DE3427117A1

DE3427117A1 - Verfahren zum kuehlen eines schraubenverdichters sowie schraubenverdichter zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3427117A1
Application number: DE19843427117
Authority: DE
Inventors: Günter Ing.(grad.) 3250 Hameln Seidel
Original assignee: Aerzener Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Aerzener Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 1984-07-23
Filing date: 1984-07-23
Publication date: 1986-02-20
Also published as: EP0172430B1; EP0172430A1; DE3562291D1

Description

HOFFMANN ."EITLE ä'PARTNER

PATENT- UND RECHTSANWÄLTE J 4 Z I I 1 /

PATENTANWÄLTE DIPL.-INO. W. El TLE. . DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPU-ING. W. LEHN

DIPL.-INQ. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H.-A. BRAUNS · DIPL.-INQ. K. QORQ

DIPL.-INQ. K. KOHLMANN . RECHTSANWALT A. NETTE

Aerzener Maschinenfabrik GmbH, 3251 Aerzen

Verfahren zum Kühlen eines Schraubenverdichters sowie Schraubenverdichter zur Durchführung des Verfahrens

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen eines einen Schraubenrippenrotor und einen mit diesem in Kämmeingriff stehenden Schraubennutenrotor aufweisenden Schraubenverdichters, wobei in einen von den Rotoren und der Wandung des diese umgebenden Arbeitsraumes gebildeten Verdichtungsraum Kondensat eingespeist wird, welches in einem auslaßseitig angeschlossenen Abscheider gewonnen wird. Die Erfindung betrifft ferner einen Schraubenverdichter zum Durchführen des Verfahrens.

10

Bei bekannten Schraubenverdxchtern (vgl. US-PS 35 35 o57 und 31 2 9 877) wird das Kondensat aus einer gemeinsamen Sammelkammer meist über eine Vielzahl von in der Wandung des Verdichtungsraumes angeordneten Bohrungen in den Verdichtungsraum eingespeist. Diese Bohrungen münden in den Verdichtungsraum sowohl in einem Bereich, in dem dieser noch nicht gegenüber dem Einlaß abgeschlossen ist als auch in einem Bereich, in dem bereits die sogenannte innere Verdichtung stattfindet. Da jedoch das eingespeiste Kondensat erst im Verlaufe des Verdichtungsprozesses bei Erreichen der erforderlichen Temperatur verdampft, verbleibt ein Teil des Kondensates im Bereich

ARABELLASTRASSE 4 . D-8OOO MÜNCHEN 81 . TELEFON COS93 911OB7 ■ TELEX 5-29619 CPATHE} · TELEKOPIERER 918356

des Einlasses und zu Beginn des Verdichtungsprozesses zwangsläufig noch in flüssigem Zustand, zumal derartige Verdichter zur Erzielung eines wirksamen Wascheffektes meist mit Wasserüberschuß gefahren werden.
5

Dieses verbleibende Kondensat kann sich in Vertiefungen ansammeln und in Abhängigkeit des saugseitigen Druckes mit der Dichtanordnung für die Rotorwellen in Verbindung gelangen. Es ist daher erforderlich, diese Teile aus rostfreiem Stahl herzustellen und in diesem Bereich Sondermaterialien einzusetzen. Kondensat verbleibt auch in denjenigen Betriebsphasen in flüssigem Zustand, in denen sich das Gehäuse noch nicht auf Betriebstemperatur befindet. Somit kann auch auf der Druckseite Kondensat anfallen, so daß auch diese Bereiche aus rostfreiem Stahl und Sondermaterialien hergestellt werden müssen. Der Einsatz von rostfreiem Stahl und Sondermaterialien führt jedoch zwangsläufig zu sehr hohen Herstellungskosten.

um ein Durchschlagen von Kondensat auf die Ölseite des Verdichters zu vermeiden, müssen bei Verdichterkonstruktionen der erwähnten Art darüber hinaus die Dichtanordnungen für die Wellenlager relativ aufwendig gestaltet werden. So müssen Unter- oder Überdruckluftsperren vorgesehen werden, was einen nicht unerheblichen zusätzlichen Aufwand sowie den Einsatz von Fremdenergie erfordert.

