DE3143328C2 - - Google Patents
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- DE3143328C2 DE3143328C2 DE3143328A DE3143328A DE3143328C2 DE 3143328 C2 DE3143328 C2 DE 3143328C2 DE 3143328 A DE3143328 A DE 3143328A DE 3143328 A DE3143328 A DE 3143328A DE 3143328 C2 DE3143328 C2 DE 3143328C2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C28/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids
- F04C28/10—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by changing the positions of the inlet or outlet openings with respect to the working chamber
- F04C28/12—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by changing the positions of the inlet or outlet openings with respect to the working chamber using sliding valves
- F04C28/125—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by changing the positions of the inlet or outlet openings with respect to the working chamber using sliding valves with sliding valves controlled by the use of fluid other than the working fluid
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schieberregelungseinrichtung
für Schraubenverdichter gemäß dem Oberbegriff des An
spruchs 1 zur Steuerung der Kompressorkapazität und des
Druckes einer Maschine durch schrittweise Betätigung eines
Steuerschiebers der Schieberregelungseinrichtung.
Bei einem Schraubenverdichter wird ein gasförmiges Arbeits
fluid innerhalb der geschlossenen Windungen von ineinander
greifenden Schraubenrotoren eingeschlossen, die eine
Arbeitskammer mit abnehmendem Volumen bilden. Die
Schraubenrotoren sind drehbar innerhalb sich schneidender
Bohrungen mit parallelen Achsen montiert, welche den Zylin
derteil eines Schraubenverdichtergehäuses bilden. Herkömm
licherweise ist zur Steuerung der Kapazität und zur
Steuerung des Druckverhältnisses oder des Druckes des
Arbeitsfluids und der Verdichterleistung ein Steuer
schieber vorgesehen und innerhalb einer in Längsrichtung
verlaufenden Aussparung innerhalb der Zylinderteile des
Gehäuses angeordnet, und zwar in offener Verbindung mit
den Bohrungen, wobei die Aussparung teilweise über ent
sprechenden Seiten der ineinandergreifenden Schrauben
rotoren liegt.
Beispielsweise ist in der US-PS 30 88 659
exemplarisch die Verwendung eines derartigen Schieber
ventils bei Schraubenverdichtern beschrieben. Der DE-AS
16 28 382 ist eine gattungsgemäße Schieberregelungseinrich
tung entnehmbar.
Die axiale Position des Steuerschiebers wird normalerweise
von einem hydraulischen Linearmotor gesteuert, der einen
Zylinder, normalerweise als Erweiterung des Kompressorge
häuses, aufweist und der verschiebbar und abdichtbar einen
Kolben trägt, der an den Steuerschieber mittels einer Kol
benstange angeschlossen ist, die sich zwischen ihnen er
streckt. Außerdem wird durch Modulation des Flusses des
Hydraulikfluids in eine geschlossene Kammer auf einer
Seite des Kolbens und/oder durch Entlastung oder Ent
spannung des Fluiddruckes innerhalb der Kammer auf der
gegenüberliegenden Seite des Kolbens der Kolben ver
schoben. Der Kolben bewegt verschiebbar den Steuerschieber
relativ zu den ineinandergreifenden Schraubenrotoren, um
auf diese Weise veränderlich die Größe einer Bypass-Öff
nung zu steuern, die zwischen dem Ende des Steuerschiebers
in der Nähe der Ansaugöffnung, die sich zu den ineinander
greifenden Schraubenrotoren öffnet, und einem festen Stopp
oder Anschlag ausgebildet ist. Dabei wird ein Teil des An
sauggases, das in die von den ineinandergreifenden Nuten
und Stegen der Rotoren gebildeten Arbeitskammer eintritt,
zur Ansaug- oder Niederdruckseite der Maschine ohne Kom
pression zurückgeführt. Wenn der Steuerschieber sich an
dem Punkt befindet, wo seine Stirnfläche mit dem festen An
schlag in Kontakt steht und die Bypass-Leitung abschließt,
arbeitet der Kompressor bei 100% Kapazität, d. h. voller
Last. Andererseits wird durch Verschiebung des Steuer
schiebers in vollem Ausmaß weg vom festen Anschlag und zu
dem Punkt, wo keine Unterbrechung zwischen der Ansaugseite
und der Entladungsseite der ineinandergreifenden Schrauben
rotoren vorhanden ist, keine Kompression des Gases vorge
nommen, und der Kompressor arbeitet bei voller Entlastung.
Eine derartige Schieberregelungseinrichtung ist wünschens
wert für größere Schraubenverdichtersysteme und ist vor
teilhaft bei der Maximierung der Wirksamkeit des Gaskom
pressorsystems. Bei Schraubenverdichtern kleinerer Größe,
die eine weniger hochentwickelte Steuerungsanordnung erfor
dern, ist nicht nur kein Bedarf für eine derartige Rege
lungseinrichtung, sondern die Verwendung einer derartigen
Regelungseinrichtung würde das Gesamtsystem in unzumut
barer Weise teuer machen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schieberregelungs
einrichtung für einen Schraubenverdichter so zu verbes
sern, daß es einen Betrieb bei einer Mehrzahl von ausge
wählten Ladezuständen ermöglicht und gleichzeitig einfach,
in hohem Maße wirksam, relativ preisgünstig ist und den
meisten Systemanforderungen entspricht, die bei Schrauben
verdichtern kleiner Größe auftreten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine mit
schrittweisem Betrieb arbeitende Schieberregelungseinrich
tung gemäß des Anspruchs 1.
