DE4007217A1 - Vorrichtung zur regelung des inneren volumenverhaeltnisses eines rotationskompressors - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung zur Regelung des inneren Volumenverhältnisses eines Rotationskompressors für Kühl- oder Wärmepumpensysteme.

Stand der Technik

Zur Kapazitätsregelung eines Rotationskompressors für ein Kühlsy­ stem oder ein Wärmepumpensystem wurde der Kompressor normalerweise mit einem axial oder tangential verschiebbaren Schieber versehen, der einen oder mehrere Rückströmkanäle zwischen einer Arbeitskammer und einer Einlaßkammer im Kompressor öffnen kann. Eine solche Kapazitätsregelung wird meist bei Schraubenkompressoren angewendet.

Das eingebaute oder sogenannte innere Volumenverhältnis eines Kompressors soll in einer bestimmten Relation zum Druckverhältnis des Kompressors stehen, um einen optimalen Kompressorwirkungsgrad erhalten zu können. Das eingebaute Volumenverhältnis muß deshalb zwecks Anpas­ sung an den jeweiligen Betriebsfall variiert werden können. Mit bei­ spielsweise einem axial verschiebbaren Schieber ist es möglich, das eingebaute Volumenverhältnis zu verändern und damit zu regeln. Um mit bekannter Technik das eingebaute Volumenverhältnis stufenlos regeln zu können, ist ein sehr kompliziertes und aufwendiges Regelsystem erfor­ derlich, das aufwendige Druckgeber und normalerweise auch Berechnungs­ vorgänge mit einem Computer umfaßt.

Es ist außerdem bekannt, das eingebaute Volumenverhältnis eines Rotationskompressors durch radial verschiebbare Belüftungsventile zu variieren, die im wesentlichen als zylindrische Kolben ausgebildet sind und einen Auslaßkanal des Rotationskompressors öffnen oder schließen. Mit mehreren Belüftungsventilen kann die Regelung schrittweise erfol­ gen, was im Vergleich mit bereits erwähnten Regelsystemen zur stufen­ losen Regelung ein bedeutend einfacheres Regelsystem erfordert.

Darlegung der Erfindung

Zur leichteren Montage und Demontage eines Ventilkörpers zur Regelung des inneren Volumenverhältnisses eines Rotationskompressors ohne Entfernung einer Auslaßebene des Kompressorgehäuses selbst und ferner zur Erzielung eines besseren Wirkungsgrades im Hinblick auf die Belastung eines Rotationskompressors für ein Kühlsystem oder Wärmepum­ pensystem wurde eine Ventilvorrichtung zur Regelung des inneren Volu­ menverhältnisses mit einem zur Auslaßebene und zu den Rotoren hin ge­ richteten Ventilkörper versehen, der auch zur sogenannten theoretisch richtigen radialen Auslaßöffnung paßt. Mit theoretisch richtiger radi­ aler Auslaßöffnung ist hier jener Bereich in der Mantelwandung der Arbeitskammer gemeint, der im wesentlichen von der Auslaßebene und jenen Schraubenlinien begrenzt wird, die mit den Schraubenlinien der zusammenarbeitenden Schrauben des Rotationskompressors an der Auslaß­ seite übereinstimmen. Das schräggestellte Ende des Ventilkörpers ist zwecks Zusammenwirkung mit der theoretisch richtigen radialen Auslaß­ öffnung mit einer schrägen Fläche zur Anlage gegen die Auslaßebene und mit einer Spitzenlinie versehen, die von konkaven Flächen umgeben ist, welche mit minimalem Spiel an die Rotoren anschließen. Mit diesem neuen Typ einer Ventilvorrichtung kann eine Stirnseite an der Auslaßseite mit dem Kompressorgehäuse verbunden und mit einer ganz geschlossenen Dich­ tungslinie ohne Durchgänge für eventuelle Leitungen oder Ventilteile versehen werden. Bei Bedarf einer Entfernung der Ventilvorrichtung, beispielsweise zwecks Inspektion der Rotoren oder Ventilkörper, brau­ chen Stirnwandabdeckung od. dgl. nicht entfernt zu werden.