Von Nachteil ist ferner, daß das im Bereich des Einlasses eingespritzte Kondensat entsprechend der verdampfenden Menge den volumetrischen Wirkungsgrad beeinflussen kann, was ebenfalls unerwünscht ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verfahrensweise zum Kühlen eines Schraubenverdichters sowie einen Schraubenverdichter zur Durchführung des Verfahrens zu

schaffen, bei der bzw. bei dem auf den Einsatz von rostfreiem Stahl und Sondermaterialien bei der Herstellung zugunsten billiger Materialien verzichtet werden kann und aufwendige Dichtanordnungen für die Rotorenwellen und die Wellenlager nicht erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verfahrensweise gelöst, bei der das Kondensat nach Abschluß des Verdichtungsraumes gegenüber dem Einlaß des Verdichters in den Verdichtungsraum eingespeist und in Förderrichtung des Verdichters stromabwärts von der Einspeisstelle Frischwasser in den Verdichtungsraum eingespeist wird, wobei die Kondensat- und die Frischwassereinspeisung in Abhängigkeit der Temperatur des Fördermediums in der Auslaßleitung unabhängig voneinander gesteuert werden.

Durch die erfindungsgemäßen Merkmale ist eine Verfahrensweise geschaffen, bei der der Kühlwassereinspritzvorgang erstmalig in allen Betriebsphasen abgestuft und präzise in Abhängigkeit der Temperatur des Fördermediums gesteuert vorgenommen wird, so daß im Verdichter ausschließlich überhitzter Dampf anfällt. Dadurch kann weder auf der Saugnoch auf der Druckseite Kondensat anfallen, so daß der Einsatz von rostfreiem Stahl oder Sondermaterialien in diesen Bereichen nicht erforderlich ist und billigere Materialien vorgesehen werden können.

Auch können aufwendig gestaltete Dichtanordnungen entfallen, da mangels Kondensatanfall ein Durchschlagen nicht eintreten kann. Darüber hinaus erfolgt mangels Kondensatanfall im Einlaß keine Beeinflussung des volumetrischen Wirkungsgrades .

Aufgrund der erfindungsgemäßen Verfahrensweise kann das Einsatzgebiet von 1-stufigen "trockenen" Schraubenver-

dichtem in Bereiche erweitert werden, für die bisher nur öleingespritzte oder zweistufige trockene Verdichter eingesetzt werden konnten. Gegenüber Verdichtern mit Öleinspritzung wird erfindungsgemäß somit der Betriebsstoff Öl eingespart» Auch ist der nicht unerhebliche Aufwand für Ölfilteranordnungen nicht erforderlich, da das verdichtete Arbeitsmedium keine Ölanteile mehr enthält. Mangels Öleinsatz sind auch die Umweltbedingungen besser und keine Brand- bzw. Explosionsgefahr gegeben.

Grundsätzlich kann die Steuerung der Kondensat- und der Frischwassereinspeisung in Abhängigkeit der Temperatur des Fördermediums in der Auslaßleitung in der für die jeweiligen Betriebsbedingungen günstigsten Weise gesteuert werden.

Eine besonders einfache und betriebssichere Steuerung wird jedoch erreicht, wenn die Kondensateinspeisung bei Erreichen eines erst niedrigen Temperaturwertes und die Frischwassereinspeisung bei Erreichen eines zweiten höheren Temperaturwertes erfolgt und jeweils bei Unterschreiten der Tempera- turwerte die Einspeisung wieder unterbrochen wird. Bei einer derartigen bevorzugten Verfahrensweise wird das Kondensat erst dann in den Verdichtungsraum eingespritzt, wenn das verdichtete Medium am Ende des Verdichtungsprozesses eine bestimmte Temperatur erreicht hat. Fällt die Temperatur aufgrund der Kondensateinspritzung wieder unter den vorgegebenen Temperaturwert, s.o wird die Kondensateinspritzung wieder unterbrochen, so daß die Temperatur wieder ansteigen kann. Steigt die Temperatur des Fördermediums dagegen trotz Kondensateinspritzung weiter an, so wird bei Erreichen des zweiten höheren Temperaturwertes Frischwasser in den Verdichtungsraum eingespritzt und damit eine zusätzliche Kühlung des Fördermediums hervorgerufen. Fällt aufgrund der Frischwassereinspritzung die Temperatur wieder unter den zweiten höheren Temperaturwert ab, so wird die Frischwassereinspeisung wieder unter-

brochen. Bei einem erneuten Temperaturanstieg über den zweiten höheren Temperaturwert hinaus wird dann erneut Frischwasser in den Verdichtungsraum eingespeist.

