DE4114618B4

DE4114618B4 - Verfahren zur Änderung des inneren Volumenverhältnisses vi für Schraubenverdichter

Info

Publication number: DE4114618B4
Application number: DE19914114618
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl.-Ing. Knodel; Ottomar Dipl.-Ing. Neuwirth; Dieter Dr.-Ing. Mosemann; Peter Dipl.-Ing. Kolberg; Horst Maier
Original assignee: Grasso GmbH Refrigeration Technology
Current assignee: GEA Refrigeration Germany GmbH
Priority date: 1991-04-30
Filing date: 1991-04-30
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2011-05-01
Also published as: DE4114618A1

Abstract

Verfahren zur Änderung des inneren Volumenverhältnisses V_i für Schraubenverdichter für kälteanlagen mit V_i- und Teillastverstellung, bei der ein Regelschieberanschlagstück (13) in die eine Richtung durch ein Systemen Druckfedern und Stiften, die im oder am Regelschieberanschlagstück 13 angeordnet sind, verschoben wird und in die andere Richtung durch eine Kolbenzylinderanordnung, in die Drucköl steuerbar zu- oder abgeführt wird, und bei der ein Regelschieber (1) durch eine Kolbenzylindereinheit verstellt wird, wobei erste Ventile (7, 8, 9, 10) die Zu- und Abfuhr von Drucköl in die Kolbenräume der Kolbenzylindereinheit steuern,
dadurch gekennzeichnet
dass ein energieoptimaler V_i-Wert aus abgespeicherten V_i-Werten in Abhängigkeit von Betriebsdaten wie Ansaugdruck und Verdichtungsenddruck berechnet wird und in eine Wegbegrenzungsgröße X_max für den Regelschieber (1) umgewandelt wird, dass zweitens eine Wegmessung des Regelschieberweges mit Wegmesssystem erfolgt und bei Übereinstimmung, dieses Messwertes mit Wegbegrenzungsgröße X_max für den Regelschieber (1) zweite Ventile (17, 18) zur Steuerung der Zu- und Abführung von...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Änderung des inneren Volumenverhältnisses v_i an ölüberfluteten, leistungsgeregelten Schraubenverdichtern mit einem parallel zu den Rotordrehachsen angeordneten axial verschiebbaren Regelschieber zur v_i- und Teillaständerung und einem axial verschiebbaren Regelschieberanschlagstück, die beide mit hydraulisch beaufschlagten Zylinder-Kolbenanordnungen, die auf der Saugseite des Schraubenverdichters angeordnet sind, verbunden sind, wobei der Regelschieber Teile der radialen Auslassöffnung des Schraubenverdichters aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Einstellung eines ernergieoptimalen v_i-Wertes.

Bekannt sind technische Lösungen, bei denen das Regelschieberanschlagstück über eine Kolbenstange mit einer hydraulisch betätigten Zylinderkolbenanordnung verbunden ist und die Kolbenstellung über Ventile durch Zu- und Abströmen von Hydraulikflüssigkeit gesteuert wird, so dass die Positionierung des mit dem Kolben antriebsmäßig verbundenen Regelschieberanschlagstückes realisiert wird. Zur genauen Positionierung, das heißt zur Festlegung des gewünschten Wertes v_i ist ein aufwendiges Lagegebersystem – ein Wegmesssystem – vorhanden, das die aktuelle Lage des Regelschieberanschlagstückes in ein elektrisches Signal umwandelt. In Kälteanlagen, bei denen das Arbeitsstoffpaar Kältemittel und Öl oft von Druck und Temperatur abhängige Lösungen bildet, lässt sich diese Positionierung nicht mit der gewünschten Genauigkeit durchführen.

Die in bekannten Schraubenverdichtern vorhandenen Federelemente oder Zylinderkolbenanordnungen, die mit Arbeitsmedien oder unter Verdichtungsenddruck stehendem Öl beaufschlagt werden, gewährleisten nicht die gewünschte Einstellung des v_i-Wertes, da sich das Regelschieberanschlagstück im Ergebnis verschiedener Drücke und einem daraus resultierenden Kräftegleichgewicht in keine definierte Lage begibt.

