DE3123736A1

DE3123736A1 - Vorrichtung zum steuern der kapazitaet von schraubenkomrpessoren, insbesondere fuer wasserkuehlanlagen

Info

Publication number: DE3123736A1
Application number: DE19813123736
Authority: DE
Inventors: Richard Alan York Pa. Erth; Kenneth John 60067 Palatine Ill. Kountz
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: York International Corp
Priority date: 1980-06-16
Filing date: 1981-06-15
Publication date: 1982-02-25
Also published as: JPS5728893A; JPH0240876B2; FR2484561B1; AU7022981A; ES8204084A1; AU541730B2; CA1161139A; GB2077951A; FR2484561A1; GB2077951B; DE3123736C2; US4351160A; ES503042A0

Description

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Die Erfindung betrifft Schraubenkompressoren und insbesondere Vorrichtungen zum Steuern der Kapazität von Schraubenkompressoren mit variabler und fester Arbe it sge schwindig·?· keit, die insbesondere bei Kühlanlagen eingesetzt werden können.

Aus der US-PS 3 924 972 ist eine Steuervorrichtung für Schraubenkompressoren mit variabler Kapazität bekannt, wobei eine automatische Steuereinheit vorgesehen ist, um ein Schieberventil zu positionieren, um so die Kompressorkapazitat als Funktion von überwachten Systembedingungen zu steuern. Das US-PS Re. 29 283 beschreibt einen Schraubenkompressor mit axial verschiebbarem Schieberventilkörper, wobei dessen Steuerung entsprechend dem Differentialdruck zwischen dem eingeschlossenen Volumen in der Kompressionskammer und dem Druck in der Auslaßleitung erfolgt. . -. " Die US-PS A 058 988 beschreibt einen Schraubenkompressor mit gegeneinander orientierten Schieberventilen an der Saug- und der Abgabe seite der Vorrichtung, um die Kompressorkapazität zu steuern und den geschlossenen Gewindedruck auf dem Druck in der Abgabeleitung in einem Wärmepumpenkühlsystern mit geschlossenem Hauptkreislauf zu halten.

Die US-PS 4 147 475 beschreibt einen Schraubenkompressor mit einem Steuerventil, für die Drehkapazität, einem Drosselventil am Kompressoreinlaß und einem Druckentlastungsventil zum Entlüften der Kompressorauslaßlextung.

Die US-PS 4 I5I 725 beschreibt eine Vorrichtung zum Steuern eines Zentrifugalkompressorödurch die Kombination von einstellbaren EinlaßfuhrungsflugeIn und einem Motor mit variabler Geschwindigkeit zum Verändern der Kompressorkapazität.

Bekanntlich weist ein Schraubenkompressor ein feststehendes

Kompressor gehäuse mit einer Eiiederdrucköf fnung an einem Ende und einer Hochdrucköffnung am anderen Ende auf. Das Gehäuse weist eine Arbeitskammer in Form von geschlossenen Gewinden auf, die durch ein Paar paralleler, sich überschneidender Bohrungen gebildet werden, in denen zwei ineinandergreifende Schraubenrotoren drehbar gelagert sind. Der Schraubenkompressor arbeitet als ZwangsverSchiebungsvorrichtung zum Komprimieren von Luft oder Gas, wie einem Kühlmittel, zwischen der Saug- oder Hiederdruckseite und der Abgabe- oder Hochdruckseite des Schraubenkompressors.

Wegen der zunehmenden Bedeutung der Energieeinsparung sollten die Schraubenkompressoren wirtschaftlicher und zuverlässiger arbeiten, um den Wirkungsgrad zu verbessern und so Energiekosten einzusparen. Im Rahmen der Erfindung hat sich gezeigt, daß ein Schraubenkompressor mit variabler Geschwindigkeit mit erhöhtem Wirkungsgrad nicht nur in der Weise betrieben werden kann, daß die Kompressorkapazität durch Verändern der Geschwindigkeit des Antriebsmotors des Kompressors variiert wird, sondern es ist auch zweckmäßig, das Volumen des in der Arbeitskammer vor der Abgabe eingeschlossenen Gases optimal als Punktion des Druckverhältnisses über den Kompressor einzustellen. Bei einem Schraubenkompressor mit fester Geschwindigkeit erhält man einen erhöhten Wirkungsgrad dadurch, daß man die Kompressorkapazität durch Verändern des Volumens des in der Arbeitskammer vor der Kompression eingeschlossenen Gases variiert und das Volumen des in der Arbeitskammer vor der Abgabe eingeschlossenen Gases wie bei dem Schraubenkompressor mit variabler Geschwindigkeit optimal einstellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Steuern der Kapazität von Schraubenkompressoren für Wasserkühlanlagen anzugeben.

Bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung für Schrauben-

kompressoren mit; variabler Geschwindigkeit für Kühlanlagen wird die Kapazität durch Ändern der Geschwindigkeit eines steuerbaren Motors moduliert, der den Kompressor antreibt, wobei das Volumen des in der Arbeitskammer vor der Abgabe eingeschlossenen Gases als Funktion des Druckverhältnisses über den Kompressor optimal eingestellt wird.

Bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung für einen Schraubenkompressor mit fester Geschwindigkeit für Kühlanlagen wird die Kapazität dadurch verändert, daß man das Volumen des in der Arbeitskammer vor der Kompression eingeschlossenen Gases verändert und das Volumen des in der Arbeitskammer vor der Abgabe eingeschlossenen Gases als Punktion des Druckverhältnisses über den Kompressor optimal einstellt.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere durch die Merkmale der Patentansprüche aus«.

Die Kühlanlage weist einen Kompressor, einen Kondensator, eine Expansionsvorrichtung sowie einen Verdampfer auf, die in einem geschlossenen. Kühlkreis miteinander verbunden sind» Die Steuervorrichtung für den Schraubenkompressor mit variabler Geschwindigkeit, der bei einer derartigen Kühlanlage eingesetzt wird, weist einen Elektromotor auf, der mit einem Geschwindigkeitssteuersignal zum Verändern der Geschwindigkeit des Elektromotors beaufschlagt wird, um so die Kapazität des Schraubenkompressors zu steuern. In der Nähe der Abgabe des gekühlten Wassers aus dem Verdampfer ist ein erster Temperatursensor zur Erzeugung eines ersten Signals angeordnet. In der Steuervorrichtung ist zur Einstellung eines Temperatureinstellsignals eine Einstellvorrichtung vorgesehen. Ein erster Schaltkreis dient zur Kombination des Temperatursignals des gekühlten Wassers und des Temperatureinste11signalsj um ein Geschwindigkeitssteuersignal für den Elektromotor zu erzeugen. Ein zweiter Schaltkreis weist

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einen zweiten Temperatursensor auf, der in dem zweiphasigen, kondensierenden Kühlmittel angeordnet ist, um ein zweites Signal entsprechend der Temperatur des Kühlmitteldampfes zu erzeugen, das direkt proportional zum Abgabedruck des Schrau benkompressors ist; innerhalb des Verdampfers ist ein dritter Temperatursensor angeordnet, der ein drittes Signal entsprechend der Temperatur des kochenden, zweiphasigen Kühlmittels erzeugt, wobei dieses dritte Signal direkt proportional zum Saugdruck ist. Ein Divisionsschaltkreis empfängt das zweite und das dritte Signal und erzeugt ein optimales Volumensignal. Ein dritter Schaltkreis, dem das optimale Volumensignal und ein elektrisches Signal entsprechend der tatsächlichen physischen Position eines Schieberventilkörpers zugeführt wird, erzeugt ein Fehlersignal zum Steuern der Position des Schieberventilkörpers als Funktion des Druckverhältnisses über den Schraubenkompressor.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Steuervorrichtung für einen Schraubenkompressor mit fester Geschwindigkeit für Kühlanlagen mit einem Kompressor, einem Kondensator, einer Expansionsvorrichtung sowie einem Verdampfer, die in einem geschlossenen Kühlkreis miteinander verbunden sind. Der Schraubenkompressor weist einen ersten Schieberventilkörper zum Regeln der Kapazität des Schraubenkompressors sowie einen zweiten Schieberventilkörper zum Einstellen des tatsächlichen Volumens des in der Kompressionskammer vor der Abgabe enthaltenen Gases in Abhängigkeit vom Kompressionsverhältnis über den Schraubenkompressor auf. Ein erster Schaltkreis erzeugt ein Steuersignal zum Steuern der Position des ersten Schieberventilkörpers. Abgesehen von diesem Unterschied stimmt der erste Schaltkreis mit dem entsprechenden Schaltkreis bei dem Schraubenkompressor mit variabler Geschwindigkeit überein. Ein zweiter und ein dritter Schaltkreis sind vorgesehen, die mit den entsprechenden Schaltkreisen beim Schraubenkompressor mit variabler Geschwindigkeit übereinstimmen, um die Position des zweiten

