DE3702432A1 - Hebschieber fuer eine rotationskompressor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hebschieber für einen Rotationskompressor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die Leistung eines Rotationskompressors in Kälte- und Wärmepumpenanlagen wird gewöhnlich durch ein oder mehrere achsial verschiebbare Schiebeventile gesteuert (siehe Fig. 1). Bei dem Kompressor kann es sich beispielsweise um einen SRM-Kompressor handeln. Wenn ein steuerbarer Schieberanschlag hinzugefügt wird, kann auch das eingebaute Volumen des Kompressors verändert werden.

Ein Steuer- oder Regelprinzip, welches seltener angewendet wird, ist ein solches, bei denen Hebschieber (englisch "liftvalve") die Leistung des Rotationskompressors steuern und das eingebautes Volumen verändern (siehe Fig. 2). Diese Schieber sprechen schlagartig an und sind entweder offen oder geschlossen. Wenn diese Schieber zur Arbeitskammer hin schließen, werden sie von dem Druck in der Arbeitskammer beaufschlagt, welcher, bedingt durch Pulsationen, Druckabfälle usw., größer sein kann als der Austrittsdruck des Kompressors und in der Nähe der Austrittsöffnung tatsächlich größer ist als der Austrittsdruck (siehe in Fig. 3 den Druck P 2 _k ). Die auf die Hebschieber augeübte radial nach innen gerichtete Kraft muß daher größer sein als die von der Arbeitskammer her nach außen gerichtete Kraft, um ein sicheres Schließen der Hebschieber zu gewährleisten und sie an einer unsteten (klappernden) Arbeitsweise zu hindern.

Die einfache Konstruktion von Hebschiebern ist besonders attraktiv für kleine Kompressoren die aus wirtschaftlichen Gründen billig und in ihrer Arbeitweise einfach sein müssen. Diese Kompressoren haben daher häufig keine Ölpumpe oder andere Einrichtungen zur Druckerhöhung, und der Austrittsdruck des Kompressors ist der höchste Druck in dem System selbst außerhalb der Arbeitskammer des Kompressors. Daher soll dieser höchste Systemdruck die Bewegung der Hebschieber steuern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Hebschieber für einen Rotationskompressor zu entwickeln, bei welchem ein zuverlässiges Schließen des Hebschiebers sichergestellt ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Hebschieber für einen Rotationskompressor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen welcher erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannte Merkmale hat.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Unteranspruch genannt.

Durch die Erfindung wird sichergestellt, daß der auf die Hebschieber zur Regelung oder Steuerung der Leistung des Rotationskompressors und zur Verstellung des eingebautes Volumen ausgeübte Druck ausreichend groß ist, um die Öffnungen in den zylindrischen Wänden des Kompressors durch die Schieber zu verschließen. Wenn die Schieber geschlossen sind, wird die Oberfläche, die an der Übergangsstufe zwischen den beiden Abschnitten mit unterschiedlichem Durchmesser gebildet wird, von einem Druck beaufschlagt, der kleiner ist als der Druck, welcher die Endflächen der Hebschieber beaufschlagt. Die gesamte Schließkraft auf den Hebschieber ist daher ausreichend.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Rotationskompressor mit einem Schiebeventil,

Fig. 2 in einem Schnitt die Anordnung von Hebschiebern in einem Rotationskompressor,

Fig. 3 das Verhältnis zwischen Druck und Volumen in dem Kompressor,

Fig. 4 und 5 im Schnitt ein Ausführungsbeispiel eines Kompressors mit Hebschiebern gemäß der Erfindung, Fig. 6 und 7 ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung.

Im PV-Diagramm, in welchem der Kompressor optimal arbeitet, gilt (siehe Fig. 3)

Für diesen Idealfall ist ersichtlich, daß der Druckverlust an den Öffnungen zur Folge hat, daß der innere Druck des Kompressors, also P 1 _k , P 2 _k , von dem Druck des Systems, P 1 beziehungsweise P 2, abweicht. P 1 und P 1 _k sind der äußere und der innere Druck, welche auf den Hebeschieber zur Leistungssteuerung wirken. P 2 und P 2 _k sind der äußere und der innere Druck, welche auf den Hebeschieber zur Steuerung des Auslasses, also des eingebauten Volumens, wirken.

Bei Fluktationen der Druckverhältnisse im Systems, was eher die Regel als eine Ausnahme ist, ist die Diferenz P 2 _k - P 2 groß, und es ist stets der Druck P 2 _k , welcher dazu neigt, den Hebeschieber zu öffnen, um das eingebaute Volumen zu verändern. Die Hebeschieber zur Leistungssteuerung arbeiten im Bereich zwischen V 1 bis V 2, theoretisch also sicher unterhalb des Drucks P 2. Örtliche Druckfluktuationen in der Arbeitskammer des Kompressors können jedoch diesen Sicherheitsabstand auf einen kritischen Wert reduzieren, insbesondere beim Vorhandensein von Hebeschiebern nahe der Austrittsebene.