Demnach ist erfindungsgemäß ein Anschlagkolben in einem
weiteren Zylinder vorgesehen. Der Anschlagkolben ist
zwischen zurückgezogenen und vorgeschobenen Positionen
gegenüber einer der Kammern verschiebbar, um die Kolbenbe
wegung des Hauptantriebskolbens zwischen den Extremstellun
gen des Steuerschiebers zu begrenzen, um auf diese Weise
mit dem Hauptantriebskolben drei unterschiedliche Kapazi
tätssteuerungs-Schrittpositionen für den Steuerschieber zu
definieren.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die
innere Kammer sich direkt zur Kompressor-Auslaßöffnung
öffnen kann, so daß bei nicht vorhandener Fluiddruckbeauf
schlagung der äußeren Kammer der Hauptantriebskolben in
seine extreme Entladungsposition verschoben wird, die
durch das Ende des Zylinders definiert ist, der die äußere
Kammer bildet. Der Zylinder ist vorzugsweise mit einer
Gehäuseerweiterung an seinem äußeren Ende versehen, in
welcher ein Anschlagkolben abdichtend montiert ist. Der An
schlagkolben hat ein von seiner Innenfläche vorstehendes
Teil, das in die äußere Kammer des Steuerschieberantriebs
vorschiebbar ist und eine solche Länge besitzt, daß dann,
wenn der Anschlagkolben sich in seiner extremen inneren
Stellung gegenüber dem Steuerschieber befindet, das vor
springende Teil sich vollständig in die äußere Kammer des
Steuerschieberantriebs erstreckt, um einen wirksamen An
schlag für den Hauptantriebskolben des Steuerschieberan
triebs zu bilden, und zwar in einem gewissen Abstand vom
äußeren Ende des Zylinders des Steuerschieberantriebs.
Die erfindungsgemäße Schieberregelungseinrichtung weist
ferner eine Einrichtung auf, um wahlweise Hydraulikfluid
dem Anschlagkolben zu- und abführen zu können. Dadurch
läßt sich das vorspringende Teil des Anschlagkolbens aus
der zurückgezogenen Stellung in die vorgeschobene Stellung
innerhalb der äußeren Kammer des Zylinders des Haupt
antriebskolbens bringen.
Zweckmäßigerweise verfügt die Einrichtung zum Zuführen
bzw. Ablassen von Hydraulikfluid zu den äußeren Kammern
der Zylinder der Kolben über eine Hydraulikdruckquelle,
selektiv betätigbare Ventile und eine Leitungsanordnung.
Letztere verbindet die Hydraulikdruckquelle mit der
äußeren Kammer sowohl des Hauptantriebskolbens als auch
des Zylinders des Anschlagkolbens und dient damit zur Rück
führung von Hydraulikfluid aus den äußeren Kammern zu
einem Sammelbehälter.
Die selektiv betätigbaren Ventile verbinden jede der
äußeren Kammern selektiv mit der Hydraulikdruckquelle oder
dem Sammelbehälter, um in Abhängigkeit von den Gegeben
heiten dafür zu sorgen, daß der Hauptantriebskolben den
Steuerschieber gegen den festen Anschlag und in eine Stel
lung für maximale Verdichterleistung treibt, oder daß der
Anschlagkolben in die vorgeschriebene Position getrieben
wird, um eine Zwischenstellung des Steuerschiebers zu er
reichen, bei der der Hauptantriebskolben am vorspringenden
Teil des Anschlagkolbens anschlägt, oder daß sowohl die
Hauptantriebszylinder- und Anschlagkolbenzylinder-Außen
kammern zum Sammelbehälter geöffnet sind, damit der Haupt
antriebskolben des Steuerschieberantriebs zum äußeren Ende
der äußeren Kammern verschoben wird, wobei sich der Steuer
schieber in der maximalen Entlastungsposition befindet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von
Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die bei
liegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
Fig. 1 eine schematische Darstellung, teilweise im
Schnitt einer Schieberregelungseinrichtung für
einen Schraubenverdichter gemäß einer Aus
führungsform der Erfindung, wobei der Verdichter
unter maximalen Entlastungsbedingungen arbeitet;
Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung der Ein
richtung, wobei sich der Steuerschieber in eine
Zwischenstellung bewegt hat; und in
Fig. 3 eine den Fig. 1 und 2 ähnliche Darstellung der
Einrichtung, wobei sich der Steuerschieber in
einer Extremstellung maximaler Verdichterlei
stung befindet.
Fig. 1 zeigt eine Schieberregelungseinrichtung für einen
Schraubenverdichter gemäß einer Ausführungsform der Erfin
dung. Die Regelungseinrichtung findet Anwendung bei einem
Schraubenverdichter, der allgemein mit 10 bezeichnet ist
und im wesentlichen einen Kompressorbereich 12, der von in
einandergreifenden Schraubenrotoren 14 und 16 gebildet
wird, sowie einen Steuerschieberbereich aufweist, der all
gemein mit 18 bezeichnet ist. Der Drehantriebsmotor für
den Schraubenverdichter ist absichtlich der Klarheit
halber nicht dargestellt, obwohl er erforderlich ist, um
die Rotoren 14 und 16 in Drehbewegung zu versetzen. Außer
dem weist das System eine Hochdruck-Hydraulikfluiddruck
quelle, die schematisch mit dem Pfeil 20 angedeutet ist,
sowie einen Sammelbehälter für das zurücklaufende Hydrau
likfluid auf, das allgemein mit dem Pfeil 22 angedeutet
ist. Eine allgemein mit 24 bezeichnete Leitungsanordnung
führt das unter Druck stehende Hydraulikfluid dem Steuer
schieberbereich 18 zu und sorgt für seinen Rücklauf zum
Sammelbehälter.
