DE60115671T2

DE60115671T2 - Öleingespritzter schraubenverdichter mit veränderlicher drehgeschwindigkeit

Info

Publication number: DE60115671T2
Application number: DE60115671T
Authority: DE
Inventors: Philip High Wycombe NICHOL; Lyndon Paul Haddenham FOUNTAIN
Original assignee: Compair UK Ltd
Current assignee: Compair UK Ltd
Priority date: 2000-09-25
Filing date: 2001-09-24
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2021-09-25
Also published as: DE60115671D1; US7059837B2; US20040096333A1; GB2367333A; GB0023459D0; ES2253418T3; AU2001290098A1; EP1320683A1; ATE312287T1; GB2367333B; EP1320683B1; WO2002025114A1

Description

Die Erfindung betrifft die Anwendung einer variablen Geschwindigkeits-Steuerung/Regelung eines Kühlgebläses auf einen geschwindigkeitsvariablen Schraubverdichter mit Öleinspritzung.
Ein Schraubverdichter mit Öleinspritzung, der eine oder mehrere Verdichterstufen aufweist, kann von einem geschwindigkeitsvariablen Motor angetrieben werden. Die Geschwindigkeit des Motors wird automatisch gesteuert/geregelt, um den Verdichter entweder mit einer eine Serie voreingestellter Geschwindigkeiten anzutreiben oder die Geschwindigkeit stufenlos einzustellen, so dass das Ausgangsvolumen des Verdichters an den Bedarf angepasst wird.
Öl, welches zum Kühlen, Schmieren und Abdichten des Verdichterelements verwendet wird, wird in einem Radiator gekühlt, der Umgebungsluft als das Kühlmedium verwendet. Es wird ein Gebläse verwendet, um Luft über den Radiator zu leiten. Der hier verwendete Begriff „Öl" gilt insbesondere auch auf synthetische Öle und andere Kühlmittel, und soll diese abdecken.
Herkömmlich wird das Gebläse mit einem Festdrehzahl-Elektromotor angetrieben, der kontinuierlich läuft, während der Verdichter läuft. Allgemein wird ein thermostatisch geregeltes Bypassventil als ein Mittel verwendet, um das Öl von dem Radiator weg zu leiten, bis die Öltemperatur einen bestimmten Wert erreicht. Das gegenseitig verwendete Ventil wird durch eine Wachs enthaltende Kapsel betätigt. Wenn die Öltemperatur ansteigt, dehnt sich das Wachs aus und betätigt das Ventil, um das Öl auf den Kühler zu leiten.
In einem geschwindigkeitsvariablen Verdichter verändert sich die zum Kühlöl abgeführte Wärmemenge mit der Geschwindigkeit und dem Druck, mit dem der Verdichter läuft. Wenn die Geschwindigkeit und der Druck abnimmt, ist weniger Leistung erforderlich, und daher wird weniger Wärme zum Öl abgeführt. Während er unter leichter Last oder kühlen Bedingungen läuft, besteht eine Tendenz, dass das Öl überkühlt, wodurch Feuchtigkeit in der verdichteten Luft kondensiert. Über eine Zeitdauer akkumuliert sich dieses Wasser in dem Ölsystem. Wenn dieses nicht regelmäßig abgelassen wird, zirkuliert das Wasser in dem Öl, was eine Beschädigung der Lager und eine Korrosion von eisenhaltigen Oberflächen hervorruft.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, diese Nachteile zu überwinden.
Die JP 06-213186 beschreibt einen Rotationsverdichter mit einem Ölabscheider, wobei ein Wärmetauscher zum Kühlen des abgeschiedenen Öls ein Gebläse aufweist, das für die erforderliche Kühlung der Luft zum Wärmetauscher sorgt und das von einem Elektromotor angetrieben wird, der mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten läuft, die durch ein Steuereinheit-Prozesssignal gesteuert/geregelt werden, das von einem Öltemperatursensor erzeugt wird, der die Öltemperatur am Auslass des Ölwärmetauschers misst, und die Geschwindigkeit des Gebläses so einstellt, dass die zur Kühlluft abgeführte Wärme mit der Wärmeabfuhr des Öls ausgeglichen wird.
