WO2015086159A1 - Verdichter - Google Patents

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WO2015086159A1 PCT/EP2014/003343 EP2014003343W WO2015086159A1 WO 2015086159 A1 WO2015086159 A1 WO 2015086159A1 EP 2014003343 W EP2014003343 W EP 2014003343W WO 2015086159 A1 WO2015086159 A1 WO 2015086159A1
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Dieter Mosemann
Ottomar Neuwirth
Dmytro Zaytsev
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Gea Refrigeration Germany Gmbh
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    • F04C2240/811—Actuator for control, e.g. pneumatic, hydraulic, electric

Definitions

  • the present invention relates to a screw compressor according to the preamble of patent claim 1.
  • Screw compressors are used in many applications because their construction is robust and the achievable efficiency is great.
  • variable speed screw compressors i. Screw compressor, the two interlocking
  • Screw rotor for compressing a medium to be compressed, preferably
  • Refrigerant whose speed is controlled, and screw compressors having a fixed speed.
  • a variable-speed screw compressor with a slide for regulating a so-called internal volume ratio (also called Vi) is known from DE 199 16 983 AI.
  • the inner volume ratio is the ratio of gullet volumes of the intermeshing screw rotors at the beginning and end of the compaction.
  • Vi-slider With the help of the so-called Vi-slider, the internal volume ratio of the compressor is influenced.
  • Speed-controlled semi-hermetic compact screw compressors with a Vi slide for the stepped regulation of the internal volume ratio are known from DE 10 2011 051 730 AI. In the latter compressors, the Vi slide is positionable in one of two possible positions, wherein in one of the positions of the inner
  • Volume ratio is greater than in the other of the positions.
  • compressors according to DE 10 2011 051 730 A1 are not optimally adaptable to any operating conditions. Thus, an energetically favorable compressor operation is limited. Furthermore, slide movement errors can occur, which can cause an energetically unfavorable operation, as well as an increased susceptibility to interference.
  • Screw compressor which has at least one screw rotor, which is arranged rotatably about a rotational axis arranged in the axial direction.
  • the at least one screw rotor is arranged in a compression space, which is at least partially fluid-tight against the environment and opens into a high-pressure volume (26).
  • the compressor further comprises a Vi-slider for influencing a
  • the Vi-slider at least partially forms a portion of the fluid-tight boundary of the compression space and is arranged positionally displaceable in the axial direction.
  • the Vi-slide is infinitely displaceable and the compressor has a device for detecting the slide position of the Vi-slide.
  • Fig. 1 is a view of an exemplary embodiment of a compressor according to the invention.
  • Fig. 2 is an enlarged view of a portion of Fig.l.
  • a possible embodiment of a compressor according to the invention more specifically a screw compressor 10 according to the invention, which is also referred to below as a compressor 10, shown.
  • the compressor 10 has a housing 12 and an electric motor 14 arranged in the housing 12. Furthermore, the compressor 10 has a drive shaft 16 and a compression device 18 with a first and a second intermeshing screw rotor 20 and 22.
  • the screw rotors 20, 22 are via the drive shaft 16 directly (in alternative
  • Embodiments indirectly, for example via a gear arrangement) rotationally driven.
  • a compressor according to the invention can also have only one screw traveler or even three or more screw travelers.
  • the first screw rotor 20 is arranged around a first, in the axial direction
  • Rotary axis arranged rotatably.
  • the second screw rotor 22 is rotatably arranged about a second axis of rotation which extends parallel to the first axis of rotation. Both the first and the second screw rotor 20, 22 are in one
  • Compaction space 24 is arranged, the at least against the environment
  • the compressor 10 further comprises a Vi-slide 28, which forms with boundary surfaces 30 at least partially a portion of the fluid-tight boundary of the compression space 24.
  • the Vi slider 28 is positionally displaceable in the axial direction
  • the compressor 10 also has a device 32 for detecting the slide position of the Vi slide, in particular the axial position of the Vi slide 28.
  • the groove 38 has an increasing depth in the axial direction, so that a clear determination of the axial position of the Vi slide 28 is possible.
  • the spring-loaded rod 34 is operatively engaged with a position sensor 41 at a second end 40, so that the position of the Vi-slider 28 can be detected.
  • the compressor 10 further includes an adjustment device 42 for adjusting the position of the Vi slider 28.
  • the Vi- slide 28 is hydraulically adjusted in position.
  • the compressor 10 has a cylindrical recess or chamber 44, in which a connected to the Vi-slide 28 piston 46 is arranged axially displaceable.
  • the piston 46 is sealed against a chamber wall 47 by means of a seal 48 and subdivides the chamber 44 into two sub-volumes, namely a first sub-volume 50 and a second sub-volume 52, which are separated from each other by the gasket 48 provided with the piston 46.
  • the pressure in the first partial volume 50 can be increased and / or the pressure in the second partial volume 52 can be lowered, for example.
  • the pressure in the first sub-volume 50 is reduced and / or increased in the second sub-volume 52.
  • a first valve 54 and a second valve 56 are available, by means of which the first partial volume 50 and the second partial volume 52 are pressurized with hydraulic fluid or else can be correspondingly expanded.
  • the two valves 54, 56 are formed in the presently described embodiment as solenoid valves, which in alternative embodiments beispile also electrically or electro-mechanically operated valves would be conceivable.
  • the compressor 10 has in the described embodiment, a control device (not shown in the figures), by means of which in each case the optimal for the prevailing operating condition position of the Vi-slide 28 is adjusted.
  • Embodiments the actuation of the Vi-slider 28 via a pneumatic device or a mechanical device, for example, with or against the bias of an elastic element.
  • the compressor 10 in order to enable the optimum internal volume ratio Vi and thus an energetically favorable compressor operation at any operating conditions within the operating limits of the compressor 10, the compressor 10 is designed with a stepless Vi control, wherein the Vi slide 28 is infinitely adjustable and equipped with a slider position sensor.
  • 2 shows an embodiment of a compressor 10 according to the invention.
  • an oblique groove 38 is disposed in the Vi slider 28.
  • a spring-loaded rod 34 abuts with a first end in the groove 28.
  • a second end of the rod 34 is provided with a
  • the Vi slider 28 can be hydraulically adjusted, for example.
  • 10 solenoid valves 54, 56 for Vi-increase and Vi-reduce are arranged on the compressor.
  • the respective valve 54, 56 is actuated by the controller (eg by a pulse / pause signal) until the required position of the Vi-slider 28 by the

