DE7640064U1 - Vorrichtung zum stufenlosen regeln eines schraubenverdichters - Google Patents

Description

VON KREISLER SCHONWALD EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNER

PATENTANWÄLTE G 76 4o O6 4.1 Dr.-Ing. von Kreisler t 1973

Dr.-Ing. K. Schonwold, Köln Dr.-Inß. K. W. Eishold, Bod Soden Dr. J. F. Fues. Köln Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Qirolo Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Setting, Köln Dr. H.-K. Werner, Köln

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0-5000 KÖLN 1 3O.7.198O Sch/Se

Günter Kirsten, Weyerweg 33b, 5o9o Leverkusen 3

Vorrichtung zum stufenloser. Regeln eines Schraubenverdichters

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum stufenlosen Regeln der Menge des Druckgases (Druckluft) und der Kühlflüssigkeit eines Schraubenverdichters, bei dem in einem mit Saugraum und Verdichtungsraum versehenen Gehäuse ein Läuferpaar in einem Flüssigkeitsbad, z.B. ölbad, läuft.

Schraubenverdichter zur Erzeugung von Druckgas, insbesondere Druckluft, zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad und einen geringen Leistungsbedarf aus. Ein solcher Schraubenverdichter, der durch einen Motor über Getriebe oder direkt angetrieben werden kann, weist ein Gehäuse auf, in dem ein positiv verzahnter Hauptläufer sowie ein negativ verzahnter Nebenläufer mit spiralförmigen, miteinander in Eingriff ste-

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henden Flanken und Nuten gelagert sind, wobei in dem Gehäuse Saug- und Verdichtungsräume vorgesehen sind, die durch das Gehäuse und die Läufer innenseitig begrenzt sind. Ferner sind eine Einrichtung zum Zuführen einer Kühl-, Schmier- und DichtflUssigkeit, für die überwiegend öl verwendet wird, in die Verdichtungsräume sowie eine Regelvorrichtung vorgesehen. Die zu verdichtende Luft wird in die öffnung des sich drehenden Neben-Kauptläufers der Schraubenverdi chterstufe angesaugt. Nach Abschluß des Ansaugvorganges werden die öffnungen vom Hauptläufer abgedichtet.

Die Verdichtung der Luft od.dgl. erfolgt durch das Weiterdrehen des Läufe r-^aares auf den am Einlaßregler eingestellten Verdichtungs-Enddruck. Der Schraubenverdichter ist einstufig und arbeitet ölUberflutet. Während des Verdichtungsvorganges wird ein Teil des im ölbehälter befindlichen Öles durch den entstehenden Druck, der auch auf das öl wirkt, in die Verdichterstufe eingespritzt, wobei das öl die Aufgaben der Schmierung, Abdichtung und Kühlung erfüllt. Anschließend wird das austretende Öl-Luftgemisch über einen Rückflußverhinderer in den ölbehälter geleitet und von hier aus über Prallwände, die bereits einen sehr hohen Abseheidungsgrad erreichen, in den nachgeschalteten Separator geführt. In diesem wird das Restöl so weit abgeschieden, daß die austretende Druckluft od.dgl. nur noch einen geringen Restölgehalt enthält, so daß die Druckluft praktisch ölfrei ist. Für die von dem Schraubenverdichter abzugebende Druckluft kann ein Kühler vorgesehen sein.

Bei diesem Schraubenverdichter erfolgt eine Regelung nur für die Gasmenge. Hierzu dient ein unter Federspannung stehender Stellzylinder des Einlaßreglers, wobei eine Drosselklappe betätigt wird. Hierbei hat man keinen Einfluß

auf die entstehenden Druckverluste. Eine solche Drosselklappen-Regelung in der Ansaugleitung des Schraubenverdichters läßt hinsichtlich der Genauigkeit noch zu wünschen übrig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Regelung für den Schraubenverdichter der beschriebenen Art vorzusehen, die in Abhängigkeit von den Betriebsverhältnissen des Schraubenverdichters noch sicherer und zuverlässiger arbeitet, und bei der auch die Menge der zuzuführenden Kühlflüssigkeit mit gesteuert wird. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die zu verdichtende Gasmenge in Abhängigkeit von dem Gasdruck an der Abgabestelle, d.h. von dem Bedarf an Druckgas, durch Steuerung eines Gasübertrittes von der Verdichter- zur Saugseite des Schraubenverdichters geregelt wird.

