SE461346B - Roterande kompressor av foertraengningstyp samt en kylanlaeggning daer en kompressor av ovannaemnda typ ingaar - Google Patents

Description

4e1 546 _2_ förángaren, vilket resulterar i ett mer effektivt utnyttjande av föràngarens yta sá att dess dimensioner kan reduceras i mot- svarande grad. Vidare kommer det arbete som krävs för rekompri- meringen av det gasformiga köldmedium som tillförs vid mellan- trycksnivàn att bli mindre än om allt köldmedium skulle till- föras vid föràngartrycket.

För att ändra den volymetriska kapaciteten är kompressorn i US 3,913,346 försedd med en inställbar ventil som reglerar en àterströmningsöppning i arbetsrummets vägg så att en viss mängd av det arbetsfluidum som tillförs kompressorn kan àterledas till kompressorns inloppskanal. Denna áterströmningsöppning är belägen i samma fas av kompressionscykeln som mellanöppningen.

Då àterströmningsporten är öppen minskar tryckniván inne i kompressorns arbetsrum så mycket att baktrycket i området kring den mellanliggande öppningen blir praktiskt taget detsamma som det i làgtryckskanalen. Återströmningsporten mäste för undvi- kande av strypningsförluster ha en stor genomströmningsarea anpassad inte endast för átercirkulationen av överskottsfluidet tillfört genom inloppsöppningen utan också för bortförande av det fluidum som tillförts genom den mellanliggande öppningen.

Ventilkroppen blir därför för stor för att kunna anordnas i ändväggen med tanke på dess area jämförd med det begränsade utrymme som är tillgängligt utanför rotorlagren. Av detta skäl mäste ventilen anordnas i arbetsrummets mantelvägg. En sådan ventil får följaktligen en komplicerad form och blir dyr att tillverka, eftersom den inte endast måste samverka tätande med sitt ventilsäte i huset utan också samverka tätande med intilliggande rotor eller rotorer för att undvika inre läckage i kompressorn, speciellt vid drift under full kapacitet.

I PCT-ansökan med det internationella publiceringsnumret WO 86/06798 beskrivs en kompressor, vid vilken de diskuterade problemen förknippade med en kompressor och en kylanläggning av det aktuella slaget bemästras genom anordnandet av en led- I h) | C*- (J I -ß- Ön ningsförbindelse reglerad av en inställbar förbiledningsventil mellan mellantryckskanalen och làgtryckskanalen. Pà detta sätt elimineras behovet av en separat àterströmningsöppning eftersom den mellanliggande öppningen tjänstgör som en sådan öppning vid delkapacitetsdrift, varvid endast det tillförda överskottsfluidet måste ledas bort frán arbetsrummet.

Huvudändamàlet med föreliggande uppfinning är att finna en alternativ lösning för att bemästra dessa problem så att en mer effektiv kapacitetsreglering av kompressorn i sig såväl som av en hel kylanläggning àstadkommes genom enklare och billigare ventilarrangemang än vid känd teknik.

Enligt en aspekt av uppfinningen ernås detta genom att en kompressor av det inledningsvis specificerade slaget förses med en ventilanordning, inställbar mellan två ändlägen för bildande av olika strömningsvägar i kompressorn, vilken ventilanordning i det första ändläget öppnar en direkt kommunikation mellan nämnda mellantryckskanal och nämnda återströmningskanal och öppnar nämnda àterströmningsöppning, varvid fluidum strömmar direkt från mellantryckskanalen till àterströmningskanalen samtidigt som fluidum i arbetsrummet strömmar till áterström- ningskanalen genom såväl den mellanliggande öppningen som genom áterströmningsöppningen, medan nämnda ventilanordning i det andra ändläget blockerar nämndna direkta kommunikation mellan nämnda mellantryckskanal och nämnda återströmningskanal och stänger nämnda àterströmningsöppning, varvid fluidum strömmar frán mellantryckskanalen genom nämnda mellanliggandeöppning in i arbetsrummet.