Der Schraubenverdichter 10 besitzt ein Gehäuse, das allge
mein mit 26 bezeichnet ist und einen zentralen Gehäuse
bereich 28 zylindrischer Form aufweist, der aus Gußmetall
besteht und an seinem Ansaug- oder Niederdruckende mit
einer Endwand 30 abgeschlossen ist. Die gegenüberliegende
Hochdruck- oder Auslaßseite ist mit einer Endwand 32 abge
schlossen. Obwohl nicht eigens dargestellt, sind die Ge
häusebereiche gegeneinander mittels O-Ringen oder der
gleichen abgedichtet und zusammengeschraubt, um ein Ausein
andernehmen zu ermöglichen. Der zentrale Gehäusebereich 28
des Gehäuses 26, der sich zwischen den Endwänden 30 und 32
befindet, ist mit einem Arbeitsraum ausgestattet, der von
zwei sich schneidenden oder kreuzenden Bohrungen gebildet
wird, wie es bei 34 angedeutet ist, welche jeweils die
Schraubenrotoren 14 und 16 tragen, deren Achsen parallel
sind und die sich in diesem Falle horizontal durch den
Gehäusebereich 28 des Gehäuses 26 erstrecken.
Der Schraubenverdichter 10 ist in dieser Hinsicht bekannt,
und sowohl die mit Vorsprüngen als auch die mit Aus
nehmungen versehenen Rotoren haben schraubenförmige Stege
und dazwischenliegende Nuten, die ineinandergreifen, wobei
die Rotoren 14 und 16 so montiert sind, daß sie sich in
den Bohrungen mittels geeigneter Lager drehen, wobei sie
mit Wellen 36 gelagert sind, welche die Schraubenrotoren
14 und 16 tragen. Eine Vielzahl von Lagern 38 kann verwen
det werden, um die Wellen 36 und somit die ineinander
greifenden Rotoren zur Drehung um ihre Achse zu lagern.
Die eine Welle 36 kann sich durch die Endwand 30 er
strecken und kann direkt an den Rotor eines nicht darge
stellten elektrischen Antriebsmotors oder dergleichen ange
schlossen werden, der zum Antrieb der ineinandergreifenden
Schraubenrotoren dient. Dabei arbeitet einer der Rotoren,
um den anderen anzutreiben. Der zentrale Gehäusebereich 28
im Gehäuse 26 des Schraubenverdichters 10 ist mit einer
Niederdruck-Ansaugöffnung 40 an oder in der Nähe von der
einen Endwand 30 versehen, welche sich zu den ineinander
greifenden Schraubenrotoren 14 und 16 an diesem Ende der
Maschine öffnet.
Der zentrale Gehäusebereich 28 des Schraubenverdichters
10 ist außerdem mit einer in Längsrichtung verlaufenden
Aussparung 42 versehen, die sich an einem Ende zu einer
Hochdruck-Auslaßöffnung 44 öffnet, während ihr gegenüber
liegendes Ende bei einer Bypass-Leitung 46 endet, die sich
quer zur Ansaugöffnung 40 öffnet. Innerhalb der Aussparung
42 ist ein in Längsrichtung verschiebbarer Steuerschieber
50 verschiebbar montiert, der abdichtend in die Aussparung
42 eingepaßt ist und ein Umfangsteil 50a trägt, das den Um
fangsteilen der ineinandergreifenden Schraubenrotoren 14
und 16 gegenüberliegt und in Gleitkontakt mit ihnen steht
und das eine Begrenzung für den Verdichtungsprozeß bildet,
der innerhalb der Arbeitskammern abläuft, welche von den
ineinandergreifenden Schraubenrotoren 14 und 16, dem
Gehäusebereich 28 und dem Steuerschieber 50 gebildet
werden. Üblicherweise ist die Stirnfläche 50b des Steuer
schiebers in der Nähe der Ansaugöffnung 40 und somit der
Niederdruckseite der Maschine flach, verläuft unter einem
rechten Winkel zur Achse des Steuerschiebers 50 und liegt
bei der extremen linken Position in den Figuren der Zeich
nung gegen einen festen Anschlag 52 an. Der Steuerschieber
50 und der Anschlag 52 bilden eine Bypass-Öffnung 54
variabler Größe, die von den ineinandergreifenden
Schraubenrotoren 14 und 16 und den Bohrungen 34 zur
Bypass-Leitung 46 führt. Die Bypass-Leitung 46 ist an die
Ansaugseite der Maschine über einen Gehäusehohlraum 48 an
geschlossen.
Während ein Teil der gegenüberliegenden Stirnfläche 50c
des Steuerschiebers 50 vertikal und unter rechtem Winkel
zu seiner Achse verläuft und flach ausgebildet ist, ist
ein am Umfang abfallendes Teil 56 des Umfangteiles 50a des
Steuerschiebers 50 vorgesehen, das mit dem Gehäuse 26 eine
gemeinsame, axial und radial verlaufende Hochdruck-Auslaß
öffnung 44 für den Schraubenverdichter 10 bildet, die zur
Auslaßöffnung 44a führt.
