bar
beginnt und bei 8 bar endet.

Wenn der Druck über 7,6 bar ansteigt, werden die dem zweiten Ritzel zugeordneten HilfsÖffnungen nacheinander in
gleicher Weise wie die des ersten Ritzels geöffnet.

Es ist jedoch nicht erforderlich, daß die Hochdrucköffnung des zweiten Ritzels in Verbindung mit der Niederdrucköffnung gebracht wird, wie dies beim ersten Ritzel geschehen kann. Vielmehr reicht es aus, daß am Ende des Hubes der Zahnstange 37 alle HilfsÖffnungen in Verbindung mit der Niederdrucköffnung sind, daß jedoch die Hochdrucköffnung von der Niederdrucköffnung getrennt bleibt und daß ein Hilfs-Steuerventil das Schließen eines nicht dargestellten Vencils veranlaßt, das auf der Ansaugseite des Kompressors angeordnet ist und die Ansaugöffnung verschließt, so daß der Strömungsdurchsatz Null erhalten wird.

Diese Lösung, die bei Doppelschraubenkompressoren bekannt
ist, führt bei Anwendung der Erfindung auf Einschrauben-Kompressoren mit zwei Ritzeln zu den nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 6 dargelegten Ergebnissen.

In Fig. 6 ist auf der Ordinate die von dem Kompressor verbrauchte Leistung aufgetragen, die in Prozent der Leistung bei Vollast angegeben ist, und zwar in Abhängigkeit von dem Durchsatz, der auf der Abszisse aufgetragen und in Prozent des vollen Strömungsdurchsatzes angegeben ist.

Eine Diagonale 43 stellt den Idealfall dar, bei dem die
Leistung proportional zum Strömungsdurchsatz ist.

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Eine Kurve 44 stellt das Ergebnis dar, das bei einem Schraubenkompressor erhalten wird/ dessen Regulierung durch Drosseln der Ansaugöffnung erreicht wird; die Linie 45 zeigt das Ergebnis bei einem Zweischraubenkompressor mit einem Drehventil nach der US-PS 3 088 656 bzw. bei einem Einschrauben-Kompressor mit zwei Drehventilen der vorstehend beschriebenen Art, die jedoch gleichzeitig geöffnet werden; die Kurve 46 zeigt das Ergebnis bei Anwendung einer sequentiellen Regulierung gemäß der Erfindung.

Als Kurven 47 und 48 sind gestrichelt die Strömungsdurchsatz- und Leistungswerte aufgetragen, die erhalten werden, wenn die Ansaugöffnung nach vollständigem öffnen der Ventile gedrosselt wird.

Es ist zu beachten, daß der minimale Durchsatz ohne Drosselung der Ansaguöffnung 4 5 etwa 20 - 25% des vollen Durchsatzes beträgt, während er für den Fall der Erfindung auf 10-15% absinkt.

Zu beachten ist insbesondere die beträchtliche Leistungseinsparung im Teillastbereich, die durch das sequentielle Wirksamwerden der Verschlußglieder erreicht wird, wobei dieser Gewinn zu einem sehr wesentlichen Teil darauf beruht, daß das Kompressionsverhältnis ausgehend von dem Moment geändert wird, wo die Kompression an einem der Halbkompresoren entfällt, jedoch auch darauf, daß gleichzeitig die zu diesem Halbkompressor gehörenden Leckverluste entfallen.

Daraus ergibt sich für alle Strömungsdurchsätze unterhalb 50% eine beträchtliche Leistungseinsparung, denn diese Einsparung beträgt 10 - 30% der in diesen Arbeitsbereichen verbrauchten Leistung.

Es kann festgestellt werden, daß diese Einsparung auf Kosten

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einer asymmetrischen Druckbelastung der Schraube geht, die jedoch sehr gering ist, denn bei einer Schraube des Durchmessers 240, die bei 3000 Umdrehungen etwa 13 m^/min ausstößt, beträgt diese Druckbelastung etwa 4000 N, und die von dem Lager 10 aufzunehmende Belastung hat dieselbe Größenordnung wie die Spannung, die durch einen Antrieb mit Riemenscheibe und Riemen erzeugt wird.

Die beiden Verschlußglieder können so ausgebildet werden, daß sie hinsichtlich ihres Wirksamwerdens einen kurzen Überdeckungsbereich haben, und z.B. können die Federn so ausgelegt werden, daß die Zahnstange 36 ihren Hub bei 7,6 bar beendet, während die Zahnstange 37 ihren Hub bei 7,4 bar beginnt. Dadurch wird der Wert des Strömungsdurchsatzes abgesenkt, für den die Kompression des ersten Ritzels entfällt, die als gestrichelte Kurve 49 dargestellt ist.