Die Erfindung umfasst daher einen Schraubverdichter, umfassend zumindest eine Verdichterstufe, wobei jede Verdichterstufe ein Paar von Rotoren umfasst, ein geschwindigkeitsvariables Verdichterantriebsmittel zum Antrieb zumindest eines der Rotoren, um eine Luftverdichtung zu bewirken, einen Ölrückgewinner zum Extrahieren von Öl aus der verdichteten Luft, eine Kühlvorrichtung zum Kühlen des aus der verdichteten Luft extrahierten Öls, wobei die Kühlvorrichtung eine Wärmeaustauschvorrichtung und ein Gebläse aufweist, das durch einen Motor angetrieben ist, der mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten laufen kann, um die Wärmeauschtauschvorrichtung mit Kühlluft zu versorgen, wobei der Motor von dem geschwindigkeitsvariablen Verdichterantriebsmittel unabhängig ist, wobei die Geschwindigkeit des Gebläsemotors durch eine Steuereinheit gesteuert/geregelt wird, wobei die Steuereinheit ein Prozessormittel umfasst, um Signale zu verarbeiten, die von einer Mehrzahl von Vorrichtungen erzeugt werden, die Betriebsparameter des Verdichters überwachen, wobei zumindest eine der Überwachungsvorrichtungen die Geschwindigkeit des geschwindigkeitsvariablen Verdichterantriebsmittels überwacht, wobei das Prozessormittel die Eingangsleistung des Verdichters unter Verwendung einer Kombination der Geschwindigkeitsmessung und des Drehmoments des geschwindigkeitsvariablen Verdichterantriebsmittels berechnet, und die Geschwindigkeit des Gebläses proportional zur Eingangsleistung einstellt, um die zu der Kühlluft abgeführte Wärme mit der Wärmeabfuhr zu dem Öl auszugleichen.
Nun wird eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung nur als Beispiel in Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, worin:
1 eine schematische Darstellung des Schraubverdichters gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
Typischerweise besteht jede Verdichterstufe eines Schraubverdichters 5 aus einem Paar schneckenförmig genuteter Rotoren, die jedem Ende in Rollenlagern abgestützt sind. Die folgende Beschreibung deckt den Betrieb eines einstufigen Verdichters ab, aber die Erfindung gilt in ähnlicher Weise auch für mehrstufige Maschinen. Ein geschwindigkeitsvariabler Motor 12 hat treibt einen Rotor an, der den Antrieb auf den gegenläufigen Rotor überträgt. Der geschwindigkeitsvariable Motor 12 wird dazu verwendet, den Verdichter 5 direkt anzutreiben. Ein elektronisches Steuersystem stellt stufenlos die Geschwindigkeit der Verdichter innerhalb voreingestellter Grenzen ein, so dass der Ausgabestrom an die Anforderungen des Verbrauchers angepasst ist, um den gewünschten System Druck einzuhalten.
Luft wird durch einen Luftfilter 10 in den Verdichter durch die Wirkung der Rotoren angesaugt. In dem Verdichterelement 11 wird die Luft zwischen den Rotoren und dem Gehäuse verdichtet. Während dieses Prozesses wird Öl mit einem höheren Druck als jenem der Luft durch eine Öffnung in dem Verdichtergehäuse in die Luft eingespritzt. Das Öl kühlt, schmiert und dichtet das Verdichterelement 11 ab. Das Öl/Luftgemisch wird weiter verdichtet und dann durch eine Austrittsöffnung des Verdichterelements 11 in einen Ölrückgewinner 13 abgegeben. In dem Rückgewinner 13 wird das Öl von der Luft abgetrennt. Das von dem Rückgewinner 13 abgetrennte Öl wird dann durch einen Ölkühler und einen Ölfilter 20 zum Verdichterelement 11 rückgeführt. Die Luftdruckdifferenz zwischen dem Rückgewinner 13 und dem Einspritzpunkt in das Verdichterelement 11 treibt das Öl durch diesen Kreislauf. Die verdichtete Luft verlässt den Rückgewinner 13 durch einen Feinfilter 14, Einwegventil 14 und in den meisten Fällen ein Nachkühler 16.
Der Ölkühler umfasst einen Radiator 17 und ein Gebläse 18, das durch eine Motor- und Steuereinheit angetrieben wird.
Das Kühlöl wird in dem Radiator 17 selbst gekühlt, welcher Umgebungsluft als Kühlmedium verwendet. Es wird ein Gebläse 18 dazu verwendet, einen Luftstrom über den Radiator 17 zu leiten.
Eine Motor- und Steuereinheit 19 treibt das Gebläse 18 an, das angesteuert werden kann, um automatisch entweder mit einer Anzahl unterschiedlicher fester Drehzahlen laufen, oder die Geschwindigkeit kann stufenlos verändert werden, in Antwort auf Steuersignale, die aus bestimmten Parametern der Betriebsbedingungen des Verdichters 5 abgeleitet werden. Dies kann durch die Verwendung einer der folgenden Alternativen erreicht werden:

