WO2019002363A1 - Verdrängerverdichtersystem für r-718 - Google Patents

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    • F25B2400/071—Compressor mounted in a housing in which a condenser is integrated

Definitions

  • turbo-compressors these machines, despite having a two-stage design with intermediate cooling, only providing lower pressure ratios of approximately 6, so that the necessary heat release at the condenser is only unsatisfactorily implemented in the refrigeration cycle.
  • turbomachine with regard to the soft working characteristic (ie pressure values over volume flow) in order to be able to ensure stable operating points for different operating points.
  • the Eisenaufzehrung leads the compressor to failure as so-called. "Crash" by touching the work space components by the gap values between the work space components from the usual millimeter fractions to zero, if not everywhere, but only where the mostly thermal strains combined with concentricity errors and other deviations under the Variety of different influence parameters can lead to it.
  • This Spielaufzehrung is with enough safety margin for all operating, working and environmental conditions without exception at all times reliable and fully avoided as an absolute must-task.
  • the R718 Positive Displacement Compressor System must be able to perform the above-mentioned tasks at any time and under all circumstances, or initiate its own remedial measures in case of imminent deviations, up to warnings and instructions to the outside through its own regulation mechanisms and regulating tools ,
  • this problem is solved for the compression of water vapor at pressures below atmospheric pressure by a 2-wave rotary displacement machine by the R718 Verdrängerver Whyrsvstem (42) is designed as a closed vacuum system consisting of the core building blocks:
  • this compacting machine essentially consists of:
  • outlet side bearing support unit (s) for receiving the rotor bearings (4.2) and the outlet (12) with outlet openings via control balls (10) and end outlet openings (27)
  • this compressor machine (41) is designed as an open machine which separates the evaporator (7) and the condenser (8) with the compressor housing (1).
  • the compressor machine so no end-side compressor limiting side parts (so-called “cover") more and is no longer self-sufficient to operate as a vacuum machine, but only in conjunction with connected evaporator (7) and connected capacitor (8) with respective housing pot (28 and 29).
  • the monitoring of these drive motors (2.3 or 3.3) preferably takes place via temperature sensors in the region of the motor windings in order to be able to adapt the respective cooling fluid flow K5 in such a way that the drive motors can not be damaged and provide the required power.
  • the R718 Verdrängerver disguiser- system also includes the intermediate water jacket (5), preferably with its own cooling coil (6) to operate on the cooling fluid flow K1 targeted thermostating for the compressor housing (1).
  • K2 and K3 by means of cooling fluid flow (as 9.2 and 9.3) targeted internal rotor cooling (2.2 and 3.2)
  • the game situation between the working space components ie compressor housing and spindle rotor pair
  • the inner gap leakage thus the degree of delivery for the various operating / Operating points due to the respective thermal expansion behavior of the components (which is stored in the control unit (15) for regulating the cooling fluid flows (9)) regulated at the same time safe crash avoidance (crash as destructive Spielaufzehrung).
  • the heat management system according to the invention for the R718 positive displacement compressor system in the "maximum” version * ° * consists of the following cooling fluid flows specifically controlled by control unit (15) ( 9):
  • Cooling fluid flow (shown as K1) to the intermediate water jacket (5) via cooling tube coil (6)
  • Cooling fluid flow (shown as K2) to 2z rotor (2) via evaporator cooling bore (2.2)
  • Cooling fluid flow (shown as K3) to the 3z rotor (3) via evaporator cooling bore (3.2)
  • Cooling fluid flow (shown as K4) for injection cooling via centrifugal disc (22)
  • Cooling fluid flow (shown as K5) for cooling each drive motor * ° *
  • the "maxima version” is considered to be the case of use with a particularly large input bandwidth, ie if the so-called "temperature stroke” (as a difference between tc and to) is greater than about 40 kelvin, with smaller machines (ie with Flow rate below about 5,000 m 3 / h at rated speed) are less sensitive, so higher "temperature strokes" will create trouble.
  • This heat management system is particularly urgently required for the workspace components in the so-called co-operation when the compressor is operated at a speed that already creates the pressure difference between inlet and outlet but still promotes no or only minimal flow, so the compressor so only with the own (inner) leakage fights, but due to the power input would be correspondingly hot, which is reliably prevented by the guided by the control unit (15) heat management management according to the invention.
  • a centrifugal disc (22) is preferably mounted on each spindle rotor on the conveying gas inlet side (11), wherein the cooling fluid flow K4 supply according to (23.1) or (23.2) is preferably rough Centrifugal surface ensures a speed-optimized cooling fluid flow K4 mist, which is mixed sufficiently uniformly to the conveying gas flow.
  • speed optimized is meant that the velocity vectors of the liquid cooling fluid flow K4 mist droplets move in a similar manner to the spindle rotor surfaces for which each slinger (22) provides.
  • both the be.2K.em (z) run and the A.be.2K (z) run are minimal. And when m (z) increases, both the be.2K.em (z) run and the A.be.2K (z) run are decreasing, whereas in the inlet area for strongly falling m (z) both the Be.2K.em (z) run and the A.be.2K (z) run increase sharply.
  • This feature of the invention applies with an accuracy of preferably ⁇ 15% and ensures on the inlet side (1 1),
  • control balls (10) are provided for application-specifically targeted adjustment of the internal compression ratios, ie in particular at different pressure values in the condenser as different operating points during operation of the R718 positive-displacement compressor system.
  • the internal volume ratio is initially, without consideration of thermodynamic influences, dependent on the executed rotor pair geometry as a simple quotient of inlet to outlet working chamber volume, which is determined during the production of the spindle rotor pairing.
  • control balls (10) ensure that the efficiency-reducing over-compression is avoided by during compaction upon reaching the actual outlet pressure p2 in the respective working chamber the control ball is lifted due to the pressure difference, so that a partial gas flow leaves the working chamber in the direction of outlet space (12) and thus to the condenser (8).
  • This is preferably done both in the rotor longitudinal axis direction and at the end face at the outlet end (12) according to the exemplary illustration in FIG. 2.
  • control balls (10) are lifted from the pressure difference between the current pressure in the respective working chamber and the outlet pressure p2 preferably weighted and move back due to gravity, which is shown by the angle according to exemplary illustration in Fig. 8, where g is the gravitational direction shows.
  • a simple Federan ein for the control balls can be implemented.
  • control balls (10) in Fig. 1 and in Fig. 4 are on the outlet side in the outlet control disc (12) and in Fig. 2 in Rotorlticiansachsraum to n iV adaptation to avoid over-or under-compression efficiency damaging efficiency and in axial plan view in the outlet control disc (12) and adjust the so-called, inner volume ratio n iV to the application-specific each actually applied pressure ratio.
  • an intermediate support (17) is proposed on the 2-toothed spindle rotor (2) for weight reduction, esp. Also as a lower moment of inertia at startup (or deceleration) at the same time high flexural stiffness, for example, from vacuum-compatible fiber composite material, e.g. as CFRP material.
  • the play values in the compressor outlet area be increased by about 20 to at least 50% higher average gap distances, preferably simply realized in that the outer rotor diameters are accordingly made smaller over a range in rotor longitudinal axis direction, which corresponds to 0.3 to 2 times the extent of the outlet-side working chamber length in the rotor longitudinal axis direction, this being the case with frontal outlet plate with bearing support (25) on the control edge (27. S) by Anphasen (in the sense of beveling) of this control edge ( 27. S) is also implemented.
  • the outer rotor diameter gap adaptation on the pair of rotors preferably takes place in such a way that this diameter adaptation in the outlet direction progressively increases slowly starting from progressively greater values, so that the averaged gap spacings reach the abovementioned increase as the mean value.
  • this exhaust gap IV adjustment serves to reduce the noise by attenuating the exhaust side pressure pulsations.
  • PIRSA Pressure-InnerRatio-Speed-Adaptation
  • the control unit (15) has its own pre-installed database and can adjust these operating parameters regulating, this process is application-specific self-learning by "trial and error” by slightly changing individual values and is determined by the system response, if the Overall efficiency has improved or worsened. In this way, the database is self-learning constantly expanded at each operating point and the system increasingly intelligent in terms of efficiency improvement.
  • the in rotor longitudinal axis direction (generally designated z) different tooth heights h (z) are on the so-called.
  • h (z) ( ⁇ 2 ( ⁇ ) + ⁇ 3 ( ⁇ ) - 1) a (z) (equation 1 .3)
  • the curves for ⁇ .2 ( ⁇ ) and ⁇ .3 ( ⁇ ) are selected such that the application-specific requirements are optimally met, for example, in terms of working chamber volume and the so-called. "Volume curve" (ie the course of the working chamber volumes in Rotorl Kunststoffsachsplatz, esp. The change of these working chamber volumes is to be considered).
  • Volume curve ie the course of the working chamber volumes in Rotorl Kunststoffsachsplatz, esp. The change of these working chamber volumes is to be considered.
  • the .2 (z) value can be chosen freely, whereby the tooth root heights h (z) must take into account the remaining root strengths, with the aim that the critical bending speeds per spindle rotor be carried out according to: ⁇ 1,5 - ⁇ with (simplified)
  • the speed is adjusted by FUs (2.4 and 3.4) via the electronic motor pair spindle rotor synchronization with the FU-CU (16) in conjunction with the Control Unit (15).
  • VET compressor end temperature
  • Injection cooling K4 provides the main cooling component in the compression, whereas the workspace component cooling esp. To compensate for different thermal expansion per workspace component and / or to protect sensitive components (especially the rotor bearing and the drive motors) of the control unit (15) is switched on, as this is stored in the algorithm of the control unit (15).
  • the cooling water "kra” generally dissipates the heat Q ab from the condenser (8), while the cold water “Ka” in the evaporator (7) removes the heat Q en t from the positive displacement compressor system.
  • cooling medium As cooling medium (abbreviation: "KM”), the water is called, which is branched off from the evaporator (7) as a cooling fluid flow from the control unit (15) in the cooling medium distribution (26) is diverted for splitting into the main flow HS and the individual cooling fluid streams K1, K2, K3, K4 and K5 to fulfill the above Tasks.
  • the cooling fluid flows (9) regulated by the control unit (15) must be referred to as so-called.
  • Heat Management now application-specific keep the actual gap values between ASp.u and ASp.o. If the application-specific available cooling water temperatures are unfavorable (usually in the sense of too high) for the housing heat balance, then the control unit (15) via the cooling fluid flow 9.1 (shown as K1), for example by means of regulating (26) and simple cooling coil (6) esp.
  • K1 shown as K1
  • Cooling mechanisms of the control unit as so-called “workspace components-thermal management” intelligently branched off and distributed according to:
  • HS is the main flow to fulfill the actual task between heat absorption in the evaporator and heat dissipation in the condenser
  • K4 cooling by cooling medium injection is the most important factor, ie> 80%
  • Outlet end plate as a control disc (12) via peeling discs for ideal clearance adjustment for the frontal gap between the rotor end and the end plate for each spindle rotor individually
  • cylindrical spindle rotor internal cooling can be limited to the last range, ie not over the entire rotor length (with a corresponding increase in conventionally- wall thickness at the inlet)
  • Co-rotational speed measurement (as self-diagnosis to detect changes, such as deposit formation, etc.)
  • Mixer tap and mixing section as an option for targeted temperature adjustment, preferably with CO 2 cascade for lower temperatures
  • Fig. 1 shows an example of a longitudinal sectional view through the inventive R718 Verdrängerver emphasizersystem (42) in standing embodiment.
  • the usual vacuum pump to ensure the negative pressure in the illustrated R718 Verdrängerver Togetherrsystem (42) is not shown, but well known and is used in accordance with FIG. 4 during purge preferably via the inert gas discharge (31) shown in FIG.
  • FIG. 3 shows the inlet area with evaporator (7) of this illustration and in FIG. 4 the outlet area with condenser (8) enlarged.
  • About peeling discs (18) inlet side are set on the positions of the spindle rotor units (39 and 40 of FIG. 13) in Rotorlteilsachsraum the important rotor head housing gap values.
  • the face-end spindle rotor gap values are adjusted to the outlet control disk (12) via peeling disks (18).
  • Fig. 2 as an exemplary sectional view with respect. Fig.
  • Fig. 3 As an exemplary representation of the intake of Fig. 1 with representation of the respective cooling fluid streams K1 and K2 and K3 and K4 and K5 with HS as circulation medium R718 mainstream to fulfill the core task for heat transfer.
  • the refrigerant R-718 for example via overflow channel (37) over a sufficiently large area to drain (37. a ) flows OR via separate heat exchanger surfaces (38), for example, as inserted heat exchanger tube system (38) at the bottom of the housing pot (29) to ensure the heat transfer shown Q en t from the evaporation process.
