DE60309240T2

DE60309240T2 - Schraubenrotorverdichter mit mehreren Rotoren

Info

Publication number: DE60309240T2
Application number: DE60309240T
Authority: DE
Inventors: Steven James Manilius Holden
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 2002-05-08
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2023-04-18
Also published as: DE60309240D1; AU2003204426A1; JP2003328969A; EP1361364A2; US6638042B1; KR100537712B1; US20030210999A1; KR20030087533A; EP1722105A2; EP1361364B1; HK1060384A1; TW200404123A; EP1361364A3; EP1722105A3; TWI226920B; CN100400878C; BR0301315A; CN1456812A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schraubenverdichter mit mehreren Rotoren und betrifft im Spezielleren verbesserte Öffnungskonfigurationen für diese.
Es sind Doppelschraubenverdichter bekannt, und zwar typischerweise in Verbindung mit einem Verdichter mit einem Gehäuse, das Rotationskammern für zwei Rotoren bildet, wobei derartige Verdichter typischerweise ein Anzahl verschiedener Öffnungen aufweisen. Die Hauptöffnungen sind die Ansaug- und die Austrittsöffnungen, und weitere Öffnungen, die bei Schraubenverdichtern typischerweise verwendet werden, beinhalten eine sich als Erstes schließende Ausbuchtungsöffnung (FCL port bzw. first closed lobe port) und eine sich als Letztes schließende Ausbuchtungsöffnung (LCL port bzw. last closed lobe port), Economiser-Öffnungen sowie weitere Druckausgleichsöffnungen. Jede dieser Öffnungen hat in Verbindung mit dem Verdichterbetrieb eine andere Systemfunktion.
Es sind Schraubenverdichter mit mehreren Rotoren bekannt, die Gehäuse aufweisen, die mehr als zwei Rotorkammern bilden, wobei drei oder mehr Rotoren mindestens zwei parallele Paare bilden, von denen jedes als unabhängiges Verdichterpaar wirken kann. Die Bereitstellung der verschiedenen Öffnungen, wie diese vorstehend angeführt sind, für einen derartige Verdichter kann zu Schwierigkeiten führen, da in Abhängigkeit der Details der Verdichterausbildung und der Systembetriebsbedingungen die verschiedenen Öffnungen in Wechselwirkung mit einander treten können. Diese Wechselwirkung kann den effizienten Betrieb des Verdichters in empfindlicher Weise beeinträchtigen. Ein Schraubenverdichter mit mehreren Rotoren ist in der US-A-5 775 117 offenbart.
In Anbetracht des Vorstehenden ist es klar, dass immer noch ein Bedarf für verbesserte Gehäuse- und Öffnungskonstruktionen für Schraubenverdichter mit mehreren Rotoren besteht.
Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Schaffung von verbesserten Gehäuse- und Öffnungskonstruktionen für derartige Verdichter, mit denen die Verdichter in effizienterer Weise arbeiten können.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer solchen Öffnungseinrichtung für einen Schraubenverdichter mit mehreren Rotoren, mit der sich auch die Geräuschentstehung vermindern lässt.
Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die vorstehend genannten Ziele und Vorteile gut erreicht.
Erfindungsgemäß wird ein Schraubenverdichter mit mehreren Rotoren geschaffen, der ein Verdichtergehäuse aufweist, das mindestens drei parallele Rotorgehäusebereiche bildet, wobei jeder Rotorgehäusebereich einen Rotor enthält und wobei einander benachbarte Rotoren mindestens zwei Verdichterpaare bilden, wobei das Gehäuse ferner eine Ansaugöffnung und eine Austrittsöffnung für jedes der Verdichterpaare beinhaltet und weiterhin mindestens zwei verschiedene zusätzliche Öffnungen unterschiedlichen Typs aufweist, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus sich als Erstes schließenden Ausbuchtungsöffnungen, sich als Letztes schließenden Ausbuchtungsöffnungen sowie Economiser-Öffnungen, wobei die zusätzlichen Öffnungen zwischen den Paaren des Schraubenverdichters mit mehreren Rotoren derart aufgeteilt sind, dass mindestens eine der zusätzlichen Öffnungen mit einem ersten Paar der mindestens zwei Paare in Verbindung steht und eine weitere der zusätzlichen Öffnungen mit einem zweiten Paar der mindestens zwei Paare in Verbindung steht, so dass die Wechselwirkung zwischen den zusätzlichen Öffnungen vermindert ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist nur ein einziges Paar der mehreren Paare des Schraubenverdichters mit einer Econo miser-Öffnung versehen, und die Austrittsöffnungen für die mehreren Paare sind selektiv derart dimensioniert, dass sie dem mit Economiser versehenen Paar ein niedrigeres Volumenindexverhältnis verleihen als dem nicht mit Economiser versehenen Paar. Dies trägt zur Schaffung eines effizienten Verdichterbetriebs bei und vermindert außerdem Geräusch durch Druckschwankungen und dergleichen.