Schieberventilkörpers zu steuern, um so das tatsächliche Volumen des in der Kompressionskammer vor der Abgabe eingeschlossenen Gases als Funktion des Druckverhältnisses über den Schraubenkompressor einzustellen» ■

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert« Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kapazitäts-Steuersystems für einen Schraubenkompressor mit variabler Geschwindigkeit für eine Kühlanlage,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kapazitäts-Steuersystems für einen Schraubenkompressor mit fester Geschwindigkeit für eine Kühlanlage,

Fig. 3 einen Längsschnitt eines Schraubenkompressors,der mit dem Steuersystem gemäß Fig. 1 eingesetzt werden kann,

Fig. A einen Längsschnitt eines Schraubenkompressors, der mit dem Steuersystem gemäß Fig. 2 eingesetzt werden kann,

Fig. 5 eine graphische Darstellung des optimalen Gasvolumens in der Kompressionskammer vor der Abgabe als Funktion des Druckverhältnisses über den Kompressor und

Fig. 6 eine graphische Darstellung des tatsächlichen Gasvolumens in der Kompressionskammer vor der Abgabe als Funktion der Position des Schieberventils.

Das in Fig. 1 dargestellte Steuersystem weist einen Schraubenkompressor 10 auf. Das Gehäuse des Kompressors 10 (vgl.

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Fig. 3) weist einen zentralen Zylinder 12 auf, der zwischen Endwandabschnitten 14- und 16 angeordnet ist. Der Zylinder 12 wird durch zwei ineinandergreifende, parallele Bohrungen gebildet, in denen ein Paar ineinandergreifende Schraubenrotoren 18 und 20 drehbar angeordnet sind. Die beiden als Männchen und V/eibchen bezeichnete Rotoren weisen schraubenförmige Stege und mit diesen zusammenwirkende Nuten auf und sind mittels Lagern in den Bohrungen drehbar gehaltert. Der "männliche" Rotor 18 ist mit einem Ende einer Welle 22 verbunden, die durch Antifriktionslager (Wälzlager) 24- drehbar abgestützt ist. Die Lager 24· sind an dem Endwandabschnitt 16 angeordnet und sind ferner innerhalb einer Endkuppel 26 über eine Hülse 28 gehaltert. Das andere Ende der Welle 22 erstreckt sich durch die Endkuppel 26 und wird mit einem Elektromotor als Hauptantriebskraft zum Antreiben des Schraubenkompressors 10 angetrieben.

Durch Drehen des Schraubenkompressors in eine einzige Richtung wird ein Arbeitsmedium, wie ein gasförmiges Kühlmittel, durch die Saug- oder Einlaßleitung 30 innerhalb des Endwandabschnitts 14· geführt und über eine Einlaßöffnung 32 in eine Reihe von Arbeitskammern 34- abgegeben, die durch die ineinandergreifenden schraubenförmigen Stege und Nuten der zugehörigen Rotoren 18 und 20 gebildet werden. Eine Hochdruck-Auslaßöffnung 36 steht für das Arbeitsmedium in Verbindung mit den Arbeitskammern, die Eompressionskammern oder geschlossene Gewinde definieren, sowie mit einer Auslaßleitung 38, die in der Endkuppel 26 ausgebildet ist. Ein Schieberventil 4-0 ist vorgesehen, um das Volumen des in den Arbeitskammern vor der Abgabe eingeschlossenen Gases als eine Funktion des Druckverhältnisses über dem Kompressor einzustellen. Das Ventil 4-0 kann in einer sich axial erstreckenden Aussparung 4-2 in Längsrichtung verschoben werden, um die Menge des in der Arbeitskammer 3^ vor der Abgabe eingeschlossenen Gases zu variieren. Der Ventilkörper 4-0 ist ferner mit dem einen Ende einer Stange 4-4- verbunden, und das andere Ende

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der Stange ist mechanisch mit einem Schiebe-Positionierungsmotor 46.(vgl. Pig. 2) verbunden, der den Ventilkörper 40 zwischen einer extremen linken und einer extremen rechten Position verschiebt. Durch Bewegen des Ventilkörpers 40 in die linke Stellung, in der die Auslaßöffnung 36 vollständig geöffnet ist, \verden die Kompressionszeit abgekürzt und das Druckverhältnis zwischen der Saugseite und der Abgabeseite des Kompressors vermindert» Wenn andererseits der Ventilkorper 40 in die rechte Position bewegt wird, wobei die Auslaßöffnung 36 verschlossen wird, werden die Kompressionszeit verlängert und das Druckverhältnis erhöht. Daher kann für irgend ein gegebenes oder gewünschtes Kompressionsverhältnis des Kompressors der Ventilkörper 40 variiert werden, um durch Einstellen des in der Arbeitskammer 34 eingeschlossenen Gasvolumens das Ergebnis am Abgabepunkt zu beeinflussen.