  • various insulation approaches 29. i
  • insulating layer left side in Fig. 3
  • evacuated gap right side in Fig. 3
  • Fig. 6 shown by way of example is the supply (23.1) of injection refrigerant K4 to the centrifugal disc (22) via a bearing carrier support arm (24) in the compressor inlet region (1 1) enlarged from Fig. 1, for example via a Tube of the cooling fluid flow K4 reaches the centrifugal disc (22), where K4 then evenly distributed by centrifugal forces in the conveying gas flow at the inlet (1 1) passes at an optimal velocity profile relative to the spindle rotor.
  • Fig. 7 As an exemplary representation of the centrifugal disc (22) preferably me rough, rough surface for slip reduction and better cooling fluid flow K4 distribution, wherein Diameter 0a. s and height h and the angle ys affect the cooling fluid flow K4-Abspritzung of the centrifugal significantly and are specific to the application run.
  • Fig. 8 As an exemplary representation of the control ball (10) for the adjustment of the internal volume ratios to different temperature strokes with the corresponding. Pressure differences, wherein on the angle YA and YR with respect to the gravitational direction g preferably due to gravity by the pressure difference ⁇ on the control ball between the respective working chamber pressure and the outlet pressure rolling on the ramp (10.R), in which case a special material is not necessarily necessary, and with decreasing pressure difference, preferably by gravity, automatically rolling back again.
  • Fig. 9 Exemplary representation of the spindle rotor profile pairing, wherein the non-parallel axes of rotation actually three-dimensional task is shown simplistic in the plane.
  • the ⁇ values shown in FIG. 10.2 lead to the cylindrical rotor receptacle shown in FIG. 1, in order to enable evaporator cooling at each spindle rotor, in particular in co-operation.
  • be.2K.em (z) and be.2K.stu (z) are also shown as A.be.2K (z) run in conjunction with the slope curve m (z) so that the inventive concept of the tooth flank offset Ak vs (z) between the left and right side of the profile flank becomes clear.
  • FIG. 1 1 shows, by way of example, a pair of spindle rotors with a high pumping speed at a moderate number of stages for applications in which it is less about the compressibility but more about high volume flow.
  • Fig. 1 1 .2 shows an example of a pair of spindle rotors with medium pumping speed at medium number of stages for applications without pronounced emphasis, so a more general orientation.
  • Fig. 1 1 .3 shows an example of the spindle rotor pair with lower pumping speed at very high number of stages for applications in which high compressibility is more important than flow.
  • Fig. 12.1 Exemplary representation of an alternative design to the outlet control disc (12) in which can be dispensed with control balls (10) by the exhaust control disc rotatable as (12. S) with the pivot bearings (12 the exit slot (12. s) is executed at the 2-toothed spindle rotor end.
  • Fig. 12.2 Exemplary representation for the execution of the rotatable outlet control disc (12. d) with the exit slot (12. s) and additionally lateral outlet notches (12. k), so that the ausschiebende last working chamber does not close again when the minimum inner Compression ratio is set. These notches are necessary because the exit slot (12.s) must not occupy too much of the circle, otherwise the factor by which the internal compression can be increased decreases.
  • the outlet notches (12.k) are above the chamber, which would just open without the outlet control disc (12.d). The outlet notches (12.k) are then laterally closed by the outlet plate closing off the 3z rotor and the compressor housing (1).
  • the compressor housing (1) Shortly before the last working chamber has emptied completely, the compressor housing (1) is removed laterally and the 3z rotor is open. 13 shows by way of example the finished and fully balanced spindle rotor rotation units (39 and 40), which are used without further intervention on the peeling discs (18) in the compressor housing (1) for accurate gap adjustment and thus the open compressor machine (41). form.
  • Fig. 14 Exemplary are illustrated 3 modes of operation for operating the R718 positive displacement compressor system for various cooling water ("ü”) and cold water (“a”) temperature levels provided by means of PIRSA as "Pressure Inner Ratio Speed Adaptation "by the control unit (15) as described application-specific optimally adjusted.
  • the open compressor machine (41) is a spindle compressor in the form of a 2-shaft rotary displacement machine for conveying and compressing gaseous media educated. It has a spindle rotor pair (2 and 3), which is arranged in a compressor housing (1) and is designed with electronic motor pair spindle rotor synchronization.
  • the compressor machine (41) is arranged between the evaporator (35) and the condenser (36).
  • Compressor housing preferably at the same time with 0-separating plate (1 .P) between the evaporator (7) and condenser (8) at inlet side by at least 15% greater distance of the spindle rotor mounting holes as the outlet side, these bore axes preferably cutting (ie with perpendicular spacing zero) or crossing (or skewed) are executed.
  • 0-separating plate (1 .P) between the evaporator (7) and condenser (8) at inlet side by at least 15% greater distance of the spindle rotor mounting holes as the outlet side
  • Cooling coil in the intermediate water jacket, the outlet side is preferably made narrower and the evaporator (7) ends
  • Cooling fluid flow (shown as K1) to the intermediate water jacket (5) via cooling coil (6) Cooling fluid flow (shown as K2) to the 2z rotor (2) via evaporator cooling bore (2.2) Cooling fluid flow (shown as K3) to the 3z rotor (3) via Evaporator cooling bore (3.2) Cooling fluid flow (shown as K4) for injection cooling via centrifugal disc (22) Coolant flow (shown as K5) for cooling each drive motor
  • the circulating medium R718 main flow is shown to fulfill the core task of heat transfer (eg as a heat pump, or in the refrigeration process).
  • Control ball suitable for vacuum adjustment of the internal volume ratio n iV for different operating points to avoid efficiency-reducing over- or under-compression both in Rotorlteilsachsplatz and per control disc (12) according to the desired application area with ramp (10 R) inclined with angle ⁇ ⁇ against the direction of gravity conveying gas inlet as open collecting space for the conveying medium with the gas pressure p 0 (simplifying pressure losses in the lines are initially neglected) conveying gas outlet as a control disk per spindle rotor with defined outlet openings for the pumped medium at gas pressure pc ( simplifying pressure losses in the lines are initially neglected) neutral collection / buffer space per working space shaft passage with respect to the system pressure reduced gas pressure, preferably generated for example by a vacuum A / akuum- pump to "purge suction" the rotor bearing if necessary.
  • Synchronization gearing as a mechanical fallback protection for electronic motor pair spindle rotor synchronization, for example in case of power failure after regenerative operation
  • Control Unit CU as a control and regulation unit with evaluation of the respective current measurements and based on output of the control signals for intelligent operation of the spindle compressor at preferably links and data stored in the CU memory as well as continuously learning dependencies between the respective incoming measured values and the gap values according to previous simulation, verification and current experience,
  • control unit is connected to FU-CU (24) as well as the user side with the process control technology for its application system as well as factory control iS of "Industrie-4.0" FU control unit, designated as "FU-CU", for the both frequency inverters FU.2 (2.4) and FU.3 (3.4), whereby FU-CU directly exchanges the data for spindle compressor operation with the control unit (15).
  • “Slicing discs” designed for individual fixing of the respective spindle rotor in the rotor longitudinal axis direction for targeted gap value adjustment as A2.1 value on the 2z rotor (2) or as A3.1 value on the 3z rotor (3)
  • Pressure-reducing organ in the closed internal circuit for example, by exploiting the geodetic height difference in a water column, ie use of gravity to reduce pressure heat insulation for the intermediate water jacket (5) directed support for the control balls slinger (preferably with rough / coarse surface) for feeding and fine Distribution of the cooling fluid flow into the intake region (1 1) of the compressor according to K4 as injection cooling Supply of the cooling fluid flow K 4 to the centrifugal disc (22), this delivery being as desired executable as:
  • the drive units such that these areas to be protected always have a slightly higher pressure (eg a few mbar differential pressure, eg 3 to 10 mbar) than the direct R718 steam environment; as inert / protective gas, normal air will suffice in most applications, but it is also possible, for example, to choose nitrogen.
  • Protective gas discharge is generated by means of a separate vacuum backing pump, which preferably also ensures the vacuum system pressure. With this protective gas discharge, a certain R718 water vapor partial stream is sucked off via the working space shaft seal, so that this R718 loss must be returned as water.
  • heat exchanger eg as a pipe system

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Abstract

In dem Verdrängersystem für das Kältemittel R718 mit einer Verdichtermaschine (41), einem Verdampfer (35) und einem Kondensator (36) ist die offene Verdichtermaschine (41) als Spindelkompressor in Form einer 2-Wellen-Rotations-Verdrängermaschine zur Förderung und Verdichtung gasförmiger Fördermedien ausgebildet. Sie hat ein Spindelrotorpaar (2 und 3), das in einem Verdichtergehäuse (1) angeordnet ist und mit elektronischer Motorpaar- Spindelrotor-Synchronisation ausgeführt ist. Die Verdichtermaschine (41) ist zwischen dem Verdampfer (35) und dem Kondensator (36) angeordnet.

Description

Verdrängerverdichtersystem für R-718
Der Kältemarkt ist aktuell im Wandel und so ist beispielsweise die sogen. "F-Gase-Verordnung" gemäß Verordnung (EG) Nr. 842/2006 und Nr. 517/2014 über fluorierte Treibhausgase als Herausforderung in aller Munde, um die vorherrschenden Kältemittel FKW und HFO wegen ihrer Klima- und Umwelt-Schädlichkeit zurückzudrängen. Daher besteht in der Kältetechnik der starke Wunsch nach natürlichen Kältemitteln, wobei insbesondere Wasser durch seine guten thermodynamischen Eigenschaften besticht.
Bisher scheitert die durchgreifende Realisierung von Wasser als Kältemittel R-718 (= Wasser) jedoch daran, dass beispielsweise gegenüber Ammoniak in gleicher Funktion ein um rund 300- fach größerer Fördervolumenstrom bei gleicher Leistung erforderlich ist. Indem zugleich das Druckverhältnis möglichst oberhalb von Faktor 10 recht hoch ist, steigen die Anforderungen an einen Verdichter enorm, der zugleich noch ölfrei sein muss und möglichst effizient im Unterdruck zu arbeiten hat, nämlich zwischen 6 mbar und 200 mbar und gegebenenfalls noch höher.
Der disruptive Charakter von Wasser als Kältemittel ist unbestritten und wird die weltweit intensiv geführte Diskussionen zu den bekannten Umwelt- und Klima-Problemen bei heutigen Kältemitteln schlagartig beenden. Dabei lässt sich die Kältetechnik über 2 große Bereiche darstellen:
• mobile Kälte-/Klima-Technik (also für Bahn, LKW und PKW)
• stationäre Kältetechnik (also Industriekälte, Gewerbekälte und Gebäudeklimatisierung, Wärmepumpen)
Bisher wird versucht, dieser Herausforderung über Turbo-Verdichter zu begegnen, wobei diese Maschinen trotz 2-stufiger Ausführung mit Zwischenkühlung nur geringere Druckverhältnisse von etwa 6 schaffen, so dass in dem Kältekreislauf die notwendige Wärmeabgabe am Kondensator nur unbefriedigend umgesetzt wird. Hinzu kommt noch der schwerwiegende Nachteil bei einer Strömungsmaschine hinsichtlich der weichen Arbeitskennlinie (also Druckwerte über Volumenstrom), um für unterschiedliche Betriebspunkte stabile Betriebspunkte gewährleisten zu können.
Fraglos ist eine Verdrängermaschine für die Wasserdampf-Verdichtung die bessere Lösung, um die Herausforderungen der Wasserdampf-Verdichtung in R718-Kältekreisläufen zu bewältigen. Für die Verdichtung von Wasserdampf als Kältemittel R-718 sind folgende gravierende Herausforderungen zu lösen:
• Förderung hoher Wasserdampf-Volumenströme von weit über 5.000 m3/h für beispielsweise 35 kW Kälte-Leistung, was gegenüber dem Stand der Technik mindestens 60-fach höher ist. Damit sind sowohl bei den Drehzahlen als auch zur Geometrie-Ausführung der Verdrängermaschine neue Wege zu beschreiten.
• Beherrschung großer Druckverhältnisse von deutlich über 10 bei niedrigen Verdampfer- Temperaturen und höheren Temperaturen im Kondensator. Weil bei Wasserdampf zugleich der Isentropenexponent größer als 1 ,32 ist (heutige Kältemittel liegen bei etwa 1 ,1 und haben damit kaum Temperatur-Stress), ergeben sich rechnerisch für Kältemittel R-718 sehr hohe Verdichtungsendtemperaturen von deutlich über 200°C, die nicht nur den Wirkungsgrad des Verdichters beeinträchtigen, sondern auch insbes. die empfindliche Verdichterbauteile (besonders die Rotorlagerung auf der Auslass-Seite) gefährden. • Der Kältemittel-Kreislauf muss für R-718 (= Wasserdampf) vollständig ölfrei sein, was bei 2- Wellen-Verdrängermaschinen eine Herausforderung darstellt, weil dieser Maschinentyp bei Verzicht auf ein Betriebsfluid (heutzutage zumeist Öl) eine trockene Synchronisation für das Spindelrotorpaar braucht, um eine Berührung zwischen den schnell drehenden Spindelrotoren zu vermeiden.