i) einen Pol-umschaltbaren (oder ähnlichen) Motor, der umgeschaltet werden kann, so dass er mit zwei oder mehr Geschwindigkeiten läuft;
ii) einen Induktionsmotor, der über einen elektronischen Treiber mit einer Anzahl vorbestimmter Geschwindigkeiten laufen kann oder in Antwort auf ein Steuersignal stufenlos verändert werden kann;
iii) einen Antriebsmotor mit umschaltbarem magnetischem Widerstand, der über einen elektronischen Treiber mit einer Anzahl vorbestimmter Geschwindigkeiten oder in Antwort auf ein Steuersignal stufenlos verändet werden kann; oder
iv) irgendeine andere Form eines elektrischen Antriebs variabler Geschwindigkeit.

Die Betriebsparameter des Verdichters 5 werden durch geeignete Überwachungseinrichtungen fortlaufend überwacht. Diese Parameter beinhalten Geschwindigkeit und Drehmoment des Motors des Verdichterantriebs, den Luftdruck am Luftausgabepunkt des Verdichters 5 oder am Auslasspunkt des Verdichters 5, Öltemperatur am Ölkühlerauslass, Umgebungstemperatur und Luft/Ölausgabetemperatur der Verdichterstufen, insbesondere der Endstufe. Durch die Überwachungsvorrichtungen werden Signale erzeugt, die dem elektronischen Steuergerät der Motor- und Steuereinheit 19 zugeführt werden und verarbeitet werden, um zu ermöglichen, dass das Steuergerät die Gebläsegeschwindigkeit einstellt, um die Wärmeenergie zu modifizieren, die vom Öl zur Kühlluft abgeführt wird. Im Wesentlichen kann, durch Messung des Drehmoments und der Geschwindigkeit des Verdichterantriebs, die Eingangsleistung zum Verdichter 5 berechnet werden, und die Geschwindigkeit des das Gebläse 5, 18 antreibenden Motors wird proportional zur Eingangsleistung eingestellt, so dass die zur Kühlluft abgeführte Wärme mit der Wärmeabfuhr zum Öl ausgeglichen ist. Die Eingangsleistung könnte alternativ elektrisch mittels eines Kilowatt-Umwandlers gemessen werden.
Die Öltemperatur am Ölkühlerauslass, oder andere gemessene Parameter, wird dazu verwendet, die Geschwindigkeit des Gebläses 18 weiter einzustellen, um Schwankungen der Umgebungstemperatur, des Kühlerwirkungsgrads und der Gebläseleistung zu kompensieren.
Ein geschwindigkeitsvariabler Antrieb, der bei einem Verdichter 5 dieses Typs angewendet wird, bietet signifikante Verbesserungen des Wirkungsgrads unter Teillastbedingungen. Dies ist so, weil die Anpassung der Ausgangsleistung des Verdichters 5 an die Anforderung durch die Geschwindigkeitsregelung effizienter ist als andere Mittel der Kapazitätssteuerung.
Wenn man jedoch das Kühlgebläse 18 mit voller Geschwindigkeit (und Leistung) unabhängig von der Verdichterlast laufen lässt, reduziert dies die Gesamtverbesserung des Wirkungsgrads. Ein geschwindigkeitsvariables Gebläse bedeutet, dass das Gebläse 18 nur die Energiemenge verbraucht, die zum Kühlen des Verdichteröls erforderlich ist.
Ein sekundärer Vorteil ist, dass die Geschwindigkeitsreduktion des Gebläses 18 den Geräuschpegel des Verdichters 5 reduziert.