Durch die Möglichkeit der Steuerung dahingehend, daß in dem Schraubenverdichter eine gewisse Gasmenge mit leichtem Überdruck entweichen kann, erhält man eine exakte Regelung in Abhängigkeit von dem jeweiligen Gasdruck an der Abgabestelle. Dies wirkt sich auch auf den Motor günstig aus, bei dem die Leistungsaufnahme zugleich mit geregelt wird. Es werden ferner die Druckverluste vermindert. Zugleich bietet diese Regelung auch die Möglichkeit, daß die Einspritzmenge der Kühl-, Schmier- und Dichtflüssig-

J: keit zu dem Läuferpaar des Schraubenverdichters in Abhän-

25 gigkeit von dem Bedarf an Druckgas bzw. von dem Gasdruck

j| an der Abgabestelle mit gesteuert werden kann. Eine sol-

|| ehe Regelung ist wirksamer als die Drosselklappenregelung,

sie arbeitet exakter und zuverlässiger.

Die Einrichtung zum stufenlosen Regeln der Gasmenge sowie ^;

30 der Einspritzmenge des flüssigkeitsgekühlten Schraubenver-

dichters zeichnet sich gemäß einem weiteren Merkmal dadurch aus, daß in dem Verdichtergehäuse ein Regelzylinder mit einem in den Läuferspalt eingreifenden Regelkolben angeordnet ist, und daß mit dem Regelkolben ein Steuerkolben verbunden ist, dessen dem Regelkolben zugekehrte Seite in Abhängigkeit von einem Proportional-Regelventil betätigbar ist. Hierbei ist der Steuerkolben zweckmäßig federbelastet vorgesehen. Der Regelzylinder mit dem Regelkolben und dem Steuerkolben gibt auf einfache Weise die Möglichkeit, einen beabsichtigten Gasübertritt von der Verdichterseite zur Saugseite des Schraubenverdichters zur Steuerung durchzuführen. Durch das Abheben des Kolbens von dem Bereich der Hüllkurven des Hauptlaufers und des Nebenläufers läßt sich dis zu verdichtende Gasmenge stufenlos regeln. Es wird eine gewünschte Leckspalte zu den nächsten Läufergängen freigegeben, durch die eine gewisse Gasmenge mit leichtem Überdruck entweichen kann. Die Steuerung erfolgt unmittelbar und einwandfrei.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der Regelkolben und das den Regelkolben aufnehmende Gehäuse mit einem gemeinsamen Kanal zur Zuführung der Kühlflüssigkeit versehen sein. Durch die Verstellung des Regelkolbens wirkt dieser als Steuerschieber gegenüber dem im Gehäuse befindlichen Zuführungskanal. Derselbe Regelkolben, der die Gasmenge regelt, übernimmt auf diese Weise zugleich auch die Regelung der Einspritzmenge für die Kühlflüssigkeit, was ebenfalls in Abhängigkeit von dem Bedarf an Druckgas bzw. von dem Gasdruck an der Abgabestelle erfolgt. Dies hat zur Folge, daß, z.B. im Leerlauf, nur ein geringer Teil der Kühlflüssigkeit in die Verdichterstufe des Schraubenverdichters eingespritzt zu werden braucht.