Bei einem erfindungsgemäßen Schraubenverdichter zur Durchführung des Verfahrens wird das Kondensat über eine erste Zuführleitung und das Frischwasser über eine zweite Zuführleitung in den Verdichtungsraum eingespeist. Diese Zuführleitung ist erfindungsgemäße jeweils mit einem Ventil ausgestattet, wobei die Ventile von einem in der Auslaßleitung des Verdichters angeordneten Temperaturschalter gesteuert werden. Eine derartige Anordnung ist einfach im Aufbau, wartungsarm und betriebssicher.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schraubenverdichters werden die Ventile von einem auf zwei einstellbare Temperaturwerte ansprechenden Temperaturschalter gesteuert. Dieser Temperaturschalter öffnet bei Erreichen des ersten niedrigeren Temperaturwertes das Ventil für die Kondensatzuführleitung und bei Erreichen des zweiten höheren Temperaturwertes das Ventil für die Frischwasserzuführleitung. Ferner schließt dieser Temperaturschalter die jeweiligen Ventile wieder, sobald die Temperatur unter den jeweiligen Temperaturwert absinkt.

Grundsätzlich können die Ventile in jeder beliebigen Weise ausgebildet sein. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Ventile als Magnetventile oder als Wassermengenregler ausgebildet sind.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist in der Auslaßleitung in Strömungsrichtung gesehen stromaufwärts von dem Kondensatabscheider ein Kühler vorgesehen.

Zweckmäßigerweise ist bei einer derartigen Anordnung der Temperaturschalter in der Auslaßleitung in Strömungsrichtung gesehen stromaufwärts von dem Kühler angeordnet.
5

Aufgrund der Einspeisung von Frischwasser und der sofortigen Verdampfung beim Einspeisvorgang findet im Verdichtungsraum des Verdichters ein Kalkausfall statt. Die dabei entstehenden Kalkpartikelchen lagern sich auf den Rotoren und der Wandung des Arbeitsraumes ab. Da dieser Vorgang nur während des Betriebes abläuft, kann sich die Kalkschicht nur solange aufbauen, bis das sogenannte Nullspiel und damit ein maximal möglicher Dichtungseffekt und Wirkungsgrad erreicht ist. Ein weiterer Aufbau der Kalkschicht wird durch das Aneinandervorbeigleiten der Rotoren verhindert.

Während des oben beschriebenen Vorganges ist keine Steigerung der Antriebsleistung für den Verichter zu beobachten, da die Kalkschicht sehr weich ist. Ein Aushärten der Kalkschicht findet erst nach dem Abstellen des Verdichters und dem Abkühlen statt. Dabei können die Rotoren derart fest miteinander verbunden werden, daß ein erneutes Anfahren des Verdichters nicht möglich ist.

Die erfindungsgemäße Verfahrensweise ermöglicht es nun, diesen grundsätzlich positiven Effekt des Nullspieles auszunützen, ohne dabei den Nachteil des Aushärtens mit den daraus resultierenden Folgen in Kauf nehmen zu müssen.

So kann aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens unaufbereitetes Frischwasser nur solange eingespeist werden, bis sich die Kalkschichten nicht großflächig berühren und nach dem Abstellen und Abkühlen ein neuer Start möglich ist. Von diesem Zeitpunkt wird dann nur mehr auf-

bereitetes Frischwasser eingespeist, so daß ein weiterer Aufbau der Kalkschicht nicht erfolgt. Die Dauer der Frischwasserzufuhr mit Kalkausfall kann durch Versuche ermittelt werden.

Die Beschichtung von Rotoren von Schraubenverdichtern ist grundsätzlich bereits bekannt. So werden Rotoren von Schraubenverdichtern beispielsweise mit Kunststoff beschichtet und durch eine derartige Beschichtung ebenfalls ein optimaler Dichteffekt und Wirkungsgrad erreicht. Kunststoff beschichtungen haben jedoch den Nachteil, daß bei Ablösungserscheinungen die Verdichter demontiert und zerlegt werden müssen. Kalkbeschichtete Rotoren können dagegen im eingebauten Zustand ohne Demontage nachgebessert werden. Hierzu ist es lediglich erforderlich, gezielt unaufbereitetes Frischwasser einzuspeisen, um die abgelösten Bereiche nachzubessern.

Im folgenden ist zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis schematisch ein Ausführungsbeispiel eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Schraubenverdichters unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben.

Die Zeichnung zeigt einen mit einem Schraubenrippenrotor und einem Schraubennutenrotor ausgestatteten Schraubenverdichter 1, der einen Einlaß 2 und einen Auslaß 3 aufweist. Der Auslaß 3 mündet in eine Auslaßleitung 4, in der ein herkömmlicher Kühler 5 angeordnet ist. An den Kühler 5 schließt sich ein Kondensatabscheider 6 an, der ebenfalls bekannter Bauart ist.