Eine asymmetrische Verteilung der Öffnungen gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorteilhafterweise dafür genutzt werden, für einen effizienten Betrieb des Schraubenverdichters mit mehreren Rotoren zu sorgen, während dies auch die Wechselwirkung zwischen Öffnungen vermeidet und damit die Gesamtleistung von diesen verbessert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es folgt nun eine ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen; darin zeigen:
1 eine Darstellung des eingeschlossenen Volumens sowie des Ansaugöffnungsbereichs, des Austrittsöffnungsbereichs und des Economiser-Öffnungsbereichs für den oberen weiblichen Rotor eines Schraubenverdichters mit mehreren Rotoren als Funktion des Beta-Winkels des männlichen Elements;
2 eine Darstellung des eingeschlossenen Volumens sowie des Ansaugöffnungsbereichs, des LCL-Öffnungsbereichs, des FCL-Öffnungsbereichs und des Austrittsöffnungsbereichs für den unteren weiblichen Rotor eines Schraubenverdichters mit mehreren Rotoren als Funktion des Beta-Winkels des männlichen Elements; und
3 eine schematische Darstellung des Gehäusebereichs eines Schraubenverdichters mit mehreren Rotoren unter Veranschaulichung der Positionierung der Economiser- und der Austrittsöffnung an diesem.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf Schraubenverdichter mit mehreren Rotoren und betrifft im Spezielleren die Konfiguration von Gehäuse- und Öffnungskonstruktionen für diese, um dadurch die Effizienz im Betrieb zu steigern sowie Betriebsgeräusch des Verdichters zu reduzieren.
Wie vorstehend erwähnt worden ist, weisen Schraubenverdichter typischerweise Ansaug- und Austrittsöffnungen für einströmendes und ausströmendes Fluid auf, wobei sie ferner zusätzliche Öffnungen unterschiedlichen Typs aufweisen, die Economiser-Öffnungen, sich als Letztes schließende Ausbuchtungsöffnungen (LCL), sich als Erstes schließende Ausbuchtungsöffnungen (FCL), Druckausgleichsöffnungen und dergleichen beinhalten. Bei herkömmlichen Doppelschraubenverdichtern sind diese Öffnungen an verschiedenen Stellen in Verbindung mit dem Schraubenpaar positioniert, um den Betrieb des Verdichters zu verbessern.
Bei Schraubenverdichtern mit mehreren Rotoren, d.h. Schraubenverdichtern mit drei oder mehr Rotoren, hat es sich herausgestellt, dass ein verbesserter Betrieb durch Positionieren der zusätzlichen Öffnungen und/oder Konfigurieren der Öffnungskonstruktion in asymmetrischer Weise, wie zwischen den mehreren Paaren von einander benachbarten und parallelen Rotoren, erzielt werden kann und dass diese Positionierung der Öffnungseinrichtungen und der Konfiguration von diesen vorteilhafterweise derart ausgebildet werden kann, dass sich eine unerwünschte Verbindung zwischen Öffnungen vermeiden lässt. Weiterhin kann diese Konstruktion dazu ausgebildet werden, das Volumenindexverhältnis (V_i) für jedes Paar sowie für männliche und weibliche Verdichtungstaschen entlang des Paares eindeutig zu optimieren, um dadurch die Effizienz des Verdichters zu steigern, Geräusch zu vermindern sowie eine insgesamt zuverlässigere Vorrichtung zu schaffen.
Erfindungsgemäß muss zwar jedes Paar eine Ansaugöffnung und eine Austrittsöffnung aufweisen, doch die übrigen Öffnungen können vorteilhafterweise zwischen den Paaren des Schraubenverdichters mit mehreren Rotoren derart aufgeteilt werden, dass diese Öffnungen vorteilhafterweise an Stellen positioniert wer den, an denen sich ein effizienter Betrieb ergibt, um dadurch das erwünschte Resultat ohne gegenseitige Beeinträchtigung zu erzielen.
