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Die
Erfindung betrifft eine Verfahren zur Regelung des Betriebs einer ölfreien
Schraubenkompressionsvorrichtung, die einen ölfreien Schraubenkompressor,
der durch einen mit einem Umrichter versehenen Motor betrieben wird,
und eine Druckerfassungseinrichtung zur Erfassung des Drucks eines von
dem Kompressor geförderten
Betriebsgases umfaßt.
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In
der japanischen Veröffentlichung
Nr. 09-287580 ist ein ölgekühlter Schraubenkompressor der
durch einen Umrichterantriebmotor angetrieben wird. Der Umrichter
wird zur Regelung der Drehzahl des Kompressors in einem Kompressorbetriebsbereich
verwendet, in dem die Luftverbrauchsmenge in einem Bereich von ungefähr 30% bis
100% bezogen auf eine spezifizierte Förderluftmenge liegt, die als Nennleistungsförderluftmenge
dient. Wenn die Luftverbrauchsmenge 30% oder weniger der spezifizierten
Förderluftmenge
beträgt
und der Förderdruck (der
Druck an der Förderseite
des Rückschlagventils) einen
gesetzten Druck erreicht, wird die Drehzahl gehalten. Außerdem wird
ein Entlüftungsventil
geöffnet und
ein Saugdrosselventil geschlossen, um den Förderdruck zu verringern und
auf einen Nichtlastbetrieb umzuschalten.
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Bei
dem bekannten ölgekühlten Schraubenkompressor
kann die Kompressordrehzahl eingestellt werden, da der Umrichter
verwendet wird. Da jedoch ein Schmieröl oder ein Kühlöl in das
Betriebsgas gemischt wird, ist es erforderlich, das gemischte Öl nach der
Kompression zu trennen.
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Um
dieses Problem zu lösen,
könnte
man in Erwägung
ziehen, daß durch
Anwendung des bei dem ölgekühlten Schraubenkompressor
verwendeten Umrichters bei einem ölfreien Kompressor sowohl eine Reinigung
des Betriebsgases als auch ein Betrieb mit variabler Drehzahl des
Kompressors realisiert werden könnte.
Auch wenn der Umrichter einfach nur dazu verwendet werden würde, den
Förderdruck
des ölfreien
Schraubenkompressors auf einem vorgegebenen Druck zu halten, würde jedoch
das Verhältnis
der inneren Luftleckmenge zur Förderluftmenge
in einem Arbeitsbereich des Kompressors mit niedriger Drehzahl ansteigen.
Deshalb besteht die Gefahr, daß zur
stromaufwärtigen
Seite entwichene Luft wieder in einer Verdichtungskammer des Kompressors
verdichtet wird. Wenn ein solches Phänomen auftritt, steigt die
Temperatur der komprimierten Luft an, und es wird bei einer bestimmten
oder geringeren Drehzahl schwieriger, den Kompressor zu betreiben.
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Da
der Abstand zwischen dem oberen Grenzwert des Förderdruckes, bei dem der Kompressor
seine kritische Temperatur erreicht, und dem vorgegebenen Druck
gering ist, besteht bei dem mit dem vorgegebenen Druck betriebenen
Kompressor die Möglichkeit,
daß der
obere Grenzdruck überschritten
wird, wenn die Drehzahl geregelt wird.
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Die
DE 27 17 224 A1 beschreibt
ebenfalls einen ölgekühlten Schraubenkompressor.
Wenn bei Unterschreitung einer Mindestabnahmemenge des Verbrauchers
ein Druckanstieg in den Druckspeichern bis auf einen vorhergegebenen
oberen Grenzwert erfolgt, wird der Kompressor entweder abgeschaltet
oder auf Leerlaufbetrieb geschaltet bis ein unterer Grenzwert des
Druckes in den Druckspeichern erreicht wird.
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Die
DE 28 47 311 A1 beschreibt
eine Mengenregeleinrichtung für
einen ölfreien
Kompressor mit einer Saugdrosselklappe und einem Druckentlastungsventil,
durch die das Druckverhältnis
geeignet eingestellt werden kann. Durch die angewandte Fördermengenregelung
wird ein hoher Anstieg des Verdichtungsverhältnisses und der Temperatur
vermieden.
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In
der JP 06-10876 A ist ein ölgekühlter Schraubenkompressor
offenbart, bei dem die Drehzahl des Motors bei Anstieg des Luftdrucks
und einem geringen Luftverbrauch verringert wird und die Ansaugluftmenge
geregelt wird, um einen Druckanstieg zu verhindern. Die untere Drehzahl
des durch einen Umrichter angetriebenen Elektromotors wird begrenzt,
um eine Überlastung
des Umrichters zu vermeiden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung
des Betriebs einer ölfreien
Schraubenkompressionsvorrichtung mit einem ölfreien Schraubenkompressor
bereitszustellen, bei dem der Energiebedarf verhältnismäßig gering ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die Verfahren mit den Merkmalen mit den Merkmalen
der Patentansprüche
1 und 2 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsarten
des Verfahrens nach Patentanspruch 2 sind Gegenstand der Patentansprüche 3 und
4.