Damit der Regelkolben nicht in den Wirkkreis der Läufer des Schraubenverdichters gelangen kann, ist dieser vorteilhaft mit einem am Außenumfang vorstehenden Kragen versehen, der mit einem Absatz im Gehäuse zusammenwirkt. Dadurcl ist die tiefste Stellung des Regelkolbens begrenzt. Zugleich sind bei Aufliegen des Regelkolbens auf dem Gehäuseabsatz die Zuführungskanäle so zueinander gerichtet, daß ihre Öffnungen sich decken. Das bedeutet, daß bei Absperrung jeglichen Gasübertrittes von der Verdichterseite zur Saugseite des Schraubenverdichters, d.h. beim Arbeiten in Vollast, die Kühl- und Schmierflüssigkeit in voller Höhe dem Läuferpaar zugeführt wird.

Die Erfindung wird anhand eines in d^r Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels nachstehend erläutert.

Fig. 1 zeigt den Schraubenverdichter gemäß der Erfindung im Längsschnitt und im Schema.

Fig. 2 stellt einen Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 dar.

Fig. 3 veranschaulicht den Schraubenverdichter zusammen mit der Regleinrichtung in einem Ausführungsbeispiel schematisch.

Der Schraubenverdichter 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in dem ein Hauptläufer 3 jnd ein Nebenläufer 4 gelagert sind, die spiralförmig miteinander in Eingriff stehende Flanken und Nuten aufweisen. Die beiden Läufer werden mittels eines Getriebes 5 von einem Motor 6 eingetrieben. Die Luftzuführungsleitung ist 7, die Druckleitung (Öl-Luftgemisch)

mit 8 und die Zuführungsleitung für die Kühl- und Schmierflüssigkeit mit 9 bezeichnet.

In dem Gehäuse 2 ist ein Regelkolben 10 angeordnet, der senkrecht zur Längsachse des Gehäuses bzw. der Läufer verschiebbar ist. Der Regelkolben 10 greift in den Spalt zwischen den beiden Läuferwalzen ein. Seine den Läuferwalzen zugekehrte Begrenzungsfläche entspricht den Hüllkurven des Läuferspaltes. Der Regelkolben 10 befindet sich in dem Zylinder 11 des Gehäuses 2, der einen Absatz 12 besitzt, gegen den der Regelkolben 10 mittels des Kragens 10a zur Anlage kommt. In einem Zylinderdeckel 1) ist ein Steuerkolben 14 verschiebbar gelagert und steht unter der Wirkung einer Feder 15, deren Widerlager 16 an dem Deckel 13 befestigt ist. Der Steuerkolben 14 ist mit dem Regelkolben 10 mittels des Zapfenansatzes 14a fest verbunden. Der Kragen 10a des Regelkolbens 10 ist an dem Deckel Ij5 geführt. Zu der der Federung 15 abgekehrten Seite des Steuerkolbens 14 führt eine Steuerleitung 17 von einem Proportionalregler 18. Die Zuführungsleitung 9 für die Kühlflüssigkeit setzt sich in dem Gehäuse 2 in dem Kanal I9 fort, an den sich ein Kanal 20 in dem Regelkolben 10 anschließt.

Das zu verdichtende Gas wird über einen ßnsaugfilter 22 mit Mikrofiltereinsatz angesaugt. Ein unzulässiger Verschmutzungsgrad wird optisch angezeigt, anschließend gelangt das Gas in die Verdichterstufe 21 und wird hier auf den am Proportionalregler 18 eingestellten Betriebsdruck verdichtet. Während dieses Verdichtungsvorgangs wird ein Teil des im ölbehälter 23 befindlichen Öles 24 durch den sofort entstehenden Druck, der naturgemäß auf das öl wirkt, in die Verdichterstufe eingespritzt. Dabei erfüllt das öl

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die Aufgabe der Schmierung, Abdichtung und Kühlung. Das austretende Öl-Gasgemisch wird über einen Rückflußverhin-

; derer 25 der Leitung 8 in den Gas-Ölbehälter geleitet. Hier

% werden durch Umlenkungen, Geschwindigkeitsänderungen und

.^; 5 Prallwände Gas und öl voneinander getrennt. Das verdichte-

te Gas wird weiter in eine Separation mittels einer Ab

scheidepatrone 26 geführt, die einen Abscheidegrad von 0,01 /U hat. Hier werden alle ölanteile bis zum genannten

:·■ Abscheidegrad aus dem Gas entfernt und über eine Rückführ-

leitung 27 der Saugseite des Verdichters wieder zugeführt. Anschließend verläßt das Gas nahezu ölfrei über das kombinierte Mindestdruck-Rückschlagventil 28 und den Absperrschieber 29 den Verdichter.

