DE69407665T2

DE69407665T2 - Regelvorrichtung für Schraubenverdichter

Info

Publication number: DE69407665T2
Application number: DE69407665T
Authority: DE
Inventors: Dyck Christiaan Van
Original assignee: Atlas Copco Airpower NV
Current assignee: Atlas Copco Airpower NV
Priority date: 1993-06-16
Filing date: 1994-03-29
Publication date: 1998-07-16
Anticipated expiration: 2014-03-30
Also published as: EP0629778A2; US5531571A; DE69407665D1; DK0629778T3; CA2121763A1; BE1007135A6; AU6050394A; EP0629778B1; ES2114126T3; EP0629778A3; JPH074372A; AU667771B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung mit Startund Stopvorrichtung für Schraubenverdichter, die ein Kompressorelement umfaßt, ein Minderdruckventil, das am Auslaß des Kompressorelements montiert ist, und ein Druckgefäß, das zwischen dem Kompressorelement und dem Minderdruckventil montiert ist, welche Start- und Stopvorrichtung ein Rückschlagventil umfaßt, das am Einlaß des Kompressorelements montiert ist.
Die Öleinspritz-Schraubenverdichter sind bis dato mit einer Regelvorrichtung ausgestattet worden, die mit einer Start- und Stopvorrichtung versehen ist, die, nachdem der Kompressor zu einem Stillstand gekommen und somit auf null Rotationsgeschwindigkeit ist, Mittel zum Ablassen des Volumens, das sich zwischen dem Auslaß des Kompressorelements und dem Minderdruckventil befindet, in die Atmosphäre umfaßt und das ein Überdruckventil umfaßt, das sicherstellt, daß das Kompressorelement weiter im Leerlauflaufen kann, d.h. bei einem Minimaldruck von etwa 0,05 MPe bis 0,1 MPe (0,5 bis 1 bar), was ausreicht, um die Öleinspritzung zu garantieren, wobei jedoch eine minimale Luftmenge angesaugt wird.
Mit einer derartigen Start- und Stopvorrichtung ergibt die Aufeinanderfolge von belasteten und unbelasteten Perioden des Kompressors eine mögliche Kompressorregulierung, und sind die Mittel zur Steuerung des Motors Mittel, die besagten Motor veranlassen, mit einer nahezu konstanten Drehzahl zu drehen, während der Druck im Druckgefäß variiert. Auf jede belastete Periode, mit maximalem Druckgefäßdruck, folgt hierbei entweder eine unbelastete Periode mit minimalem Druck im Druckgefäß, die ausreicht, um das Öleinspritzen im Kompressor zu garantieren, oder eine Stopperiode mit vollständigem Abblasen des Druckgefäßes.
Das Abblasen des Volumens zwischen dem Auslaß des Kompressorelements und dem Minderdruckventil, bis der Druck dort gleich dem Umgebungsdruck wird, ist bei diesen bekannten Regelvorrichtungen erforderlich, um sehr hohe Stromspitzen beim Neustarten zu vermeiden. In Anbetracht der Leistung wird der Motor des Kompressors mit einer Startstrombegrenzung gestartet, normalerweise einem Stern/D-Schalter, um Stromspitzen zu vermeiden. Hierdurch sinkt jedoch auch das Motordrehmoment, das nicht mehr ausreicht, um den Kompressor ohne Abblasen des Drucks am Auslaß zu starten.
Dieses Abblasen führt allerdings zu einem Energieverlust, da komprimierte Luft verlorengeht, ohne effizient genutzt zu werden. Das Abblasen verursacht ein Geräusch, das eventuell gedämpft werden muß, während die abgeblasene Luft weggeblasen werden muß. Darüberhinaus haben die Mittel zum Abblasen besagter Luft durch das Öffnen und Schließen von Ventilen und Luftventilen eine relativ komplizierte Konstruktion.
Das Überdruckventil ist erforderlich, um die Anzahl von Start- und Stopfrequenzen einzuschränken. Mit einem Stern/D-Start wird die Anzahl von Starts und Stops auf rund fünfzehn pro Stunde begrenzt, da der Motor sich sonst zu sehr erhitzen würde.