Claims

Schraubverdichter (5) mit zumindest einer Verdichterstufe (11), wobei jede Verdichterstufe umfasst: ein Paar von Rotoren, ein geschwindigkeitsvariables Verdichterantriebsmittel (12) zum Antrieb zumindest eines der Rotoren, um eine Luftverdichtung zu bewirken, einen Ölrückgewinner (13) zum Extrahieren von Öl aus der verdichteten Luft, eine Kühlvorrichtung zum Kühlen des aus der verdichteten Luft extrahierten Öls, wobei die Kühlvorrichtung eine Wärmeaustauschvorrichtung und ein Gebläse (18) aufweist, das durch einen Motor (19) angetrieben ist, der mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten laufen kann, um die Wärmeauschtauschvorrichtung mit Kühlluft zu versorgen, wobei der Motor (19) von dem geschwindigkeitsvariablen Verdichterantriebsmittel (12) unabhängig ist, wobei die Geschwindigkeit des Gebläsemotors (19) durch eine Steuereinheit (19) gesteuert/geregelt wird, wobei die Steuereinheit (19) ein Prozessormittel umfasst, um Signale zu verarbeiten, die von einer Mehrzahl von Vorrichtungen erzeugt werden, die Betriebsparameter des Verdichters (5) überwachen, wobei zumindest eine der Überwachungsvorrichtungen die Geschwindigkeit des geschwindigkeitsvariablen Verdichterantriebsmittels (12) überwacht, wobei das Prozessormittel die Eingangsleistung des Verdichters (5) unter Verwendung einer Kombination der Geschwindigkeitsmessung und des Drehmoments des geschwindigkeitsvariablen Verdichterantriebsmittels berechnet, und die Geschwindigkeit des Gebläses (18) proportional zur Eingangsleistung einstellt, um die zu der Kühlluft abgeführte Wärme mit der Wärmeabfuhr zu dem Öl auszugleichen.
Schraubverdichter (5) nach Anspruch 1, worin der Gebläsemotor (9) mit einer Anzahl unterschiedlicher fester Geschwindigkeiten laufen kann, oder die Motorgeschwindigkeit stufenlos verändert werden kann.
Schraubverdichter (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin zumindest eine Überwachungsvorrichtung das Drehmoment des geschwindigkeitsvariablen Verdichterantriebsmittels (12) überwacht.
Schraubverdichter (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin zumindest eine Überwachungsvorrichtung den Druck der Luft am Verdichterauslass überwacht.
Schraubverdichter (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin zumindest eine Überwachungsvorrichtung die Temperatur des Öls am Auslass der Kühlvorrichtung überwacht.
Schraubverdichter (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin zumindest eine Überwachungsvorrichtung die Umgebungstemperatur überwacht.
Schraubverdichter (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin zumindest eine Überwachungsvorrichtung die Luft/Öl-Ausfuhrtemperatur der letzten Verdichterstufe überwacht.