Figurenbeschreibung

Die Fig. 1 bis 3 zeigen im Axialschnitt Schraubenkompressoren mit verschiedenen radial angeordneten kreisförmigen Auslaßöffnungen mit im Bereich der Auslaßseite angeordneten Ventilkörpern.

Fig. 4 zeigt eine schaubildliche Ansicht eines Zweischraubenkom­ pressorgehäuses mit einem dazugehörigen Schieberventil zur Kapazitäts­ regelung und mit einer zur Regelung des inneren Volumenverhältnisses angeordneten Ventilvorrichtung.

Fig. 5 zeigt das Kompressorgehäuse nach der Erfindung von ver­ schiedenen Seiten mit dem Schieberventil und der Ventilvorrichtung in ihren ganz eingeschobenen Stellungen.

Fig. 6 zeigt verschiedene Ansichten des Ventilkörpers zur Regelung des inneren Volumenverhältnisses nach der Erfindung.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Eine Auslaßöffnung eines Zweischrauben-Schraubenkompressors ist in ihrer theoretischen Form keineswegs kreisförmig, wie aus Fig. 1 bis 3 ersichtlich, wo sie einerseits von der Auslaßseite und andererseits von der an die schräggestellten Nockenflächen der Schrauben anschließenden Öffnung in der Mantelwandung des Rotorgehäuses begrenzt wird. Außerdem ist die Auslaßöffnung so angeordnet, daß es nahezu unmöglich ist, ir­ gendeine richtige Übereinstimmung zwischen der sogenannten theoreti­ schen Form der Auslaßöffnung und einer kreisförmigen Form eines Ventil­ körpers zu erhalten.

Insbesondere bei Kompressoren mit höherer Drehzahl hat es sich als notwendig erwiesen, daß die Auslaßöffnung die richtige Form hat und richtig plaziert ist, damit der diesem Kompressortyp zuerkannte gute Wirkungsgrad nicht verschlechtert wird.

In Fig. 1 ist vereinfacht im Schnitt ein Kompressor des SRM-Typs mit Arbeitskammer und Rotoren dargestellt. Die Einlaßseite des Kompres­ sors ist mit 1 und dessen Auslaßseite mit 2 bezeichnet. Die für ein bestimmtes inneres Volumenverhältnis theoretisch richtige radiale Aus­ laßöffnung 3 in der Mantelwandung der Arbeitskammer wird von der Aus­ laßseite 2 und den mit den schräggestellten Nockenflächen der Rotoren übereinstimmenden Schraubenlinien begrenzt. Mit 4 ist eine zylindrische Auslaßöffnung mit einem Belüftungsventil für den Kompressor bezeichnet. Es ist klar ersichtlich, daß die Fläche der zylindrischen Auslaßöffnung im Vergleich mit der Fläche der theoretisch richtigen radialen Auslaß­ öffnung 3 bedeutend kleiner ist und abweichende Form aufweist. Durch unsymmetrische Anordnung des Belüftungsventils kann die Form der Ven­ tilenden vereinfacht werden. Werden die Belüftungsventile 5 wie in Fig. 2 symmetrisch plaziert, kann die Fläche des Belüftungsventils im Verhältnis zur Fläche 3 der theoretisch richtigen Auslaßöffnung zu­ nehmen. Wenn die Fläche 6 des Belüftungsventils nach Fig. 3 gleich groß wie die Fläche der theoretisch richtigen Auslaßöffnung ausgeführt wird, muß das Auslaßventil bedeutend früher öffnen als vorgesehen, was das eingebaute Volumenverhältnis beeinflußt. Es dürfte aus den Fig. 1 bis 3 hervorgehen, daß die Ausströmfläche aus dem Rotationskompressor gegen die Mantelwandung der Arbeitskammer nie ganz der Fläche irgendwelcher gezeigter Belüftungsventile entsprechen kann. In Fig. 3 bezeichnet der Bereich 7 an sich ein eingebautes Strömungshindernis für den Strom im Rotationskompressor.