Es kann auch vorteilhaft sein, die dem ersten Ritzel zugeordnete Flüssigkeitseinspeisung zu unterbinden, wenn das erste Ritzel keinen Strömungsdurchsatz mehr ergibt, wodurch eine Leistungseinsparung von einigen Prozent ermöglicht wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ermöglicht es das dem zweiten Ritzel zugeordnete Verschlußglied am Ende der Drehung, die Hochdrucköffnung mit der Niederdrucköffnung in gleicher Weise, wie anläßlich des ersten Ritzels beschrieben, in Verbindung zu bringen. Die vorstehend beschriebene Vorrichtung zur Drosselung der Ansaugöffnung entfällt und wird ersetzt durch ein Rückschlagventil, das stromabwärts von dem Kompressor zwischen diesem und dem Verbraucher angeordnet ist, sowie durch eine Vorrichtung, die es ermöglicht, die Einspeisung zu unterbinden, und zwar einige Sekunden bevor das dem zweiten Ritzel zugeordnete Verschlußglied die Seite hohen Drucks mit derjenigen niedrigen Drucks in Verbindung bringt. Dies

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wird z.B. dadurch erhalten, daß der Druck der von dem Steuerventil dem Arbeitszylinder 35 zugeführten Strömung auf 5 bar begrenzt wird, wobei dafür gesorgt wird, daß für diesen Druck das Verschlußglied alle dem zweiten Ritzel zugeordneten Hilfsöffnungen mit der Niederdruckseite in Verbindung gebracht hat, nicht jedoch die Hochdrucköffnung, indem ein zweites Steuerventil vorgesehen wird, das beim Erreichen des Grenzdrucks von z.B. 8 bar auf der Ausstoßseite des Kompressors diesen Druck zunächst zu einem Ventil leitet, das die Flüssigkeitseinspeisung unterbricht, und dann über ein pneumatisches Zeitverzögerungsglied zu dem Arbeitszylinder 35, dessen Hub beendet wird und der dann die Hochdruckseite des zweiten Ritzels mit der Niederdruckseite in Verbindung bringt.

Unter der Bedingung, daß die Durchlaßquerschnitte der Hilfsöffnungen und der Verbindung zwischen der Hochdruck- und der Niederdruckseite so ausgelegt sind, daß die Strömungsgeschwindigkeiten für das von der Schraube komprimierte und zur Ansaugseite zurückgeführte Gas gering sind, und zwar vorzugsweise gleich oder kleiner als 40 m/s, wird festgestellt, daß durch diese Folge von Vorgängen, wonach erst die Einspeisung und dann einige Sekunden später die gesamte Kompression unterbunden wird, die Leistungsaufnahme des Kompressors beim Strömungsdurchsatz Null auf einige Prozent abfällt, wie in Fig. 6 gestrichelt als Kurve 50 eingezeichnet ist. Die Kurve 50 ist eine fiktive Kurve, die erhalten wird, wenn der Punkt 51, der die vor der Verbindung der Hochdruck- mit der Niederdruckseite erhaltenen Werte darstellt, mit dem Punkt 52 verbunden wird, der die Werte angibt, die nach der Herstellung dieser Verbindung erhalten werden. Es gibt nämlich keine stabile Stellung zwischen diesen beiden Stellungen, und für die Zwischenwerte des Strömungsdurchsatzes muß der Kompressor "pumpen" und seine Regulierung von einer Stellung zur anderen verschieben. Die-

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ses Pumpen, das in bekannter Weise von den Verhältnissen
zwischen dem Strömungsdurchsatz des Kompressors in der
Stellung 51 und den Speicherreserven abhängt, ist aber
umso geringer, als der Strömungsdurchsatz des Kompressors
durch sequentielles Vermindern der Strömungsleistung eines
der beiden Halbkompressoren verkleinert ist.

In den Fig. 7, 8 und 9 ist eine Ausführungsvariante der
Erfindung dargestellt. Der Kompressor gleicht dem nach
den Fig. 1 und 2, jedoch ist das Verschlußelement entfallen und durch eine Reihe Kanäle 53? 54, 55 ersetzt, durch die

in dem Gehäuse angebrachte Löcher 56 oder 57 oder der Auslaßkanal 7 mit der Ansaugöffnung 5 über Durchlaßkanäle 58
verbunden werden. Der Umriß des Mündungsteils der Öffnungen 57 in der Bohrung des Gehäuses, worin die Schraube rotiert, ist im Inneren des Außenumrisses eines Gewindescheitels
eingeschrieben, wie dies in der FR-PS 2 177 171 beschrieben ist, um zu verhindern, daß zwei aufeinanderfolgende Gewindegänge miteinander in Verbindung gebracht werden.