Die 1 und 2 veranschaulichen in grafischer Weise das eingeschlossene Volumen und den Öffnungsbereich für die weiblichen Verdichter eines Schraubenverdichters mit mehreren Rotoren, wie dieser in 3 teilweise schematisch dargestellt ist.
1 entspricht somit der Konfiguration eines ersten Paares, das gebildet ist aus einem ersten weiblichen Rotor und dem männlichen Rotor, und 2 entspricht einem zweiten Paar, das gebildet ist aus dem zweiten weiblichen Rotor und dem männlichen Rotor.
1 zeigt, dass das erste Paar eine Ansaugöffnung und eine Austrittsöffnung beinhaltet und zeigt ferner den Öffnungsbereich für diese, wobei eine dazwischen positionierte Economiser-Öffnung vorhanden ist, die mit diesem Paar an einer Stelle entlang des Beta-Winkels oder Kurbelwinkels des männlichen Elements in Verbindung steht.
2 veranschaulicht das zweite Paar, und auch dieses Paar besitzt eine Ansaugöffnung und eine Austrittsöffnung, wie dies durch die entsprechenden Ansaugöffnungs- und Austrittsöffnungsbereiche in 2 veranschaulicht ist; ferner hat es eine sich als Letztes schließende Ausbuchtungsöffnung (LCL) und eine sich als Erstes schließende Ausbuchtungsöffnung (FCL), wie dies schematisch dargestellt ist. Dieses Paar steht nicht in direkter Verbindung mit der Economiser-Öffnung des ersten Paares. Somit veranschaulichen die 1 und 2 den Öffnungsbereich bzw. das eingeschlossene Volumen für einen Schraubenverdichter mit drei Rotoren, wobei ein erstes Paar mit einer Ansaugöffnung und einer Austrittsöffnung versehen ist, wobei diese auch bei einem zweiten Paar vorhanden sind, wobei zusätzliche Öffnungen, die eine Economiser-Öffnung, eine sich als Letztes schließende Ausbuchtungsöffnung und eine sich als Erstes schließende Ausbuchtungsöffnung beinhalten, in asymmetrischer Weise zwischen den beiden Paaren verteilt sind. Auf diese Weise kann die Economiser-Öffnung für einen verbesserten Betrieb des ersten Paares sorgen, ohne dass es zu einer Beeinträchtigung oder einer Verbindung mit der sich als Letztes schließenden Aus buchtungsöffnung und der sich als Erstes schließenden Ausbuchtungsöffnung des zweiten Paares kommt, wie dies gemäß der vorliegenden Erfindung erwünscht ist.
Die 1 und 2 veranschaulichen ferner in schematischer Weise eine asymmetrische Konfiguration des Austrittsöffnungsbereichs für das erste und das zweite Paar. 1 zeigt einen größeren Austrittsöffnungsflächenbereich als 1 sowie eine Austrittsöffnung, die sich früher öffnet als die der 1. Dies führt zu einem niedrigeren Volumenindexverhältnis für das Paar der 1 als für das Paar der 2, wobei dies gemäß der vorliegenden Erfindung wünschenswert ist, da 1 das Paar veranschaulicht, das eine Economiser-Öffnung beinhaltet.
3 veranschaulicht diesen Aspekt der vorliegenden Erfindung weiter und zeigt ein Gehäuse 10 eines Schraubenverdichters mit mehreren Rotoren, wobei das Gehäuse 10 drei parallele Rotorgehäusebereiche 12, 14, 16 bildet, von denen jeder einen Rotor enthält (nicht gezeigt). Typischerweise würde in jedem der Gehäusebereiche 12, 16 ein weiblicher Rotor untergebracht, während der Gehäusebereich 14 einen männlichen Rotor enthalten würde. Einander benachbarte Rotoren wirken funktionsmäßig miteinander zusammen und bilden ein Verdichterpaar. Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 würden somit die Rotoren in den Gehäusebereichen 12 und 14 ein erstes Verdichterpaar bilden, und die Rotoren in den Gehäusebereichen 14 und 16 würden ein zweites Verdichterpaar bilden. 3 zeigt das erste Paar mit einer Economiser-Öffnung 18, die zum Einleiten von Fluid mit einem Druck in einem mittleren Bereich zurück in den Verdichtungszyklus dient. Fernerzeigt 3 Austrittsöffnungen 20, 22, die jedem Verdichterpaar zugeordnet sind. Wie auch in den 1 und 2 schematisch dargestellt ist, hat der Schraubenverdichter mit mehreren Rotoren gemäß der vorliegenden Erfindung eine größere Austrittsöffnung 22 an dem Paar, das die Economiser-Öffnung beinhaltet, sowie eine im Vergleich zu der Austrittsöffnung 22 kleinere Austrittsöffnung 20 an dem Paar, das die Economiser-Öffnung 18 nicht aufweist. Wie vorstehend erläutert worden ist, dient dies in vorteilhafter Weise zum Eliminieren einer übermäßigen Verdichtung bei dem mit Economiser versehenen Paar und somit zum Reduzieren von Austrittsgeräusch und Druckschwankungen, wie diese andernfalls auftreten könnten. Auf diese Weise kann jedes Paar für den gleichen Arbeitszustand in unabhängiger Weise optimiert werden, wobei jeweils eine derartige Auswahl möglich ist, dass sich die erwünschte Ausgangsleistung des Verdichters erzielen lässt.