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Abstract

Schraubenverdichter (10) mit wenigstens einem Schraubenläufer (20, 22), der um eine in axialer Richtung angeordnete Drehachse drehbar angeordnet ist, wobei der wenigstens eine Schraubenläufer (20, 22) in einem Verdichtungsraum (24) angeordnet ist, der gegen die Umgebung hin wenigstens abschnittweise fluiddicht ausgebildet ist und in ein Hochdruckvolumen (26) mündet, wobei der Verdichter (10) ferner einen Vi-Schieber (28) zur Beeinflussung eines inneren Volumenverhältnisses des Verdichters aufweist, wobei der Vi-Schieber (28) wenigstens teilweise einen Abschnitt der fluiddichten Begrenzung des Verdichtungsraums (24) bildet und in der axialen Richtung positionsverschieblich angeordnet ist, wobei der Vi-Schieber (28) stufenlos verschiebbar ist und der Verdichter (10) eine Vorrichtung (32) zur Erfassung der Schieberposition aufweist.

Description

Verdichter
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schraubenverdichter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Schraubenverdichter finden in vielen Anwendungen Verwendung, da ihre Konstruktion robust und die erzielbare Effizienz groß ist. Es gibt drehzahlgeregelte Schraubenverdichter, d.h. Schraubenverdichter, die zwei ineinandergreifende
Schraubenläufer zur Verdichtung eines zu verdichtenden Mediums, vorzugsweise
Kältemittels, aufweisen, deren Drehzahl geregelt ist, und auch Schraubenverdichter, die eine feste Drehzahl aufweisen.
Ein drehzahlgeregelter Schraubenverdichter mit einem Schieber zur Regelung eines sogenannten inneren Volumenverhältnisses (auch Vi genannt) ist aus der DE 199 16 983 AI bekannt. Das innere Volumenverhältnis ist das Verhältnis von Zahnlückenvolumina der ineinandergreifenden Schraubenläufer zu Beginn und Ende der Verdichtung. Mit Hilfe des sogenannten Vi-Schiebers wird das innere Volumenverhältnis des Verdichters beeinflusst. Drehzahlgeregelte semihermetische Kompaktschraubenverdichter mit einem Vi-Schieber zur gestuften Regelung des inneren Volumenverhältnisses sind aus der DE 10 2011 051 730 AI bekannt. Bei den letztgenannten Verdichtern ist der Vi-Schieber in einer von zwei möglichen Stellungen positionierbar, wobei in einer der Stellungen das innere
1
BESTÄTIGUNGSKOPIE 4 003343
Volumenverhältnis größer ist als in der anderen der Stellungen.
Verdichter gemäß der DE 10 2011 051 730 AI sind jedoch nicht optimal an beliebige Betriebsbedingungen anpassbar. Somit ist ein energetisch günstiger Verdichterbetrieb nur beschränkt möglich. Ferner können Schieberbewegungsfehler auftreten, die einen energetisch ungünstigen Betrieb, sowie eine erhöhte Störanfälligkeit bedingen können.
Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verdichter, anzugeben, der möglichst bei allen Betriebsbedingungen energetisch günstig zu betreiben ist, wobei eine Störanfälligkeit möglichst gering gehalten werden soll .
Diese Aufgabe wird durch einen Verdichter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe erfolgt demnach durch einen
Schraubenverdichter, der wenigstens einen Schraubenläufer aufweist, der um eine in axialer Richtung angeordnete Drehachse drehbar angeordnet ist. Der wenigstens eine Schraubenläufer ist in einem Verdichtungsraum angeordnet, der gegen die Umgebung hin wenigstens abschnittweise fluiddicht ausgebildet ist und in ein Hochdruckvolumen (26) mündet. Der Verdichter weist weiterhin einen Vi-Schieber zur Beeinflussung eines
Volumenverhältnisses des Verdichters auf, wobei der Vi-Schieber wenigstens teilweise einen Abschnitt der fluiddichten Begrenzung des Verdichtungsraums bildet und in der axialen Richtung positionsverschieblich angeordnet ist. Der Vi-Schieber ist stufenlos verschiebbar und der Verdichter weist eine Vorrichtung zur Erfassung der Schieberposition des Vi-Schiebers auf.