Enligt en annan aspekt av uppfinningen ernås detta ändamål genom att en kylanläggning av det inledningsvis specificerade slaget förses med en ventilanordning såsom angivits ovan. 461 346 Den främsta fördelen med en kompressor och en kylanläggning enligt uppfinningen är möjligheten att optimera àterströmnings- öppningens och den mellanliggande öppningens areor, vilket med- ger större frihet vad gäller deras läge och möjliggör mindre komplicerade ventilkonstruktioner för áterströmningsöppningen.

Den mellanliggande öppningens area bestäms endast av vad som är nödvändigt för genomströmningen av mellantrycksfluidum från mellantryckskanalen till kompressorn. Vid drift under reducerad kapacitet, då den inställbara ventilanordningen är i det första ändläget, kommer en del av det delvis komprimerade fluidum, som skall àtercirkuleras till inloppet att strömma genom den mellanliggande öppningen till áterströmningskanalen. Aterström- ningsöppningen kan därmed dimensioneras att ta emot endast den resterande delen av det fluidum som skall àtercirkuleras.

Ytterligare ändamål med uppfinningen och hur dessa uppnås klar- görs genom den efterföljande detaljerade beskrivningen. Det bör emellertid stå klart att den detaljerade beskrivningen och de specifika exemplen, ehuru visande föredragna utföringsformer av uppfinningen, ges endast i illustrerande syfte. eftersom olika förändringar och modifikationer inom ramen för uppfinningens omfång torde uppenbaras för fackmän pà området genom den detal- jerade beskrivningen.

Föreliggande uppfinning klargörs mer fullständigt genom efterföljande detaljerade beskrivning och bifogade ritningar, av vilka, Figur 1 visar diagramatiskt en utföringsform av en kylanlägg- ning enligt uppfinningen.

Figur 2 är en schematisk sektion genom en kompressor enligt uppfinningen.

Figur 3 är en detaljsektion genom en del av en kompressor enligt uppfinningen, visande ventilanordningen i det andra ändläget. .fin _. i (A1 .fb CN Figur 4 är en sektion liknande den i figur 3, men visande ven- tilanordningen i det första ändläget.

Figur 5 är en sektion längs linjen S-S i figur 3.

Figur 6 är en sektion liknande den i figur 5 men visande en annan utföringsform.

En kylanläggning visad i figur 1 innefattar en kompressor 10 kommunicerande med en kondensor 12 genom en högtryckskanal 18 förbunden med kompressorns utloppsöppning 40 och med en för- àngare 16 genom en lágtryckskanal 24 förbunden med kompressorns inloppsöppning 38. Kondensorn 12 och förángaren 16 är förbundna genom kanaler 20, 22, i vilka två tryckreduceringsanordningar 26, 28 är anordnade, var och en utförd som en strypventil. En mellantrycksbehàllare 14 utformad som en vätskeavskiljare är anordnad mellan de båda strypventilerna 26. 28. Mellantrycksbe- hàllarens 14 àngsida kommunicerar genom en mellantryckskanal 30 med en mellanliggande öppning 42 i kompressorn 10.

Kompressorn 10 är försedd med en áterströmningskanal 32, som mynnar i en àterströmningsöppning 44 i kompressorn och som kommunicerar med lágtryckskanalen 24. En förgreningskanal 34 förbinder mellantryckskanalen 30 och àterströmningskanalen 32.

Där förgreningskanalen 34 mynnar i áterströmningskanalen 32 är en ventil 36 anordnad, vilken ventil 36 har två ändlägen. I det första ändläget kommunicerar áterströmningsöppningen 44 med lágtryckskanalen 24 genom áterströmningskanalen 32, och i detta läge kommunicerar förgreningskanalen 34 med àterströmnings- kanalen 32. I ventilens andra ändläge är kommunikation genom áterströmningskanalen 32 bruten och förgreningskanalen 34 kommunicerar inte med àterströmningskanalen 32. 461 346 Kompressorn 10, som visas schematiskt i figur 2 är av skruv- rotortyp med en hanrotor 54 och en honrotor 56, vilken hanrotor 54 drivs av en motor 72. vardera rotor är försedd med spiral- formade lober och mellanliggande spår, genom vilka rotorerna 54, 56 griper in i varandra under bildande av V-formiga komp- ressionskamrar. Rotorerna arbetar i ett arbetsrum 58 begränsat av en lágtrycksändsektion 60, i vilken inloppsöppningen 38 är belägen, en högtrycksändsektion, i vilken utloppsöppningen är belägen och en mellan dessa sig sträckande mantelsektion 64.