Für das R718-Verdrängerverdichtersystem sind folgende Aufgaben zu lösen:
(1 ) Sichere Vermeidung der Spielaufzehrung beim Verdichter:
Die Spielaufzehrung führt beim Verdichter zum Ausfall als sogen. "Crash" durch Berührung der Arbeitsraum-Bauteile, indem die Spaltwerte zwischen den Arbeitsraum-Bauteilen von den üblichen Millimeter-Bruchteilen auf Null gehen, wenn auch nicht überall, sondern nur dort, wo die zumeist thermischen Dehnungen kombiniert mit Rundlauffehlern und anderen Abweichungen unter der Vielfalt der verschiedensten Einfluss-Parameter dazu führen können. Diese Spielaufzehrung ist mit genügend Sicherheitsreserve für ausnahmslos sämtliche Betriebs-, Arbeits- und Umgebungs-Bedingungen jederzeit zuverlässig und vollumfänglich als absolute Muss-Aufgabe zu vermeiden.
(2) Bestmögliche Effizienz, also optimaler Wirkungsgrad für das R718-Verdrängerverdichter- system:
Dies betrifft neben dem Betreiben bei optimal angepassten Betriebsparametern insbes. die Minimierung der Systemverluste und dabei hauptsächlich den Einfluss der inneren Spaltleckagen, die den Wirkungsgrad beeinträchtigen, ohne dabei aber das Muss-Ziel zur Crash-Vermeidung zu gefährden.
(3) Größte Zuverlässigkeit und hohe Lebensdauer (lange Standzeit) des R718-Systems:
Hierbei sind vornehmlich die empfindlichen Bauteile zu schützen, insbesondere die Rotor- Lagerung (speziell auf der Auslass-Seite) und die beiden Antriebsmotore mit dem jeweiligen Equipment
(4) Weitestgehend*0* unabhängig von den äußeren Einsatz-Bedingungen in dem Sinne, dass sich das R718-Verdrängerverdichtersystem an die unterschiedlichsten Bedingungen selbständig anpasst.
*°* weitestgehend derart, dass es praktisch keine Einschränkungen bei den Einsatz- Bedingungen gibt.
(5) System-Intelligenz:
Das R718-Verdrängerverdichtersystem muss selbständig durch eigene Regulier- Mechanismen und Regulier-Werkzeuge in der Lage sein, jederzeit und unter allen Umständen die zuvor genannten Aufgaben zu erfüllen bzw. im Falle drohender Abweichungen rechtzeitig eigene Abhilfemaßnahmen einzuleiten bis hin zu Warnungen und Hinweise nach außen abzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe zur Verdichtung von Wasserdampf bei Drücken unterhalb atmosphärischen Drucks durch eine 2-Wellen-Rotationsverdrängermaschine gelöst, indem das R718-Verdrängerverdichtersvstem (42) als geschlossenes Vakuumsystem ausgeführt wird bestehend aus den Kernbausteinen:
► Verdampfer (7) mit Verdampfer-Gehäusetopf (29)
► Kondensator (8) mit Kondensator-Gehäusetopf (28) ► und Verdichtermaschine (41 ),
wobei diese Verdichtermaschine im Wesentlichen besteht aus:
• Verdichtergehäuse (1 )
• zwei eigenständige Rotationseinheiten (39 und 40) mit elektronischer Motorpaar- Spindelrotor-Synchronisation über die FUs (2.4 bzw. 3.4) mit der FU-Control-Unit (16)
• und Auslass-seitige Lagerträger-Einheit(en) (25) zur Aufnahme der Rotorlager (4.2) und dem Auslass (12) mit Auslass-Öffnungen über Steuerkugeln (10) sowie End-Auslass- Öffnungen (27)
und alles wird von der Control-Unit (15) geführt.
Dabei wird diese Verdichtermaschine (41 ) erfindungsgemäß als offene Maschine ausgeführt, die mit dem Verdichtergehäuse (1 ) den Verdampfer (7) und den Kondensator (8) trennt. Damit hat die Verdichtermaschine also keine stirnseitigen Verdichterbegrenzungs-Seitenteile (sogen. "Deckel") mehr und ist auch nicht mehr autark als Vakuummaschine zu betreiben, sondern nur in Verbindung mit angeschlossenem Verdampfer (7) und angeschlossenem Kondensator (8) mit jeweiligem Gehäusetopf (28 und 29).
Außerdem befinden sich die Antriebsmotore (2.3 bzw. 3.3) je Spindelrotor-Rotationseinheit (40 bzw. 39) auf der Verdichter-Einlass-Seite (1 1 ) und unmittelbar im Verdampferraum (7) hängend für bestmögliche Kühlung der elektrischen Antriebsmotore (2.3 bzw. 3.3) für den erfindungsgemäßen "unlimited"-Betrieb, indem bei erhöhten (also oberhalb der Nennbelastung) Leistungsanforderungen im laufenden Betrieb die Verlustwärmen dieser Antriebsmotore (2.3 bzw. 3.3) über den jeweiligen Kühlfluidstrom K5 abgeführt wird. Vorzugsweise erfolgt die Überwachung dieser Antriebsmotore (2.3 bzw. 3.3) über Temperatursensoren im Bereich der Motorwicklungen, um dementsprechend den jeweiligen Kühlfluidstrom K5 derart anpassen zu können, dass die Antriebsmotore keinen Schaden nehmen und die geforderte Leistung erbringen können.
Zu diesem erfindungsgemäßen Wärmehaushaltmanagement für das R718-Verdrängerverdichter- system gehört außerdem noch der Zwischenwassermantel (5), vorzugsweise mit eigener Kühlrohrschlange (6), um über den Kühlfluidstrom K1 die gezielte Thermostatisierung für das Verdichtergehäuse (1 ) zu betreiben. Bei gleichzeitiger Möglichkeit der mittels Kühlfluidstrom K2 und K3 (als 9.2 und 9.3) gezielten Rotorinnenkühlung (2.2 und 3.2) wird die Spielsituation zwischen den Arbeitsraum-Bauteilen (also Verdichtergehäuse und Spindelrotorpaar) und über die innere Spaltleckage damit der Liefergrad für die verschiedenen Betriebs-/Arbeitspunkte aufgrund des jeweiligen thermischen Dehnungsverhaltens der Bauteile (welches in der Control- Unit (15) zur Regulierung der Kühlfluidströme (9) hinterlegt ist) reguliert bei gleichzeitig sicherer Crash-Vermeidung (Crash als zerstörende Spielaufzehrung).
Um den "unlimited"-Betrieb zu erfüllen bei zugleich bestem Wirkungsgrad und sicherer Crash- Vermeidung besteht das erfindungsgemäße Wärmehaushaltmanagement für das R718- Verdrängerverdichtersystem in der "Maximal"-Version*°* aus folgenden per Control-Unit (15) gezielt regulierten Kühlfluidströmen (9):
9.1 Kühlfluidstrom (als K1 dargestellt) zum Zwischenwassermantel (5) via Kühlrohrschlange (6)
9.2 Kühlfluidstrom (als K2 dargestellt) zum 2z-Rotor (2) via Verdampfer-Kühlbohrung (2.2)
9.3 Kühlfluidstrom (als K3 dargestellt) zum 3z-Rotor (3) via Verdampfer-Kühlbohrung (3.2)
9.4 Kühlfluidstrom (als K4 dargestellt) zur Einspritzkühlung via Schleuderscheibe (22)
9.5 Kühlfluidstrom (als K5 dargestellt) zur Kühlung jedes Antriebsmotors *°* Als "Maxima -Version gelten die Einsatzfälle mit einer besonders großen Einsatz-Bandbreite, wenn also der sogen. "Temperatur-Hub" (als Differenz zwischen tc und to) größer als etwa 40 Kelvin ist, wobei kleinere Maschinen (also mit Fördervolumenstrom unter etwa 5.000 m3/h bei Nenndrehzahl) hierbei unempfindlicher sind, also höhere "Temperatur-Hübe" problemloser schaffen werden.
Dieses Wärmehaushaltmanagement ist insbesondere für die Arbeitsraumbauteile dringlich erforderlich im sogenannten ko-Betrieb, wenn der Verdichter mit einer Drehzahl betrieben wird, die zwar schon die Druckdifferenz zwischen Ein- und Auslass schafft aber noch keinen oder nur minimalen Volumenstrom fördert, demzufolge der Verdichter also nur mit der eigenen (inneren) Leckage kämpft, aber wegen der Leistungseinbringung entsprechend heiß werden würde, was durch das von der Control-Unit (15) geführte Wärmehaushaltmanagement erfindungsgemäß verlässlich verhindert wird.
Durch dieses von äußeren Bedingungen praktisch unabhängige Wärmehaushaltmanagement wird erfindungsgemäß der genannte "unlimited"-Betrieb erreicht, weil gleichzeitig die Verdichtermaschine (41 ) praktisch jedes Druckverhältnis und damit praktisch jeden Druckwert mit entsprechender Temperatur im Kondensator erreicht, um die Wärmemenge unter praktisch allen Umgebungsbedingungen abführen zu können. Das ist der sogen. "unlimited' -Betrieb, wie es ihn nach dem Stand der Technik nicht gibt. Beispielhaft seien die seinerzeitigen Ausfälle der Klimaanlagen bei ICE-Zügen genannt, weil deren Klimaanlagen die höheren Außentemperaturen nicht geschafft haben. Das kann mit der erfindungsgemäßen Lösung nicht mehr passieren.
Überdies ist zur geschwindigkeitsoptimierten Einbringung der Einspritzkühlmenge K4 erfindungsgemäß eine Schleuderscheibe (22) vorzugsweise an jedem Spindelrotor auf der Fördergas-Einlass-Seite (1 1 ) angebracht, wobei die Kühlfluidstrom-K4-Zuführung gemäß (23.1 ) oder (23.2) auf der vorzugsweise rauen Schleuderscheiben-Oberfläche für einen geschwindigkeitsoptimierten Kühlfluidstrom-K4-Nebel sorgt, der hinreichend gleichmäßig dem Fördergasstrom beigemischt wird. Unter "geschwindigkeitsoptimiert" ist dabei zu verstehen, dass die Geschwindigkeitsvektoren der flüssigen Kühlfluidstrom-K4-Nebel-Tröpfchen sich ähnlich bewegen wie die Spindelrotor-Oberflächen, wofür jede Schleuderscheibe (22) sorgt. Damit wird ein hartes Auftreffen aufgrund hoher Geschwindigkeitsdifferenzen auf die Spindelrotoroberflächen zuverlässig vermieden und damit zumindest ein unangenehmes Prasselgeräusch bis hin zur Beschädigung der Spindelrotoroberflächen.
Zudem gibt es in Rotorlängsachsrichtung z einen Zahnflankenversatz AkVs(z) zwischen linker und rechter Profilflankenseite derart, dass der Kopfwinkel be.2K(z) am 2-zähnigen Spindelrotorkopfbogen zum erfindungsgemäßen be.2K.em(z)-Verlauf wird, wohingegen sich für gewählte Verläufe für μ.2(ζ) und μ.3(ζ) mit entsprechender Zahnhöhe h(z) der be.2K.stu(z)-Verlauf ergibt, wenn es keinen Zahnflankenversatz gibt. Indem die Differenz zwischen be.2K.em(z) und be.2K.stu(z) als A.be.2K(z)-Verlauf in Verbindung mit dem Steigungsverlauf m(z) und dem Verlauf der Zahnhöhen h(z) in Rotorlängsachsrichtung gebildet wird, ist erkennbar, dass sowohl der be.2K.em(z)-Verlauf als auch der A.be.2K(z)-Verlauf vereinfacht ausgedrückt entgegengesetzt zum Steigungsverlauf m(z) ausgeführt wird:
Bei einem Maximum für m(z) ist sowohl der be.2K.em(z)-Verlauf als auch der A.be.2K(z)-Verlauf minimal. Und wenn m(z) ansteigt, sind sowohl der be.2K.em(z)-Verlauf als auch der A.be.2K(z)- Verlauf abfallend, wohingegen im Einlass-Bereich bei stark fallendem m(z) sowohl der be.2K.em(z)-Verlauf als auch der A.be.2K(z)-Verlauf stark ansteigen. Dieses erfindungsgemäße Merkmal gilt mit einer Genauigkeit von vorzugsweise ± 15% und sorgt auf der Einlass-Seite (1 1 ), also in der hier gewählten Darstellungsform für den Bereich größerer z-Werte, für höhere Volumina der Einlass-seitigen Arbeitskammern, um folglich größere Fördervolumenströme ansaugen zu können.