Ein Schraubenkompressorgehäuse des twin-scew-Typs nach der Er­ findung besteht aus einem die beiden parallel angeordneten zusammen­ wirkenden Schraubenflächen umschließenden Rotorgehäuse 8 mit Stirnsei­ ten 9, 10, siehe Fig. 4. Die Stirnseiten 9, 10 stellen die axialen Endebenen dar, welche die Arbeitskammer 11 des Schraubenkompressors axial begrenzen. Die eine Endebene/Stirnseite 10 entspricht der bereits erwähnten Einlaßebene 1 und die andere Endebene/Stirnseite 2 entspricht der bereits erwähnten Auslaßebene 2. Im Anschluß an die Einlaßebene befindet sich eine Einlaßöffnung für das Arbeitsmedium zur Arbeitskammer. Um die gegenseitige Plazierung der verschiedenen Ventil­ funktionen zu zeigen, ist in Fig. 4 dargestellt, wie eine Schieberven­ til 18 zur Kapazitätsregelung in bezug zur Ventilvorrichtung 13 für die Regelung des inneren Volumenverhältnisses angeordnet werden kann. Im Anschluß an die Auslaßebene befindet sich im Rotorgehäuse eine radiale Auslaßöffnung 12, die zur Gänze in der Mantelwandung des Arbeitsraumes ausgebildet ist. Die Auslaßöffnung 12 stimmt in diesem Fall im wesent­ lichen mit der bereits erwähnten theoretisch richtigen Form 3 gemäß Fig. 2 überein. Ein Ventilkörper 13 für die Zusammenwirkung mit der Auslaßöffnung 12 in Richtung gegen den Rotorlauf ist mit einer von zwei konkaven Flächen 15, 16 begrenzten Spitzenlinie 14 versehen, welche Flächen 15, 16 bei ganz eingeschobenem Ventilkörper mit minimalem Spiel an den Außendurchmesser der Rotoren anschließen.

Da der Ventilkörper zur Auslaßebene schräg angeordnet ist, schnei­ det die Wirkungslinie des Ventilkörpers die Auslaßebene unter einem be­ stimmten Winkel, beispielsweise 30°, und das Ventilkörperende muß min­ destens drei Flächen umfassen, von denen zwei konkave, von einer Spitzenlinie getrennte Flächen 15, 16 gegen die Rotoren gerichtet sind und eine ebene Fläche 17 gegen die Auslaßebene gerichtet ist. Bei ganz eingeschobener Lage schließen die konkaven Flächen 15, 16 mit minimalem Spiel an die Rotoren an und die ebene Fläche 17 schließt an die Auslaß­ ebene 9 an, was dazu beiträgt, daß der Ventilkörper 13 mit perfektem Anschluß an der Auslaßöffnung 12 des Rotorgehäuses fixiert wird. Bei ganz eingeschobener Lage stimmt das Ende des Ventilkörpers im wesentli­ chen mit der Mantelfläche des Arbeitsraumes überein. Bei schräggestell­ tem Ventilkörper braucht dieser nicht in der Teilungsebene zwischen Ro­ torgehäuse und Auslaßebene angeordnet zu werden, was eine Beibehaltung der guten Abdichtung zwischen den genannten Elementen mit sich bringt. Die Größe der Auslaßöffnung 12 und damit auch des Ventilkörpers 13 wird an sich vom gewünschten eingebauten Volumenverhältnis bei geöffneter Auslaßöffnung bestimmt. Im Ventilkörper 13 kann außerdem an dessen Spitzenende eine fixe Öffnung 19 vorgesehen sein, die so ausgebildet ist, daß sie bei ganz geschlossener Öffnung ein bestimmtes höchstes einge­ bautes Volumenverhältnis ergibt. Zur Verschiebung des Ventilkörpers 13 kann dieser mit einer Steuereinheit und einem Betätigungsorgan verbun­ den sein oder selbst mit seinem anderen Ende einen Antriebskolben bil­ den, der in einem Zylinderraum zum Anschluß an das Rotorgehäuse ange­ ordnet ist.