Den mellanliggande öppningen 42 är anordnad i mantelsektionen 64 och àterströmningsöppningen 44 är belägen i högtrycksänd- sektionen 62. Dessa öppningar 42, 44 mynnar i arbetsrummet i samma fas av kompressionsförloppet, i ett läge där kompres- sionskammaren genom rotorerna 54, 56 är avstängd från kommuni- kation med såväl inloppsöppningen 38 som utloppsöppningen 40.

Figurerna 3 och 4 visar àterströmningsöppningen 44 och den mellanliggande öppningen 42 mer detaljerat och hur de samverkar med den inställbara ventilanordningen 36 i dess båda lägen.

Ventilanordningen 36 innefattar en cylindrisk ventilkropp 46, förskjutbar i en borrning 48 i högtrycksändsektionen 62. Ena änden av nämnda borrning 48 vetter dels mot arbetsrummet 58, varvid aterströmningsporten 44 bildas, och är dels täckt av mantelsektionens 64 ändyta 66. En axiellt riktad förgrenings- kanal 34 leder från mellantryckskanalen 30 till den del av mantelsektionens 64 ändyta 66, som täcker en del av borrningen 48 och mynnar i borrningen genom en första öppning 68. Ater- strömningskanalen 32 är radiellt anordnad i högtrycksändsek- tionen och mynnar i borrningens 48 periferi genom en andra öppning 70. Då den inställbara ventilanordningen 36 är i stängt läge, såsom visas i figur 3, täcker ventilkroppen 46 alla nämnda öppningar som mynnar i borrningen 48, d.v.s. äterström- ningsöppningen 44, den första öppningen 68 och den andra öpp- ningen 70. Vid ventilkroppens 46 baksida mynnar en ledning 50 för manövreringsfluidum i borrningen 48. Denna ledning 50 kan förbindas med endera en högtryckskälla eller en làgtrycks- källa. En fjäder 52 utövar en kraft pà ventilkroppen 46 i rikt- ning mot dess första ändläge.

U En kylanläggning enligt uppfinningen arbetar pà följande sätt.

Komprimerat gasformigt arbetsfluidum avges fràn kompressorn 10 till kondensorn 12 där det kondenseras genom yttre kylning.

Fran kondensorn 12 passerar det kondenserade arbetsfluidet ge- nom den första strypventilen 26, varvid trycket reduceras, till mellantrycksbehállaren 14 där arbetsfluidet delvis förángas medan resten av det vätskeformiga arbetsfluidet kyls ner till den föràngningstemperatur som svarar mot trycket i mellan- trycksbehàllaren 14. Detta kylda vätskeformiga arbetsflidum passerar genom den andra strypventilen 28, varvid trycket reduceras ytterligare till förángaren 16 där arbetsfluidet förángas genom yttre värmning. Det gasformiga arbetsfluidet av làgt tryck àterföres sedan fràn förångaren 16 till kompressorns 10 inloppsöppning 38, komprimeras och avges till kondensorn 12. Den i mellantrycksbehàllaren 14 producerade ångan leds ut i mellantryckskanalen 30, vilken kommunicerar med den mellan- liggande öppningen 42 i väggen till kompressorns 10 arbetsrum 58.

Dä anläggningen arbetar med full kapacitet är den inställbara ventilanordningen 36 i sitt andra ändläge, vid vilket det ej sker någon àtercirkulation av arbetsfluidum från áterström- ningsöppningen 44 till làgtryckskanalen 24 och vid vilket läge mellantrycksfluidet i mellantryckskanalen 30 ej kan passera fràn förgreningskanalen 34 till áterströmningskanalen 32.

Kompressorn 10 fylls till sin maximala kapacitet med arbets- fluidum av lågt tryck fràn föràngaren 16 genom inloppsöppningen 38 samtidigt som mellantrycksgas tillförs genom den mellan- liggande öppningen 42 till en kompressionskammare i vilket trycket redan har höjts från tillståndet vid inloppsöppningen.

