DE3238241A1 - DEVICE FOR THE OIL SUPPLY OF A SCREW COMPRESSOR - Google Patents
DEVICE FOR THE OIL SUPPLY OF A SCREW COMPRESSORInfo
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Description
P.5679/Sd/Wh Gebrüder Sulzer, Aktiengesellschaft, Winterthur / SchweizP.5679 / Sd / Wh Gebrüder Sulzer, Aktiengesellschaft, Winterthur / Switzerland
die Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für/Oelversorgung eines Schraubenkompressors gemäss Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a device for / oil supply a screw compressor according to the preamble of claim 1.
Es ist bekannt, in Schraubenkompressoren, die ein- oder zweiwellig ausgeführt sein können, OeI unter Druck in den Kompressor einzuspritzen mit dem Ziel, Lager, Rotor, bzw. Rotoren, Wellendichtungen und - so vorhanden - das Getriebe zu schmieren, die Spalten zwischen den Rotoren bei zweiwelliger Ausführung und zwischen Rotor bzw. Rotoren und dem Gehäuse abzudichten sowie einen Teil der Kompressionswärme abzuführen. It is known in screw compressors that have one or two shafts can be designed to inject OeI under pressure into the compressor with the aim of replacing bearings, rotors or rotors, Shaft seals and - if available - the gearbox to lubricate the gaps between the rotors in the case of double-shaft Execution and to be sealed between the rotor or rotors and the housing and to dissipate part of the compression heat.
Aus dem komprimierten Kältemittel-Oelgemisch wird in einem Oelabscheider das OeI abgetrennt und in einem Kühler zurückgekühlt und wieder in den Kompressor eingespritzt.The compressed refrigerant-oil mixture becomes in one Oil separator separated the oil and cooled it back in a cooler and injected back into the compressor.
Für übliche Anwendungen von Schraubenkompressoren in Kälteanlagen oder gegebenenfalls in Wärmepumpen -Anlagen, in welchen relativ niedrige Kondensationstemperaturen verlangt werden, z. B. Niedertemperatur-Heizungsanlagen, sind mit dieser Art der Oelversorgung keine besonderen Schwierig-For common applications of screw compressors in refrigeration systems or possibly in heat pump systems, in which relatively low condensation temperatures are required, e.g. B. low-temperature heating systems are with this type of oil supply poses no particular difficulties.
keiten verbunden.connected.
Da in diesen Fällen nämlich das im Oelabscheider abgetrennte OeI seine Viskosität in einem zulässigen Bereich beibehält, kann noch eine einwandfreie Ausbildung der Schmierölfilme im Kompressor gewährleistet werden.Since in these cases the oil separated in the oil separator maintains its viscosity in a permissible range, a perfect formation of the lubricating oil films in the Compressor can be guaranteed.
Eine solche Ausführungsform einer Kälteanlage, die unter den genannten Bedingungen auch als Wärmepumpe betrieben werden kann, ist schematisch in Fig. 1 dargestellt.Such an embodiment of a refrigeration system, which under the The above-mentioned conditions can also be operated as a heat pump, is shown schematically in FIG. 1.
Die Anlage weist einen Kältemittelkreislauf auf, in welchem ein von einem Elektromotor 1 über eine Kupplung 2 angetriebener Schraubenkompressor 3, ein Oelabscheider 4, ein Kondensator 5 und ein Verdampfer 6 angeordnet sind.The system has a refrigerant circuit, in which one driven by an electric motor 1 via a clutch 2 Screw compressor 3, an oil separator 4, a condenser 5 and an evaporator 6 are arranged.
Als Kältemittel kann z. B. Ammoniak dienen.As a refrigerant, for. B. serve ammonia.
Der im Kompressor 3 verdichtete Kältemitteldampf, der als Mischkomponente OeI enthält, wird in den Oelabscheider 4 eingeleitet. Aus dem Oelabscheider wird die hierin entstandene Oel-Kältemittellösung herausgeführt und mittels einer druckerhöhenden Pumpe 7 durch einen Kühler 8 gefördert und von hier über Zweigleitungen 9, 10a, 10b und 11 in den Kompressionsraum eingespritzt, bzw. in die nicht dargestellten Lager und in die Wellendichtung 12 eingespeist.The refrigerant vapor compressed in the compressor 3, which contains oil as a mixed component, is introduced into the oil separator 4. The oil / refrigerant solution created in this is led out of the oil separator and used with a pressure-increasing system Pump 7 conveyed through a cooler 8 and from here via branch lines 9, 10a, 10b and 11 into the compression chamber injected or fed into the bearings (not shown) and into the shaft seal 12.