Erfindungsgemäß wird das in Fig. 1 dargestellte Kapazitäts-Steuersystem eingesetzt, um automatisch die Position des Schieberventilkörpers 40 als Funktion des Druckverhältnisses über dem Schraubenkompressor iO zu regulieren, wobei die Kapazität des Kompressors durch ein Geschwindigkeitssteuersignal, das über eine Leitung 48 zugeführt wird, zu steuern. Das Steuersystem weist mehrere übliche Bauelemente eines Kühlkreises auf, beispielsweise einen Kondensator 50_s dem von der Abgabeleitung 38 des Schraubenkompressors 10 über eine Leitung 52 komprimierter Kühlmitteldampf zugeführt wird» Wasser von. einem nicht dargestellten Kühlturm wird über eine Leitung 54 dem Kondensator zugeführt und über eine Leitung 56 zum Kühlturm zurückgeführt. Das kondensierte, flüssige Kühlmittel vom Kondensator 50 wird über eine Leitung 58 durch eine Expansionsvorrichtung 60 und eine Leitung 62 zu einem Verdampfer 64 geführt. Das flüssige Kühlmittel vom Verdampfer 64-wird zurück zur Einlaßleitung 30 des Schraubenkompressors über die Leitung 66 geführt. Bas Wasser mit höherer Temperatur von dem nicht dargestellten Gebäude oder

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einer anderen zu kühlenden Last wird durch die Leitung 63 zum Wärmeaustauschen mit dem flüssigen Kühlmittel in dem Verdampfer 64 zugeführt, und wird dann als gekühltes Wasser

zum Gebäude über die Leitung 70 zurückgeführt. 5

Ein elektrischer Hauptantrieb, beispielsweise ein Induktionsmotor 72, ist über die Welle 22 mit dem Schraubenkompressor 10 verbunden. Der Motor wird von einem Wechselrichter 7²I- angetrieben, der eine Gleichspannung über eine Leitung 76 erhält, um die Amplitude der Ausgangsspannung des Wechselrichters festzulegen. Ein Gleichrichter 78 ist zwischen einer WechselSpannungsleitung 80 und der Leitung 76 vorgesehen, der die Gleichspannung an den Wechselrichter 7^ abgibt. Die Frequenz der Wechselrichter-Ausgangsspannung wird durch die Periode von Tor- oder Triggerimpulssignalen gesteuert, die über eine Leitung 82 von einem Logikkreis 83 zugeführt werden. Dieser Logikkreis, der in üblicher Weise ausgeführt sein kann, empfängt das Geschwindigkeitssteuersignal auf der Leitung 48 und nutzt dieses Signal aus, um die !Frequenz der auf der Leitung 82 zugeführten. Impulse zu steuern. Bekanntlich ist die Geschwindigkeit des Induktionsmotors 72 direkt proportional zur Frequenz der Ausgangsspannung des Wechselrichters.

Das Geschwindigkeitssteuersignal ist eine Gleichspannung, die am Ausgang eines als integrierter Schaltkreis ausgebildeten Operationsverstärkers 84 anliegt. Ein erster Temperatursensor, beispielsweise ein Thermistor 86 ist vorgesehen, um die Temperatur des vom Verdampfer 64 abgegebenen, gekühlten Wassers festzustellen. Das die Temperatur des gekühlten Wassers wiedergebende Signal wird über eine Leitung 88 dem Invertereingang des Verstärkers 84 zugeführt. Ein Temperatureinstellsignal von einem Potentiometer 90 als Einstelleinrichtung führt zu dem gewünschten Temperatursteuerniveau, das dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 84 zugeführt wird. Ein Temperaturfehlersignal wird am Ausgang

des Verstärke rs 84 als Geschwindigkeitssteuer signal erzeugt, um die Arbeitsfrequenz des Inverters 74 über den Logikkreis 83 und damit die Geschwindigkeiten des Motors 72 und des Schraubenkompressors 10 zur Erzielung der gewünschten Kapazitätzu regeln.