Auch dieses Überdruckventil verursacht einen Energieverlust, da, auch wenn der Kompressor, statt zu stoppen, im Leerlauf weiterläuft und keine Fördermenge liefert, der Motor trotzdem bis zu ein Viertel seiner Nominalleistung absorbiert.
Das Abblasen des Volumens zwischen dem Auslaß des Kompressorelements und dem Minderdruckventil wird in dem Kompressor gemäß EP-A-0.401.485 vermieden.
Dieses sich auf den Stand der Technik beziehende Dokument offenbart eine Kompressoreinheit gemäß dem ersten Abschnitt, wobei das Kompressorelement mittels einer Einklink-/Ausklinkkupplung, die von einem auf einer Sammelwanne montierten Pressostaten gesteuert wird, mit dem Motor gekoppelt wird. Man läßt den Motor drehen, während die Einklink-/Ausklinkkupplung die Kompressoreinheit abhängig vom Druck in der Sammelwanne einkuppelt oder auskuppelt.
Die Erfindung zielt darauf, diesen Nachteilen abzuhelfen und eine Regelvorrichtung mit Start- und Stopvorrichtung für Schraubenverdichter bereitzustellen, und eine hierbei verwendete Start- und Stopvorrichtung, die eine einfachere Konstruktion haben und weniger oder keinen Energieverlust verursachen.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß erreicht, indem die Regelvorrichtung Mittel zur Steuerung des Motors umfaßt, indem dieser veranlaßt wird, mit einer frequenzregulierten Drehgeschwindigkeit zu drehen, bei einem nahezu konstanten Druck im Druckgefäß.
Dank des Antriebs mit einer frequenzregulierten Drehgeschwindigkeit ist es möglich, den Kompressor ohne jegliche Stromspitzen oder Spitzendrehmomente starten zu lassen, sogar gegen den Druck. Folglich ist das Abblasen des Druckgefäßes nicht erforderlich. Nach dem erstmaligen Füllen des Druckgefäßes unter Druck bleibt dessen Druck nahezu konstant, unabhängig davon, ob das Kompressorelement dreht oder nicht.
Zur besseren Erläuterung der Merkmale der Erfindung ist die folgende bevorzugte Ausführungsform einer Regelvorrichtung mit Start- und Stopvorrichtung für Schraubenverdichter, gemäß der Erfindung, beschrieben, nur als Beispiel, ohne in irgendeiner Weise einschränkend zu sein, unter Verweis auf die begleitenden Zeichnungen, worin:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines mit einer Regelvorrichtung gemäß der Erfindung versehenen Kompressors ist;
Figur 2 einen Querschnitt eines durch F2 in Figur 1 angedeuteten Rückschlagventils darstellt;
Figur 3 ein Diagramm der Drehgeschwindigkeit des Motors und des Drucks im Druckgefäß als Funktion der Zeit darstellt.
Der in Figur 1 dargestellte Schraubenverdichter umfaßt hauptsächlich ein Kompressorelement 1, einen elektrischen Induktionsmotor 2 mit frequenzregulierter Drehgeschwindigkeit, der das Kompressorelement 1 mittels einer Kupplung 3 antreibt, ein Minderdruckventil 4, das auf dem Auslaß 5 des Kompressorelements 1 montiert ist, und ein Druckgefäß 6, das in besagtem Auslaß 5, zwischen dem Kompressorelement 1 und dem Minderdruckventil 4, montiert ist.
Am Auslaß 5 schließt stromabwärts vom Druckgefäß 6 eine Leitung 7 an, worin ein Sicherheitsventil 8 montiert ist.
Die Drehgeschwindigkeit des Motors 2 wird mittels Frequenzsteuerung über eine Steuerung 9 reguliert. Diese Steuerung 9 umfaßt einen mikroprozessorgesteuerten Frequenzumformer mit einem vollständig gesteuerten Brückengleichrichter, einem Gleichstrom-Spannungs- Zwischenschaltkreis mit Kondensatorbattene, und einen Pulsbreitenmodulationsumformer mit Transistoren. Die Materialien für den Motor 2 und seine eigentliche Konstruktion sind so gewählt, daß die Eisen- und Kupferverluste auf ein Minimum begrenzt werden. Sehr wichtig sind hierbei die durch Wirbelströme verursachten Verluste, da diese Verluste proportional zur Frequenz im Quadrat sind.
