DE3118312A1

DE3118312A1 - Ventileinrichtung zur leistungsregelung von schraubenkompressoren

Info

Publication number: DE3118312A1
Application number: DE19813118312
Authority: DE
Inventors: Rolf Arnold 16357 Spånga Englund; Lauritz Benedictus 13150 Saltsjö-Dufnäs Schibbye
Original assignee: Sullair Technology AB
Current assignee: Sullair Technology AB
Priority date: 1980-06-02
Filing date: 1981-05-08
Publication date: 1982-04-08
Also published as: SE432465B; SE8004091L; JPS5720585A; FR2483537A1; US4498849A; GB2076896B; GB2076896A; BE889031A

Description

Patentanwälte Dipl.-IngI H.rWieiGKSiAKN·, :D*i:pl.:-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Vkickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. Liska

125573 8000 MÜNCHEN 86, DEN ""8. Μδί 198t

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/2::

SÜLLAIR TECHNOLOGY AB

Rosenlundsgatan 54

S-I16 53 Stockholm, Schweden

Ventileinrichtung zur Leistungsregelung von Schraubenkompressoren

Ventileinrichtung zur Leistungsregelung von Schraubenkomnressoren

Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung für einen Schraubenkompresäor mit öleinspritzung des Typs, dessen Gehäuse einen Kompressionsraum enthält, der aus zwei Rotorläufen besteht, die von zwei einander schneidenden Bohrungen begrenzt sind, und der an einem Ende eine Niederdrucköffnung und am anderen Ende eine Hochdrucköffnung hat, und aus zwei ineinander eingreifenden, in den Rotorläufen montierten Schraubenrotoren. Die Ventileinrichtung ist für Anschluß an die zylindrische Rotorbohrung für einen der Rotoren angeordnet,und vorgesehen, mit ihr eine Leistungskontrolle des bei konstanter Drehzahl arbeitenden Kompressors erhalten zu können.

Es sind mehrere Lösungen zur Bewirkung der Leistungskontrolle von mit konstanter Drehzahl arbeitenden Schraubenkompressoren vorbekannt, die bereits seit einer Reihe von Jahren angewendet werden.

Eine dieser unter Anwendung einer herkömmlichen Schieberventiles bekannten Lösungen ist z.B. in den US-PS 3 045 447, 3 088 653, 3 314 597 und 3 4 32 089 offenbart. Für diesen Ventiltyp ist kennzeichnend, daß er einen Teil der Läufe für die Schraubenrotoren und außerdem einen Teil der radialen Auslaßöffnung bildet. Die Vorteile der Ventile sind kontinuierliche Leistungsregelung, großer Regelbereich und die Möglichkeit, bei konstantem Druckverhältnis über dem Kompressor durch geeignete Bemessung der axialen Auslaßöffnung ein ziemlich konstantes eingebautes Druckverhältnis während des größeren Teiles des Regelbereiches zu bewirken, was für den Teillastwirkungsgrad günstig ist. Die Nachteile bestehen im wesentlichen darin, daß dieser Ventiltyp sehr teuer in der Herstellung ist, weil enge Toleranzen und genaue Zentrierungen verlangt werden, und

daft das Regelsystem teuer ist. Gewöhnlich wird ein hydraulisches Steuersystem angewendet. Trotz dieser Nachteile hat dieser Ventiltyp an Schraubenkompressoren eine Reihe von Jahren kommerziell Anwendung gefunden, vor allem auf dem Kühl- und Luftkonditionierungssektor.

Eine andere Lösung, mit Anwendung von Dreh- oder Kolbenventilen, ist z.B. in den US-PS 3 083 658 und 4 042 310 gezeigt. Für diese Ventiltypen ist kennzeichnend, daß deren zylindrische Ventilläufe keinen gemeinsamen Teil mit den Rotorläufen bilden, sondern mit diesen durch Schlitze in Verbindung stehen, durch die Gase bei Teillast abgezogen werden. Der Vorteil dieser Ventileinrichtung ist ihr billigerer Herstellungsaufwand. Die Nachteile liegen darin, daß die Regelung nicht so kontinuierlich ist wie beim Schieberventilmodell, daß das eingebaute Druckverhältnis mit sinkender Last sinkt, und daß das Steuersystem für das Ventil kompliziert und teuer ist. Außerdem ergibt sich, insbesondere bei größeren Teillasten und bei Vollast, Leckage über den Schlitzen, die den Wirkungsgrad ernsthaft verschlechtert (bei Vollast bis zu etwa 10% für einen Einstufen-Kompressor). Auch diese Ventiltypen wurden an Schraubenkompressoren kommerziell angewendet, aber nicht im selben Ausmaß wie der vorerwähnte Schieberventiltyp.