Dazu werden im Einlass-Bereich der Verdichtermaschine (41 ) für μ.3(ζ) auch Werte oberhalb von 0,6 (beispielsweise 10% bis 15% höher) vorgeschlagen, so dass die Ansaugvolumina weiter ansteigen.
Des Weiteren sind erfindungsgemäß Steuerkugeln (10) zur applikationsspezifisch gezielten Anpassung der inneren Verdichtungsverhältnisse vorgesehen, also insbesondere bei unterschiedlichen Druckwerten im Kondensator als unterschiedliche Arbeitspunkte beim Betrieb des R718-Verdrängerverdichtersystems. Das innere Volumenverhältnis ist zunächst einmal ohne Berücksichtigung thermodynamischer Einflüsse abhängig von der ausgeführten Rotorpaar- Geometrie als einfacher Quotient von Einlass- zu Auslass-Arbeitskammervolumen, der bei der Fertigung der Spindelrotorpaarung festgelegt wird. Indem nun unterschiedliche Betriebspunkte mit verschiedenen Druckverhältnissen (als Auslassdruck p2 geteilt durch den Einlassdruck pi) gefordert sind, gewährleisten die Steuerkugeln (10), dass die Effizienz-mindernde Überverdichtung vermieden wird, indem während der Verdichtung bei Erreichen des aktuellen Auslassdrucks p2 in der jeweiligen Arbeitskammer die Steuerkugel aufgrund der Druckdifferenz abgehoben wird, so dass ein Teilgasstrom die Arbeitskammer in Richtung Auslassraum (12) und damit zum Kondensator (8) verlässt. Dies geschieht vorzugsweise sowohl in Rotorlängsachsrichtung als auch stirnseitig am Auslass-Ende (12) entsprechend der beispielhaften Darstellung in Fig. 2 dargestellt. Die Steuerkugeln (10) werden von der Druckdifferenz zwischen aktuellem Druck in der jeweiligen Arbeitskammer und dem Auslassdruck p2 vorzugsweise gewichtsbelastet abgehoben und bewegen sich schwerkraftbedingt wieder zurück, was durch die Winkel gemäß beispielhafter Darstellung in Fig. 8 gezeigt ist, wobei g die Schwerkaft-Richtung zeigt. Alternativ ist natürlich auch eine einfache Federanstellung für die Steuerkugeln umsetzbar.
Die Steuerkugeln (10) in Fig. 1 und in Fig. 4 sind auslassseitig in der Auslass-Steuerscheibe (12) sowie in Fig. 2 in Rotorlängsachsrichtung zur niV-Anpassung zur Vermeidung effizienzschädlicher Über- oder Unter-Verdichtung sowie in axialer Draufsicht in der Auslass-Steuerscheibe (12) zu sehen und passen das sogen, innere Volumenverhältnis niV dem applikationsspezifisch jeweils tatsächlich anliegenden Druckverhältnis an.
Außerdem wird am 2-zähnigen Spindelrotor (2) ein Zwischenträger (17) vorgeschlagen zur Gewichts-Reduzierung, insbes. auch als geringeres Massenträgheitsmoment beim Hochfahren (bzw. Abbremsen) bei zugleich hoher Biegesteifigkeit, beispielsweise aus vakuumtauglichen Faserverbundmaterial, z.B. als CFK-Werkstoff.
Fernerhin wird es verschiedene Einsatzfälle mit unterschiedlichen Temperatur-Hub-Einsatzbereichen mit unterschiedlichen "Volumenkurven" (also der Verlauf der Arbeitskammervolumina zwischen Einlass und Auslass in Rotorlängsachsrichtung) allgemein als unterschiedliche applikationsspezifische Anforderungen geben, so dass auch unterschiedliche Spindelrotorpaar- Auslegungen insbesondere hinsichtlich Energie-effizienter Arbeitsweise vorteilhaft und sinnvoll sind. Um nun nicht jeweils komplett eigene Verdichtermaschinen ausführen zu müssen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass unterschiedliche Spindelrotorpaarungen in das praktisch gleiche*0*0 Verdichtergehäuse eingesetzt werden können, wie beispielhaft in Fig. 13 gezeigt. Dies wird als "Rotorbaukasten" bezeichnet und bedeutet, dass für unterschiedliche Applikationsfälle durch einfachen und direkten Spindelrotorpaarwechsel die individuell effizienteste Anpassung an die jeweiligen Anwenderanforderungen unkompliziert erreicht wird. °*°Unter "praktisch gleich" ist zu verstehen, dass beispielsweise der Kreuzungswinkel α (gezeigt in Fig. 13) erhalten bleibt, wohl aber die Rotorlänge und möglicherweise auch der Durchmesserverlauf in Rotorlängsachsrichtung bei gleichem Verdichtergehäuserohling variieren können, wobei die einfache und schnelle Umsetzung unterschiedlicher Volumenkurven über verschiedene Spindelrotorpaare der Kernzweck für den "Rotorbaukasten" ist. Dabei ist die einfache und flexible Fertigung der Spindelrotore (generell per Drehen) ein wichtiges Merkmal zur einfachen Realisierung.
Beim Spindelrotorpaar wird dessen inneres Volumenverhältnis (also der einfache Quotient aus Arbeitskammervolumen am Einlass dividiert durch das Arbeitskammervolumen am Auslass) auf einen iV-Bereich vorzugsweise zwischen 2 bis maximal 20 beschränkt, wobei über die genannten Steuerkugeln (10) applikationsspezifisch die Anpassung an den jeweiligen Arbeits- ZBetriebspunkt mit dessen aktuellen tatsächlichen Druckverhältnissen erfolgt. Wenn nun im Betrieb noch größere Temperatur-Hübe ATh gemäß
ATh = tc - t0
mit entsprechend höheren Druckverhältnissen zumeist kurzzeitig erforderlich sind, kommt es im Verdichter zur sogen. Unterverdichtung (der Druck der letzten Arbeitskammer ist niedriger als der Druck am Auslass) und die letzte Arbeitskammer wird isochor gegen einen höheren Druck am Auslass (12) ausgeschoben. Zur Dämpfung dieses die Verdichtereffizienz mindernden Vorgangs wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Spielwerte im Verdichter-Auslassbereich gezielt erhöht werden um etwa 20 bis mindestens 50 % höhere mittlere Spaltabstände, vorzugsweise einfach dadurch realisiert, dass die Außenrotordurchmesser dementsprechend kleiner gefertigt werden über einen Bereich in Rotorlängsachsrichtung, der der 0,3 bis 2-fachen Erstreckung der Auslass-seitigen Arbeitskammerlänge in Rotorlängsachsrichtung entspricht, wobei dies bei stirnseitiger Auslass-Platte mit Lagerträger (25) an der Steuerkante (27. S) durch Anphasen (im Sinne eines Abschrägens) dieser Steuerkante (27. S) ebenso umgesetzt wird. Diese erfindungsgemäßen Maßnahmen verknüpft mit gleichzeitiger Beschränkung des inneren Volumenverhältnisbereiches am Spindelrotorpaar vorzugsweise auf den oben genannten iV- Bereich wird als
"Auslass-Spalt-iV-Anpassung"
bezeichnet. Dabei erfolgt die Außenrotordurchmesser-Spaltanpassung am Rotorpaar vorzugsweise derart, dass diese Durchmesser-Anpassung in Auslassrichtung voranschreitend langsam beginnend auf zunehmend größere Werte ansteigt, so dass die gemittelten Spaltabstände die oben genannte Erhöhung als Mittelwert erreichen. Diese Auslass-Spalt-iV-Anpassung dient insbesondere der Geräusch-Reduzierung, indem die Auslass-seitigen Druckpulsationen abgeschwächt werden.
Obendrein wird für das R718-Verdrängerverdichtersystem (42) mit seinem jeweiligen Spindelrotorpaar vorzugsweise zu jedem Arbeits-/Betriebspunkt das Vorgehen "PIRSA" vorgeschlagen: "PIRSA" steht für "Pressure-InnerRatio-Speed-Adaption". Es ist bekannt, dass unterschiedliche Arbeits-/Betriebspunkte durch verschiedene Betriebsparameter (nachfolgend beispielhaft genannt) realisiert werden können. Mittels "PIRSA" werden die Betriebsparameter über die Control-Unit (15) nun derart eingestellt, dass für den applikationsspezifisch jeweils geforderten Arbeits-/Betriebspunkt die Leistungsaufnahme für das R718-Verdrängerverdichtersystem (42) minimal wird.
Als Betriebsparameter gilt dies insbesondere hinsichtlich:
• Regulierung der Kühlfluidströme (9) insbes. zur Einspritzmenge (9.4)
• Anpassung der Spindelrotordrehzahlen über die CU-FU (16) für ein bestimmtes Saugvermögen • Einstellung der Druckwerte im Verdampfer (8) und im Kondensator (9)
Dabei hat die Control-Unit (15) eine eigene vorinstallierte Datenbank und kann diese Betriebsparameter regulierend anpassen, wobei dieser Vorgang applikationsspezifisch selbstlernend mittels "Trial-and-Error" erfolgt, indem einzelne Werte geringfügig verändert werden und anhand der Systemreaktion festgestellt wird, ob die Gesamt-Effizienz sich verbessert oder verschlechtert hat. Auf diese Weise wird die Datenbank selbstlernend ständig in jedem Betriebspunkt erweitert und das System zunehmend intelligenter im Sinne der Effizienzverbesserung.
Kleine Erläuterung zum Zahnflankenversatz AkVs(z) je Profilflankenseite:
Zu jeder Drehwinkel-Stellung φ gehört entsprechend dem Übersetzungsverhältnis zu jedem Spindelrotor eine z-Position als z(cp)-Funktion, deren Ableitung über folgende Gleichung dann den sogen. Steigungsverlauf m((p) zu jedem Spindelrotor ergibt, wobei erfindungsgemäß zusätzlich noch zwischen rechter und linker Profilflankenseite über den Index s unterschieden wird:
Figure imgf000008_0001
Indem die Unterscheidung zwischen rechter und linker Profilflankenseite hinsichtlich der Blickrichtung sowie der Abhängigkeit von der Steigungsrichtung (also rechts- oder linkssteigend) je Rotor schwierig ist und immer wieder zu Verwirrungen führt, wird der erfindungsgemäße Zahnflankenversatz abgebildet über den Kopfkreisbogenwinkel be.2K(z) entsprechend Fig. 9 vereinfacht in der Ebene dargestellt, gleichwohl es sich wegen der nichtparallelen Spindelrotordrehachsen um eine dreidimensionale Aufgabenstellung handelt.
Kleine Erläuterung zur Zahnprofil-Entstehung: (vereinfachend als ebene Darstellung)
Die in Rotorlängsachsrichtung (generell mit z bezeichnet) unterschiedlichen Zahnhöhen h(z) werden über die sogen. μ-Werte an jedem Rotor generiert, indem für die Kopfradien je Spindelrotor gilt: am 2z-Rotor: R2K(z) = μ2(ζ) · 3(ζ) (Gl. 1 .1 ) am 3z-Rotor: R3K(z) = μ3(ζ) · 3(ζ) (Gl. 1 .2)
Demgemäß gilt in Rotorlängsachsrichtung z für die Zahnhöhe h(z): h(z) = ( μ2(ζ) + μ3(ζ) - l ) a(z) (Gl. 1 .3)
Vorzugsweise werden die Verläufe für μ.2(ζ) und μ.3(ζ) derart gewählt, dass die applikationsspezifischen Anforderungen bestmöglich erfüllt werden, beispielsweise hinsichtlich Arbeitskammer- Volumen sowie die sogen. "Volumenkurve" (also der Verlauf der Arbeitskammervolumina in Rotorlängsachsrichtung, wobei insbes. die Änderung dieser Arbeitskammervolumina zu beachten ist). Für μ.3(ζ) gilt dabei:
► Für μ3(ζ) < 0,6 bleibt die Paarung aus 2z-Rotor (2) und 3z-Rotor (3) ohne Blasloch Um das Einlass-seitige Arbeitskammervolumen zu erhöhen, wird es für einige Applikationen sinnvoll sein, den über diesen Wert von 0,6 zu erhöhen.