Die Position des Schieberventilkörpers 40 wird durch ein Positionierungssignal auf der Leitung 92 eines Ventilsteuerschaltkrei se s 94 gesteuert. Der Ventilsteuer schaltkreis 94 erhält ein erstes Eingangssignal auf der Leitung 96 von einer zweiten Sensoreinrichtung, beispielsweise einem Thermistor 93, der die Temperatur des zweiphasigen, kondensierenden Kühlmittels im Kondensator 50 ermittelt. Dieses erste Eingangssignal ist direkt proportional zum Druck Pp ³^ ^^er Auslaßleitung 38 des Schraubenkompressors 10. Ein zweites Eingangssignal wird auf einer Leitung 100 dem Ventilsteuerschaltkreis 9^- zugeführt, das man von einer dritten Sensoreinrichtung, beispielsweise einem Thermistor 102 erhält, die die Temperatur des zweiphasigen, kochenden Kühlmittels in dem Verdampfer 64 ermittelt. Das zweite Eingangssignal ist direkt proportional zum Druck P/j an der Saugleitung 30 des Schraubenkompressors.

Der Ventil Steuer schaltkreis '94 weist einen Verstärker 104 auf,, der das erste und das zweite Eingangssignal miteinander kombiniert, und das auf der Leitung 106 erhaltene Signal entspricht einem Druckverhältjis (Pp/P^) über dem Schraubenkompressor. Der Verstärker 104 ist als Divisionsschaltkreis ausgebildet, um das Verhältnissignal zu erhalten. Das auf der Leitung 106 erhaltene Signal wird dem Eingang eines elektronisch speichernden Eunktionsblocks 108 zugeführt, der das optimale Volumen Vo/opt des in der Kompressionskammer 34 enthaltenen Gases vor der Abgabe als Funktion des zugeführten Signals ermittelt. In Fig. 5 ist eine graphische Darstellung des Eunktionsblocks 108 mit dem optimalen Volumen V₂/opt als Funktion des aus dem Verhältnis Po/P^j

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erhaltenen Signals dargestellt. Diese graphische Darstellung kann ermittelt v/erden, und zwar entweder theoretisch für die Kompression entlang einer isentropisehen Linie oder empirisch. Das Ausgangssignal des Funktionsblocks 108 auf der Leitung 110 ist repräsentativ für das optimale Volumen Vp/opt und wird dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 112 zugeführt.

Der Steuerschaltkreis 94 empfängt ein drittes Eingangssignal, das dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 112 zugeführt wird. Dieses dritte Signal ist ein Ausgangssignal auf der Leitung 114· von einem anderen elektronisch speichernden Funktionsblock 116. Dieses Ausgangssignal entspricht dem tatsächlichen Volumen Vp/act des in der Kompressionskammer vor der Abgabe enthaltenen Gases und wird von dem Funktionsblock 116 berechnet. In Fig. 6 ist eine graphische Darstellung des Funktionsblocks 116 wiedergegeben, die sich auf das tatsächliche Volumen V~/act als Funktion der tatsächlichen physischen Position des Schieberventilkörpers 40 bezieht. Der Operationsverstärker 112 vergleicht das optimale Volumen V^/opt mit dem tatsächlichen Volumen Vp/act und integriert diese, um ein Fehlersignal zu erzeugen, das auf der Leitung 92 als Positionierungssignal abgegeben wird, um den Positionierungsmotor 46 zu betätigen, so daß ein Fehler der Position des Ventilkörpers 40 ausgeglichen wird. Die Funktionsblöcke 108 und 116 können aus Standard-Elektronikschaltkreisen, wie mit Hilfe von logarithmischen Verstärkern, aufgebaut sein.

Ein Potentiometer 118 ist mit einem beweglichen Arm oder Schleifer 120 versehen, der mechanisch mit der Ausgangswelle 122 des Positionierungsmotors 46 verbunden ist, der die Stange 44 antriebt, um den Ventilkörper 40 zu bewegen. Das elektrische Signal auf der Leitung 124 gibt die tatsächliche physische Position des Ventilkörpers 40 in Form eines kontinuierlichen Werts wieder. Dieses elektrische Signal wird

über den Funktionsblock 116 mit dem Signal entsprechend dem optimalen Volumen Vp/opt durch den Verstärker 112 kombiniert, um das tatsächliche Volumen des in der Kompressionskammer enthaltenen Gases zu beeinflussen.