Das Kompressorelement 1 saugt Luft an über einen Einlaß 10, worin ein Luftfilter 11 montiert ist, und worin zwischen besagtem Luftfilter 11 und dem Kompressorelement 1 ein Rückschlagventil 12 montiert ist.
Wie detailliert in Figur 2dargestellt, umfaßt besagtes Rückschlagventil 12 ein Gehäuse 13, das einen Durchlaß mit einem schmalen Teil 14, das am Luftfilter 11 anschließt, und einen breiteren Teil 15, der am Kompressorelement 1 anschließt, bildet. In Höhe des Übergangs von dem breiteren Teil 15 zu dem schmalen Teil 14 bildet das Gehäuse 13 einen Sitz 16 für ein Ventil 17, das auf einer Ventilstange 18 montiert ist, die sich zentral in den schmalen Teil 14 erstreckt. Besagte Ventilstange 18 ist durch eine Buchse 19, die in einer im Teil 14 nach innen ragenden Kante 20 des Gehäuses 13 montiert ist, verschiebbar.
Am freien Ende der Ventilstange 18 ist ein Haken 21 mittels eines Bolzens 22 befestigt. Besagter Haken 21 kann mit seinem Ende über einen Führungsstift 23 verschoben werden, der parallel zur Ventilstange 18 gerichtet ist und neben der Buchse 19 in der Kante 20 befestigt ist. Der Führungsstift 23 stellt sicher, daß die Ventilstange 18 und das Ventil 17 nicht rotieren können, wenn sie geöffnet sind. Zwischen besagter Buchse 19 und dem Haken 21 ist die Ventilstange 18 von einer Spiralfeder 24 umgeben, die das Ventil 17 mittels der Ventilstange 18 in seine geschlossene Position drückt.
In der Wand des Teils 14 ist eine Öffnung 28 zum Anschluß von Meßapparatur angebracht.
Stromabwärts von Minderdruckventil 4 ist ein Kühler 25 am Auslaß 5 des Kompressors montiert, um die komprimierte Luft abzukühlen. Dieser Kühler wirkt mit einem Ventilator 26 zusammen, der von einem Elektromotor 27 angetrieben wird.
Das Minderdruckventil 4 ist am Auslaß des Druckgefäßes 6 montiert und öffnet den Auslaß 5, sobald der Druck im Druckgefäß einen bestimmten Wert, beispielsweise 4 bar, überschreitet. Dieses Ventil 4 fungiert auch als Rückschlagventil, das, wenn das Kompressorelement 1 gestoppt wird und die Fördermenge somit null ist, den Auslaß 5 sofort schließt und verhindert, daß Luft von dem dahinter befindlichen Druckluftnetz zum Kompressor strömt. Derartige Minderdruckventile sind bereits bekannt und umfassen beispielsweise eine Dichtungsscheibe, die an einem ersten Plunger befestigt ist, der gegen die Wirkung einer Feder in einem größeren Plunger bewegt werden kann, der, wenn der Druck ansteigt, gegen die Wirkung einer zweiten Feder, vom Dichtungsring weggedrückt wird, wenn der obengenannte Mindestdruck erreicht ist.
Die Regelvorrichtung, bestehend aus der Steuerung 9 und dem Rückschlagventil 12, arbeitet wie folgt.
Beim Starten des Kompressors wird im Teil 15 des Rücks,chlagventils 12 ein Unterdruck erzeugt. Wenn ein bestimmter Wert erreicht ist, überschreitet die von diesem Unterdruck auf das Ventil 17 ausgeübte Kraft die Vorspannung, die die Feder 24 in der entgegengesetzten Richtung hat. Hierdurch wird das Ventil 17 vom Sitz 16 gehoben, und das Kompressorelement 1 kann die volle Durchflußmenge ansaugen. Das Ventil 17 öffnet sich vollständig, bis der Haken 21 gegen die Buchse 19 anliegt.