Jeder Kanal 54 ist durch eine Bohrung 59 verlängert, in der ein Kolben 60 gleiten kann. Dieser Kolben weist eine Schulter 61 auf, die durch eine Feder 63 gegen eine Oberfläche 62
angedrückt wird, über einen Kanal 64 kann eine Abdichtungsflüssigkeit oder ein unter Druck stehendes Gas zwischen die Oberfläche 62 und die Schulter 61 zugeführt werden. Ein
Loch 76 stellt den Druckausgleich zwischen der die Feder
enthaltenden Kammer und der Niederdruckseite her.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung wird nun für den Anwendungsfall eines Luftkompressors beschrieben, der mit Einspeisung einer Hilfsflüssigkeit arbeitet, die in bekannter Weise
von der Druckluft in einem Behälter getrennt ist und wieder in den Kreislauf eingespeist wird. Ein Steuerventil 65 wird angehoben, wenn der von dem Kompressor abgegebene Druck einen

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im voraus festgelegten Wert überschreitet, z.B. 7 bar/ und führt Druckluft zu einem Arbeitszylinder 66, der eine geeichte Lecköffnung 67 aufweist. Wenn der Strömungsdurchsatz des Steuerventils 65 steigt, nimmt der auf den Kolben 68 des Arbleitszylinders ausgeübte Druck zu; dadurch wird die Feder 69 zusammengedrückt, und der Arbeitszylinder betätigt den Kolben 70 eines Mehrweg-Hydraulikventils, das an der mit 71 bezeichneten Stelle von der unter Druck stehenden Flüssigkeit beaufschlagt wird, die dem Druckluftbehälter entnommen wird, und diese Verschiebung läßt so den Hydraulikdruck zu den Ausgängen 72, 73, 74, 75 ... gelangen, die wiederum mit Kanälen 59 verbunden sind, über welche die Kolben der Kanäle 53, 54, 55 usw. beaufschlagt werden.

Daraus ergibt dich, daß diese Kolben verschoben werden und auf diese Weise die öffnungen 57 mit der Niederdruckseite in Verbindung gelangen.

Durch Anordnung dieser Kanäle derart, daß jederzeit ein Gewindegang mit einem Kanal in Verbindung sein kann, z.B. gemäß der FR-PS 2 177 171, unter Verwendung von wenigstens drei Kanälen pro Seite bei einem Kompressor mit einer Schraube, die sechs Gewindegänge aufweist, wobei einer der drei Kanäle mit der Hochdrucköffnung verbunden ist, kann der von einem Ritzel gelieferte Strömungsdurchsatz um ungefähr ein Drittel vermindert werden, indem auf den Kolben eingewirkt wird, der den Kanal 53 verschließt, dann um ein weiteres Drittel, indem der den Kanal 54 verschließende Kolben verschoben wird, und kann schließlich zum Verschwinden gebracht werden, indem der den Kanal 55 verschließende Kolben betätigt wird.

Es kann auch der Strömungsdurchsatz des Kompressors unter einen Wert von 50% abgesenkt werden, indem nacheinander die Kolben angehoben werden, welche die Kanäle 77 und 78 verschließen.

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Durch voneinander unabhängige Verschlußglieder, die durch hydropneumatisch^ Einrichtungen betätigt werden und das pneumatisch betätigte mechanische Verschlußglied des Ausführungsbeispiels nach den Fig. 1 bis 5 ersetzen, den Strömungsdurchsatz des Kompressors schrittweise bis etwa 10 - 15% vermindern, wenn die dem zweiten Ritzel zugeordnete Hochdrucköffnung nicht mit der Niederdrucköffnung in Verbindung gebracht wird, oder sogar auf Null vermindern, wenn der Kolben betätigt wird, der den Kanal 79 steuert, welcher die Hochdrucköffnung des zweiten Ritzels mit der Niederdrucköffnung verbindet.

Der Kolben 60 hat ein gewisses Spiel in seiner Bohrung, und sobald der Druck in dem Kanal 59 entfällt, wird er durch die Feder in seine Ausgangsstellung zurückgebracht. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß der Kolben 70 die Öffnungen 72, 73 usw. progressiv freigibt, und daß daher unter Berücksichtigung der Leckverluste um den Kolben herum dieser unter der Schulter 61 einen je nach Stellung des Kolbens 70 veränderlichen Druck aufbauen kann, wobei diese Stellung wiederum dazu führt, daß der Kolben die Öffnung 57 mehr oder weniger freigibt; dies führt wiederum dazu, daß mehr oder weniger Luft zum Komprimieren in dem Gewindegang verbleibt, und einer kontinuierlich veränderlichen Stellung des Steuerventils 65 entspricht ein kontinuierlich veränderbarer Strömungsdurchsatz des Kompressors, anstelle eines Strömungsdurchsatzes, der sich in sechs (oder mehr Schritten diskontinuierlich von 100 auf 0% ändert.