In der Zuführungsleitung 9 für die Kühlflüssigkeit können ein Ölstopp-Magnetventil 39, ein ölfilter 4o, eine öleinsprjtzblende 41 und ein ölströmungswächter bzw. ein Einspritzdr-jckwächter vorgesehen sein. Das öl 24 kann durch einen wassergekühlten Ölkühler 43 und/oder luftgekühlten Ölkühler 44 geführt werden. Die Druckluft kann über einen wassergekühlten Nachkühler 45 oder einen luftgekühlten Nachkühler 46 geleitet werden. Mit 47 ist ein Zyklonabscheider und mit 48 ein automatischer Kondensatablaß bezeichnet. Von dem Separator 49 führt die Druckluftleitung 51 über einen oder beide Nachkühler zu der Abgabestelle an dem Absperrventil 29. Mit 50 ist ein Sicherheitsventil und mit 52 ein Sicherheitsdruckschalter bezeichnet.

Der Verdichter wird beim ersten Mal manuell eingeschaltet. Wenn sich im Gassystem nach dem kombinierten Mindestdruckrückschlagventil 28 ein Druck von etwa 95 % des am Propcrtionalregler 18 eingestellten Enddruckes aufgebaut hat,

schließt der Kontakt des Druckreglers 30, der das 3/2 Wege-Magnetventil 32 funktionsfähig macht. Steigt der Druck weiter an, so wird über das Proportional-Regelventil 18, welches eine Düse (Primärdüse) von z.B. 1 mm Durchmesser hat, eine geringe Menge Gas mit reduziertem Druck durch die Sekundärleitung 17 in den Regel;/linder 11 des verschiebbaren Steuerkolbens 14 gedrückt und gleichzeitig über die in dem 3/2 Wege-Ventil 32 eingebaute Düse (Sekundärdüse) von z.B. 0,8 mm in die Saugseite des Verdichters (bei Luft ins Freie) abgeleitet. Erst wenn die Gasmenge, die den Proportionalregler 18 passiert, so groß wird, daß die im 3/2 Wege-Ventil 32 eingebaute Sekundärdüse diese Menge nicht mehr abblasen kann, baut sich der Druck auf, der notwendig ist, um die Federspannung im Regelzylinder 11 des verschiebbaren Steuerkolbens zu überwinden. Der Regelkolben 10 beginnt sich von dem Bereich der Hüllkurve abzuheben und die zu verdichtende Gasmenge stufenlos zu regeln, indem er eine gewünschte Leckspalte zu den nächsten Läufergängen freigibt, durch die eine gewisse Gasmenge mit leichtem Überdruck entweichen kann. Je höher der Druck auf der Primärseite der Regelleitung 33 ist, desto höher ist auch der in dem Reglerzylinder 11 anstehende Druck, bis bei ca. 0 % Gasentnahme der Regelkolben 10 aus der Hüllkurve ganz abgehoben hat. In gleichem Maße wie der Regelkolben 10 sich von der Hüllkurve entfernt, wie die Flüssigkeitseinspritzleitung 9, 19, 20 geschlossen, nur ein geringer Teil z.B. öl wird noch im Leerlauf eingespritzt und von den Läufern 3- 4 transportiert.

Der Verdichter saugt in dem letztgenannten Zustand kein Gas mehr an. In der Leerlaufstellung des Steuerkolbens oder in beliebiger Stellung wird r".er Endschalter 34 ge-

schlossen. Hiermit wird das Magnetventil 35 (Entlastungsventil) geöffnet. Der im System bis zum Mindestdruck-Kückschlagventil 28 anstehende Druck wird über ein Druckhalteventil in die Saugseite (bei Druckluft ins Freie) abgeleitet, lediglich ein Druck von 1 bar (ü) wird aufrechterhalten, dieser gewährt eine reibungslose Versorgung der Verdichterstufe 21 mit z.B. Schmieröl.