Das Minderdruckventil 4 schließt den Auslaß 5 ab, bis der Druck im Druckgefäß 6 auf einen bestimmten Mindestwert angestiegen ist.
Beim Stoppen des Kompressorelements 1 entfällt der oben erwähnte Unterdruck im Rückschlagventil 12, und die Feder 24 wird das Ventil 17 schließen, bevor Luft oder Öl aus dem Kompressorelement 1 entweichen können. Auch das Minderdruckventil 4 schließt den Auslaß des Druckgefäßes 6 sofort ab, wie bereits erwähnt.
Zwischen dem Starten und Stoppen sorgt die Steuerung 9 für eine variable Drehgeschwindigkeit des Motors 2 bei einem konstanten Druck im Druckgefäß 6. Der Induktionsmotor 2 wird mit einer variablen Spannung und einer variablen Frequenz in Funktion der erforderlichen Drehzahl versehen, welche Drehzahl durch eine elektronische Steuereinheit, die im Kompressor integriert ist und die nicht nur den Frequenzumformer bedient, sondern auch für die Druckregelung des Kompressors sorgt, zum Frequenzumformer übertragen wird. Die Steuerung 9 stellt sicher, daß die Spannung und die Frequenz des Motors 2 so sind, daß das Drehmoment auf der Welle des Motors 2 ausreichend ist zum Antreiben der Last.
Figur 3 stellt, mit durchgezogener Linie, den Verlauf besagter Drehzahl in % der maximalen Drehzahl dar, in Funktion der Zeit. Die strichpunktierte Linie stellt den Druck im Druckgefäß 6 in Funktion dieser Zeit dar. Beim Starten steigt dieser Druck sehr rasch auf seinen Maximalwert, wonach besagter Druck nahezu konstant gehalten wird.
Die hiervor beschriebene Steuervorrichtung ist von relativ einfacher Konstruktion. Die hierbei verwendete Start- und Stopvorrichtung ist beschränkt auf ein einfaches Rückschlagventil 12 und ist daher von relativ einfacher Konstruktion.
Die vorliegende Erfindung ist keineswegs auf die oben beschriebene und in den begleitenden Zeichnungen dargestellte Ausführungsform beschränkt; vielmehr kann eine derartige Regelvorrichtung und Start- und Stopvorrichtung in verschiedenen Varianten ausgeführt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

1.- Regelvorrichtung mit Start- und Stopvorrichtung für Schraubenverdichter, die ein Kompressorelement (1) umfaßt, einen Elektromotor (2) zum Antrieb dieses Kompressorelements (1), ein Minderdruckventil (4), das am Auslaß (5) des Kompressorelements (1) montiert ist, und ein Druckgefäß (6), das zwischen dem Kompressorelement (1) und dem Minderdruckventil (4) montiert ist, welche Start- und Stopvorrichtung ein Rückschlagventil (12) umfaßt, das am Einlaß (10) des Kompressorelements (1) montiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung Mittel (9) zur Steuerung des Motors (2) umfaßt, indem dieser veranlaßt wird, mit einer frequenzregulierten Drehgeschwindigkeit zu drehen, bei einem nahezu konstanten Druck im Druckgefäß (6).

2.- Regelvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß besagtes Rückschlagventil (12) ein Gehäuse (13) umfaßt, wovon ein Teil einen Sitz (16) für ein Ventil (17) bildet, das auf einer Ventilstange (18) montiert ist, welche Ventilstange (18) durch ein auf dem Gehäuse befestigtes Teil (19,20) verschoben werden kann, während ein Federelement (24) die Stange (18) an der vom Ventil (17) abgewandten Seite des oben erwähnten Teils (19,2) umgibt und das Ventil (17) in seine geschlossene Position zieht.

3.- Regelvorrichtung gemäß dem obigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß ein Element (21) am Ende der Ventilstange (18) montiert ist, das über einen Führungsstift (23), der parallel zur Ventilstange (18) gerichtet ist und auf einem Teil (19) des Gehäuses (13) befestigt ist, verschiebbar ist.