Der Kondensatabscheider 6 ist mit einer ersten Zuführleitung 7 ausgestattet, über die das im Kondensatabscheider gewonnene Kondensat zum Verdichter zurückgeführt wird. Die erste Zuführleitung 7 ist mit einem Ventil 8 ausgestattet, mit dem die Einspeisung des Kondensats in den Verdichtungsraum des Verdichters gesteuert werden kann. Die Einspeisung des Kondensats in den Verdichtungsraum erfolgt an einer Stelle, an der der Verdichtungsraum gegenüber dem Einlaß des Verdichters bereits abgeschlossen ist.

über eine zweite Zuführleitung 9, die mit einem Ventil ausgestattet ist, kann Frischwasser in den Verdichtungsraum des Verdichters eingespeist werden. Die Einspeisstellte für das Frischwasser in den Verdichtungsraum ist dabei derart angeordnet, daß sie in Förderrichtung des Verdichters stromabwärts von der Einspeisstelle für das Kondensat liegt.

In der Auslaßleitung 4 ist zwischen dem Auslaß 3 und dem Kühler 5 ein Temperaturschalter 11 angeordnet. Dieser Temperaturschalter 11 besitzt im vorliegenden Ausführungs-

beispiel zwei einstellbare Temperaturwerte T.. und T„. über den Temperaturschalter 11 werden die Ventile 8 und 1o, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Magnetventile ausgestaltet sind, gesteuert.

Die Steuerung ist dabei wie folgt gestaltet ϊ

Bei.einer Temperatur des Fördermediums im Auslaß 3, die unter den Temperaturwerten T-. und T_? liegt, ist sowohl das Ventil 8 als auch das Ventil 1o geschlossen. Steigt nun die Temperatur auf den Temperaturwert T₁ an, so wird über den Temperaturschalter 11 das Ventil 8 für das Kondensat geöffnet. Erreicht die Temperatur den Temperaturwert T₂, so wird zusätzlich das Ventil 1o für das Frischwasser geöffnet. Bei einem Absinken der Temperatur unter den Temperaturwert T₂ schließt der Temperaturschalter 11 das Ventil 1o wieder. Sinkt die Temperatur dann unter den Temperaturwert T. ab, so wird über den Temperaturschalter 11 auch das Ventil 8 geschlossen.

Wird der Temperaturwert T₁ beispielsweise auf 2oo C und der Temperaturwert T₂ beispielsweise auf 22o°C eingestellt, so ergibt sich beim Verdichten von Luft folgende Arbeitsweise:

Wird der Schraubenverdichter 1 angefahren, so hat die komprimierte Luft im Auslaß 3 zu Beginn eine Temperatur, die unter 2oo C liegt. Das Ventil 8 für das Kondensat und das Ventil 1o für das Frischwasser sind deshalb in dieser Phase geschlossen. Ist der Anfahrvorgang abgeschlossen und wird der Betrieb mit dem Verdichter aufgenommen, so erhöht sich die Temperatur der kompromierten Luft im Auslaß 3 langsam. Sobald die Temperatur der Luft im Auslaß 3 2oo°C erreicht hat, öffnet der Tempera-

türschalter 11 das Ventil 8. Da zu diesem Zeitpunkt noch kein Kondensat vorliegt, wird die Temperatur der Luft im Auslaß 3 weiter ansteigen. Sobald sie den Temperaturwert 22o° erreicht hat, öffnet das Ventil 8, so daß Frischwasser in den Verdichtungsraum eingespeist werden kann. Dadurch sinkt die Temperatur der Luft im Auslaß 3 wieder ab. Hat die Temperatur 22o C unterschritten, schließt das Ventil 1o wieder, so daß die Frischwasserzufuhr unterbrochen wird. Dieser Vorgang erhöht sich so oft, bis im Kondensatabscheider 6 ausreichend Kondensat angefallen ist, das über die erste Zuführleitung 7 und das Ventil 8 in den Verdichtungsraum eingespeist werden kann. Sinkt nun die Temperatur im Auslaß 3 aufgrund der Kondensateinspeisung unter 22o C ab, so wird zuerst das Ventil 2 geschlossen und damit die Frischwassereinspeisung in dem Verdichtungsraum unterbrochen. Sinkt die Temperatur weiter unter 2oo C ab, so wird auch das Ventil 8 geschlossen, so daß weder Kondensat noch Frischwasser in den Verdichtungsraum eingespeist wird.