På detta sätt reduceras det arbete som krävs för àterkomprime- ring av den gas som tillförs genom den mellanliggande öppningen 42, eftersom komprimering av densamma startar vid en högre trycknivá än kompressorns inloppstryck. Samtidigt kan kompres- sorns hela kapacitet utnyttjas för gasen fràn föràngaren, vilket betyder att för en viss kapacitet pà anläggningen kan kompressorns dimensioner reduceras. 461 346 _8_ För arbete vid dellast påverkas den inställbara ventilanord- ningen 36 att inta sitt första ändläge, vid vilket kommunika- tion bildas mellan àterströmningsöppningen 44 och làgtrycks- kanalen 24 genom äterströmningskanalen 32 och vid vilket kommu- nikation bildas mellan förgreningskanalen 34 och àterström- ningskanalen 32. Det fluidum som kommer från mellantrycks- behållaren 14 strömmar därvid från mellantryckskanalen 30 genom förgreningskanalen 34 till áterströmningskanalen 32 och vidare till lágtryckskanalen 24.

Samtidigt strömmar delvis komprimerat arbetsfluidum från arbetsrummet 58 till làgtryckskanalen 24 via två olika ström- ningsvägar. Den ena gár genom àterströmningsöppningen 44 och áterströmningskanalen 32. Den andra gàr genom den mellanliggan- de öppningen 42, förgreningskanalen 34 och àterströmningskana- len 32. Det arbetsfluidum som àtercirkuleras till làgtrycks- kanalen 24 träder i ställe för en del av den gas som annars sugs in fràn föràngaren och reducerar således kompressorns kapacitet så att anläggningens kapacitet reduceras. Dä äter- strömningsöppningen 44 bara behöver ta hand om en del av det arbetsfluidum som skall àtercirkuleras, eftersom en del därav kan passera genom den mellanliggande öppningen 42, så kan åter- strömningsöppningens 44 genomströmningsarea reduceras betydligt i jämförelse med känd teknik.

Hur den inställbara ventilanordningen 36 fungerar i en föredra- gen utföringsform av uppfinningen framgår av de detaljerade figurerna 3 och 4. Figur 3, i vilken ventilanordningen 36 är i sitt andra ändläge, visar förhållandena då kompressorn arbetar med full kapacitet. Strömningen av mellantrycksfluidum genom mellantryckskanalen 30 och den mellanliggande porten 42 in i kompressorns arbetsrum 58 är indikerad med pilar. Det framgår av figuren hur i detta läge ventilkropppens 46 främre ändyta täcker àterströmningsöppningen 44 och den första öppningen 68 genom vilken förgreningskanalen mynnar i borrningen 48, och hur ventilkroppens 46 cylinderyta täcker den andra öppningen 70, Jt ON ...x C, 4 .f n (',\ genom vilken àterströmningskanalen 32 mynnar i borrningen 48.

Således atercirkuleras ej något fluidum genom áterströmnings- kanalen 32, varken fràn àterströmningsöppningen 44 eller frán mellantryckskanalen 30. Ventilkroppen 46 hàlles i det andra ändläget genom att ledningen 50 är förbunden med en högtrycks~ källa. Det höga trycket verkar pá ventilkroppens 46 baksida mot verkan av fjädern 52 och mot trycket som verkar pà dess fram- sida.

Dá kompressorn skall arbeta vid dellast, pâverkas ventilkroppen 46 att inta det första ändläget, vilket visas i figur 4, genom att ledningen 50 förbinds med en lágtryckskälla. I detta läge kommunicerar arbetsrummet 58, förgreningskanalen 34 och åter- strömningskanalen 32 samtliga med borrningen 48 genom äter- strömningsöppningen 44, den första öppningen 68 respektive den andra öppningen 70. Sàsom indikeras med pilar, passerar fluidum fràn mellantryckskanalen 30 genom förgreningskanalen 34 till borrningen 48, samtidigt som fluidum i arbetsrummet 58 till borrningen 48 strömmar dels genom àterströmningsöppningen 44 dels genom den mellanliggande öppningen 42 och förgrenings- kanalen 34. Från borrningen 48 passerar fluidet genom den andra öppningen 70 till àterströmningskanalen 32 och vidare till làgtryckskanalen 24.