Der .2(z)-Wert kann frei gewählt werden, wobei über die Zahnhöhen h(z) die verbleibenden Fußkreis-Stärken zu beachten sind unter der Zielsetzung, dass die biegekritischen Drehzahlen je Spindelrotor ausgeführt werden gemäß: ω 1,5 -ω mit (vereinfacht)
Figure imgf000009_0001
Insbesondere über die Werte für μ.2(ζ) und μ.3(ζ) sowie zur Rotorlänge und den Rotormassen wird die biegekritische Drehzahl bei dem schneller drehenden 2z-Rotor (3) um 1 ,5-fach höher ausgeführt als beim 3z-Rotor (3).
Mit diesen Punkten werden die eingangs genannte Aufgaben über die vorliegende Erfindung erfüllt:
Die Wärmehaushalte der Arbeitsraum-Bauteile, also Gehäuse (1 ) und Spindelrotorpaar (2 und 3) in dem R718-Verdrängerverdichtersystem (42) werden derart geführt und reguliert, dass zu jedem Zeitpunkt und unter allen Bedingungen folgende Ziele gleichzeitig und von dem System intelligent erreicht werden:
(1 ) Sichere Vermeidung der Spielaufzehrung (als sogen. "Crash" durch Berührung der Arbeitsraumbauteile), indem für die verschiedenen Betriebs-/Arbeitspunkte die unterschiedlichen thermischen Dehnungen der Arbeitsraum-Bauteile bei gemessenen Referenz-Temperatur- Werten durch intelligente Führung der Wärmebilanzen mit in der Control-Unit (15) hinterlegten! Dehnungsverhalten der Arbeitsraum-Bauteile für die verschiedenen Temp. -Niveaus bei dem jeweiligen Betriebs-/Arbeitspunkt arbeiten.
(2) Minimierung der inneren Spaltleckage durch Einhaltung eines Spaltbereiches, vorzugsweise in einem Bereich von ± 25%, wobei der untere Wert von der Vermeidung der Spielaufzehrung zzgl. eines Sicherheitsaufschlags abgeleitet wird und im Bereich von 0,05 bis 0, 1 mm liegt bei entspr. Rundlauf-Genauigkeiten von vorzugsweise unter 0,02 mm bei Maschinengrößen im Achsabstandsbereich von etwa 100 mm bis ca. 500 mm (darunter ist der Wert entsprechend kleiner, darüber größer)
(3) Schutz der empfindlichen Bauteile, insbes. der Rotor-Lagerung (speziell auf der Auslass- Seite) und der beiden Antriebseinheiten durch das beschriebene Purge-Gas-System (30 und 31 )
(4) weitestgehend*0* unabhängig von den äußeren Einsatz-Bedingungen in dem Sinne, dass sich das R718-Verdrängerverdichtersystem an die unterschiedlichsten Bedingungen selbständig anpasst.
*°*weitestgehend derart, dass es praktisch keine Einschränkungen bei den Einsatz- Bedingungen gibt.
(5) Intelligente Führung über die Control-Unit (15) insbes. der Kühlfluidströme sowie gemäß PI RSA derart, dass das R718-Verdrängerverdichtersystem in jedem Betriebspunkt den jeweils geringsten Energiebedarf hat, also mit höchster Effizienz arbeitet und zugleich die zuvor genanten Aufgaben erfüllt. Die notwendige Fähigkeit zur erfindungsgemäßen Erledigung dieser Aufgaben im Sinne der Intelligenz steckt in der Control-Unit (15). Sowohl die Ausführung als auch der Betrieb sind erfindungsgemäß derart zu gestalten, dass die eingangs genannten Aufgaben jederzeit verlässlich erfüllt werden.
Zur Erfüllung dieser Aufgaben stehen erfindungsgemäß folgende Regulierungsgrößen zur Verfügung:
K1 . Gehäuse-Wärmebilanz-Führung
K2. 2z-Rotor-Wärmebilanz-Führung
K3. 3z-Rotor-Wärmebilanz-Führung
K4. Einspritzung zur Verdampfungskühlung während des Verdichtungsvorgangs
K5. Motorenkühlung
Die Drehzahl-Anpassung erfolgt per FUs (2.4 und 3.4) über die elektronische Motorpaar- Spindelrotor-Synchronisation mit der FU-CU (16) in Verbindung mit der Control-Unit (15).
VET steht für Verdichter-End-Temperatur = das ist also die Temperatur am Gas-Auslass des Verdichters
Die Einspritz-Kühlung K4 leistet den Hauptkühlanteil bei der Verdichtung, wohingegen die Arbeitsraum-Bauteile-Kühlung insbes. zur Kompensation unterschiedlicher Wärmedehnungen je Arbeitsraum-Bauteil und/oder zum Schutz empfindlicher Bauteile (insbes. die Rotorlagerung sowie die Antriebsmotore) von der Control-Unit (15) zugeschaltet wird, indem dies so im Algorithmus der Control-Unit (15) hinterlegt ist.
Verdampfer (7) mit dem (niedrigen) Druck p-ι und der Temperatur t0 vor der Verdrängerverdichter- maschine
Kondensator (8) mit dem (höheren) Druck p2 und der Temperatur tc nach der Verdrängerverdichtermaschine, die das Kältemittel R-718 von p-ι auf p2 verdichtet, wobei das Kältemittel R-718 den Temperatur-Anstieg von t0 auf tc erfährt.
Grundsätzliche Erläuterung:
Das Kühlwasser "Kü" führt generell die Wärme Qab aus dem Kondensator (8) ab, während dem Kaltwasser "Ka" im Verdampfer (7) die Wärme Qent von dem Verdränger- verdichtersystem entzogen wird.
Als Kühlmedium (Kürzel: "KM") wird das Wasser bezeichnet, das vom Verdampfer (7) als Kühlfluidstrom reguliert von der Control-Unit (15) in der Kühlmedium-Aufteilung (26) abgezweigt wird zur Aufteilung in Hauptstrom HS und den einzelnen Kühlfluidströmen K1 , K2, K3, K4 und K5 zur Erfüllung der o.g. Aufgaben.
(1 ) Der Wärmehaushalt für das Verdichtergehäuse (1 ) wird erfindungsgemäß als sogen. "Gehäuse- Wärmebilanz-Führung" über den Zwischenwassermantel (5) applikationsspezifisch von der Control-Unit (15) wahlweise eingestellt gemäß:
a) über äußeres Kühlwasser "Kü" im Zwischenwassermantel (5) gekühlt, wenn die Control- Unit (15) anhand der tatsächlich vorliegenden Temperaturwerte (insbes. für "Kü") im Vergleich zu den in der Control-Unit (15) hinterlegten Datenbank feststellt, dass die applikationsspezifisch verfügbaren Kühlwasser-Temperaturen günstig (meist im Sinne von niedrig genug) für den Gehäuse-Wärmehaushalt sind, um zwischen Verdichtergehäuse (1 ) und Spindelrotorpaar (2 und 3) eine Spielsituation einzustellen, die einerseits den Crash (als Spielaufzehrung) sicher zu vermeiden und andererseits für die optimale Effizienz der Verdichtung hinsichtlich der inneren Spaltleckage zu sorgen, konkret: Die Spaltwerte zur Crash-Vermeidung liegen etwa im Bereich von 0,03 bis 0,05 mm, dazu kommt ein Sicherheitsaufschlag (beispielsweise wegen Rundlaufabweichungen) von ungefähr 30% bis 50%, so dass sich die unteren Spaltwerte ergeben, als ASp.u bezeichnet. Die oberen Spaltwerte ASp.o sollten vorzugsweise nicht mehr als Faktor 2 größer als ASp.u sein.
Durch unterschiedliches thermisches Dehnungsverhalten der Arbeitsraum-Bauteile (also im Wesentlichen das Gehäuse und das Rotorpaar) muss das über die von der Control- Unit (15) regulierten Kühlfluidströme (9) als sogen. Wärmehaushaltmanagement nun applikationsspezifisch die tatsächlichen Spaltwerte zwischen ASp.u und ASp.o halten. Wenn die applikationsspezifisch verfügbaren Kühlwasser-Temperaturen ungünstig (zumeist im Sinne von zu hoch) für den Gehäuse-Wärmehaushalt sind, dann sorgt die Control-Unit (15) über den Kühlfluidstrom 9.1 (als K1 dargestellt) beispielsweise mittels Regulierorgan (26) und einfacher Kühlrohrschlange (6) insbes. im Auslass-Bereich für die Abführung der aufsteigenden Wärme im Zwischenwassermantel (5), wobei aufsteigend im Sinne der Erstreckung in Rotorlängsachsrichtung abhängig von der Konvektion im Zwischenwassermantel als Zwischenmediumträger und Ausgleich gegen zu hoher Temperatur-Differenzen.
unlimited durch interne Kühlung im Betrieb unabhängig von äußeren Bedingungen sich selbst einstellend, also bei 5°C Umgebungs-Bedingungen wie auch bei 60°C = keine Grenzangaben mehr nötig = selbsttätig wird die Kondensator-Temperatur hochgefahren und die innere Kühlung passt sich selbständig an also keine Anforderungen mehr zur max. zulässigen Kühlwasser-Temperatur = erfindungsgemäß ist nunmehr alles machbar insbes. auch die E-Motore sind dank anpassbarer Intensiv-Kühlung prakt. beliebig überlastbar
Zwischenwassermantel (5) am Verdichtergehäuse (1 ) mit Isolationsmantel (20) zum Kondensator (8)
Verdichter mit offenem Einlass (1 1 ) und Auslass (12), es gibt keine seitlichen Abschluss- Gehäuseteile ("Deckel") mehr, es ist kein klassisch autarker Verdichter mehr, sondern eine offene Maschine
Kühlmechanismen von der Control-Unit als sogenanntes "Arbeitsraumbauteile-Wärmemanagement" intelligent abgezweigt und verteilt gemäß:
HS ist der Hauptsrom zur Erfüllung der eigentlichen Aufgabe zwischen Wärmeaufnahme im Verdampfer und Wärmeabgabe im Kondensator
K1 Kühlung für das Verdichtergehäuse, vzw als Verdampfer-Kühlung über Zwischenwassermantel (auch nur so viel, dass die über die minimierte Rotorkühlung K2 und K3 sich ergebenden Spaltwerte in einem gewählten Bereich bleiben, z.B. vzw. innerhalb von ± 25%)
K2 Bauteile-Kühlung für den 2-zähnigen Spindelrotor minimiert(!) primär zum Schutz der Lager
K3 Bauteile-Kühlung für den 3-zähnigen Spindelrotor minimiert(!) primär zum Schutz der Lager
K4 Kühlung per Kühlmedium-Einspritzung trägt als wichtigste Größe die Hauptlast, also > 80%
K5 Kühlung für jeden Antriebsmotor^ nur zur Rettung der Funktion (überwacht & geführt von den Motor-Thermo-Elementen, vzw. in den Motorwicklungen) Bauteile-Kühlung K1 und K2 und K3 zwecks Umsetzung von 2 Haupt-Anforderungen:
Beherrschung der Spiele-Situation, um unterschiedliche thermische Dehnungen kompensieren zu können, wobei die Spielwerte vorzugsweise innerhalb von etwa ± 25% bleiben sollten.