Im vorliegenden Fall kann beispielsweise Wasser als Kühlmittel für den Kühler 8 und den Kondensator 5 dienen, welches in Pfeilrichtung zunächst durch den Kühler 8 und anschliessend durch den Kondensator 5 geleitet wird. Als Heizmittel für den Verdampfer 6 kann z. B. Wasser, eine Sole oder Luft dienen.In the present case, for example, water can serve as a coolant for the cooler 8 and the condenser 5, which is first passed through the cooler 8 and then through the condenser 5 in the direction of the arrow. As a heating medium for the evaporator 6 can, for. B. serve water, a brine or air.
Werden jedoch Schraubenkompressoren in Wärmepumpen-Anlagen ζ. B. für Hochtemperatur-Heizungsanlagen eingesetzt, werden dort hohe Kondensationstemperaturen, z. B. in der dfoSsönordnung von 65 - 120 C gefordert.However, if screw compressors are used in heat pump systems ζ. B. used for high temperature heating systems there high condensation temperatures, z. B. in the dfoSsönordnung from 65 - 120 C required.
Wegen der hohen Kondensationstemperatur im Kältemittelkreis lauf der Anlage muss im Kompressor ein relativ hoher Enddruck erzeugt werden. Dieses hat zur Folge, dass sich das Schmieröl, das im Oelabscheider unter dem Enddruck steht, stark mit Kältemittel anreichert, insbesondere, wenn das Kältemittel aus Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffen (z. B. R 12 bzw. R 22), Kohlenwasserstoffen oder Kohlenwasserstoffgemischen besteht. Die Anreicherung von Kältemittel im OeI kann die Viskosität der Oel-Kältemittellösung so stark herabsetzen, dass die Ausbildung von Schmierölfilmen im Kompressor nicht mehr gewährleistet ist.Because of the high condensation temperature in the system's refrigerant circuit, the compressor must have a relatively high final pressure be generated. This has the consequence that the lubricating oil, which is under the final pressure in the oil separator, highly enriched with refrigerant, especially if the refrigerant is made up of fluorochlorohydrocarbons (e.g. R 12 or R 22), hydrocarbons or hydrocarbon mixtures consists. The enrichment of refrigerant in the oil can reduce the viscosity of the oil refrigerant solution so much that that the formation of lubricating oil films in the compressor is no longer guaranteed.
Die Löslichkeit des Kältemittels im OeI hängt von der Art des Kältemittels, von der Art des Oeles sowie vom Enddruck des Kompressors und der Austrittstemperatur des Kältemittel Oelgemisches nach dem Kompressor ab.The solubility of the refrigerant in the OeI depends on the type the refrigerant, the type of oil as well as the final pressure of the compressor and the outlet temperature of the refrigerant Oil mixture after the compressor.
Je höher der Druck im Oelabscheider ist, um so grosser ist die Löslichkeit des Kältemittels im OeI, und je höher die Temperatur ist, desto geringer ist die Löslichkeit.The higher the pressure in the oil separator, the greater it is the solubility of the refrigerant in the oil, and the higher the temperature, the lower the solubility.
Die Erfindung hat sich eine Vorrichtung für die Oelversorgung eines Schraubenkompressors zum Ziel gesdzt, welche mittels einer Reduktion des Kältemittelanteils im OeI die Viskosität unter Kontrolle hält.The invention has set itself a device for the oil supply of a screw compressor, which keeps the viscosity under control by reducing the proportion of refrigerant in the oil.
Diese Aufgabe wird mit Hilfe der im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen gelöst.This task is carried out with the help of the characterizing part of the patent claim 1 specified features solved.
Aufgrund der erfindungsgemässen Massnahmen wird es möglich, dass der für die Lager verwendete, gekühlte Teilstrom eine Viskosität aufweist, die die Ausbildung von Oelfilmen in erforderlichem Masse gewährleistet, während andererseits durch die Einspritzung des ungekühlten Teilstromes direkt in den Kompressionsraum die Austrittstemperatur entsprechend hochgehalten und damit erreicht wird, dass so wenig Kältemittel wie möglich im OeI gelöst wird.Due to the measures according to the invention, it is possible that the cooled partial flow used for the bearings is a Has viscosity that ensures the formation of oil films to the required extent, while on the other hand by injecting the uncooled partial flow directly the outlet temperature in the compression chamber accordingly kept high and thus achieved that as little refrigerant as possible is dissolved in the oil.