Die Vorrichtung ist dann zwar unterschiedlich, das Verfahren bleibt jedoch letztlich dasselbe wie bei dem ersten beschriebenen Ausführungsbeispiel, so wie die erreichten Vorteile, denn zur Regulierung des Kompressors läuft das Verfahren darauf hinaus, daß nacheinander die einem Ritzel zugeordneten HilfsÖffnungen freigelegt werden und dann die diesem

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Ritzel zugeordnete Hochdrucköffnung mit der Niederdruckseite in Verbindung gebracht wird, bevor nacheinander die
dem zweiten Ritzel zugeordneten HilfsÖffnungen freigegeben werden. Die in Fig. 6 verdeutlichten Wirkungsgradgewinne
bleiben dieselben, und durch Unterbrechung der Einspeisung einige Sekunden vor dem öffnen des Kanals 79 kann die Leistungsaufnahme des Kompressors auf einige Prozent vermindert werden. Bei den beiden genannten Ausführungsbeispielen reicht diese Absperrung von einigen Sekunden aus, um die Flüssigkeit aus dem Kompressor zu beseitigen und die Leistungsaufnahme auf Werte zu vermindern, die geringer sind als 5%
der Leistungsaufnahme unter Vollast, wobei diese Zeitspanne jedoch ausreichend kurz ist, damit verhindert wird, daß während der Zeitspanne, in der keine Einspeisung stattfindet, der Kompressor erhitzt wird und festläuft.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

ί 1 .) Verfahren zur Regulierung des Durchsatzes von Kompressoren oder Entspannungsmaschinen, die nur eine mit wenigstens zwei Ritzeln zusammenwirkende Schneckenschraube enthalten, welche im Inneren eines Gehäuses rotiert, das mit wenigstens einer Niederdrucköffnung und Hochdrucköffnungen versehen ist, die in der Nähe der genannten Ritzel angeordnet sind, mit wenigstens einer Leitung zur Verbindung der einem der Ritzel, das als erstes Ritzel bezeichnet wird, zugeordneten Hochdrucköffnung mit der Niederdrucköffnung, wobei diese Leitung mit einer Verschlußvorrichtung versehen ist, mit in dem Gehäuse angeordneten HilfsÖffnungen, welche die verschiedenen dem Druck ausgesetzten Zonen des Gehäuses mit der Niederdrucköffnung verbinden, wobei diese Hilfsoffnungen mit Verschlußvorrichtungen versehen sind und wobei verfahrensgemäß diese Öffnungen zur Verminderung des ausgestoßenen Volumens beginnend mit den Öffnungen, die

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ORtÜTNAt-tNSPECTED

auf dem niedrigsten Druck liegen, bis zu den Öffnungen mit dem höchsten Druck geöffnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung des Durchsatzes des Kompressors bzw. der Entspannungsmaschine ausgehend von dem Maximaldurchsatz nacheinander die HilfsÖffnungen geöffnet werden, die dem ersten Ritzel zugeordnet sind, daß für den Fall eines gemessenen noch zu hohen Durchsatzes die Vorrichtung geöffnet wird, welche die Verbindung zwischen der Hochdrucköffnung des ersten Ritzels und der Niederdrucköffnung verschließen kann, und daß, wenn der dann erhaltene Durchsatz noch zu hoch ist, nacheinander die HilfsÖffnungen geöffnet werden, die dem zweiten Ritzel zugeordnet sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Kompressor bzw. die Entspannungsmaschine mit Hilfs-Flüssigkeitseinspeisung arbeitet, wobei die dem zweiten Ritzel zugeordnete Hochdrucköffnung ebenfalls mit der Niederdrucköffnung über eine Verschlußvorrichtung verbunden ist und wobei die Flüssigkeitseinspeisung wenigstens eine Absperrvorrichtung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn der nach Öffnen aller HilfsÖffnungen erhaltene Durchsatz noch zu hoch ist, die Einspeisung abgesperrt und dann zeitlich verzögertdie Verschlußvorrichtung geöffnet wird, welche die Hochdrucköffnung des zweiten Ritzels mit der Niederdrucköffnung verbindet.

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