Eine weitere Lösung ist die Anwendung von Schieber- oder Hubventilen, die in der Einlauf- oder Auslaufendebene des Kompressors axial oder radial beweglich sind, wie z.B. in den US-PS 3 108 739 und 3 108 740 gezeigt. Keine dieser verschiedenen Einrichtungen hat sich aus verschiedenen Gründen als praktisch ausführbar erwiesen und hat deshalb auch nicht kommerziell Anwendung gefunden.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Ventileinrichtung zu schaffen, die nicht nur im Ventilsystem im Kompressor, sondern auch in den Steuereliedern billiger ist. Außerdem hat die Erfindung die Aufgabe, die Wirkungsgradverluste zu vermeiden, die sich bei den vorgenannten Dreh- und Kolbenventilen bei höheren Belastungen und vor allem bei Vollast ergeben. Die

- G-

Repelungseinrichtung gemäß der Erfindung ist nicht vor-. . gesehen, eine kontinuierliche Regelung der Kompressorleistung zu ergeben, sondern es wird eine stufenweise Regelung .dadurch erhalten, daß die Ventile nur in völlig geschlossener oder völlig offener Lage arbeiten.

Die genannte Regelungseinrichtung wird dadurch erhalten, daß., der Erfindung die in den beigefügten Patentansprüchen definierten Kennzeichen gegeben wurden.

Die Erfindung wird nachstehend in Form eines Beispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen Fit?. 1 ein schematischer Querschnitt eines mit einer Ventileinrichtung gemäß der Erfindung versehenen Schraubenkompressors ist, wobei der Schnitt durch die Mitte des Hauptrotors gelegt ist,
Fig. 2 in vergrößertem Maßstab ein Schnitt durch ein Ventil gemäß der Erfindung ist, und

Fig. 3 ein schematischer Querschnitt durch den Kompressor längs der Linie 3-3 in Fig. 1 ist.

Der Schraubenkompressor 10 hat ein Gehäuse 11 mit einer Niederdruckeinlaßöffnung 12 und einer Hochdruckauslaßöffnung 13. Im Gehäuse befinden sich zwei einander schneidende Bohrungen, die zwei Rotorläufe bilden, in denen zwei ineinander eingreifende Rotoren gelagert sind. In Fig. 1 ist der eine Rotor, der Hauptrotor 14 mit seiner Bohrung 15 gezeigt, der an seinen beiden Enden mittels Wälzlagern 16,17 im Gehäuse 11·gelagert ist.

An der höchstgelegenen Linie der Bohrung 15 des Hauptrotors, wo in diesem Fall die innere Kompression geschieht, sind zwei gleiche Ventile 18,19 axial hintereinander angeordnet.Ober dem oberen Teil der Bohrung 15 ist ein für beide Ventile gemeinsamer Ablaßkanal angeordnet, zu dem die Ventile 18,19 öffnen können. Der Ablaßkanal 20 hat als Fortsetzung einen Stirnwandkanel 21, der zur Einlaßöffnung 12 zurückführt.