Die Austrittstemperatur des komprimierten Kältemittel--OeI-gemisches variiert in Abhängigkeit vom Druckverhältnis des Kompressors. Das Druckverhältnis hängt einerseits von der Temperatur des wärmeübertragenden Mittels im Verdampfer des Kältekreislaufes und andererseits von der zu erzeugenden Temperatur des wärmeaufnehmenden Mittels im Kondensator ab.The outlet temperature of the compressed refrigerant - oil mixture varies depending on the pressure ratio of the compressor. The pressure ratio depends on the one hand on the Temperature of the heat transfer medium in the evaporator of the refrigeration cycle and, on the other hand, of the one to be generated Temperature of the heat absorbing agent in the condenser.
Bei Aenderung des Druckverhältnisses ändert sich auch die Menge der in den Kompressor eingespritzten Oel-Kältemittellösung. When the pressure ratio changes, the also changes Amount of oil refrigerant solution injected into the compressor.
Wird beispielsweise das Druckverhältnis kleiner, z. B. wenn der Druck im Verdampfer steigt und der Druck im Kondensator konstant bleibt, oder wenn der Druck im Verdampfer konstant bleibt und der Druck im Kondensator sinkt, wird auch die Menge der eingespritzten Qel-Kältemittellösung kleiner. Im günstigsten Fall erfolgt bei kleiner werdendem Druckverhältnis eine solche Reduktion der eingespritzten Oel-Kältemittellösung, dass die Austrittstemperatur konstant bleibt, bzw. in einem solchen Bereich variiert, dass die Viskosität des gekühlten Teilstromes nicht entscheidend beeinflusst wird.For example, if the pressure ratio is smaller, e.g. B. if the pressure in the evaporator rises and the pressure in the condenser remains constant, or if the pressure in the evaporator remains constant and the pressure in the condenser drops, the The amount of Qel refrigerant solution injected is smaller. in the In the best case, the injected oil / refrigerant solution is reduced when the pressure ratio becomes smaller, that the outlet temperature remains constant or varies in such a range that the viscosity of the cooled partial flow is not decisively influenced.
Es können jedoch auch Betriebsbedingungen auftreten, bei denen sich bei Aenderung des Druckverhältnisses die einge-However, operating conditions can also arise in which the set pressure changes when the pressure ratio changes.
spritzte Oelmenge so ändert, dass die Austrittstemperatur in einem Masse sinkt, bei der die Viskosität der Oel-Kältemittellösung zu klein wird, bzw. auch Fälle, bei denen die Austrittstemperatur über einen Wert ansteigt, der beispielsweise eine Karbonisation oder eine sonstige Verschlechterung der Eigenschaften des Schmieröls zur Folge hätte.The amount of oil injected changes so that the outlet temperature decreases to the extent that the viscosity of the oil refrigerant solution becomes too small, or also cases in which the outlet temperature rises above a value, for example carbonization or other deterioration in the properties of the lubricating oil would result.
Um auch dann einen einwandfreien Betrieb der Anlage bezüglich Oelversorgung des Schraubenkompressors sicher zu stellen, besteht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung darin, die Durchflussmenge von mindestens einem Teilstrom in Abhängigkeit der Austrittstemperatur des Kompressors zu regeln. Eine Variante Ausführungsform für die Beeinflussung der Austrittstemperatur besteht in der Anwendung der Merkmale des Anspruchs 3.In order to ensure proper operation of the system with regard to Ensuring that the screw compressor is supplied with oil is an advantageous further development of the invention therein, the flow rate of at least one partial flow to be regulated depending on the outlet temperature of the compressor. A variant embodiment for influencing the outlet temperature consists in the application of the features of claim 3.
Diese Regelung der Austrittstemperatur kann auch dann Anwendung finden, wenn bei Teillastbetrieb ebenfalls unzulässige Verhältnisse bezüglich der Oelversorgung des Schraubenkompressors auftreten.This regulation of the outlet temperature can then also be used find if the oil supply to the screw compressor is also inadmissible during partial load operation appear.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispielen erläutert.The invention is explained below with reference to exemplary embodiments shown in the drawing.