Dadurch, dass der Vi-Schieber stufenlos verschiebbar ist und der Schraubenverdichter eine Vorrichtung zur Erfassung der Position des Vi-Schiebers aufweist, ist eine energetisch günstige Betriebsweise bei geringer Störanfälligkeit gegeben.
Weitere optionale Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen, sowie der folgenden Figurenbeschreibung angegeben. Die beschriebenen jeweiligen Merkmale können einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein. Die Erfindung wird demnach im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen anhand von 2014/003343 beispielhaften Ausführungsformen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verdichters; und
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Teilabschnitts der Fig.l .
In Fig. 1 ist eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verdichters, genauer eines erfindungsgemäßen Schraubenverdichters 10, der nachstehend auch kurz als Verdichter 10 bezeichnet wird, dargestellt. Der Verdichter 10 weist ein Gehäuse 12 und einen in dem Gehäuse 12 angeordneten Elektromotor 14 auf. Ferner weist der Verdichter 10 eine Antriebswelle 16 und eine Verdichtungsvorrichtung 18 mit einem ersten und einem zweiten ineinandergreifenden Schraubenläufer 20 und 22 auf. Die Schraubenläufer 20, 22 werden über die Antriebswelle 16 direkt (in alternativen
Ausführungsformen indirekt, beispielsweise über eine Getriebeanordnung) drehangetrieben. In alternativen Ausführungsformen kann ein erfindungsgemäßer Verdichter auch nur einen Schraubenläufer oder auch drei oder mehr Schraubenläufer aufweisen.
Der erste Schraubenläufer 20 ist um eine erste, in axialer Richtung angeordnete
Drehachse drehbar angeordnet. Der zweite Schraubenläufer 22 ist um eine zweite Drehachse, welche sich parallel zu der ersten Drehachse erstreckt, drehbar angeordnet. Sowohl der erste als auch der zweite Schraubenläufer 20, 22 sind in einem
Verdichtungsraum 24 angeordnet, der gegen die Umgebung hin wenigstens
abschnittweise fluiddicht ausgebildet ist und in ein Hochdruckvolumen 26 mündet.
Der Verdichter 10 weist ferner einen Vi-Schieber 28 auf, der mit Begrenzungsflächen 30 wenigstens teilweise einen Abschnitt der fluiddichten Begrenzung des Verdichtungsraums 24 bildet. Der Vi-Schieber 28 ist in der axialen Richtung positionsverschieblich
angeordnet. Weiterhin ist der Vi-Schieber 28 stufenlos verschiebbar. Der Verdichter 10 weist zudem eine Vorrichtung 32 zur Erfassung der Schieberposition des Vi-Schiebers, insbesondere der axialen Position des Vi-Schiebers 28 auf.
Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, weist die Vorrichtung 32 zur Erfassung der Position des Vi-Schiebers ein stangenförmiges Tastelement bzw. eine Stange 34 auf, die EP2014/003343 an einem ersten Ende 36· in eine am Vi-Schieber 28 ausgebildete Aussparung in Form einer Nut 38 eingreift. Die Nut 38 weist in axialer Richtung eine zunehmende Tiefe auf, so dass eine eindeutige Bestimmung der axialen Position des Vi-Schiebers 28 möglich ist. Die federbelastete Stange 34 steht an einem zweiten Ende 40 mit einem Positionssensor 41 in Wirkeingriff, so dass die Position des Vi-Schiebers 28 ermittelt werden kann. Um
sicherzustellen, dass die Stange 34 jeweils am Boden der Nut 38 anliegt, wird diese durch ein elastisches Element in Form einer Feder (Druckfeder) 40 in Richtung der Nut 38 unter Vorspannung gehalten bzw. in die entsprechende Richtung belastet bzw. beaufschlagt.
Der Verdichter 10 weist ferner eine Verstell-Vorrichtung 42 zum Verstellen der Position des Vi-Schiebers 28 auf. In der vorliegend beschriebenen Ausführungsform wird der Vi- Schieber 28 hydraulisch in seiner Position verstellt. Hierzu weist der Verdichter 10 eine zylinderförmige Aussparung bzw. Kammer 44 auf, in der ein mit dem Vi-Schieber 28 verbundener Kolben 46 axial verschiebbar angeordnet ist. Der Kolben 46 ist gegen eine Kammerwand 47 hin mittels einer Dichtung 48 abgedichtet und unterteilt die Kammer 44 in zwei Teilvolumina, nämlich ein erstes Teilvolumen 50 und ein zweites Teilvolumen 52, die durch den mit der Dichtung 48 versehenen Kolben 46 fuiddicht voneinander getrennt sind.