För undvikande av strypningsförluster bör den första öppningens 68 area vara större än den mellanliggande öppningens 42 area, och den andra öppningens 70 area bör vara större än den första öppninqens area 68. Av samma skäl bör den andra öppningens area vara större än eller lika stor som summan av àterströmnings- öppningens 44 och den första öppníngens 68 areor.

Figur 5 visar hur de öppningar som mynnar i borrningen 48 är belägna sedda i ett snitt taget längs linjen V-V i figur 3. 461 546 _10- Figur 6 illustrerar i ett motsvarande snitt ett alternativt ut- förande av hur dessa öppningar och de med dessa förbundna kana- lerna kan arrangeras- Vid detta utförande är även àterström- ningskanalen 32' anordnad axiellt i mantelsektionen 64 och myn- nar axiellt i borrningen 48 genom den andra öppningen 70.

III

Claims (1)

461 546 PATENTKRAV

1. Roterande kompressor (10) av förträngningstypen innefattan- de atminstone en rotor (54, 56) som bildar kompressionskam- rar i ett arbetsrum (58), vilken kompressor har en inlopps- öppning (38) kommunicerande med en làgtryckskanal_(24), en utloppsöppning (40) kommunicerande med en högtryckskanal (18), en mellanliggande öppning (42) kommunicerande med en mellantryckskanal (30) och en áterströmningsöppning (44) förbindbar med nämnda lágtryckskanal (24) genom en äter- strömningskanal (32), vilken mellanliggande öppning (42) och vilken áterströmningsöppning (44) är belägna så att de mynnar i en kompressionskammare i nämnda arbetsrum (58), vilken kompressionskammare är avtätad mot kommunikation med sáväl nämnda inloppsport (38) som nämnda utloppsport (40) genom nämnda åtminstone en rotor (54, 56), k ä n n e - t e c k n a d a v en ventilanordning (36), inställbar mellan tvâ ändlägen för bildande av olika strömningsvägar i kompressorn, vilken ventilanordning (36) i det första änd- läget öppnar en direkt kommunikation mellan nämnda mellan- tryckskanal (30) och nämnda áterströmningskanal (32) och öppnar nämnda áterströmningsöppning (44), varvid fluidum strömmar direkt frán mellantryckskanalen (30) till äter- strömningskanalen (32) samtidigt som fluidum i arbetsrummet (58) strömmar till àterströmningskanalen genom sàväl den mellanliggande öppningen (42) som genom áterströmningsöpp- ningen (44), medan nämnda ventilanordning (36) i det andra ändläget blockerar nämnda direkta kommunikation mellan nämnda mellantryckskanal (30) och nämnda áterströmnings- kanal (32) och stänger nämnda àterströmningsöppning (44), varvid fluidum strömmar från mellantryckskanalen (30) genom nämnda mellanliggande öppning (42) in i arbetsrummet (58). Kompressor enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att den har två rotorer (54, 56), vilka var och en är för- sedd med skruvlinjeíormade lober och mellanliggande spar, genom vilka rotorerna (54, S6) är i ingrepp med varandra under bildande av V-formiga kompressionskamrar, varjämte arbetsrummet (58) har formen av tva varandra skärande cir- kulära cylindrar och är begränsat av en högtrycksändsektion (62), en làgtrycksändsektion (60) och en mellan dessa sig sträckande mantelsektion (64). Kompressor enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda mellantrycksöppning (42) är anordnad i nämnda mantelsektion (64) och nämnda áterströmningsport (44) är anordnad i nämnda högtrycksändsektion (62). Kompressor enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda inställbara ventilanordning (36) är anordnad i nämnda högtrycksändsektion (62) och har en cylindrisk ven- tilkropp (46) förskjutbar i en borrning (48), vars ena ände delvis vetter mot arbetsrummet (58) och delvis är täckt av mantelsektionens (64) intilliggande ändyta (68), varvid den del som vetter mot arbetsrummet (58) utgör nämnda äter- strömningsöppning (44), varjämte nämnda mellantryckskanal (30) kommunicerar med nämnda borrning (48) genom en första öppning (68) och nämnda áterströmningskanal (32, 32') myn- nar í nämnda borrning (48) genom en andra öppning (70, 