Aufgrund der oben beschriebenen Verfahrensweise fällt im Verdichter ausschließlich überhitzter Dampf an, so daß sich weder einlaß- noch auslaßseitig Flüssigkeit ansammeln kann. Der Einsatz von rostfreiem Stahl oder Sondermaterialien in diesen Bereichen ist daher nicht erforderlich, so daß billigere Materialien verwendet werden können, die die Herstellungskosten erheblich reduzieren. Auch können aufwendig gestaltete Dichtanordnungen entfallen, da mangels Kondensatanfall ein Durchschlagen nicht eintreten kann. Mangels Kondensatanfall im Einlaß findet auch keine Beeinflussung des volumetrischen Wirkungsgrades statt.

-A-

- Leerseite -

Claims

HOFFMANN · EITLE & PARTNER -3/97117

PATENT- UND RECHTSANWÄLTE ύ H Z. I I I /

PATENTANWÄLTE DIPL.-INQ. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL-ING. W. LEHN

DIPL.-ING. K. FÜOHSLE . DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H -A. BRAUNS · DIPL.-ING. K. GDRG

DIPL.-ING. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE

Aerzener Maschinenfabrik GmbH, 32 51 Aerzen

Verfahren zum Kühlen eines Schraubenverdichters sowie Schraubenverdichter zur Durchführung des Verfahrens

Patentansprüche :

. Verfahren zum Kühlen eines einen Schraubenrippenrotor und einen mit diesem in Kämmeingriff stehenden Schraubennutenrotor aufweisenden Schraubenverdichters,wobei in einen von den Rotoren und der Wandung des diese umgebenden Arbeitsraumes gebildeten Verdichtungsraum Kondensat eingespeist wird, welches in einem auslaßseitig angeschlossenen Abscheider gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet , daß das Kondensat nach Abschluß des Verdichtungsraumes gegenüber dem Einlaß des Verdichters in den Verdichtungsraum eingespeist und in Förderrichtung des Verdichters stromabwärts von der Einspeisstelle Frischwasser in den Verdichtungsraum eingespeist wird, und daß die Kondensat- und die Frischwassereinspeisung in Abhängigkeit der Temperatur des Fördermediums in der Auslaßleitung unabhängig voneinander gesteuert werden.

\RABELLASTRASSE 4 · D-SOOO MÖNCHEN 81 ■ TELEFON CO893 9110 87 · TELEX S-29619 CPATHEJ ■ TELEKOPIEREER &18356
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kondensateinspeisung bei Erreichen eines ersten niedrigeren Temperaturwertes und die Frischwassereinspeisung bei Erreichen eines zweiten höheren Temperaturwertes erfolgt und jeweils bei Unterschreiten dieser Temperaturwerte wieder unterbrochen wird.
3. Schraubenverdichter zur Durchführung des Verfahrens

nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat über eine erste Zuführleitung (7) und das Frischwasser über eine zweite Zuführleitung (9) in den Verdichtungsraum eingespeist werden und jede Zuführleitung (7 bzw.. 9) jeweils mit einem Ventil (8 bzw. 1o) ausgestattet ist, wobei die Ventile (8 bzw. 1o) von einem in der Auslaßleitung (4) angeordneten Temperaturschalter (11) gesteuert sind.
4. Schraubenverdichter nach Anspruch 3, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Ventile (8 bzw. 1o) von einem auf zwei einstellbare Temperaturwerte (T und T„) ansprechenden Temperaturschalter (11) gesteuert sind, der bei Erreichen des ersten niedrigeren Temperaturwertes (T₁) das Ventil (8) für die

erste Zuführleitung (7) für das Kondensat und bei Erreichen des zweiten höheren Temperaturwertes (T~) das Ventil (1o) für die zweite Zuführleitung (9) für das Frischwasser öffnet, sowie die jeweiligen Ventile (8 bzw. 1o) bei einem Absinken unter den jeweiligen Temperaturwert (T bzw. T„) wieder schließt.
5. Schraubenverdichter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Ventile (8 bzw. io) Magnetventile sind.
6. Schraubenverdichter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Ventile (8 bzw. 1ο) Wassermengenregler sind.
7. Schraubenverdichter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß in der Auslaßleitung (4) in Strömungsrichtung gesehen stromaufwärts von dem Kondensatabscheider (6) ein Kühler (5) vorgesehen ist.
8. Schraubenverdichter nach Anspruch 3 oder 4 und 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Temperaturschalter (11) in der Auslaßleitung (4) in Strömungsrichtung gesehen stromaufwärts von dem Kühler (5) angeordnet ist.