Es ist darauf hinzuweisen, dass jede der Konfigurationsarten der vorstehend beschriebenen Gehäuse- und Öffnungskonstruktionen des Schraubenverdichters mit mehreren Rotoren separat oder in Kombination verwendet werden kann, um dadurch die Betriebseffizienz des Schraubenverdichters zu optimieren, die V_i-Bedingungen an verschiedenen Stellen des Verdichters auszugleichen sowie eine störende Beeinträchtigung oder Verbindung zwischen verschiedenen Öffnungen zu vermeiden. Das Endergebnis hiervon ist ein effizienterer Verdichter, der auch ruhiger arbeitet und bei dem die Wahrscheinlichkeit geringer ist, dass er unter Bedingungen arbeitet, bei denen eine Verdichterbeschädigung entstehen kann.
Obwohl die vorliegende Offenbarung in Bezug auf einen Verdichter mit drei Rotoren erfolgt ist, und zwar in diesem Fall mit einem einzigen männlichen Rotor und zwei weiblichen Rotoren, sind auch andere Konfigurationen mit mehreren Rotoren möglich, und die Lehren der vorliegenden Erfindung lassen sich bei diesen gleichermaßen anwenden.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die hierin beschriebenen und gezeigten Ausführungen begrenzt ist, die lediglich die besten Möglichkeiten zum Ausführen der Erfindung veranschaulichen sollen und die sich hinsichtlich ihrer Form, Größe, Anordnung von Teilen und Betriebsdetails modifizieren lassen. Die Erfindung soll vielmehr alle derartigen Modifikationen mit umfassen, die in ihrem durch die Ansprüche definierten Umfang liegen.

Claims

Schraubenverdichter mit mehreren Rotoren, der Folgendes aufweist: ein Verdichtergehäuse (10), das mindestens drei parallele Rotorgehäusebereiche (12, 14, 16) aufweist, wobei jeder Rotorgehäusebereich einen Rotor enthält und einander benachbarte Rotoren mindestens zwei Verdichterpaare bilden, wobei das Gehäuse ferner eine Ansaugöffnung und eine Austrittsöffnung (20, 22) für jedes der Verdichterpaare beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner mindestens zwei verschiedene zusätzliche Öffnungen unterschiedlichen Typs aufweist, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus sich als Erstes schließenden Ausbuchtungsöffnungen, sich als Letztes schließenden Ausbuchtungsöffnungen sowie Economiser-Öffnungen (18), wobei die zusätzlichen Öffnungen zwischen den Paaren des Schraubenverdichters mit mehreren Rotoren derart aufgeteilt sind, dass mindestens eine der zusätzlichen Öffnungen mit einem ersten Paar der mindestens zwei Paare in Verbindung steht und eine weitere der zusätzlichen Öffnungen mit einem zweiten Paar der mindestens zwei Paare in Verbindung steht.
Verdichter nach Anspruch 1, wobei das erste Paar einer Economiser-Öffnung (18) in Verbindung steht und eine erste Austrittsöffnung (22) aufweist, und wobei das zweite Paar nicht mit der Economiser-Öffnung in Verbindung steht und eine zweite Austrittsöffnung (20) aufweist, und wobei die erste Austrittsöffnung und die zweite Austrittsöffnung selektiv derart dimensioniert sind, dass sie der ersten Austrittsöffnung ein niedrigeres Volumenindexverhältnis (V_i) verleihen als der zweiten Austrittsöffnung.