Da sich das Kräftegleichgewicht im Regelschieberanschlagstück beim Verstellen des Regelschiebers aus der MAX-Position in eine Teillaststellung ändert, wird auch der v_i-Wert durch Verschieben des Regelschieberanschlagstückes ungewollt geändert. Außerdem gibt es durch dieses Verhalten einen relativ großen Bereich, in dem trotz Verstellen des Regelschiebers, mit der Absicht ins Teillastgebiet zu gelangen, sich ungewollt nur der v_i-Wert ändert und damit die Teillastcharakteristik und der Volllast-Energieverbrauch ungünstig beeinflusst werden.

Bei bekannten technischen Ausführungen wird die Lage der beiden Schieber, wie in der DE 34 22 573 A1 beschrieben, in Abhängigkeit des Motorstromes mit dem Ziel verändert, diesen zu minimieren oder wie in der DE 35 28 058 A1 dargestellt, in Abhängigkeit eines Drucksignals, das am Rotorgehäuse abgenommen wird, mit dem Ziel verändert, die innere Verdichtung möglichst gut an den Enddruck im Druckrohr des Verdichters anzupassen.

Weder der genannte Motorstrom noch der genannte Druck am Arbeitsraum können zur v_i-Regelung verwendet werden, da sich die Antriebsleistung durch Änderung des Endschiebers verändert und nicht nur durch die Stellung der in den Patenten beschriebenen Schieber.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Nachteile der bekannten technischen Lösungen zu beseitigen und ein kostengünstige, platzsparende Vorrichtung zur v_i-Verstellung zu finden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, dass die auf die Stirnflächen des Regelschiebers wirkende Kraftresultierende bei Volllast- (mögliche Betriebsweise zur v_i-Verstellung) und bei Teillastbetrieb (mögliche Betriebsweise zur Vorlumenstromänderung des Schraubenverdichters) durch den über die Kolbenstange mit dem Regelschieber antriebsmäßig verbundenen Verstellkolben erfolgt.

Die Merkmale der Erfindung bestehen darin, dass im Regelschieberanschlagstück oder an dieses unmittelbar angrenzend eine innere zweite Zylinderkolbenanordnung vorhanden ist, deren wirksame Kolbenfläche kleiner ist als die wirksame Kolbenfläche des Verstellkolbens, und dass ein System von Federn im Regelschieberanschlagstück angeordnet ist, dessen Kraft der hydraulisch aufgebrachten Verstellkraft der zweiten Zylinderkolbenanordnung entgegenwirkt, wobei der an den inneren Kolben angrenzende Hydraulikraum über ein Kanalsystem wahlweise mit Druckquellen über steuerbare zweite Ventileinrichtungen verbunden ist.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass ein v_i-Auswahlsystem vorhanden ist, das in Abhängigkeit p_o (Druck im Saugstutzen) und des Gegendruckes p_k (Druck im Druckstutzen) oder in Abhängigkeit der Verdampfungstemperatur t_o und der Kondensationstemperatur t_k aus einem sinnvollen Algotithmus den v_i-Wert auswählt, bei dem die Verdichterantriebsleistung beim aktuellen Betriebszustand ein Minimum besitzt.

Außerdem ist gemäß der Erfindung ein Wegmesssystem zur Bestimmung der aktuellen Lage des Verstellkolbens vorhanden. Die Ventileinrichtungen der ersten Zylinderkolbenanordnung zum Füllen und Entleeren der Hydraulikräume sind mit einem Leistungsregler verbunden.

Zur Übertragung von Signalen sind das Wegmesssystem, das v_i-Auswahlsystem und die steuerbaren zweiten Ventileinrichtungen miteinander informationsübertragend verbunden.

Die Merkmale der verfahrenstechnischen Seite der Erfindung bestehen darin, dass erstens der v_i-Wert aus dem, v_i-Auswahlsystem in eine Wegbegrenzungsgröße zur Begrenzung des Regelschieberweges, der durch das Wegmesssystem erfasst wird, umgewandelt wird.

Bei Übereinstimmung des Wegbegrenzungssignals, das dem v_i-Wert entspricht, mit dem Regelschieberweg werden zweitens die zweiten steuerbaren Ventileinrichtungen aktiviert und drittens weitere Signale vom Leistungsregler zu den ersten steuerbaren Ventileinrichtungen, die eine Vergrößerung der Förderleistung des Verdichters zur Folge hatten, unterbunden.