Um den Kolben 46 und somit auch den mit ihm verbundenen Vi-Schieber 28 in axialer Richtung zu verschieben, kann beispielsweise im ersten Teilvolumen 50 der Druck erhöht und/oder im zweiten Teilvolumen 52 der Druck erniedrigt werden. Um eine Bewegung in der entgegengesetzten Richtung zu erwirken, wird der Druck im ersten Teilvolumen 50 verringert und/oder im zweiten Teilvolumen 52 erhöht. Hierzu stehen ein erstes Ventil 54 und ein zweites Ventil 56 zur Verfügung, mittels derer das erste Teilvolumen 50 und das zweite Teilvolumen 52 mit Hydraulikflüssigkeit mit Druck beaufschlagt oder aber auch entsprechend entspannt werden können. Die beiden Ventile 54, 56 sind in der vorliegend beschriebenen Ausführungsform als Magnetventile ausgebildet, wobei in alternativen Ausführungsformen beispilesweise auch elektrisch oder elektro-mechanisch betätigte Ventile denkbar wären. Der Verdichter 10 weist in der beschriebenen Ausführungsform eine Regelvorrichtung (in den Figuren nicht dargestellt) auf, mittels derer jeweils die für die vorherrschende Betriebsbedingung optimale Stellung des Vi-Schiebers 28 eingeregelt wird. EP2014/003343
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass in alternativen Ausführungsformen anstelle einer Regelung auch eine Steuerung vorgesehen sein kann. In weiteren alternativen
Ausführungsformen erfolgt die Betätigung des Vi-Schiebers 28 über eine Pneumatik- Vorrichtung oder eine mechanische Vorrichtung, beispielsweise mit oder gegen die Vorspannung eines elastischen Elements.
Zusammenfassend lässt sich festhalten: um das optimale innere Volumenverhältnis Vi und damit einen energetisch günstigen Verdichterbetrieb bei beliebigen Betriebsbedingungen innerhalb der Einsatzgrenzen des Verdichters 10 zu ermöglichen, wird der Verdichter 10 mit einer stufenlosen Vi-Regelung ausgeführt, wobei der Vi-Schieber 28 stufenlos verstellbar ist und mit einem Schieberpositionssensor ausgestattet ist. Fig.2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verdichters 10 gemäß der Erfindung. In diesem Beispiel ist im Vi-Schieber 28 eine schräge Nut 38 angeordnet. Eine fed erbe lastete Stange 34 stößt mit einem ersten Ende in die Nut 28. Ein zweites Ende der Stange 34 ist mit einem
Schieberpositionssensor 41 verbunden. Der Vi-Schieber 28 kann beispielweise hydraulisch verstellt werden. Dafür sind am Verdichter 10 Magnetventile 54, 56 zum Vi-erhöhen und zum Vi-verringern angeordnet. Zum Erreichen der von einer Regelung bzw. Steuerung errechneten optimalen Position des Vi-Schiebers 28 wird das jeweilige Ventil 54, 56 von der Steuerung bzw. Regelung solange angesteuert (zum Beispiel durch ein Puls/Pause Signal) bis die erforderliche Position des Vi-Schiebers 28 durch den
Schieberpositionssensor 41 an die Steuerung bzw. Regelung gemeldet wird.
Obwohl die Erfindung anhand von Ausführungsformen mit festen Merkmalskombinationen beschrieben wird, umfasst sie jedoch auch die denkbaren weiteren vorteilhaften
Kombinationen, wie sie insbesondere, aber nicht erschöpfend, durch die Unteransprüche angegeben sind. Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Bezugszeichenliste
10 Verdichter
12 Gehäuse
14 Elektromotor Antriebswelle
Verdichtungsvorrichtung
erster Schraubenläufer
zweiter Schraubenläufer
Verdichtungsraum
Hochdruckvolumen
Schieber bzw. Vi-Schieber
Begrenzungsflächen
Vorrichtung zur Erfassung der Schieberposition des Vi-Schiebers Stange
erstes Ende der Stange 34
Nut
zweites Ende der Stange 34
Positionssensor
Verstell-Vorrichtung
Aussparung bzw. Kammer
Kolben
Kammerwand
Dichtung
erstes Teilvolumen der Kammer 44
zweites Teilvolumen der Kammer 44
erstes Ventil
zweites Ventil