Das Ventil 18 besteht im wesentlichen aus einem an der Außenseite

des Ablaßkanales befestigten und in diesen hineinragenden Ventilgehäuse 22, in dem ein an einem Ende verschlossener zylindrischer Ventilkolben 2 3 gleitbar beweglich ist. -Das geschlossene Ende des Ventilkolbens bildet den eigentlichen Ventilteller 24, der auch ein Teil der Bohrung 15 ist. Das Ventilgehäuse 22 und der Ventilkolben 2 3 sind innen nit einer Zugfeder 25 versehen, die zwischen dem geschlossenen Ende des Ventilkolbens und dem Oberteil des Ventilgehäuses mittels eines Stiftes 39 so gespannt ist, daß sie bestrebt ist, den Ventilteller 24 zu heben, bis ein an der Oberseite des Ventiltellers vorspringender ringförmiger Absatz 26 gegen das in den Ablaßkanal 20 hineinragende untere ringförmige Ende 2 7 des Ventilgehäuses anliegt. Diese Lage ist in Fig. 2 durch gestrichelte Linien angedeutet. Das Ventilgehäuse 22 ist oben mit einem Pfropfen 28 versehen, in dem ein Anschluß 3 8 für Zuführung eines Mediums, vorzugsweise öl, zur Regelung des Ventilkolbens 2 3 angeordnet ist. Der Anschluß 3 8 ist mit einem einfachen (nicht gezeigten) Dreiwegeventil verbunden, durch das das öl, mit einem Druck ungefähr gleich dem Auslaßdruck des Kompressors, zugeführt werden kann, um den Ventilteller 24 zu seiner geschlossenen Lage zu führen, so daß die Verbindung zwischen dem Rotorlauf und dem Ablaßkanal unterbrochen wird. Das Dreiwegeventil wird auf geeignete Weise automatisch vom Druck im Druckluftbehälter gesteuert, der den Konroressor mit Druckluft versieht. Zwecks Dichtung zwischen der Innenfläche des Ventilgehäuses 2 2 und der Außenfläche des Ventilkolbens 23 ist in dessen äußerer Oberfläche eine kreisrunde Nut 2 9 angeordnet, in der sich ein Dichtring 30 befindet. Eine axiale Nut 31 befindet sich auch in der Außenoberfläche des Ventilkolbens 23. In diese Nut ragt ein im Ventilgehäuse befestigter Zapfen 3 2 hinein, um Drehen des Ventilkolbens 2 in Beziehung zum Ventilgehäuse 2 2 zu verhindern.

Der Ventilteller 24 ist mit einem vorspringenden Flansch 3 ausgebildet, der gegen einen in der Wand 34 des Rotorlaufes angeordneten Absatz 35 dichtend anliegt. Ein weiterer Absatz

befindet sich in der Wand 34, so daß zwischen dem. Ventilteller 2^:i und der Wand 34 eine Ausnehmung 37 gebildet wird. Durch diese Ausnehmung wird, wenn das Heben des Ventilkolbens 23 beginnt, schnell eine Verbindung zwischen dem Rotorlauf und dem Ablaßkanal 20 geschaffen.

Bei Arbeit des Kompressors mit Vollast sind beide Ventile 13,19 geschlossen. Die vorragenden Flansche 3 3 des Ventilkolbens liegen dabei" dichtend gegen die Absätze 3 5 in der Wand 34 des Rotorlaufes an, so daß keine Leckage in den Ablaßkanal 20 hinaus geschieht. Die Ventile werden dadurch geschlossen gehalten, daß öl vom Auslaßdruck des Kompressors dem Inneren der Ventile durch die im Pfropfen 28 angeordneten Anschlüsse 3 3 zugeführt wird. Die mit den Anschlüssen verbundenen Dreiwegeventile -erden automatisch vom Druck im Druckluftbehälter betätigt. Wenn der Druck im Behälter über einen bestimmten Druck hinaus steigt, wird eines oder es werden beide Dreiwegeventile so betätigt, daß das öl aus dem Ventil 18,19 herausgelassen, und der Ventilkolben dann automatisch von der Zugfeder 25 zu seiner völlig offenen Lage geöffnet wird, wodurch ein Teil der Luft vom Kompressionsraum durch den Ablaßkanal 20 und den Stirnwandkanal 21 zum Rotoreinlaß 12 zurückgeleitet qird.

Dadurch daß die Zugfedern die Ventile 18,19 stets öffnen, wenn der Kompressor anhält, werden stets offene Ventile, und dadurch reduziertes Startmoment, gewährleistet, wenn der Kompressor wieder gestartet werden soll. Da die Ventilkolben in geschlossener Lage gegen Absätze 35 in der Wand 34 des Rotorlaufes gedrückt sind, ist verbürgt, daß bei Vollast keine Leckage in den Ablaßkanal 20 hinaus erfolgt. Es besteht deshalb auch keine höhere Toleranzforderung hinsichtlich der Passung des Ventilkolbens zum Ventillauf in der Wand 34, da das Spiel, das sich dort ergibt, keine Leckage nach außen, sondern nur eine vernachlässigbare interne Leckage zwischen Kompressionsräumen bewirkt·

Um den Kompressor völlig entlasten zu können, können die Ventile mit irgendeiner Form von Drosselung des Kompressor-

.S-

einlasses ergänzt werden.