·

Die Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Kapazitäts-Steuersystems für einen mit fester Geschwindigkeit arbeitenden Schraubenkompressor, der bei einer Kühlanlage eingesetzt wird. Das Steuersystem v/eist einen Schraubenkompressor 126 (vgl. insb. Fig. 4) auf. Bauteile in den Fig. 2 und 4·, die denen in den Fig. 1 und 3 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Da die Arbeitsweise und der Aufbau des Schieberventilkörpers 40"zum Regulieren des Volumens des in der Kompressionskammer vor der Abgabe enthaltenen Gases in jeder Hinsicht gleich dem in Fig., 1 und 3 sind, wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Beschreibung dieser beiden Figuren verwiesen.

Im Gegensatz zu dem Schraubenkompressor 10 gemäß Fig. 1 weist der Schraubenkompressor 126 ferner einen zweiten Schieberventilkörper 128 auf, der auf der Seite der ineinandergreifenden Rotoren gegenüber dem Schieberventilkörper 4-0 angeordnet und innerhalb einer zweiten, axial sich erstreckenden Aussparung 130 in Längsrichtung verschiebbar ist. Der zweite Ventilkörper 128 ist mit dem einen Ende einer Stange 132 verbunden, deren anderes Ende mechanisch mit der Welle 134 eines zweiten Verschiebepositioniermotors 136 verbunden ist,der den Ventilkörper 128 zwischen einer extremen linken und einer extremen rechten Position bewegt, um die Kapazität des Schraubenkompressors zu regeln. Der Schraubenkompressor ist so ausgebildet, daß bei Bewegung des Ventilkörpers 128 nach links die Kapazität abnimmt. Wird umgekehrt der Ventilkörper 128 nach rechts bewegt, so erhöht sich die Kapazität des Schraubenkompressors, da zunehmend mehr Arbeitsraum, der durch die ineinandergreifenden Rotoren und die diese aufnehmenden Bohrungen definiert wird, für die

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Einlaßöffnung 32 zugänglich wird.

Das in Fig. 2 dargestellte Steuersystem reguliert automatisch die Position des Venti!körpers 40 als Funktion des Druckverhältnisses über den Schraubenkompressor, während die Kapazität des Kompressors über ein über die Leitung 138 zugeführtes Steuersignal gesteuert wird, durch das die Position des Ventilkörpers 128 automatisch geregelt wird. Das Steuersystem gemäß Fig. 2 weist keinen Logikkreis 83 und Inverter (Wechselrichter) 74- gemäß Fig. 1 auf, da der Kompressor mit konstanter Geschwindigkeit betrieben wird. Daher wird die Wechselspannungsquelle direkt mit dem Motor 72 über die Leitung 80 verbunden.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß man erfindungsgemäß ein Kapazitäts-Steuersystem für Schraubenkompressoren mit variabler Geschwindigkeit für Kühlanlagen erhält, wobei die Position eines Schieberventilkörpers als Funktion des Druckverhältnisses über den Kompressor automatisch geregelt wird, während die Kapazität des Kompressors durch ein Geschwindigkeitssteuersignal gesteuert wird, das dem den Kompressor antreibenden Induktionsmotor zugeführt wird. Das erfindungsgemäße Kapazitäts-Steuersystem kann auch bei Schraubenkompressoren mit fester Geschwindigkeit für Kühlanlagen eingesetzt werden, wobei die Position eines ersten Schieberventilkörpers automatisch geregelt wird, um die Kapazität des Kompressors zu steuern, und wobei die Position eines zweiten Schieberventilkörpers als Funktion des DruckverhältnisseB über den Kompressor automatisch geregelt wird.

Leerseite

Claims

VOSSiUS · VOSSIUS · TAUCH NER:· JrlEUNE.MA.t4 Ν;· RAUH

j PATENTAN WALTB-" '.,""ZS '».* ..'-O 123736

SIEBERTSTRASSE 4 . SOOO MÜNCHEN 86 · PHONE: (O89) 47 4O 75 j CABLE: BENZOLPATENT MÖNCHEN · TELEX 5-29 453 VOPAT D

u.Z.: R 168 ¹⁵° ^{Juni 19δ1}

Gase: 073209-BWL

BORG-WARMR CORPORATION
Chicago, Illinois, "V₀St₀A₀

"Vorrichtung zum Steuern der Kapazität von Schraubenkompressoren, insbesondere für Wasserkühlanlagen¹¹