Herkömmlicherweise ist der Steuerschieber 50 abdichtend
innerhalb des Gehäusebereiches angeordnet und wird
zwischen zwei in Längsrichtung auseinanderliegenden Extrem
stellungen durch Antrieb verschoben. Gemäß der Erfindung
ist ein abgewandelter hydraulischer linearer Antriebsmotor
vorgesehen, der allgemein mit 60 bezeichnet ist. Insofern
ist die Endwand 32 mit einem Zylinder 62 versehen, der
eine innere zylindrische Bohrung 64 aufweist, die koaxial
mit der Längsachse des Steuerschiebers 50 ausgefluchtet
ist. Die Zylinderbohrung 64 trägt abdichtend und verschieb
bar einen Hauptantriebskolben 66 für den Steuerschieber
bereich 18, wobei dieser Hauptantriebskolben 66 an den
Steuerschieber 50 mittels einer Kolbenstange 68 angeschlos
sen ist. Der Hauptantriebskolben 66 ist mit einer Nut 70
in seinem Umfang versehen, die einen O-Ring oder eine ent
sprechende Dichtung trägt, die allgemein mit 72 bezeichnet
ist. Der Hauptantriebskolben 66 bildet mit dem Zylinder
eine abgedichtete innere Kammer 74 in der Nähe des Steuer
schiebers 50 und auf seiner gegenüberliegenden Seite,
rechts vom Hauptantriebskolben 66, eine abgedichtete
äußere Kammer 76.
Im Unterschied zu herkömmlichen Schraubenverdichtern ist
die äußere Kammer 76 nicht einfach mit einer Stirnwand ab
geschlossen, die das offene Ende des Zylinders 62 über
spannt, welcher den Hauptantriebskolben für den Steuer
schieber 50 aufnimmt. In diesem Falle ist vielmehr eine
Anschlagkolbenanordnung vorgesehen, die allgemein mit 78
bezeichnet ist und einen Anschlagkolbenzylinder 80 auf
weist, der an seinem linken Ende offen und an seinem
rechten Ende mit einer kugelförmigen Stirnwand 88 abge
schlossen ist. Der Zylinder 80 ist teilweise an seiner
linken Seite mit einer vertikalen Endwand 84 abgeschlos
sen, die sich in radialer Richtung über den Umfang des
Zylinders 80 hinaus erstreckt, um die äußere Kammer 76 des
Hauptantriebsmotors abzuschließen und bildet somit einen
vergrößerten radialen Flansch.
Die Endwand 84 ist mit einer kreisförmigen Öffnung 86 in
ihrem Zentrum versehen, die sich ins Innere des hohlen
Zylinders 80 öffnet. Der Zylinder 80 ist mit einer kreis
förmigen Bohrung 87 ausgebildet, in der verschiebbar und
abgedichtet ein Anschlagkolben montiert ist, der allgemein
mit 88 bezeichnet ist. Der Anschlagkolben 88 ist mit einem
etwas geringeren Durchmesser als der Durchmesser der
Bohrung 87 ausgestattet, in der er angeordnet ist. Der An
schlagkolben 88 trägt eine Nut 90 in seinem Umfang, in der
eine O-Ringdichtung 92 sitzt. Der Anschlagkolben 88 dich
tet die äußere Kammer 94 innerhalb des Anschlagkolbenzylin
ders 80 ab. Integral mit dem Anschlagkolben 88 ist ein
zylindrischer Vorsprung 96 mit reduziertem Durchmesser aus
gebildet, wobei der Durchmesser in der Größenordnung der
kreisförmigen Öffnung 86 in der Wand 84 ist, in der der
Vorsprung 96 läuft.
Somit ist der Anschlagkolben 88 mit T-förmigem Querschnitt
ausgebildet, wobei der größere Kopf im Inneren des An
schlagkolbenzylinders 80 untergebracht ist. Außerdem ist
die Länge des Vorsprunges 96 so gewählt, daß dann, wenn
der Hauptantriebskolben 66 nach rechts getrieben wird, so
daß seine dem Steuerschieber 50 abgelegene Fläche nahezu
mit der Stirnwand 84 der Anschlagkolbenanordnung 78 in Be
rührung steht, der Vorsprung 96 nahezu vollständig in den
Anschlagkolbenzylinder 80 zurückgezogen ist, wobei seine
Stirnfläche 96a nahezu bündig mit der Fläche der Stirnwand
84 liegt. Die Stirnwand 82 verhindert ein vollständiges Zu
rückziehen des Vorsprunges 96 aus der äußeren Kammer 76,
obwohl der Anschlagkolbenzylinder 80 zur Erreichung dieses
Zweckes verlängert werden könnte. Um eine axiale Verschie
bung des Hauptantriebskolbens 66 des linearen Hauptan
triebsmotors 60 für den Steuerschieber 50 vorzunehmen
sowie unabhängig davon den Vorsprung 96 des Anschlagkol
bens 88 in die äußere Kammer 76 des linearen Antriebs
motors zu bringen, werden bei dem hier vorliegenden System
Mittel verwendet, um eine gesteuerte Beaufschlagung des
Hydraulikdruckes bei den äußeren Kammern 76 bzw. 94 vorzu
nehmen.