Claims

Patentansprüche
Schraubenverdichter (10) mit wenigstens einem Schraubenläufer (20, 22), der um eine in axialer Richtung angeordnete Drehachse drehbar angeordnet ist, wobei der wenigstens eine Schraubenläufer (20, 22) in einem Verdichtungsraum (24) angeordnet ist, der gegen die Umgebung hin wenigstens abschnittweise fluiddicht ausgebildet ist und in ein
Hochdruckvolumen (26) mündet, wobei der Verdichter (10) ferner einen Vi-Schieber (28) zur Beeinflussung eines inneren Volumenverhältnisses des Verdichters aufweist, wobei der Vi-Schieber (28) wenigstens teilweise einen Abschnitt der fluiddichten Begrenzung des Verdichtungsraums (24) bildet und in der axialen Richtung positionsverschieblich angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Vi-Schieber (28) stufenlos verschiebbar ist und der Verdichter (10) eine Vorrichtung (32) zur Erfassung der Schieberposition aufweist.
Verdichter (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Vi-Schieber (28) einen Schieberpositionssensor (41) oder einen Positionsgeber aufweist.
Verdichter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Vi-Schieber (28) eine sich in der axialen Richtung angeordnete Aussparung,
insbesondere Nut (38) aufweist, deren Tiefe in der axialen Richtung zunimmt
Verdichter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (10) eine Stange (34) mit zwei Enden aufweist, wobei ein Ende der Stange (34) in eine/die Aussparung eingreift und wobei die Stange (34) mit einem Positionssensor in Wirkeingriff steht.
Verdichter (10) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet; dass
die Stange (34) mit einem elastischen Element, insbesondere einer Feder in Wirkeingriff steht.
Verdichter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Verdichter (10) eine Verstell-Vorrichtung (42) zum Verstellen der Position des Vi- Schiebers (28) aufweist.
Verdichter (10) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verstell-Vorrichtung (42) eine Hydraulik-Vorrichtung, eine pneumatische Vorrichtung oder eine Vorrichtung zur mechanischen Kraftübertragung aufweist.
Verdichter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Verdichter (10) eine Steuer- oder Regelvorrichtung zur Steuerung oder Regelung der Position des Vi-Schiebers (28) aufweist.
PCT/EP2014/003343 2013-12-12 2014-12-12 Verdichter WO2015086159A1 (de)

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US15/102,351 US20160319814A1 (en) 2013-12-12 2014-12-12 Compressor
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DE102013020534.4A DE102013020534A1 (de) 2013-12-12 2013-12-12 Verdichter

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