Bei Vorliegen eines Signals vom Leistungsregler an die ersten Ventileinrichtungen, die eine Verkleinerung der Förderleistung des Verdichters zur Folge hätten, werden die zweiten Ventileinrichtungen geschlossen und die Signale des Leistungsreglers auf die ersten Ventileinrichtungen übertragen. Im Ergebnis dieses verfahrenstechnischen Ablaufes wird der Regelschieber entsprechend dem konkreten Betriebspunkt des Verdichters in die Lage gebracht, die dem energieoptimalen v_i entspricht, bei am Regelschieber anliegenden Regelschieberanschlagsstück. Danach öffnet die Zuführung zur zweiten Ventileinrichtung. Sie bewirkt, dass sich das Regelschieberanschlagstück in Richtung Regelschieber bewegt. Dadurch arbeitet der Schraubenverdichter bei maximaler Förderleistung.

Im nächsten Zeitsabschnitt wird der Leistungsregler entsprechend der gewünschten Teillastförderleistung durch Ansteuern der ersten Ventileinrichtungen dafür sorgen, dass Leistungsbedarf und Leistungaangebot des Schraubenverdichters im Teillastgebiet übereinstimmen.

Das v_i-Auswahlsystem arbeitet unabhängig von der Teillaststellung des Regelschiebers und liefert lediglich den Grenzwert des Regelschiebers bei dem das gewünschte v_i vorhanden ist, so dass dadurch gewährleistet wird, dass der Schraubenverdichter bereits bei Erreichen der Maximalförderleistung mit dem energieoptimalen v_i-Wert, das heißt mit der günstigsten Verdichtung betrieben wird.

Nach einem Ausführungsbeispiel zeigt die 1 eine Vorrichtung zur v_i-Änderung für ölüberflutete Schraubenverdichter mit Leistungsregelung.
In 2 ist ein vereinfachtes Informationsflußbild für die v_i- und Teillastverstellung dargestellt, aus der der verfahrenstechnische Ablauf der Teillastregelung und der v_i-Steuerung erkennbar ist.
Gemäß 1 besitzt der zu den nicht dargestellten Rotoren parallel angeordnet axial verschiebbare Regelschieber 1 die in Bezug auf die Rotoren radial angeordnete Auslassöffnung 2 für das verdichtete Arbeitsmedium. Er ist über die Kolbenstange 3 mit dem hydraulisch beaufschlagten Verstellkolben 4 antriebsmäßig verbunden. Der Verstellkolben 4 gehört zu einer ersten Kolbenzylinderanordnug, die über Kanäle 5 und 6 mittels einer ersten Ventilkombination mit den Magnetventilen 7, 8, 9, 10 verstellt werden kann. Bei Verschieben des Verstellkolbens 4 durch Füllen des Hydraulikraumes 11 und Entleeren des Hydraulikraumes 12 wird der Regelschieber 1 axial verschoben. Das Regelschieberanschlagstück 13 besitzt eine zweite Zylinderkolbenanordnung mit einem feststehenden Kolben 14 und einem nicht näher bezeichneten Zylinder, die einen inneren Hydraulikraum 15 bilden, der über den Kanal 16 mit einer zweiten Ventilkombination, die aus den Ventilen 17, 18 besteht, gefüllt und entleert werden kann.
Ein System aus Druckfedern 19, dessen Gesamtkraft auf die zur Verfügung stehenden Drücke, auf die die Fläche des Kolbens 14 abgestimmt ist, verschiebt das Regelschieber-anschlagstück 13 bei geöffneten Ventil 17 und geschlossenem Ventil 18 in die linke Endlage. Die erste und die zweite Ventilkombination sind gemäß 2 mit einem Leistungsregler 20, mit einem v_i-Auswahlsystem 21 und mit Vergleichsgliedern 22, 23 logisch verknüpft.
Der Leistungsregler 20 vergleicht Soll- und Ist-Wert der Kälteleistung, zum Beispiel durch Messung des Ansaugdruckes des Schraubenverdichters und Vergleich mit dem Sollwert des Ansaugdruckes.
Ist die Kälteleistung Q_oist kleiner als Q_osoll, wird die erste Ventilkombination durch Öffnen der Magnetventile 8, 9 aktiviert, und der Regelschieber 1 verschiebt sich in Richtung größerer Kälteleistung, also um +Δx. Nach Vergleichsglied 22 fällt im Vergleichsglied 23 eine Entscheidung zu einem Schwellwert, die nicht näher beschrieben ist.
Fällt die Abfrage im Vergleichsglied 23 negativ aus, wird der Leistungsregler 20 erneut abgefragt. Hat der Regelschieber bereits die Position x_max erreicht, werden die Ventile 7, 8, 9, 10 der ersten Ventilkombination geschlossen und die zweite Ventilkombination durch Öffnen des Ventils 18 und Schließen des Ventils 17 aktiviert.
Dadurch begibt sich das Regelschieberanschlagstück 13 an den Regelschieber 1. Der Verdichter arbeitet bei Volllast und beim gewünschten v_i. Danach wird der Leistungsregler 20 angesprochen. Der Zyklus wiederholt sich. Die übrigen Pfade des Blockschaltbildes bedürfen keiner Erklärung.
Die Verfahrensschritte lauten also:

1. Auswahl des für energieoptimalen Betrieb erforderlichen v_imax Wertes und die Umwandlung des Wertes v_imax in eine Wegbegrenzungsgröße x_max für den Regelschieberweg x.
2. Messung des Regelschieberweges, Vergleich mit x_max und Ansteuerung der zweiten Ventileinrichtung bei positiver Abfrage (x_max = x Vergleichsglied 24).
3. Unterdrückung leistungsvergrößernder Signale des Leistungsreglers, das heißt im Blockschaltbild direkter Sprung vom Vergleichsglied 22, 23, 24 zum Leistungsregler 20 ohne Vergrößerungsbefehl x₁ = x_o + Δx.

1: Regelschieber
2: Auslaßöffnung
3: Kolbenstange
4: Verstellkolben
5, 6: Kanäle
7, 8: Magnetventile
9, 10: Magnetventile
11: Hydraulikraum
12: Hydraulikraum
13: Regelschieberanschlagstück
14: Kolben (feststehend)
15: Hydraulikraum
16: Kanal
17, 18: Ventile
19: Druckfedern
20: Leistungsregler
21: v_i-Auswahlsystem
22: Vergleichsglied
23: Vergleichsglied
24: Vergleichsglied
x, x_o, x₁: Regelschieberweg

Claims

Verfahren zur Änderung des inneren Volumenverhältnisses V_i für Schraubenverdichter für kälteanlagen mit V_i- und Teillastverstellung, bei der ein Regelschieberanschlagstück (13) in die eine Richtung durch ein Systemen Druckfedern und Stiften, die im oder am Regelschieberanschlagstück 13 angeordnet sind, verschoben wird und in die andere Richtung durch eine Kolbenzylinderanordnung, in die Drucköl steuerbar zu- oder abgeführt wird, und bei der ein Regelschieber (1) durch eine Kolbenzylindereinheit verstellt wird, wobei erste Ventile (7, 8, 9, 10) die Zu- und Abfuhr von Drucköl in die Kolbenräume der Kolbenzylindereinheit steuern, dadurch gekennzeichnet dass ein energieoptimaler V_i-Wert aus abgespeicherten V_i-Werten in Abhängigkeit von Betriebsdaten wie Ansaugdruck und Verdichtungsenddruck berechnet wird und in eine Wegbegrenzungsgröße X_max für den Regelschieber (1) umgewandelt wird, dass zweitens eine Wegmessung des Regelschieberweges mit Wegmesssystem erfolgt und bei Übereinstimmung, dieses Messwertes mit Wegbegrenzungsgröße X_max für den Regelschieber (1) zweite Ventile (17, 18) zur Steuerung der Zu- und Abführung von Drucköl in den Hydraulikraum für das Regelschieberanschlagstück (13) angesteuert werden, um das Regelschieberanschlagstück (13) zwecks Erhöhung oder Verkleinerung der Förderleistung zu verschieben, und drittens die Signale der ersten Ventile (7, 8, 9, 10) unterdrückt werden.