Diesbezüglich ist die Einrichtung, wie oben erwähnt, mit
einer Leitungsanordnung 24 versehen, um den Fluß des unter
Druck stehenden Hydraulikfluids von einer mit dem Pfeil 20
bezeichneten Hydraulikquelle den äußeren Kammern 76 und 94
zuzuführen bzw. den Hydraulikdruck durch den Rücklauf des
Hydraulikfluids zum Sammelbehälter, der mit dem Pfeil 22
angedeutet ist, abzubauen. Insbesondere teilt sich die Ver
sorgungsleitung 98 im Punkt 100, so daß ein Versorgungs
leitungsteil 98a an die eine Seite eines Magnetventils 106
anschließt, während das andere Versorgungsleitungsteil 98b
an die eine Seite eines zweiten Magnetventils 108 an
schließt. Eine Versorgungs- und Rückleitung 101 verbindet
die andere Seite des Magnetventils 106 mit der äußeren
Kammer 94 der Anschlagkolbenanordnung 78 und öffnet sich
in diese Kammer über eine Öffnung 102 in der Zylinder-
Stirnwand 82 der Anschlagkolbenanordnung 78.
Eine Versorgungs- und Rückleitung 103 führt unter Druck
stehendes Hydraulikfluid der äußeren Kammer 76 des li
nearen Antriebsmotors für den Steuerschieber 50 zu und ist
über eine Leitung 104 mit kleinem Durchmesser innerhalb
der Stirnwand oder Endwand 84 sowie eine Öffnung 104a an
die äußere Kammer 76 angeschlossen. Die Magnetventile 106
und 108 sind Zwei-Positions-Ventile. Das bedeutet, die Mag
netventile sind mittels Federn 110 vorgespannt, um nor
malerweise, in Abwesenheit einer Erregung der Magnetven
tile, wie es bei 112 angedeutet ist, die Leitungen 101 und
103 mit einer gemeinsamen Rückleitung 114 zu verbinden,
die zu dem Sammelbehälter führt, wie es mit dem Pfeil 22
angedeutet ist. Die Rückleitung 114 ist über die Rück
leitung 114b an das Magnetventil 106 und über die Rück
leitung 114a an das Magnetventil 108 angeschlossen. Beweg
liche Ventilteile 111 innerhalb der Magnetventile ermög
lichen wahlweise eine Verbindung über den Durchlaß 118 der
Versorgungsleitung 98 mit den jeweiligen Versorgungs- und
Rückleitungen 101 bzw. 103 oder über den Durchlaß 120 eine
Verbindung der Versorgungs- und Rückleitungen 101 und 103
mit den Rückleitungen 114a und 114b, die in die gemeinsame
Rückleitung 114 münden.
Im folgenden wird auf Fig. 3 Bezug genommen. Wenn die
Stirnfläche 50b des Steuerschiebers 50 gegen die Stirn
fläche 52a des Anschlages 52 anliegt, ist die Bypass-Öff
nung 54 abgesperrt und die Bypass-Leitung 46 kann kein un
komprimiertes Arbeitsfluid zur Ansaugseite der Maschine
zurückführen, die durch den Gehäusehohlraum 48 gebildet
ist. Die Fig. 3 zeigt also den Vollastbetrieb des Kom
pressors.
Das maximale Volumen an Arbeitsgas wird komprimiert, wobei
das gesamte an der Ansaugseite der Maschine über die An
saugöffnung 40 hereingenommene Arbeitsgas mit einem Kom
pressionsverhältnis komprimiert wird, das durch die
Maschinenparameter bestimmt wird, während der Auslaß unter
hohem Druck durch die Auslaßöffnung 44 auf der rechten
Seite der ineinandergreifenden Rotoren 14 und 16 erfolgt.
In der Fig. 2 ist der Steuerschieber 50 teilweise nach
rechts in eine Stellung bewegt, in der der Hauptantriebs
kolben 66 gegen die Stirnfläche 96a des Anschlagkolben-Vor
sprungs 96 anliegt, wenn er in der vorstehenden Position
gemäß Fig. 2 gehalten wird, indem man die äußere Kammer 94
mit Fluiddruck beaufschlagt. Diese Position des Steuer
schiebers 50 gemäß Fig. 2 zeigt beispielsweise einen
Zwei-Drittel-Lastbetrieb des Kompressors. Eine weitere
schrittweise Entladung oder Entlastung ist in dem Maße
möglich, daß der Hauptantriebskolben 66 nahezu gegen die
Stirnwand 84 anliegt, d. h. vollständig nach rechts ver
schoben ist, wobei der Anschlagkolben 88 nahezu vollstän
dig zurückgezogen ist, wie es in Fig. 1 dargestellt ist.
In dieser Position ist die zur Bypass-Leitung 46 führende
Bypass-Öffnung 54 maximal geöffnet, wobei sehr wenig
Arbeitsfluid von den ineinandergreifenden Rotoren kompri
miert wird, während das meiste Arbeitsfluid vor der Kom
pression zur Ansaugseite der Maschine zurückgeführt wird.
Bei Normalbetrieb findet der Ablauf von Fig. 1 zu Fig. 3
statt. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß sich der Steuer
schieber 50 in seiner extrem rechten Position befindet,
wobei der Hauptantriebskolben 66 nahezu gegen die Stirn
wand 84 anliegt und den Vorsprung 96 des Anschlagkolbens
88 nach rechts verschoben hat, wobei sich der Anschlagkol
ben 88 in der Nähe der Stirnwand 82 der Anschlagkolbenan
ordnung 78 befindet. Dies ist die Position, die beim Start
oder kurz nach dem Start auftritt, wo der Druck des Ent
ladungsgases die innere Kammer 74 füllt und den Hauptan
triebskolben 66 nach rechts verschiebt.