70'), vilken ventilkropp (96) i ventilanordningens öppna läge frilägger nämnda återströmningsöppning (44) och nämnda första (68) och andra (70, 70') öppningar möjliggörande arbetsmedium att strömma från nämnda âterströmningsöppning (44) och nämnda första öppning (68) till nämnda andra öpp- ning (70, 70'), och vilken ventilkrøpp (46) i ventilanord- ningens stängda läge täcker nämnda àterströmningsöppning (44) och nämnda första (68) och andra (70, 70') öppningar förhindrande all kommunikation dem emellan. fa .Fn ON ...I LJ .Fn C-\ Kompressor enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda första (68) och andra (70') öppningar är belägna i den del av mantelsektionens (64) ändyta (66), som delvis täcker nämnda ände av borrningen (48). Kompressor enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda första öppning (68) är belägen i den del av man- telsektionens (64) ändyta (66), som delvis täcker nämnda ände av borrningen (48) och nämnda andra öppning (70) är radiellt anordnad i borrningen (48). Kompressor enligt något av kraven 4-6, k ä n n e t e c k - n a d a v att nämnda första öppning (68) har en större area än nämnda mellanliggande öppning (42), och nämnda andra öppning (70, 70') har en större area än nämnda första öppning (G8). Kompressor enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda andra öppnings (70, 70') area är större än sum- man av nämnda första öppnings (68) area och nämnda åter- strömningsöppnings (44) area. Kompressor enligt nàgot av kraven 4-6, k ä n n e t e c k - n a d a v att nämnda ventilkropp (46) manövreras med tryckfludium. 461 1546 10. _14... Kylanläggning innefattande en roterande kompressor (10) av förträngningstypen, en kondensor (12) kommunicerande med en utloppsöppning (40) i kompressorn genom en högtryckskanal (18), en förångare (16) kommunicerande med en inloppsöpp- ning (38) i kompressorn genom en lågtryckskanal (24), en mellantrycksbehållare (14) kommunicerande med en mellan- liggande öppning (42) i kompressorn genom en mellantrycks- kanal (30), en kanal (20) förbindande nämnda kohdensor (12) med nämnda behållare (14), vilken kanal (20) har en första tryckreduceringsanordning (26) för sänkning av det höga trycket i nämnda kondensor (12) till mellantrycket i nämnda behållare (14) och en kanal (22) förbindande nämnda be- hållare (14) med nämnda förångare (16), vilken kanal (22) har en andra tryckreduceringsanordning (28) för sänkning av mellantrycket i nämnda behållare (14) till det låga trycket i nämnda föràngare, vilken kompressor (10) har åtminstone en rotor (54, 56), som bildar kompressionskamrar i ett arbetsrum (58) och har en återströmningsöppning (44) för- bindbar med nämnda lågtryckskanal (24), vilken mellan- liggande öppning (42) och vilken återströmningsöppning (44) är så belägna att de mynnar i en kompressionskammare i nämnda arbetsrum (58), vilken kompressionskammare är av- stängd från kommunikation med såväl nämnda inloppsöppning (38) som nämnda utloppsöppning (40) genom nämnda åtminstone en rotor (54, 56), k ä n n e t e c k n a d a v en ventilanordning (36), inställbar mellan två ändlägen för bildande av olika strömningsvägar i kompressorn, vilken ventilanordning (36) i det första ändläget öppnar en direkt kommunikation mellan nämnda mellantryckskanal (30) och nämnda återströmningskanal (32) och öppnar nämnda åter- strömningsöppning (44), varvid fluidum strömmar direkt från mellantryckskanalen (30) till återströmningskanalen (32) samtidigt som fluidum i arbetsrummet (58) strömmar till äterströmningskanalen genom såväl den mellanliggande öpp- ningen (42) som genom áterströmningsöppningen (44), medan nämnda ventilanordning (36) i det andra ändläget blockerar nämnda direkta kommunikation mellan nämnda mellantrycks- kanal (30) och nämnda återströmningskanal (32) och stänger nämnda återströmningsöppning (44), varvid fluidum strömmar från mellantryckskanalen (30) genom nämnda mellanliggande öppning (42) in i arbetsrummet (S8). f!