Durch die Lage der Ventile, so daß das Zentrum der kreisrunden Ventilläufe mit der höchstbelegenen Linie des Rotorlaufes zusammenfällt, wird eine lotrechte Bohrung dieser Ventilläufe erhalten. Dies ist vorteilhaft vom Herstellungsgesichtspunkt. Da jegliche Bearbeitung für die Ventilläufe im Kompressorgehäuse in einer Einspannung erfolgen kann, sind genaue Maße mit niedrigen Maschinenbearbeitungskosten erhältlich. Auch das Ventilgehäuse und der Ventilkolben können durch ihre symmetrische Form billig'und mit genauer Zentrierung hergestellt werden.

Das Beispiel zeigt zwar nur die Anwendung von zwei axial hintereinander angeordneten Ventilen. Es können aber auch ein Ventil oder mehr als zwei angewendet werden.

Wie die vorstehende Beschreibung deutlich gemacht haben dürfte, wurde durch die vorliegende Erfindung eine bedeutende Vereinfachung hinsichtlich der Leistungsregelung von Schraubenkonvcressoren gegenüber früheren Systemen erhalten. Das Kompressorgehäuse mit Einlaufstirnwand konnte hierdurch ebenfalls einfacher und mit geringeren Abmessungen und leichterem Gewicht ausgeführt werden, v?as wesentlich zu der herstellungsr.äSig billigeren vorgeschlagenen Einrichtung beiträgt. Da die ''entilkolben nur in ihren zwei Außenlagen arbeiten, d.h. völlig geschlossen oder völlig offen, konnten die Steuerglieder bedeutend vereinfacht werden, wodurch sie billiger wurden und ein zuverlässigeres System ergaben.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

Ventileinrichtung zur Leistungsregelung eines Schraubenkompressors mit öleinspritzung, wo mindestens ein Ventil für· Anschluß an den Teil der zylindrischen Rotorbohrung (15) des Kompressorgehäuses angeordnet ist, der die Begrenzung des Kompressionsraumes im Kompressorgehäuse während der inneren Kompressionsphäse darstellt, dadurch gekennzeich net, daß das Ventil (18,19) über einen im Kompressorgehäuse angeordneten Zapfkanal (20) mit der Einlaßöffnung (12) des Kompressors in Verbindung steht und einen im wesentlichen radial zur Rotorbohrung beweglichen Ventilkolben (2 3) enthält.
2. Ventileinrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß im Kompressorgehäuse zeei oder mehr Ventile (18,19) mit einem gemeinsamen Zapfkanal (20) angeordnet sind.
3. Ventileinrichtung nach Abspruch"! oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinien der Ventile (18,19) in einer Ebene durch den Mittenwinkel des Rotors in gerader Linie zu der gemeinsamen Mittenebene für beide Rotoren des Kompressors liegen.
4. Ventileinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ventil (18,19) von einem Ventilgehäuse (22) und einem in diesem gleitbaren zylindrischen Ventilkolben (23) gebildet wird, der unten einen gegen den Rotorlauf dichtenden Ventilteller (24) hat.
5. Ventileinrichtung nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand (34) des Rotorlaufes ein Absatz (35) angeordnet ist, gegen den ein am Ventilteller (24) vorspringender Flansch (33) bei geschlossenem Ventil dichtend anliegt.
6. Ventileinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ventilteller (24) und der Wand des Rotorlaufes (34) eine Ausnehmung. (37) angeordnet ist, um bei Beginn der Regelung eine schnelle Verbindung zwischen Kompressionsraum und Zapfkanal zu erhalten.
7. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ventilgehäuse (22) und dem zylindrischen Ventilkolben (23) zwecks Hebung des Ventiltellers (24) eine Zugfeder (25), und im Ventilgehäuse (22) zum Schließen des Ventiles ein Anschluß (38) für Zuführung von Drucköl angeordnet ist.
8. Ventileinrichtung nach Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß (38) mit einem Dreiwegeventil in Verbindung steht, mit dem Regelung des Ventilkolbens (23) entweder zu völlig offener oder völlig geschlossener Lage bewirkt wird.