Die entwickelte Kraft, die auf den Hauptantriebskolben 66
wirkt, ist größer als die, die auf die Stirnfläche 50b des
Steuerschiebers 50 wirkt, und verschiebt den Steuer
schieber 50 nach rechts innerhalb seiner Aussparung 42.
Außerdem haben bei nicht-erregten Magnetventilen 106 und
108 die Vorspannungsfedern 110 die Tendenz, ihre beweg
lichen Ventilteile 111 nach rechts zu schieben, so daß die
Versorgungs- und Rückleitungen 101 und 103 mit der gemein
samen Rückleitung 114 verbunden sind, um einen Ablauf für
die äußeren Kammern 94 bzw. 76 zu bilden. Der Kompressor
arbeitet bei seiner minimalen Kapazität.
Bei der dargestellten Ausführungsform erfolgt die schritt
weise Lastanpassung von einem Ein-Drittel-Lastzustand, wie
er in Fig. 1 dargestellt ist, über einen Zwei-Drittel-Last
zustand gemäß Fig. 2 zum Voll-Lastzustand des Kompressors
gemäß Fig. 3. Um dies nacheinander zu erreichen, läßt sich
aus Fig. 2 entnehmen, daß das Magnetventil 108 aberregt
bleibt, so daß die äußere Kammer 76 nicht unter Druck
steht. Wird jedoch das Magnetventil 106 erregt, ist der an
gelegte Fluiddruck innerhalb der äußeren Kammer 94 der An
schlagkolbenanordnung 76 hoch genug, um die Entladungs
druckdifferenz zu überwinden, die zwischen der inneren
Fläche des Hauptantriebskolbens 66 und der Stirnfläche 50b
des Steuerschiebers 50 wirkt, so daß der Vorsprung 96 des
Anschlagkolbens 88 am weitesten in die äußere Kammer 76
des linearen Hauptantriebsmotors für den Steuerschieber 50
vorsteht. Dies bildet in wirksamer Weise einen Anschlag,
um eine weitere Bewegung des Hauptantriebskolbens 66 in
Richtung auf die Stirnwand 84 unter diesen Bedingungen zu
verhindern.
Bei erregtem Magnetventil 106 wird Hydraulikdruck, wie mit
dem Pfeil 20 angedeutet, an die gemeinsame Versorgungs
leitung 98 angelegt und geht über den Versorgungsleitungs
teil 98a und den Durchlaß 118 im Ventilteil 111 des Mag
netventils 106 zur Versorgungs- und Rückleitung 101. Somit
bewirkt das unter Druck an die Kammer 94 angelegte Hydrau
likfluid eine Verschiebung des Anschlagkolbens 88 und
seines Vorsprunges 96 nach links (vgl. Fig. 2). Zwischen
zeitlich bleibt die zur äußeren Kammer 76 führende Ver
sorgung und Rückleitung 103 an die gemeinsame Rücklei
tung 114 zum Sammelbehälter angeschlossen, und zwar über
die Rückleitung 114a und den Durchlaß 120 des Ventilteiles
111 des Magnetventils 108, wobei dieses Magnetventil 108
aberregt bleibt.
Um den Steuerschieber 50 schrittweise nach links und in
seine Vollastposition zu bringen sowie die Bypass-Öffnung
54 abzusperren, muß Fluiddruck an die äußere Kammer 76 des
linearen Antriebsmotors angelegt werden, um eine Ver
schiebung des Hauptantriebskolbens 66 weiter nach links
als in Fig. 2 dargestellt vorzunehmen, und zwar gegen den
Entladungsdruck, der innerhalb der inneren Kammer 74 auf
die gegenüberliegende Seite des Hauptantriebskolbens 66
wirkt. Dies wird gemäß Fig. 3 durch Erregung des Magnetven
tils 108 erreicht, um die Fluidverbindungen zur Versor
gungs- und Rückleitung 103 von der Rückleitung 114 zur
Hydraulikdruck-Versorgungsleitung 98 zu verschieben, und
zwar über die Zweigleitung 98b und den Durchlaß 118 inner
halb des Ventilteiles 111 des Magnetventiles 108.
Der Anschlagkolben 88 hat den Zweck, automatisch einen
schrittweisen Entlastungsvorgang zu erzeugen, wenn eine Um
kehrung im Betrieb stattfindet, d. h., wenn bei arbeitendem
Kompressor der Fluiddruck, der an die äußere Kammer 76 des
linearen Hauptantriebsmotors angelegt ist, beendet ist und
die Kammer 76 zu dem mit dem Pfeil 22 angedeuteten Sammel
behälter 22 offen ist, während das Magnetventil 106 erregt
bleibt. Der Kompressor wird sich dann einfach schrittweise
vom Voll-Lastzustand gemäß Fig. 3 zu einem Zwei-Drittel-
Lastzustand gemäß Fig. 2 entlasten.