ko-Betrieb sowie minimale Fördervolumenströme sicher und dauerhaft beherrschen
Vermeidung zu hoher Temperaturen bei kritischen Bauteilen, insbes. die Auslass- seitige Lager
Einspritzung K4 als der Haupt-Kühlmechanismus mittels Verdampfung während der Verdichtung
► Ziel: feiner Nebel als mögl. große Oberfläche für effiziente Verdampfung als Wärmeabführung während der Verdichtung
► Schleuderscheiben mit rauer Oberfläche mit Endneigung zur Vermeidung von Rinnsalen, für mögl. gleichmäßige Verteilung
► Schleuderscheibe mit äußerer Rinne ggfls. mit radialen Abspritzbohrungen, um den Schlupf zu vermindern
► Zuführung zur Schleuderscheibe oder ggfls. als Abspritzbohrung im Fußgrund über Doppelrohr oder über den Stützarm für den Ansauglagerträger
► Einspritzung statt Schleuderscheibe über Bohrungen im Fußgrund am Einlass nehmen (wohl eher nicht)
► Einspritzung als Regulierung der tatsächlichen inneren Verdichtung nehmen: Die verdampfende Flüssigkeit führt zu starkem Volumen-Anstieg in der Arbeitskammer mit entspr. Druck-Anstieg
Achsabstand zwischen den Spindelrotoren am Einlass (1 1 ) vorzugsweise um mind. 10% größer als am Auslass (12)
Anpassung des inneren Volumenverhältnisses niV über Vakuum-taugliche Steuerkugeln (10), vzw. Gewichts-belastet von der Gasdruckdifferenz beiseite gedrückt und auch Schwerkraftbedingt auf einer unter dem Winkel γκ angeschrägten (vzw. Elastomer-)Lauframpe (10.R) wieder zurücklaufend, wenn Δρ wieder fällt und ausgeführt
• während der Rotorlänge (beispielhaft in Fig. 2 dargestellt)
• sowie an der Endplatte (12) als Steuerscheibe (beispielhaft in Fig. 1 dargestellt)
Auslass-Endplatte als Steuerscheibe (12) über Schälscheiben zur idealen Spieleinstellung für den stirnseitigen Spalt zwischen dem Rotorende und der Endplatte für jeden Spindelrotor individuell
Aufwand zur iV-Anpassung (z.B. per Steuerkugeln) kann applikationsspezifisch drastisch reduziert werden, indem die jeweiligen Druckwerte sowohl am Kondensator als auch am Verdampfer bei gleichzeitiger Volumenstrom-Anpassung so eingestellt werden, dass das Druckverhältnis dieser beiden Druckwerte mit dem inneren Volumenverhältnis niV des Verdichters derart übereinstimmt, dass eine Über- oder Unterverdichtung in akzeptablen Grenzen gehalten vermieden wird gemäß PIRSA = Pressure-InnerRatio-Speed-Adaption = Druck-InneresVolumenverhältnis-Drehzahl-Anpassung
Steigungsverlauf über den Zahnflankenversatz Akvs(z) unterschiedlich zwischen rechter und linker Zahnflanke zur Maximierung der Querschnittsfläche in jedem Stirnschnitt insbes. im Ansaugbereich: Indem bei einem rechtssteigend ausgeführten 2z-Spindelrotor die rechte Zahnflanke gegenüber der linken Zahnflanke den beispielhaft dargestellten Verlauf hat, verringert sich bei dem 2z-Spindelrotor dessen Zahnbreite zwecks Maximierung der Stirnschnitt-Arbeitskammer-Schöpfflächen im Ansaugbereich als erfindungsgemäßer Zahnflankenversatz der Flanken zueinander bezeichnet
zylindrische Spindelrotor-Innenkühlung kann auf den letzten Bereich beschränkt werden, also nicht über die ganze Rotorlänge (mit entsprechendem Anstieg der Fußgrund- Wandstärke am Einlass)
dargestellt ist die Maximal-Version (quasi der "Mercedes"), indem alle Kühlmechanismen realisiert sind - es wird aber auch eine abgespeckte Version (quasi der "VW") geben, indem vorzugsweise / beispielsweise auf die Bauteile-Kühlung verzichtet wird und die Temperaturen während der Verdichtung nur über die Einspritzkühlung eingestellt wird, d.h.: obige Ziele nur noch eingeschränkt erfüllbar, weil das für einige Applikationen ausreichend ist.
Antriebsmotore auf der Einlass-Seite (wegen Bauraums sowie als Temperatur-Schutz mit Überlast-Option) ko-Drehzahl-Messung (als Eigen-Diagnose zur Feststellung von Veränderungen, z.B. Belagbildung etc.)
CFK-Zwischenträger (17) am 2-zähnigen Spindelrotor zur Gewichts-Reduzierung, insbesondere das Massenträgheitsmoment beim Hochfahren (beschleunigen) bei zugleich hoher Biegesteifigkeit
Ausführung zum Purgen über die Zwischenräume mit Bypass-Bohrung je Spindelrotor- Lagerung umlaufende Überlauf-Rinne im Verdampfer und Abfluss an der tiefsten Stelle für die Betriebsmodi entsprechend Fig. 14 als Alternative zum geschlossenen Kreis mit dem Steigrohr (19)
Mischbatterie und Mischstrecke als Option zur gezielten Temperaturen-Einstellung vorzugsweise mit C02-Kaskade für tiefere Temperaturen
"vzw" steht für "vorzugsweise"
Fig. 1 zeigt beispielhaft eine Längsschnitt-Darstellung durch das erfindungsgemäße R718-Verdrängerverdichtersystem (42) bei stehender Ausführung. Die Verdichtermaschine (41 ) trennt Verdampfer (7) mit den niedrigeren Werten für Druck p-ι = p0 und Temperatur t0 vom Kondensator (8) mit den höheren Werten für Druck p2 = pc und Temperatur tc mit jeweils umhüllendem und das Vakuum haltendem Gehäusetopf (28 und 29), vorzugsweise zylindrisch und an der Verdichtergehäuse-Erweiterung (1.P) gemäß Fig. 5 fest. Die übliche Vakuumpumpe zur Gewährleistung des Unterdrucks im dargestellten R718-Verdrängerverdichtersystem (42) ist nicht eingezeichnet, aber hinlänglich bekannt und wird gemäß Fig. 4 beim Purgen vorzugsweise über die Schutzgas-Abführung (31 ) gemäß Fig. 4 eingesetzt.
Zur detaillierteren Veranschaulichung ist in der Fig. 3 der Einlass-Bereich mit Verdampfer (7) dieser Darstellung und in Fig. 4 der Auslass-Bereich mit Kondensator (8) vergrößert gezeigt. Über Schälscheiben (18) werden Einlass-seitig über die Positionen der Spindelrotoreinheiten (39 und 40 gemäß Fig. 13) in Rotorlängsachsrichtung die wichtigen Rotorkopf-Gehäuse- Spaltwerte eingestellt. Ebenso werden Auslass-seitig über Schälscheiben (18) die stirnseitigen Spindelrotor-Spaltwerte zur Auslass-Steuerscheibe (12) eingestellt. Fig. 2: Als beispielhafte Schnitt-Darstellung bzgl. Fig. 1 senkrecht zur Achse des Gehäusetopfs (28) etwa auf halber Rotorlängsachse mit Blickrichtung zum Auslass (12) als zylindrischer Kältesystem-Querschnitt für das R718-Verdrängerverdichtersystem mit Steuerkugeln (10) sowohl in Rotorlängsachsrichtung (die Steuerkugeln sind dementsprechend geschnitten und schraffiert gezeigt) als auch als Draufsicht auf die Auslass-Steuerscheibe (12) einfach als kreisrunde Steuerkugel-Öffnungen, die in Fig. 1 am Auslass (12) wiederum geschnitten und schraffiert gezeigt sind. Zudem sind an der Auslass-Steuerscheibe (12) die End-Auslass- Öffnungen (27) mit den Steuerkanten (27. S) gut erkennbar.
Fig. 3: Als beispielhafte Darstellung für den Ansaugbereich aus Fig. 1 mit Darstellung der jeweiligen Kühlfluidströme K1 und K2 und K3 und K4 und K5 mit HS als Kreislaufmedium-R718- Hauptstrom zur Erfüllung der Kernaufgabe zum Wärmetransfer. Neben den verschiedenen Möglichkeiten zur Kühlfluidstrom-Zuführung sind unterschiedliche Ausführungen zum Wärmetransfer im Verdampfer (7) gleichzeitig (praktisch dann separat realisiert) gezeigt, indem das Kältemittel R-718 beispielsweise per Überlaufrinne (37) über eine hinreichend große Fläche zum Abfluss (37. a) strömt ODER über separate Wärmetauscherflächen (38), beispielsweise als eingelegtes Wärmetauscher-Rohrsystem (38) am Boden des Gehäusetopfes (29), um den dargestellten Wärmetransfer Qent aus dem Verdampfungsvorgang zu gewährleisten. Um dabei unerwünschter Wärmeübergänge zu minimieren, sind verschiedene Isolationsansätze (29. i) dargestellt, z.B. per Isolierschicht (linke Seite in Fig. 3) oder per evakuiertem Zwischenraum (rechte Seite in Fig. 3).
Fig. 4: Als beispielhafte Darstellung für den Auslassbereich aus Fig. 1 mit Darstellung zur Gehäuse-Kühlung über Zwischenwassermantel (5) mit Kühlrohrschlange (6), außerdem Steuerkugeln (10) in der Auslass-Steuerscheibe (12) und Purge-Gas-Einrichtung per Schutzgas-Zuführung (30) und -Abführung (31 ) via Pufferraum (13) über die zuvor genannte Vakuumpumpe absaugend für den gewünschten Unterdruck im Verdrängerverdichtersystem, außerdem beispielhaft mit dem Regulierorgan (26) zur applikationsspezifisch von der Control- Unit (15) regulierten Aufteilung der Kühlfluidströme K1 = O, K2 = θ, K3 = θ, K4 = O und K5 = Θ (als "KM-TS.A" bezeichnet) sowie mit HS = ©als Kreislaufmedium-R718-Hauptstrom (als "KM-HS").
Fig. 5: Als beispielhafte 3D-Darstellung zum Verdichtergehäuse (1 ) mit Trennung zwischen Verdampfer-Raum und Kondensator-Raum über die vorzugsweise zylindrische Trennplatte (1 .P), außerdem mit den aufgesetzten vorzugsweise drei Lagerträger-Tragarmen (24) je Lagerträger (25). In dieser Darstellung wird das Prinzip des "offenen" Verdichters deutlich, denn in das Gehäuse werden lediglich noch die beiden Spindel-Rotationseinheiten (39 und 40) montiert, und die Verdichtermaschine (41 ) ist praktisch fertig, ohne eigene stirnseitige Abschlussteile (daher "offener" Verdichter)
Fig. 6: Beispielhaft dargestellt ist die Zuführung (23.1 ) von Einspritz-Kältemittel K4 zur Schleuderscheibe (22) über einen Lagerträger-Tragarm (24) im Verdichter-Einlass-Bereich (1 1 ) vergrößert aus Fig. 1 , indem beispielsweise über ein Röhrchen der Kühlfluidstrom K4 auf die Schleuderscheibe (22) gelangt, wo K4 dann über Zentrifugalkräfte dann gleichmäßig verteilt in den Fördergasstrom am Einlass (1 1 ) gelangt bei optimalem Geschwindigkeitsprofil gegenüber dem Spindelrotor.
Fig. 7: Als beispielhafte Darstellung zur Schleuderscheibe (22) vorzugsweise mir rauer, grober Oberfläche zur Schlupfminderung und besseren Kühlfluidstrom-K4-Verteilung, wobei Durchmesser 0a. s sowie Höhe h und der Winkel ys die Kühlfluidstrom-K4-Abspritzung von der Schleuderscheibe wesentlich beeinflussen und applikationsspezifisch auszuführen sind.
Fig. 8: Als beispielhafte Darstellung zur Steuerkugel (10) für die Anpassung der inneren Volumenverhältnisse an unterschiedliche Temperaturhübe mit den entspr. Druckdifferenzen, wobei über die Winkel YA und YR gegenüber der Schwerkraft-Richtung g vorzugsweise schwerkraftbedingt durch die Druckdifferenz Δρ an der Steuerkugel zwischen dem jeweiligen Arbeitskammerdruck und dem Auslassdruck wegrollend auf der Rampe (10.R), wobei hierbei nicht unbedingt ein besonderes Material nötig ist, und bei nachlassender Druckdifferenz vorzugsweise schwerkraftbedingt selbsttätig wieder zurückrollend.
Fig. 9: Beispielhafte Darstellung zur Spindelrotorprofilpaarung, wobei die wegen nichtparalleler Drehachsen tatsächlich dreidimensionale Aufgabe vereinfachend in der Ebene gezeigt ist. Als Stirnschnitt durch das Spindelrotorpaar den Kopfkreisbogenwinkel be.2K(z) zeigend, der den Zahnflankenversatz Akvs(z) als unterschiedlichen z(cp)-Verlauf für rechte und linke Profilflanke je Zahn ergibt, sowie mit dem jeweiligen μ-Wert zu jedem Spindelrotor über die Rotorkopfkreise beim a(z)-Verlauf zum Rotorachsabstand.
Fig. 10: Bei Festlegung der Rotorprofilpaarung sind beispielhaft für den Kreuzungswinkel α = 15° zwischen den Rotordrehachsen bei einer Rotorprofillänge von L = 376 mm nachfolgende Funktionsverläufe gezeigt, die den Zahnflankenversatz Akvs(z) über den A.be.2K(z)-Verlauf mit Bezug zum Steigungsverlauf m(z) in Rotorlängsachsrichtung z abbilden, wobei als Abszisse stets dieser z-Forschritt gewählt ist, also der Wertebereich: 0 < z < L Dabei ist der Auslass (12) bei z = 0 und der Einlass (1 1 ) bei z = L
Fig. 10.1 : [nur beispielhafte Werte]
Die Zuordnung zwischen dem Drehwinkel-Laufparameter φ für den Bereich 0° < φ < 1320° und der z-Position als z(cp)-Funktion ergibt den Steigungsverlauf m((p) über die bekannte Gleichung: m(q>) = 2π ^
dcp
Über der Rotorlängsachsrichtung aufgetragen ergibt sich dann der dargestellte Steigungsverlauf m(z), der bei z = 0 mm mit 28 mm beginnt, dann zügig ansteigt auf einen ausgeprägten Maximal-Bereich vor dem Einlass (1 1 ), wobei die Steigung bei z = L wieder stark auf 78 mm abfällt.