Es ist äußerst wichtig, daß sich der Ventilkörper in einer be­ stimmten Ebene bewegt, damit er hinsichtlich seiner richtigen Pla­ zierung in bezug auf die Auslaßöffnung und die Auslaßebene nicht schräg zu liegen kommt. Beispielsweise kann dem Ventilkörper ein im wesent­ lichen kreiszylindrischer Querschnitt verliehen werden und auf diese Weise eine gute Führungsfläche für die Bewegung des Ventilkörpers er­ halten werden.

Damit sich der Ventilkörper während seiner Vor- und Rückbewegung zur bzw. von der Auslaßöffnung nicht verdreht, kann er mit Führungen, beispielsweise Nuten, versehen sein.

Mit der schrägen Anordnung des Ventilkörpers in bezug auf den Ro­ torlauf kann die Auslaßöffnung nahezu übereinstimmend mit der theore­ tischen Auslaßöffnung ausgeführt werden und gleichzeitig wird eine ganz geschlossene Dichtungslinie zwischen Rotorgehäuse und Auslaßebene er­ halten, was auch dazu beiträgt, daß der Rotationskompressor leichter zu warten ist. Beispielsweise braucht zur Inspektion der Rotoren lediglich der Ventilkörper entfernt zu werden. Die schräge Anordnung bedeutet auch, daß der Ventilkörper mit einer Schrägfläche ausgebildet ist, die gegen die Auslaßebene wirkt, was mit sich bringt, daß der Ventilkörper bei Bewegung gegen die Auslaßöffnung in seiner Bewegung geführt und schließlich in seiner ganz eingeschobenen Lage fixiert wird.

Claims (4)

1. Ventilvorrichtung zur Regelung des inneren Volumenverhältnisses eines Rotationskompressors des Schraubentyps mit einer am Rotorlauf des Rotorgehäuses des Kompressors angeordneten Auslaßöffnung, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (12) axial von der Auslaßebene und von schräggestellten Nockenlinien der übereinstimmenden Begrenzungsli­ nien der Schraubenenden in der Mantelwandung der Arbeitskammer begrenzt ist, und daß die Auslaßöffnung von einem entsprechenden beweglichen Ventilkörper (13) gebildet ist, der in seiner ganz eingeschobenen Lage an die Außendurchmesser der Rotoren anschließt, und im Winkel zur Aus­ laßebene wirkt sowie zur Rotorebene hin zwei durch eine Spitzenlinie (14) getrennte konkave Fläche (15, 16) und zur Auslaßfläche hin eine ebene Fläche (17) aufweist, wobei in der ganz eingeschobenen Lage des Ventilkörpers die konkaven Flächen mit minimalem Spiel an die Außen­ durchmesser der Rotoren anschließen und die ebene Fläche an die Fläche der Auslaßebene anschließt.

2. Ventilvorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die schräge Anordnung des Ventilkörpers (13) und dessen schräge Bewegung eine vollkommen geschlossene Dichtungslinie der Aus­ laßebene ermöglicht.

3. Ventilvorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Führungsfläche des Ventilkörpers (13) im wesentlichen kreiszylindrische Form bis zum Ventilende aufweist, dessen Form im wesentlichen mit der theoretisch richtigen radialen Auslaßöffnung übereinstimmt.

4. Ventilvorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Ventilkörper (13) im Anschluß an seine konkaven Flächen (15 und 16) und ebene Fläche (17) eine kleinere Öffnung aufweist, die im wesentlichen gleichförmig mit der Öffnung (12) ist.