Patentansprüche

Vorrichtung zum Steuern der Kapazität von Schraubenkompressoren mit variabler Geschwindigkeit, insbesondere für Kühlanlagen, mit einem Kompressor, einem Kondensator, einer Expansionsvorrichtung und einem Verdampfer, die

in einem geschlossenen Kühlkreis miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,

a) daß der Kompressor (10) als Schraubenkompressor zum Komprimieren von Gas von einem niedrigen Druck auf der Saugseite zu einem hohen Druck an der Abgabeseite

ausgebildet ist, ■

b) daß der Sclrraubenkompressor ein Gehäuse mit einem Zylinder (12) aufweist, der mit einem Paar paralleler, sich schneidender Bohrungen, einer Einlaßöffnung (32) und einer Auslaßöffnung (36) versehen ist,

c) daß in den beiden Bohrungen zwei ineinandergreifende schraubenförmige Rotoren (18,20) angeordnet sind, die Kompressionskammern (3^-) mit variablem Volumen bilden,

d) daß innerhalb des Zylinders (12) eine axial sich erstreckende Aussparung (4-2) vorgesehen ist, die in

offener Verbindung mit den Bohrungen steht.

e) daß ein Schieberventilkörper (40) in der Aussparung axial verschiebbar zwischen einer ersten Stellung, in der die Auslaßöffnung vollständig geöffnet ist, und einer zweiten Stellung ist, in der die Auslaßöffnung geschlossen ist,

f) daß ein elektrischer Hauptantrieb (72) mit dem Schraubenkompressor verbunden ist,

g) daß eine Einrichtung (74-) zum Verändern der Geschwindigkeit des Hauptantriebs vorhanden ist,

h) daß ein Positionierungsmotor (46) mechanisch mit dem Schieberventilkörper (40) verbunden ist, um diesen zu verschieben,

i) daß ein erster Schaltkreis (83,84) ein Geschwindigkeitssteuersignal der Einrichtung (7^) zum Verändern der Geschwindigkeit des Hauptantriebs zuführt, um die

Kapazität des Schraubenkompressors zu steuern, j) daß ein zweiter Schaltkreis (⁰A) ein Signal erzeugt, das das optimale Volumen des in der Kompressionskammer vor der Abgabe enthaltenen Gases als Funktion des Druckverhältnisses über den Schraubenkompressor wiedergibt, und

k) daß ein dritter Schaltkreis (120,116), der vom zweiten Schaltkreis (94) angesteuert wird, ein Fehlersignal dem Positionierungsmotor zuführt, um die Position des Schieberventilkörpers (40) zu steuern, um das tatsächliche Volumen des in der Kompressionskammer vor der Abgabe enthaltenen Gases einzustellen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch a) einen in dem ersten Schaltkreis enthaltenen Temperatursensor (86), der so angeordnet ist, daß er ein Signal entsprechend der Abgäbetemperatur des gekühlten Wassers aus dem Verdampfer erzeugt, b) eine. Einstelleinrichtung (90) zum Erzeugen eines Temperatureinstellsignals und durch

c.) eine Einrichtung (84) zum Kombinieren des Temperatursignals und des Temperatureinstellsignals zum

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•1 Erzeugen des Geschwindigkeitssteuersignals, das der Einrichtung zum Verändern der Geschwindigkeit des Hauptantriebs zugeführt wird»

J-· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (118) zum Erzeugen eines elektrischen Signals entsprechend der tatsächlichen physischen Position des.Schieberventilkörpers.

4-„ Vorrichtung nach Anspruch 3? dadurch gekennzeichnet₉ daß der dritte Schaltkreis eine Einrichtung (112) zum Kombinieren des optimalen Volumensignals und des Positionsanzeigesignals aufweist, um ein Fehlersignal zum Steuern der tatsächlichen physischen Position des Schieberventilkörpers zu erzeugen«.