Die Fig. 4 bis 6 zeigen einen Rotationskompressor mit zwei zusammenarbeitenden Rotoren. Hebeschieber zur Leistungssteuerung 1 und für die Auslaßsteuerung (eingebautes Volumen) 2 sind innerhalb entsprechender zylindrischer Wände des Kompressors angeordnet. Fig. 4 zeigt die Hebeschieber im geschlossenen Zustand, wobei der innere Druck P 2 _k des Kompressors auf den Hebschieber 3 wirkt und ein niedrigerer Zwischendruck auf den Hebschieber 4 wirkt. Um den entsprechenden Kräften auf die Hebschieber entgegenzuwirken, sind diese an ihren radial äußeren Stirnflächen dem Systemdruck P 2 ausgesetzt, der in der Praxis jedoch infolge von Druckverlusten und Undichtigkeiten etwas kleiner als der Druck P 2 _k ist. Um das innere Ende des Hebschiebers 2 herum herrscht der Systemdruck P 3. Der niedrigste Druck des Systems, der dem Ansaugdruck in dem Kompressor entspricht, herrscht gewöhnlich um das innere Ende des Hebschiebers 1 herum bei 8 (Fig. 4).

Um sicher zu stellen, daß die Kraft als Funktion des Druckes bei 5 beziehungsweise 6 größer ist als die Kraft als Funktion des Druckes bei 3 beziehungsweise 4, hat die zylindrische Wand des Schiebers 1,2 unterschiedlich große Durchmesser an den entsprechenden Enden. Der Druck an der scharf definierten Stufe zwischen den beiden Abschnitten der Hebschieber, welche Stufen senkrecht zur Achsrichtung stehende Flächen bei 9 beziehungsweise 10 bilden, muß folglich geringer sein als der Systemdruck P 2. Dies ist für den Kolben des leistungsregelnden Hebschiebers 1 offensichtlich erfüllt, vorausgesetzt, daß die Leckage des bei 6 vorhandenen Druckmittels durch den Spalt 12 kleiner ist als die Leckage durch den Spalt 14. Dies ist jedoch stark abhängig von den Toleranzen und den Spaltflächen. Für den Hebschieber 2 kann der Druck bei 7 größer als der Druck bei 5 sein, was auch häufig der Fall ist. Der bei 7 herrschende Druck muß daher von der Fläche 9 mittels eines Dichtungselementes 15 ferngehalten werden, während gleichzeitig der Druck bei 9 niedrig gehalten wird durch Anschluß dieses Raumes an ein Vacuum oder einen Zwischendruck über den Kanal 16. In der Oberfläche 14 des Zylinders oder Kolbens des Hebschiebers 1 wird vorzugsweise eine Nut 17 angebracht, über welche der Raum bei 10 mit dem Kanal 8 verbunden wird, in welchem - wie oben erläutert - ein Vacuum herrscht. Die umgebenden zylindrischen Flächen 11 und 13 sind so beschaffen, daß sie zu den entsprechenden unterschiedlichen Durchmessern des Hebschiebers 2 passen. Entsprechendes gilt für den Hebschieber 1.

Fig. 5 zeigt die Hebschieber in der nicht beaufschlagten Stellung, in der die Räume 5 beziehungsweise 6 mit Druckniveaus verbunden sind, die niedriger sind, als der Druck, der in der Arbeitskammer an der entsprechenden Stelle für jeden Hebschieber herrscht.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 und 5 hat der Rotor zylindrische Bohrungen, während die Hebschieber ebene Stirnflächen haben. Das verbleibende Volumen in dem Zylinder des Hebschiebers auf der Seite der Arbeitskammer ist ein schädlicher Raum der in vollem Umfange meßbare Verluste verursachen kann, zumindest unter bestimmten Arbeitsbedingungen. Aus diesem Grunde sollten die Stirnflächen der Hebschieber die gleiche Form wie die Zylinderbohrung haben, wie dies in Fig. 6 der Fall ist. In diesem Falle müssen die Hebschieber mit einer Führung versehen sein, die ihre Drehung verhindert. Dies wird in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 dadurch erreicht, daß die beiden, unterschiedliche Durchmesser aufweisenden achsialen Abschnitte des Hebschiebers, exentrisch zueinander angeordnet sind.

Claims (2)

1. Hebschieber für einen Rotationskompressor in Kälte- und Wärmepumpenanlagen, mit welchem die Leistung des Kompressors gesteuert oder geregelt werden kann und sein eingebautes Volumen geändert werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Hebschiebers aus zwei zylindrischen Abschnitten mit verschiedenem Durchmesser besteht, welche Abschnitte exzentrisch zueinander angeordnet sind, daß der Übergang zwischen den beiden Abschnitten scharf (stufenförmig) ausgebildet ist und eine achsial gerichtete Fläche bildet, daß der Abschnitt mit dem kleineren Durchmesser radial innen in Bezug auf die Arbeitskammer des Kompressors liegt, daß der Abschnitt mit dem größeren Durchmesser radial außen in Bezug auf die Arbeitskammer des Kompressors liegt und so angeordnet ist, daß er von einem Steuerdruck beaufschlagt werden kann, der gleich groß oder kleiner als der Arbeitsdruck des Kompressors ist, daß die genannte achsial gerichtete Fläche an der Stufe zwischen den beiden Abschnitten von einem Druck beaufschlagt wird, welcher kleiner als der Druck in der Arbeitskammer und kleiner als der maximale Steuerdruck ist, und daß das zur Arbeitskammer gerichtete Ende des Hebschiebers die gleiche Form wie die Arbeitskammer hat.

2. Hebschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verbindungskanal/den Verbindungskanälen eine Nut (17) vorhanden ist, die entweder in einem Teil der Wand des Abschnittes des Hebschieberkolbens angeordnet ist, welcher den kleineren Durchmesser hat, oder in der entsprechenden Zylinderwand angeordnet ist, wobei diese Nut bis zu der achsial gerichtete Fläche (10) an der genannten Stufe reicht.