Fig. 10.2: [nur beispielhafte Werte]
Die Zahnhöhe h(z) in Rotorlängsachsrichtung ergibt sich zu jedem Achsabstandswert a(z) gemäß Kreuzungswinkel über die ineinandergreifenden Spindelrotorköpfe, wobei die Rotorkopf-Radienwerte über die jeweiligen μ-Werte dann folgenden Gleichungen folgen:
R 2K(z) = μ2(ζ) 3(ζ) und R 3K(z) = μ3(ζ) 3(ζ) sowie h(z) = ( μ2(ζ) + μ3(ζ) - l ) a(z)
Dabei führen die in Fig. 10.2 gezeigten μ-Werte zu der in Fig. 1 gezeigten zylindrischen Rotoraufnahme, um die Verdampferkühlung an jedem Spindelrotor insbes. im ko-Betrieb zu ermöglichen.
Fig. 10.3: [nur beispielhafte Werte]
Als Fortsetzung von Fig. 10.2 sind zu den gezeigten μ-Werten für den Kopfbogenwinkel be.2K(z) am 2-zähnigen Spindelrotor zwei Ausführungen dargestellt: • Für den Fall, dass es keinen Zahnflankenversatz zwischen rechter und linker Profilflankenseite gibt, ergibt sich für den Kopfbogenwinkel der gestrichelt-gepunktete be.2K.stu(z)-Verlauf, der stetig fallend von 65° bei z = 0 auf 53° bei z = L wandert.
• Der erfindungsgemäße be.2K.em(z)-Verlauf beginnt bei z = 0 beispielhaft auch bei 65°, zeigt dann aber einen deutlich anderen Verlauf, indem es ein Minimum im letzten Drittel der Rotorlänge Einlass-seitig gibt, wonach es dann rapide auf 70° bei z = L ansteigt.
Fig. 10.4: [nur beispielhafte Werte]
Als Fortsetzung von Fig. 10.3 ist statt der μ-Verläufe nun die Steigung m(z) gemäß Fig. 10.1 eingetragen und deutlich erkennbar ist (wie beschrieben) der gegensätzliche Verlauf zwischen be.2K.em(z) und m(z)
Fig. 10.5: [nur beispielhafte Werte]
Ergänzend zu Fig. 10.3 und 10.4 ist zusätzlich die Differenz zwischen be.2K.em(z) und be.2K.stu(z) als A.be.2K(z)-Verlauf in Verbindung mit dem Steigungsverlauf m(z) abgebildet, so dass der erfindungsgemäße Gedanke zum Zahnflankenversatz Akvs(z) zwischen linker und rechter Profilflankenseite klar wird.
Fig. 1 1 : Als beispielhafte Darstellung sind für den Rotorbaukasten als Fig. 1 1 .1 und Fig. 1 1 .2 und Fig. 1 1.3 drei unterschiedliche Spindelrotorpaare dargestellt, die in ihrer Außen-/Anschluss- Geometrie zum gleichen Verdichtergehäuse (1 ), mindestens jedoch zum gleichen Gehäuse- Rohling passend, wobei folgende Beschreibung gilt:
Fig. 1 1 .1 zeigt beispielhaft ein Spindelrotorpaar mit hohem Saugvermögen bei mäßiger Stufenzahl für Applikationen, bei denen es weniger um das Kompressionsvermögen, sondern mehr um hohen Volumenstrom geht.
Fig. 1 1 .2 zeigt beispielhaft ein Spindelrotorpaar mit mittlerem Saugvermögen bei mittlerer Stufenzahl für Applikationen ohne ausgeprägte Schwerpunktsetzung, also eine eher allgemeine Ausrichtung.
Fig. 1 1 .3 zeigt beispielhaft das Spindelrotorpaar mit geringerem Saugvermögen bei sehr hoher Stufenzahl für Applikationen, bei denen hohes Kompressionsvermögen wichtiger als Volumenstrom ist.
Fig. 12.1 : Beispielhafte Darstellung für eine alternative Gestaltung zur Auslass- Steuerscheibe (12), in der auf Steuerkugeln (10) verzichtet werden kann, indem die Auslass- Steuerscheibe drehbar als (12. s) mit den Drehlagern (12. g) sowie den Austrittschlitz (12. s) beim 2-zähnigen Spindelrotor-Ende ausgeführt wird.
Fig. 12.2: Beispielhafte Darstellung zur Ausführung der drehbaren Auslass-Steuerscheibe (12. d) mit dem Austrittschlitz (12. s) sowie zusätzlich seitlichen Auslasskerben (12. k), damit die ausschiebende letzte Arbeitskammer sich nicht wieder schließt, wenn das minimale innere Verdichtungsverhältnis eingestellt wird. Diese Kerben sind nötig, weil der Austrittschlitz (12.s) nicht zu viel des Kreises belegen darf, da sonst der Faktor, um den die innere Verdichtung erhöht werden kann, sinkt. Wenn das maximale innere Verdichtungsverhältnis eingestellt wird, sind die Auslasskerben (12.k) oberhalb der Kammer, die sich ohne Auslass-Steuerscheibe (12. d) gerade öffnen würde. Die Auslasskerben (12. k) werden dann von der Auslassplatte, die den 3z-Rotor abschließt, und dem Verdichtergehäuse (1 ) seitlich geschlossen. Kurz bevor die letzte Arbeitskammer sich ganz geleert hat, wird das Verdichtergehäuse (1 ) seitlich entfernt und der 3z-Rotor ist offen. Fig. 13: Beispielhaft dargestellt sind die fertigen und komplett gewuchteten Spindelrotor- Rotationseinheiten (39 und 40), die ohne weitere Eingriffe über die Schälscheiben (18) im Verdichtergehäuse (1 ) zur genauen Spalteinstellung unverändert eingesetzt werden und somit die offene Verdichtermaschine (41 ) bilden.
Fig. 14: Beispielhafte dargestellt sind 3 Betriebsmodi zum Betreiben des R718- Verdrängerverdichtersystems für verschiedene Kühlwasser-("ü")- und Kaltwasser-("a")- Temperatur-Niveaus, die mittels PIRSA als "Pressure-InnerRatio-Speed-Adaption" von der Control-Unit (15) wie beschrieben applikationsspezifisch optimal eingestellt werden.
Begriffe wie im Wesentlichen, vorzugsweise und dergleichen sowie möglicherweise als ungenau zu verstehende Angaben sind so zu verstehen, dass eine Abweichung um plusminus 5 %, vorzugsweise plusminus 2 % und insbesondere plus minus ein Prozent vom Normalwert möglich ist. Die Anmelderin behält sich vor, beliebige Merkmale und auch Untermerkmale aus den Ansprüchen und/oder beliebige Merkmale und auch Teilmerkmale aus einem Satz der Beschreibung in beliebiger Art mit anderen Merkmalen, Untermerkmalen oder Teilmerkmalen zu kombinieren, dies auch außerhalb der Merkmale unabhängiger Ansprüche.
In den unterschiedlichen Figuren sind hinsichtlich ihrer Funktion gleichwertige Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, sodass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
In dem Verdrängersystem für das Kältemittel R718 mit einer Verdichtermaschine (41 ), einem Verdampfer (35) und einem Kondensator (36) ist die offene Verdichtermaschine (41 ) als Spindelkompressor in Form einer 2-Wellen-Rotations-Verdrängermaschine zur Förderung und Verdichtung gasförmiger Fördermedien ausgebildet. Sie hat ein Spindelrotorpaar (2 und 3), das in einem Verdichtergehäuse (1 ) angeordnet ist und mit elektronischer Motorpaar- Spindelrotor-Synchronisation ausgeführt ist. Die Verdichtermaschine (41 ) ist zwischen dem Verdampfer (35) und dem Kondensator (36) angeordnet.
Begriffe wie im Wesentlichen, vorzugsweise und dergleichen sowie möglicherweise als ungenau zu verstehende Angaben sind so zu verstehen, dass eine Abweichung um plusminus 5 %, vorzugsweise plusminus 2 % und insbesondere plus minus ein Prozent vom Normalwert möglich ist. Die Anmelderin behält sich vor, beliebige Merkmale und auch Untermerkmale aus den Ansprüchen und/oder beliebige Merkmale und auch Teilmerkmale aus einem Satz der Beschreibung in beliebiger Art mit anderen Merkmalen, Untermerkmalen oder Teilmerkmalen zu kombinieren, dies auch außerhalb der Merkmale unabhängiger Ansprüche.
In den unterschiedlichen Figuren sind hinsichtlich ihrer Funktion gleichwertige Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, sodass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden. Bezugszeichenliste:
Verdichtergehäuse vorzugsweise gleichzeitig mit 0-Trennplatte (1 .P) zwischen Verdampfer (7) und Kondensator (8) bei Einlass-seitig um mind. 15%-ig größerem Abstand der Spindelrotor-Aufnahmebohrungen als Auslass-seitig, wobei diese Bohrungs-Achsen vorzugsweise schneidend (also mit Lotabstand Null) oder auch kreuzend (bzw. windschief) ausgeführt sind.