Fig. 2 zeigt ein Fliesschema eines Oelversorgungssystems für einen Schraubenkompressor in einem Kältemittelkreislauf einer Wärmepumpen-Anlage, bei welcher die Austrittstemperatur über eine Mengenregelung des ungekühlten Teilstromes beeinflusst wird,2 shows a flow diagram of an oil supply system for a screw compressor in a refrigerant circuit a heat pump system, in which the outlet temperature is controlled by a quantity control the uncooled partial flow is influenced,
währendwhile
Fig. 3 in analoger Darstellungsweise eine zweite Ausführungsform zeigt, bei welcher die Austrittstemperatur über eine Temperaturregelung der in den3 shows a second embodiment in an analogous representation shows at which the outlet temperature via a temperature control of the in the
Kompressionsraum eingespritzten Oel-Kältemittellösung beeinflusst wird.Compression chamber injected oil refrigerant solution being affected.
In Fig. 4 ist in einem Fliesschema eine dritte Ausführungsform dargestellt, wobei die Austrittstemperatur mit Hilfe einer Mengenregelung der in denIn Fig. 4, a third embodiment is shown in a flow diagram, wherein the outlet temperature with the help of a quantity control in the
Kompressionsraum eingespritzten Oel-Kälteraittellösung beeinflusst wird.Oil refrigerant solution injected into the compression chamber being affected.
Die mit Fig. 1 übereinstimmenden Elemente der Anlage sind in den Fig. 2-4 mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.The elements of the system that correspond to FIG. 1 are denoted by the same reference numerals in Figs. 2-4.
Als Kältemittel wird beispielsweise ein Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoff, wie z.B.R 12 oder R 22 verwendet.The refrigerant used is, for example, a fluorine-chlorine-hydrocarbon, such as R 12 or R 22 used.
Gemäss Fig. 2 wird der Strömungsweg 13 der im Oelabscheider entstandenen Oel-Kältemittellösung nach der Pumpe 7 vor dem Kühler 8 in zwei Teilströme aufgeteilt, wobei ein erster Teilstrom im Kühler 8 gekühlt und durch die Zweigleitungen 10a, 10b und 11 den nicht dargestellten Lagern und der Wellendichtung 12 zugeführt wird. Der zweite ungekühlte Teilstrom wird durch eine Leitung 14, in der ein Regelventil 15 angeordnet ist, in den Kompressionsraum eingespritzt.According to FIG. 2, the flow path 13 becomes that in the oil separator resulting oil refrigerant solution after the pump 7 before Cooler 8 divided into two substreams, a first Partial flow is cooled in the cooler 8 and through the branch lines 10a, 10b and 11 to the bearings, not shown, and the Shaft seal 12 is supplied. The second uncooled partial flow is through a line 14 in which a control valve 15 is arranged, injected into the compression chamber.
In der Druckleitung 16 des Kompressors 3 ist ein Temperaturfühler 17 angeordnet, der über ein Stellglied 18 auf das Regelventil 15 einwirkt.In the pressure line 16 of the compressor 3, a temperature sensor 17 is arranged, which via an actuator 18 to the Control valve 15 acts.
Wie bereits an vorstehender Stelle beschrieben ist, beeinflusst die Austrittstemperatur des komprimierten Kältemitte-Oelgemisches die Löslichkeit des Kältemittels im OeI im Oelabscheider 4 und damit die Viskosität des Schmiermittels. Andererseits darf die Austrittstemperatur auch nicht einen oberen Grenzwert überschreiten.As already described above, influences the outlet temperature of the compressed refrigerant-oil mixture the solubility of the refrigerant in the oil in the oil separator 4 and thus the viscosity of the lubricant. On the other hand, the outlet temperature must not exceed an upper limit value.
Weicht die Austrittstemperatur aufgrund sich ändernder Betriebsbedingungen von dem erforderlichen Wert ab, wird vom Temperaturfühler 17 Über ein dem Stellglied 18 aufgegebenes Signal das Regelventil 15 entsprechend mehr geöffnet oder mehr geschlossen.Does the outlet temperature deviate due to changing operating conditions from the required value, is dated Temperature sensor 17 Via a signal given to the actuator 18, the control valve 15 is correspondingly more open or more closed.