Wenn andererseits die Magnetventile 108 und 106 beide
nicht erregt sind oder wenn das Magnetventil 106, bei er
regtem Magnetventil 108, zu Beginn nicht erregt ist, wird
bei Beendigung der Erregung des Magnetventils 108 die Ein
richtung zu dem Zustand gemäß Fig. 1 zurückkehren, der
eine maximale Entlastung bedeutet und wobei der Hauptan
triebskolben 66 nahezu gegen die Stirnwand 84 anliegt, um
jede weitere Bewegung des Steuerschiebers 50 nach rechts
zu beenden.
Während die drei Schritte beim Belastungs-/Entlastungsvor
gang bei einem Satz von gleichen Kapazitätsänderungsschrit
ten einer typischen Belastungs- oder Entlastungsfolge dar
gestellt sind, kann der Kompressor auch so ausgebildet
sein, daß sich der Steuerschieber von einer Position
voller Last zur Position voller Entlastung mit einer hal
ben Entlastung-/Belastungs-Zwischenschrittposition bei
einer Drei-Schritt-Folge bewegt. Andererseits können
sowohl andere Steuerschieber-Schrittpositionen als auch
eine größere Anzahl von Schrittpositionen vorgenommen
werden, die sich unter Verwendung von zusätzlichen Kolben
anordnungen ähnlich der Anschlagkolbenanordnung 78 bestim
men lassen.
Claims (4)
1. Schieberregelungseinrichtung für einen Schrauben
verdichter mit einem Gehäuse, das sich schneidende Bohrun
gen mit parallelen Achsen und axial im Abstand angeordnete
Endwände aufweist und das eine Niederdruck-Ansaugöffnung
und eine Hochdruck-Auslaßöffnung in Verbindung mit den
Bohrungen an den gegenüberliegenden Enden aufweist, mit
Schraubenrotoren, die mit Nuten und Stegen versehen und
drehbar innerhalb der jeweiligen Bohrungen montiert sind,
wobei die Stege und Nuten der jeweiligen Rotoren ineinan
dergreifen,
mit einer axial verlaufenden Aussparung, die in offener Verbindung mit den Bohrungen steht,
mit einem Steuerschieber der in der Aussparung in Längs richtung verschiebbar ist wobei die Innenfläche des Steuerschiebers komplementär zum Überschneidungsbereich der Bohrungen des Gehäuses ausgebildet ist und dicht an den gegenüberliegenden Rotoren anliegt, wobei zumindest ein Teil der Auslaßöffnung radial an der Endwand und ein weiterer Teil axial in der Aussparung des Gehäuses liegt, wobei der Steuerschieber zwischen Extremstellungen beweg bar ist und das ansaugseitige Ende des Steuerschiebers einen Bypass zwischen der Aussparung und der Ansaugöffnung steuert,
mit einem Antrieb für den Steuerschieber, der einen Zylin der, einen Hauptantriebskolben, der abdichtend und ver schiebbar innerhalb des Zylinders angeordnet ist und eine Kolbenstange aufweist, die den Kolben mit dem Steuerschie ber verbindet, wobei der Kolben mit dem Zylinder eine innere Kammer auf der Seite des Steuerschiebers und eine äußere Kammer auf der gegenüberliegenden Seite bildet,
und mit einer Einrichtung zum Zuführen und Ablassen von Hydraulikfluid an mindestens eine der Kammern zur Ver schiebung des Steuerschiebers zwischen einer Extremstel lung an einem ansaugseitigen festen Anschlag, in der bei maximaler Verdichterleistung der Bypass geschlossen ist und einer Extremstellung mit geöffnetem Bypass (minimale Verdichterleistung), dadurch gekenn zeichnet, daß ein Anschlagkolben (88) in einem weiteren Zylinder (94) vorgesehen ist, der ein als An schlag ausgebildetes Teil (96) aufweist, das zwischen einer zurückgezogenen und einer vorgeschobenen Stellung in eine der Kammern (74, 76) hinein bzw. aus dieser heraus verschiebbar ist, um die Bewegung des Hauptantriebskolbens (66) zwischen den Extremstellungen zu begrenzen.