Spindelrotor, vorzugsweise mit 2-zähnigem Gasförder-Außengewinde, kurz "2z-Rotor" genannt, vorzugsweise aus einer Alu-Legierung mit guter Wärmeleitfähigkeit (vorzugsweise über 150 W/m/K) bestehend, drehfest über Abstützstellen auf einer Stahlwelle (2.1 ) mit zylindrischer Verdampfer-Kühlbohrung (2.2) innen aufweisend und Einlass-seitig direkt angetrieben wird von einem eigenen Antriebsmotor (2.3) angesteuert mit eigenem Frequenzumrichter (2.4), als "FU.2" bezeichnet, und mit FU-Control-Unit als "FU-CU" (16) per Elektronischer Motorpaar-Spindelrotor-Synchronisation
Spindelrotor, vorzugsweise mit 3-zähnigem Gasförder-Außengewinde, kurz "3z-Rotor" genannt, vorzugsweise aus einer Alu-Legierung mit guter Wärmeleitfähigkeit (vorzugsweise über 150 W/m/K) bestehend, drehfest über Abstützstellen auf einer Stahlwelle (3.1 ) mit zylindrischer Verdampfer-Kühlbohrung (3.2) innen aufweisend und Einlass-seitig direkt angetrieben wird von einem eigenen Antriebsmotor (3.3) angesteuert mit eigenem Frequenzumrichter (3.4), als "FU.3" bezeichnet, und mit FU-Control-Unit als "FU-CU" (16) per Elektronischer Motorpaar-Spindelrotor-Synchronisation
Lagerung für jeden Spindelrotor, beidseitig gelagert, wobei Einlass-seitig vorzugsweise ausgeführt als Festlager (4.1 ) für Axial- und Radial-Kräfte und Auslass-seitig als vorzugsweise federnd angestellte Loslager (4.2)
Zwischenwassermantel zur Wärmehaushalt-Regulierung für das Verdichtergehäuse (1 ) mit äußerer Wärme-Isolierung (20) zum umgebenden Kondensator (8)
Kühlrohrschlange im Zwischenwassermantel, die Auslass-seitig vorzugsweise enger geführt wird und zum Verdampfer (7) endet
Verdampfer mit dem (niedrigen) Druck p-ι = p0 und der Temperatur t0 vor der Verdichtermaschine (41 )
Kondensator mit dem (höheren) Druck p2 = pc und der Temperatur tc nach der Verdichtermaschine (41 ), die das Kältemittel R-718 vom Druck p-ι auf p2 verdichtet, wobei das Kältemittel R-718 grundlegend den Temperatur-Anstieg von t0 auf tc erfährt. jeweilige Kühlfluidströme zur vollumfänglich von der Control-Unit (15) regulierten Führung der Wärmebilanzen der Arbeitsraum-Bauteile, also Gehäuse und Rotorpaar, sowie zum Verdichtungsprozess gemäß:
Kühlfluidstrom (als K1 dargestellt) zum Zwischenwassermantel (5) via Kühlrohrschlange (6) Kühlfluidstrom (als K2 dargestellt) zum 2z-Rotor (2) via Verdampfer-Kühlbohrung (2.2) Kühlfluidstrom (als K3 dargestellt) zum 3z-Rotor (3) via Verdampfer-Kühlbohrung (3.2) Kühlfluidstrom (als K4 dargestellt) zur Einspritzkühlung via Schleuderscheibe (22) Kühlfluidstrom (als K5 dargestellt) zur Kühlung jedes Antriebsmotors
Als HS ist der Kreislaufmedium-R718-Hauptstrom zur Erfüllung der Kernaufgabe zum Wärmetransfer (z.B. als Wärmepumpe, oder im Kältetechnikprozess) dargestellt. Steuerkugel vakuumtauglich zur Anpassung des inneren Volumenverhältnisses niV für unterschiedliche Arbeitspunkte zur Vermeidung von Effizienz-mindernder Über- oder Unterverdichtung sowohl in Rotorlängsachsrichtung als auch je Steuerscheibe (12) gemäß gewünschtem Einsatzbereich mit Rampe (10. R) geneigt mit Winkel γκ gegenüber der Schwerkraftrichtung "g" gemäß Fig. 8 Fördergas-Einlass als offener Sammelraum für das Fördermedium mit dem Gasdruck p0 (vereinfachend werden Druckverluste in den Leitungen zunächst vernachlässigt) Fördergas-Auslass als Steuerscheibe je Spindelrotor mit definierten Auslass-Öffnungen für das Fördermedium beim Gasdruck pc (vereinfachend werden Druckverluste in den Leitungen zunächst vernachlässigt) neutraler Sammel-/Pufferraum je Arbeitsraum-Wellendurchführung mit gegenüber dem Systemdruck verringertem Gasdruck, vorzugsweise z.B. durch eine Unterdruck-A/akuum- Pumpe erzeugt, um als "Purge-Absaugkammer" die Rotorlager ggfls. Purgen zu können = also per Inertgas zu schützen, wobei dieses Inertgas von außen je Lagerstelle zugeführt wird, diese Lager dann über eine Bypass-Bohrung passiert und an diesem Sammel-/Puffer- raum wieder abgesaugt wird. Synchronisationsverzahnung als mechanische Rückfall-Absicherung zur elektronischen Motorpaar-Spindelrotor-Synchronisation beispielsweise bei Stromausfall nach dem generatorischen Betrieb Control-Unit CU als Steuer- und Regulierungs-Einheit mit Auswertung der jeweils aktuellen Messwerte und darauf basierender Ausgabe der Regulierungssignale zum intelligenten Betrieb des Spindelkompressors bei vorzugsweise im CU-Speicher hinterlegten Verknüpfungen und Daten sowie fortwährend lernenden Abhängigkeiten zwischen den jeweils eingehenden Messwerten und den Spaltwerten gemäß vorangegangener Simulation, Verifikation und laufenden Erfahrungen,
die Control-Unit ist verbunden mit FU-CU (24) sowie Anwender-seitig mit der Prozessleittechnik für dessen Applikationssystem sowie Fabrik-Steuerung i.S. von "lndustrie-4.0" FU-Control-Unit, als "FU-CU" bezeichnet, für die beide Frequenzumrichter FU.2 (2.4) und FU.3 (3.4), wobei FU-CU direkt mit der Control-Unit (15) die Daten zum Spindelkompressorbetrieb austauscht. Zwischenträger am 2-zähnigen Spindelrotor (2) mit geringer Dichte (unter 2,5 g/cm3) aber hoher Biegesteifigkeit, vorzugsweise als Faserverbund-Material, z.B. CFK vakuumtauglich Distanz-/Abstandsscheiben, vorzugsweise als sogen. "Schälscheiben" ausgeführt, zur individuellen Fixierung des jeweiligen Spindelrotors in Rotorlängsachsrichtung zur gezielten Spaltwert-Einstellung als A2.1 -Wert am 2z-Rotor (2) bzw. als A3.1 -Wert am 3z-Rotor (3) Druckminderungsorgan im geschlossenen Intern-Kreislauf, beispielsweise über Ausnutzung der geodätischen Höhendifferenz in einer Wassersäule, also Nutzung der Schwerkraft zur Druckminderung Wärme-Isolierung für den Zwischenwassermantel (5) gerichtete Auflage für die Steuerkugeln Schleuderscheibe (vorzugsweise mit rauer/grober Oberfläche) zur Zuführung und feinen Verteilung des Kühlfluidstroms in den Ansaugbereich (1 1 ) des Verdichters gemäß K4 als Einspritzkühlung Zuführung des Kühlfluidstroms K4 zur Schleuderscheibe (22), wobei diese Zuführung wunschgemäß ausführbar ist als:
Zuführung des Kühlfluidstroms K4 über einen Kragarm (24) der Lagerträger (25)
Zuführung des Kühlfluidstroms K4 über die zentrale Bohrung in jeder Rotorträgerwelle (2.1 bzw. 3.1 ) Kragarm des Lagerträgers, vorzugsweise 3 Stück je Lagerträger (25), strömungstechnisch günstig Lagerträger zur Aufnahme der Rotorlager (4), auslassseitig zugleich stirnseitige Kammerbegrenzung Regulierorgan für die von der Control-Unit (15) geführte Aufteilung der Kühlfluidströme (9) End-Auslass-Öffnungen mit Steuerkante (27. S) je Rotor nach den Steuerkugeln (10) ab einem vorher applikationsspezifisch festgelegten Wert zum inneren Volumenverhältnis niV vakuumtauglicher Kondensator-Gehäusetopf auf der Gehäuse-0-T rennplatte (1.P) aufliegend befestigt und abgedichtet, bei senkrechtem Betrieb ist der Kondensator-Gehäusetopf oben aufgesetzt vakuumtauglicher Verdampfer-Gehäusetopf vorzugsweise an der Gehäuse-0-T rennplatte (1.P) befestigt mit Isolierung (29. i, als Kreuzschraffur dargestellt oder als Vakuum- Zwischenraum) zur Gewährleistung der effizienten Qent-Wärmebilanz, bei Senkrecht-Betrieb ist der Verdampfer-Gehäusetopf unten angesetzt Schutzgas-Zuführung (sogen. "Purgen") zum Schutz der Lager (4) sowie ggfls. der Antriebseinheiten derart, dass diese zu schützenden Bereiche stets einen geringfügig (es reichen wenige mbar Differenzdruck, z.B. 3 bis 10 mbar) höheren Druck haben als die unmittelbare R718-Wasserdampf-Umgebung; als Inert-/Schutzgas wird in den meisten Applikationen normale Luft reichen, es kann aber auch beispielsweise Stickstoff gewählt werden Schutzgas-Abführung erzeugt über eine separate Vakuum-Vorpumpe, die vorzugsweise auch für den Vakuum-Systemdruck sorgt. Bei dieser Schutzgas-Abführung wird über die Arbeitsraum-Wellenabdichtung auch ein gewisser R718-Wasserdampf-Teilstrom abgesaugt, so dass dieser R718-Verlust als Wasser wieder zugeführt werden muss. Als Abdichtung zur Minderung dieses R718-Wasserdampf-Verlust-Teilstroms ist der Strömungs-Widerstand der Arbeitsraum-Wellenabdichtung zu erhöhen, beispielsweise über eine Bürstendichtung Lager-Bypass-Bohrung zur Vermeidung einer Gasströmung durch die Lagerung (4) Zuführung des Kühlfluidstroms zur Rotor-Innenkühlung für den jeweiligen Spindelrotor als: Zuführrohr in der zentralen Bohrung jeder Spindelrotor-Trägerwelle
Zuführung des Kühlfluidstroms K2 zur 2z-Rotor-lnnenkühlung über Zuführrohr (33.1 ) Zuführung des Kühlfluidstroms K3 zur 3z-Rotor-lnnenkühlung über Zuführrohr (33.1 ) Rückhaltebuchse in zentraler Trägerwellen-Bohrung, um das Kühlfluid am Abströmen zu hindern Symbol für den erfindungsgemäßen Verdichter entsprechend Fig. 1 Wärmetauscher
Wärmetauscher auf der Kühlwasser-Seite
Wärmetauscher auf der Kaltwasser-Seite umlaufende Überlaufrinne im Verdampfer für zugeführtes Verdampfungswasser mit Abfluss (37. a) bei Betriebsweise gemäß Fig. 13, wobei dann dieses abfließende Wasser zu Kühlfluidstrom (9) gilt Wärmetauscher (z.B. als Rohrsystem) zum Wärmetransfer Qent innenliegend im Verdampfer (7) Spindelrotor-Rotationseinheit zum 3-zähnigen Spindelrotor-System Spindelrotor-Rotationseinheit zum 2-zähnigen Spindelrotor-System (gesamte) Verdichtermaschine als offene 2-Wellen-Rotations-Verdrängermaschine (gesamtes) R718-Verdrängerverdichtersystem

Claims

Patentansprüche
1. R718-Verdrängerverdichtersystem mit einer Verdichtermaschine (41 ), einem Verdampfer
(35) und einem Kondensator (36), wobei die offene Verdichtermaschine (41 ) als Spindelkompressor in Form einer 2-Wellen-Rotations-Verdrängermaschine zur Förderung und Verdichtung gasförmiger Fördermedien ausgebildet ist, ein Spindelrotorpaar (2 und 3) in einem Verdichtergehäuse (1 ) aufweist, mit elektronischer Motorpaar-Spindelrotor- Synchronisation ausgeführt ist, und zwischen dem Verdampfer (35) und dem Kondensator
(36) angeordnet ist.
2. R718-Verdrängerverdichtersystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelkompressor jeweils einen für jeden Spindelrotor (2, 3) aufweist, dass die beiden Antriebsmotore (2.3 und 3.3) auf der Seite eines Fördergas-Einlasses (1 1 ) des Spindelkompressors angeordnet sind und vollumfänglich in den Raum des Verdampfers (7) hineinragen, dies vorzugsweise zur hinreichenden Abführung der Verlustleistungen insbesondere über den Kühlfluidstrom K5 (9.5) entsprechend ihrer Belastung.
3. R718-Verdrängerverdichtersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin ein Purge-System über Schutzgas-Zuführung (30) und Schutzgas-Abführung (31 ) aufweist, wodurch empfindliche Bauteile wie Rotorlager und Antriebseinheiten geschützt werden.
4. R718-Verdrängerverdichtersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin mindestens eine Schleuderscheibe (22) aufweist, vorzugsweise ist eine Schleuderscheibe (22) an jedem Spindelrotor (2 bzw. 3) vorgesehen, die auf der Fördergas-Einlass-Seite (1 1 ) die Einspritzkühlmenge K4 (9.4) in den Fördergasstrom einbringt.
5. R718-Verdrängerverdichtersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Spindelrotore (2 und 3) Verdrängerprofilflanken aufweisen, die mit einem Zahnflankenversatz Akvs(z) zwischen rechter und linker Profilflankenseite ausgeführt sind, wobei sich der Zahnflankenversatz vorzugsweise über den A.be.2K(z)-Verlauf mit Bezug zum Steigungsverlauf m(z) in Rotorlängsachsrichtung z darstellen und erzeugen lässt.
6. R718-Verdrängerverdichtersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin Steuerkugeln (10) aufweist, die vorzugsweise die applikationsspezifisch gezielte Anpassung der inneren Verdichtungsverhältnisse übernehmen.
7. R718-Verdrängerverdichtersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der 2-zähnige Spindelrotor (2) mit einem Zwischenträger (17) versehen ist, wodurch vorzugsweise eine Gewichts-Reduzierung, insbesondere auch für ein geringeres Massenträgheitsmoment beim Hochfahren (bzw. Abbremsen) bei zugleich hoher Biegesteifigkeit, beispielsweise aus vakuumtauglichen Faserverbundmaterial, z.B. als CFK-Werkstoff, erreicht ist.
8. R718-Verdrängerverdichtersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Kühlfluid-Zuführung (9.2 bzw. 9.3) vorgesehen ist, dass jeder Spindelrotor eine zylindrische Verdampfer-Kühlbohrung (6) aufweist, die mit der Kühlfluid-Zuführung (9.2 bzw. 9.3) verbunden ist.
9. R718-Verdrängerverdichtersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Antrieb eine hohle Welle aufweist, dass die Kühlfluid-Zuführung (9.2 bzw. 9.3) zur zylindrischen Verdampfer-Kühlbohrung (6) des jeweiligen Antriebs durch diese hohle Welle erfolgt, und dass vorzugsweise die Lager (10) als auf Lebensdauer ausgelegte Lager sind, insbesondere Lebensdauer-fettgeschmierte Hybridlager, Vollkeramiklager oder Magnetlager sind.
10. R718-Verdrängerverdichtersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Auslass-Spalt-iV-Anpassung aufweist, mittels der die Unterverdichtung gedämpft wird.
11. Spindelkompressor im R718-Verdrängerverdichtersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Control-Unit (15) aufweist, welche mittels Steuerung der Betriebsparameter die Effizienz des R718-Verdrängerverdichtersystems (42) in jedem Arbeits-/Betriebspunkt mittels Control-Unit (15) optimiert.
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