Während bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel die Austrittstemperatur über eine Mengenregelung kontrolliert wird, erfolgt bei dem in Fig. 3dargestellten Ausführungsbeispiel die Regelung der Austrittstemperatur über eine Temperaturregdung des in den Kompressionsraum eingespritzten Teilstromes. Hierbei wird in Abhängigkeit von dem vom Temperaturfühler 17 dem Stellglied 21 aufgegebenen Signal bei Abweichung vom Sollwert der Austrittstemperatur ein Dreiwegeventil 20 beeinflusst, das an zwei Zuleitungen für die Oel-Kältemittellösung angeschlossen ist, von denen die eine Zuleitung 14 vor dem Kühler 8 abzweigt und die andere Zuleitung 19 nach dem Kühler 8 von einer Sammelleitung 22 abzweigt, und die Ausgangsleitung 14a in den Kompressionsraum geführt ist.While in the above embodiment, the outlet temperature is controlled via a quantity regulation, takes place in the embodiment shown in Fig. 3 the regulation of the outlet temperature via a temperature stimulation of the partial flow injected into the compression chamber. In this case, depending on the signal given by the temperature sensor 17 to the actuator 21 in the event of a deviation a three-way valve 20 from the setpoint of the outlet temperature affects that on two feed lines for the oil refrigerant solution is connected, of which one feed line 14 branches off before the cooler 8 and the other feed line 19 after the cooler 8 branches off from a collecting line 22, and the output line 14a is led into the compression chamber.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Austrittstemperatur über eine Mengenregelung einer Teilmenge des gekühlten Teilstromes beeinflusst, während der Durchsatz der durch Leitung 14 in den Kompressionsraum eingespritzten, ungekühlten Oel-Kältemittellösung bei einem bestimmten Betriebszustand konstant bleibt.In the embodiment shown in FIG. 4, the outlet temperature is controlled by a quantity control of a partial quantity of the cooled partial flow, while the throughput of the injected through line 14 into the compression chamber, uncooled oil refrigerant solution for one certain operating state remains constant.
Bei einem Abweichen der Austrittstemperatur von dem Sollwert, wird in Abhängigkeit von einem Temperaturfühler 17 über ein Stellglied 23 ein Zweiwegeventil 24 beeinflusst, dessen Zuleitung 25 an die Sammelleitung 22 und dessen Ausgangsleitung 26 in den Kompressionsraum geführt ist. Das Zweiwegeventil befindet sich bei der geforderten AustrittstemperaturIf the outlet temperature deviates from the setpoint value, a temperature sensor 17 is provided via a Actuator 23 influences a two-way valve 24, its supply line 25 to the collecting line 22 and its output line 26 is guided into the compression space. The two-way valve is at the required outlet temperature
in einer Zwischenstellung, so dass ständig eine Teilmenge von gekühlter Oel-Kältemittellösung der ungekühlten OeI-Kältemitellösung zugemischt wird. Sobald die Austrittstemperatur den Sollwert übersteigt, wird die in den Kompressionsraum eingespritzte Menge von gekühlter Oel-Kältemittellösung vergrössert bzw., wenn der Sollwert der Austrittstemperatur sinkt, wird die Menge der gekühlten Oel-Kältemittellösung entsprechend gedrosselt. Die Mischung der ungekühlten und der gekühlten Oel-Kältemittellösung erfolgt hierbei innerhalb des Kompressionsraumes.in an intermediate position, so that constantly a subset from cooled oil refrigerant solution to uncooled oil refrigerant solution is admixed. As soon as the outlet temperature rises above the setpoint, it is released into the compression chamber Injected amount of cooled oil / refrigerant solution increased or if the setpoint of the outlet temperature decreases, the amount of cooled oil / refrigerant solution is reduced accordingly. The mix of uncooled and the cooled oil / refrigerant solution takes place within the compression chamber.
Es sei noch darauf hingewiesen, dass bei allen Ausführungsformen der ungekühlte Teil strom auch an mehreren Stellen in den Kompressionsraum eingespritzt werden kann.It should also be pointed out that in all embodiments the uncooled part of the current is also present at several points in the compression chamber can be injected.
Weiterhin kann es auch zweckmässig sein, der Wellendichtung anstelle von gekühlter Oel-Kältemittellösung ungekühlte Oel-Kältemittellösung zuzuführen.Furthermore, it can also be useful to seal the shaft instead of cooled oil-refrigerant solution, uncooled oil-refrigerant solution to feed.
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