Damit der Steuerkolben 14 in geöffneter Position gehalten wird, bekommt das 1/2 Wege-Ventil 32 über den Druckregler 30 nach dem Anfahren des Endschalters 34 Spannung und schließt die Sekundärdüse, öffnet jedoch gleichzeitig die Umgehungsleitung 36, um Hochdruckgas am Proportionalregler ld vorbei direkt zu dem SteuerKoiben 14 zu lassen. Somit wird der Steuerkolben 14 so lange in geöffneter Stellung gehalten, bis der Druck auf der Verbrauchsseite nach dem Mindestdruck-Rückschlagventil 28 auf etwa 90 % des am Proportionalregler 18 eingestellten Enddruckes abgefallen ist, der Druckregler J>0 öffnet, das 3/2 Wege-Ventil 32 wird spannungsxos, aie oeituiiaaruuöt; -j \ uuLlaoLcL Jen in Jem Steuerkolben 14 anstehenden Druck, der Regelkolben 10 dichtet den Verdichterraum ab und öffnet die Einspritzkanäle 19, 20, der Endschalter 34 fällt ab, das Entlastungsventil 35 schließt und der Verdichter läuft Vollast.

Um bei geringem Gasverbrauch oder Betriebsruhe unnötige Leerlaufzeit zu vermeiden, wird beim Schließen des End · schalters 34 gleichzeitig ein einstellbares Zeitrelais angesteuert. Läuft die Zeit ab, ohne daß der Druckregler 30 geöffnet hat, so wird der Antriebsmotor 6 abgeschaltet. Die Verdichteranlage springt automatisch entlastet wieder an, nachdem ein zweites Zeitrelais, das als Wiedereinschalt-

sperre arbeitet, abgelaufen ist und der Druckregler 30 abgefallen ist.

Claims (5)

1. G 76 4ο Ο64.1 '
   Günter Kirsten

   - 11 Ansprüche

   Vorrichtung zum stufenlosen Regeln der Menge des Druckgases bzw. der Druckluft und der Kühlflüssigkeit eines Sohraubenverdichters, bex dem in einem mit Saugraum und Verdichtungsraum versehenen Gehäuse ein Läuferpaar in einem Flüssigkeitsbad, z.B. ölbad, läuft, ein Ölbehälter mit Grobabscheidung und nachgeschaltetem ölseparator, ein luft- oder wassergekühlter Kühler für öl und Druckgas sowie eine Regel- und Steuereinrichtung vorgesehen sind, wobei ein Teil des im Ölbehälter befindlichen Öles während des Verdichtungsvorganges durch den Druck des Druckgases in die Verdichterstufe eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verdichtergehäuse (2) ein Regelzylinder (1o,11,14) mit einem in d~n Läuferspalt eingreifenden Regelkolben (1o) angeordnet ist, und daß mit dem Regelkolben (1o) ein Steuerkolben (14) verbunden ist
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (14) unter der Wirkung einer Federung (15) steht.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkolben (1o) und das den Regelkolben (1o) aufnehmende Gehäuse (2) mit einem Kanal (19,2o) zum Zuführen der Kühlflüssigkeit versehen sind_f und daß der Regelkolben (1o) als Steuerschieber zu dem im Gehäuse befindlichen Zuführungskanal (19,2o) vorgesehen ist.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkolben (1o) einen am Außenumfang vorstehenden Kragen (1oa) aufweist, der mit einem Absatz (12) im Gehäuse (2) zusammenwirkt, und daß bei Aufliegen des Regelkolbens (1o) auf dem Gehäuseabsatz (12) die Zuführungskanäle (19,2o) des Regelkolbens und des Gehäuses sich decken.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprürche 1 bit 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (1oa) des Regelkolbens (1o) an dem den Steuerkolben (14) aufnehmenden Zylinderdeckel (13) geführt ist.