mit einer axial verlaufenden Aussparung, die in offener Verbindung mit den Bohrungen steht,
mit einem Steuerschieber der in der Aussparung in Längs richtung verschiebbar ist wobei die Innenfläche des Steuerschiebers komplementär zum Überschneidungsbereich der Bohrungen des Gehäuses ausgebildet ist und dicht an den gegenüberliegenden Rotoren anliegt, wobei zumindest ein Teil der Auslaßöffnung radial an der Endwand und ein weiterer Teil axial in der Aussparung des Gehäuses liegt, wobei der Steuerschieber zwischen Extremstellungen beweg bar ist und das ansaugseitige Ende des Steuerschiebers einen Bypass zwischen der Aussparung und der Ansaugöffnung steuert,
mit einem Antrieb für den Steuerschieber, der einen Zylin der, einen Hauptantriebskolben, der abdichtend und ver schiebbar innerhalb des Zylinders angeordnet ist und eine Kolbenstange aufweist, die den Kolben mit dem Steuerschie ber verbindet, wobei der Kolben mit dem Zylinder eine innere Kammer auf der Seite des Steuerschiebers und eine äußere Kammer auf der gegenüberliegenden Seite bildet,
und mit einer Einrichtung zum Zuführen und Ablassen von Hydraulikfluid an mindestens eine der Kammern zur Ver schiebung des Steuerschiebers zwischen einer Extremstel lung an einem ansaugseitigen festen Anschlag, in der bei maximaler Verdichterleistung der Bypass geschlossen ist und einer Extremstellung mit geöffnetem Bypass (minimale Verdichterleistung), dadurch gekenn zeichnet, daß ein Anschlagkolben (88) in einem weiteren Zylinder (94) vorgesehen ist, der ein als An schlag ausgebildetes Teil (96) aufweist, das zwischen einer zurückgezogenen und einer vorgeschobenen Stellung in eine der Kammern (74, 76) hinein bzw. aus dieser heraus verschiebbar ist, um die Bewegung des Hauptantriebskolbens (66) zwischen den Extremstellungen zu begrenzen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die innere Kammer (74) sich direkt zur Auslaßöff
nung (44) öffnet, so daß hei nicht vorhandener Fluiddruck
beaufschlagung der äußeren Kammer (76) der Hauptantriebs
kolben (66) in seine extreme Entlastungsstellung ver
schoben wird, die durch das Ende des Zylinders (64) defi
niert ist, der die äußere Kammer bildet, daß der Zylinder
(64) mit einer Gehäuseerweiterung an seinem äußeren Ende
versehen ist, wobei der Anschlagkolben (88) in seiner
Größe an die Zylinderbohrung angepaßt sowie darin
abgedichtet verschiebbar ist, und daß der Anschlagkolben
(88) ein vorstehendes Teil (96) aufweist, das integral mit
ihm ausgebildet ist und sich von seiner Innenfläche in die
äußere Kammer (76) des Steuerschieberantriebs erstreckt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Einrichtung zum Zuführen und Ablassen
von Hydraulikfluid zur Verschiebung des Anschlagkolbens
(88) vorgesehen und eingerichtet ist.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß für die Zuführung von Hydraulik
fluid zu und für das Ablassen von Hydraulikfluid von zu
mindest einer der Kammern (76, 94) eine Hydraulikdruck
quelle, eine Leitungsanordnung sowie selektiv betätigbare
Ventile (106, 108) vorhanden sind,
daß die Leitungsanordnung die Hydraulikdruckquelle mit den äußeren Kammern (76, 94) des Zylinders (62) des Steuer schieberantriebs und des Zylinders (80) des Anschlagkol bens (88) verbindet und für die Rückführung von Hydraulik fluid von den äußeren Kammern (76, 94) zu einem Sammelbe hälter sorgt,
daß die selektiv betätigbaren Ventile (106, 108) innerhalb der Leitungsanordnung selektiv jede der äußeren Kammern (76, 94) mit der Hydraulikdruckquelle oder dem Sammelbehäl ter in der Weise verbinden, daß bei der Zuführung von Hydraulikfluid zur äußeren Kammer (76) des Kolbens (66) des Steuerschieberantriebs der Steuerschieber (50) gegen seinen festen Anschlag und in die Stellung maximaler Ver dichterleistung eingestellt wird, daß bei der Zuführung von Hydraulikfluid nur zur äußeren Kammer (94) des Zylin ders (80) des Anschlagkolbens (88) das vorstehende Teil (96) des Anschlagkolbens (88) in die äußere Kammer (76) des Steuerschieberantriebs vorsteht, wobei der Auslaßdruck den Hauptantriebskolben (66) an den vorstehenden Teil (96) des Anschlagkolbens (88) anschlagen läßt und den Steuer schieber (50) in eine Zwischenstellung einstellt, und daß beim Ablassen des Hydraulikfluids aus beiden äußeren Kam mern (76, 94) der Auslaßdruck dafür sorgt, daß der Kolben (66) des Steuerschieberantriebs zum äußeren Ende der äußeren Kammer (76) verschoben wird und den Steuerschieber (50) in die Stellung minimaler Verdichterleistung bringt.
daß die Leitungsanordnung die Hydraulikdruckquelle mit den äußeren Kammern (76, 94) des Zylinders (62) des Steuer schieberantriebs und des Zylinders (80) des Anschlagkol bens (88) verbindet und für die Rückführung von Hydraulik fluid von den äußeren Kammern (76, 94) zu einem Sammelbe hälter sorgt,
daß die selektiv betätigbaren Ventile (106, 108) innerhalb der Leitungsanordnung selektiv jede der äußeren Kammern (76, 94) mit der Hydraulikdruckquelle oder dem Sammelbehäl ter in der Weise verbinden, daß bei der Zuführung von Hydraulikfluid zur äußeren Kammer (76) des Kolbens (66) des Steuerschieberantriebs der Steuerschieber (50) gegen seinen festen Anschlag und in die Stellung maximaler Ver dichterleistung eingestellt wird, daß bei der Zuführung von Hydraulikfluid nur zur äußeren Kammer (94) des Zylin ders (80) des Anschlagkolbens (88) das vorstehende Teil (96) des Anschlagkolbens (88) in die äußere Kammer (76) des Steuerschieberantriebs vorsteht, wobei der Auslaßdruck den Hauptantriebskolben (66) an den vorstehenden Teil (96) des Anschlagkolbens (88) anschlagen läßt und den Steuer schieber (50) in eine Zwischenstellung einstellt, und daß beim Ablassen des Hydraulikfluids aus beiden äußeren Kam mern (76, 94) der Auslaßdruck dafür sorgt, daß der Kolben (66) des Steuerschieberantriebs zum äußeren Ende der äußeren Kammer (76) verschoben wird und den Steuerschieber (50) in die Stellung minimaler Verdichterleistung bringt.
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