5. Vorrichtung zum Steuern der Kapazität von Schraubenkompressoren mit fester Geschwindigkeit, insbesondere für Kühlanlagen, mit einem Kompressor, einem Kondensator, einer Expansionsvorrichtung und einem Verdampfer, die in einem geschlossenen Kühlkreis miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,

a) daß der Kompressor (10) als Schraubenkompressor zum Komprimieren von Gas von einem niedrigen Druck auf der Saugseite zu einem hohen Druck an der Abgabeseite ausgebildet ist,

b) daß der Schraubenkompressor ein Gehäuse mit einem Zylinder (12) aufweist, der mit einem Paar paralleler, sich schneidender Bohrungen, einer Einlaßöffnung (32) und einer Auslaßöffnung (36) versehen ist,

c) daß in den beiden Bohrungen zwei ineinandergreifende schraubenförmige Rotoren (18,20) angeordnet sind, die Kompressionskammern (34) mit variablem Volumen bilden,

d) daß eine erste axial sich erstreckende Aussparung (42) . innerhalb des Zylinders angeordnet ist und in offener Verbindung mit den Bohrungen steht,

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e) daß ein erster Schieberventilkörper (40) in der ersten Aussparung zwischen einer ersten Stellung, in der die Einlaßöffnung vollständig geöffnet ist, und einer zweiten Fosition, in der die Einlaßöffnung geschlossen ist, axial verschiebbar ist,

f) daß eine zweite axial sich erstreckende Aussparung (130) innerhalb des Zylinders gegenüber der ersten Aussparung angeordnet ist und in offener Verbindung mit den Bohrungen steht,

g) daß ein zweiter Schieberventilkörper (128) in der zweiten Aussparung zwischen einer ersten Position, in der die Auslaßöffnung vollständig geöffnet ist, und einer zweiten Stellung, in der die Auslaßöffnung geschlossen ist, axial verschiebbar ist,

h) daß ein elektrischer Hauptantrieb (72) mit dem Schraubenkompressor verbunden ist,
i) daß ein erster Positionierungsmotor (136) mechanisch mit

dem ersten Schieberventilkörper· verbunden ist, .j) daß ein zv/eiter Positionierungsmotor (46) mechanisch mit dem zweiten. Schieberventilkörper verbunden ist,

k) daß ein erster Schaltkreis (84) ein erstes Steuersignal für den ersten Motor erzeugt, um die Position des ersten Ventilkörpers zu verändern und so die Kapazität des Schraubenkompressors zu regeln,

l) daß ein zweiter Schaltkreis (94) ein Signal erzeugt, das das optimale Volumen des in der Kompressionskaramer vor der Abgabe enthaltenen Gases als Funktion des Druckverhältnisses über den Schraubenkompressor wiedergibt, und m) daß ein dritter Schaltkreis (116,120) auf den zweiten Schaltkreis anspricht und ein Fehlersignal dem zweiten Positionierungsmotor zum Steuern der Position des zweiten Schieberventilkörpers zuführt, um das tatsächliche Volumen des in der Kompressionskammer vor der Abgabe enthaltenen Gases einzustellen.
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6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch

a) einen in dem ersten Schaltkreis enthaltenen Temperatursensor (86), der so angeordnet ist, daß er ein Signal entsprechend der Abgabetemperatur des gekühlten Wassers aus dem Verdampfer erzeugt,

b) einer Einstelleinrichtung'(90) zum Erzeugen eines Temperatureinstellsignals und durch

c) eine Einrichtung (84-) zum Kombinieren des Temperatursignals mit dem Temperatureinstellsignal zur Erzeugung des Steuersignals, das dem ersten Motor zum Verändern der Position des ersten Ventilkörpers zugeführt wird.

7» Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch ■ eine Einrichtung (118) zum Erzeugen eines elektrischen Signals entsprechend der tatsächlichen physischen Position des zweiten Schieberventilkörpers.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Schaltkreis eine Einrichtung (112) zum Kombinieren des optimalen Volumensignals und des Positionsanzeigesignals aufweist, um ein Fehlersignal zum Steuern der tatsächlichen physischen Position des zweiten Schieberventilkörpers zu erzeugen.

9· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schaltkreis folgende Bestandteile aufweist:

a) einen ersten Temperatursensor (98) zur Erzeugung eines ersten Signals entsprechend der Temperatur des zwei¹-phasigen, kondensierenden Kühlmittels in dem Kondensator, wobei dieses erste Signal direkt proportional zum Abgabedruck des Schraubenkompressors ist,

b) einen zweiten Temperatursensor (102) zum Erzeugen eines zweiten Signals entsprechend der Temperatur des zweiphasigen, in dem Verdampfer kochenden Kühlmittels, wobei das zweite Signal direkt proportional zum Saugdruck des Schraubenkompressors ist, und

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c) eine Einrichtung (104-) zum Kombinieren aes ersten und des zweiten Signals zum Erzeugen des optimalen "Volumensignals.

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