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Durch
die erfindungsgemäßen Verfahren wird
zum großen
Teil verhindert, daß erwärmte und komprimierte
Luft zur stromaufwärtigen
Seite des Schraubenkompressors zurückströmt und wieder verdichtet wird,
wodurch sich die Temperatur und somit der Energiebedarf erhöhen würde.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen
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1 ein
schematisches Diagramm, das den gesamten Aufbau einer Ausführungsform
einer Schraubenkompressionsvorrichtung zeigt;
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2 eine
Darstellung der Beziehung zwischen dem Förderdruck und der Motordrehzahlfrequenz
bezüglich
eines Förderluftmengenverhältnisses
ist;
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3 eine
Ansicht der Beziehung zwischen dem Förderluftmengenverhältnis und
einem Energieverbrauchsverhältnis
ist;
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4 und 5 schematische
Diagramme sind, die den Gesamtaufbau einer anderen Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Schraubenkompressionsvorrichtung
zeigen; und
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6 eine
Darstellung der Veränderungen des
Förderdrucks
und der Motordrehzahl des ölfreien Schraubenkompressors
mit Umrichterantrieb ist.
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Die
in 1 gezeigte Schraubenkompressionsvorrichtung 10 ist
mit einem ölfreien
Schraubenkompressor 12 versehen, der durch einen Umrichterantriebsmotor 48 betrieben
wird. Ein Gehäuse 14 des Kompressors 12 ist
an einem Getriebegehäuse 16 befestigt.
Das Innere des Gehäuses 14 ist
in einen Luftkanal 18, eine Kompressionskammer 20 und
eine Getriebekammer 22 unterteilt. Der Luftkanal 18 ist
mit seinem einen Ende mit einem Saugfilter 24 verbunden.
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Atmosphärenluft
wird als Betriebsgas in die Kompressionskammer 20 des Kompressors 12 über den
Saugfilter 24 und den Luftkanal 18 eingeführt. In der
Kompressionskammer 20 ist ein Paar von Schraubenrotoren,
d.h. ein weiblicher Rotor 26 und ein männlicher Rotor 28 berührungslos
drehbar untergebracht. Der weibliche Rotor 26 ist mit einem Steuerzahnrad 32 über eine
Welle 30 und der männliche
Rotor 28 mit einem Steuerzahnrad 36 über eine Welle 34 verbunden.
Die Steuerzahnräder 32 und 36 kämmen miteinander.
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Ein
Zahnrad 40 mit geringem Durchmesser ist an einem Ende einer
Welle 38 des männlichen
Rotors 28 angebracht, die auf der der Welle 34 entgegengesetzten
Seite angebracht ist. Dieses Zahnrad 40 kämmt mit
einem Zahnrad 42 mit großem Durchmesser. Das Zahnrad 42 ist
an einem mittleren Abschnitt einer Welle 44 befestigt,
und eine Riemenscheibe für
eine Anbringung eines Riemens 46 ist an einem Ende der
Welle 44 befestigt. Der Riemen 46 wird durch den
Motor 48 angetrieben. Ein Zahnrad 50 ist an der
Welle 44 an einer Seite angeordnet, die der Befestigungsseite
des Riemens 46 entgegengesetzt ist. Das Zahnrad 50 kämmt mit
dem Zahnrad 52. Eine Ölpumpe 56 ist
mit einem Ende einer Welle 54 verbunden, an der das Zahnrad 52 angebracht
ist.
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Der
Motor 48 ist ein Dreiphaseninduktionsmotor und die Drehzahl
wird durch Verwendung eines Umrichters 88 geregelt. Wenn
der Motor 48 dreht, wird eine Antriebskraft des Motors 48 auf
den männlichen
Rotor 28 über
den Riemen 46, die Welle 44, die Zahnräder 42, 40 und
die Welle 38 übertragen.
Wenn das an einem Ende des männlichen
Rotors 28 angeordnete Steuerzahnrad 36 zusammen mit
dem männlichen
Rotor 28 gedreht wird, dreht sich das für ein Kämmen mit dem Steuerzahnrad 36 an dem
männlichen
Rotor 26 angeordnete Steuerzahnrad 32, und der
weibliche Rotor 26 dreht sich deshalb synchron zu dem männlichen
Rotor 28. Da die Steuerzahnräder 32, 36 angeordnet
sind, können
der weibliche Rotor 26 und der männliche Rotor 28 ölfrei und
berührungslos
drehen.
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In
den jeweiligen Außenumfängen des
weiblichen Rotors 26 und des männlichen Rotors 28 sind Nuten
ausgebildet, und das Betriebsgas strömt in den Nuten. Wenn der weibliche
Rotor 26 und der männliche
Rotor 28 miteinander drehen, wird Luft, die in einen durch
die Nut gebildeten Betriebsgaskanal eingeführt wird, nach und nach komprimiert.
Die komprimierte Luft wird über
eine Förderöffnung 58 abgegeben.
Der Druck, der von der Förderöffnung 58 abgegebenen
komprimierten Luft beträgt
0,69 MPa und ihre Temperatur beträgt ungefähr 350°C.
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Darüberhinaus
sind alle Wellen 30, 34, 38 jeweils durch
ein Lager 60 drehbar gelagert. Zur Verhinderung eines Eintretens
von Öl
in die Kompressionskammer 20 ist eine Wellendichtung 62 um
die jeweiligen Wellen 30, 34, 38 vorgesehen.
Darüberhinaus
wird Öl
in dem Getriebegehäuse 16 den
jeweiligen Zahnrädern 32, 36, 40, 42, 50, 52 über einen Ölkühler 64 und
einen Ölfilter 66 durch
die Ölpumpe 56 zugeführt.
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Die
Förderöffnung 58 des
Kompressors 12 ist mit einer Förderluftleitung 68 verbunden.
Ein Ende der Förderluftleitung 68 ist
mit einem Lufttank (nicht gezeigt) auf einer Lastseite verbunden.
Ein Vorkühler 70 für ein erstes
Kühlen
der komprimierten Luft und ein Nachkühler 72 für ein zweites
Kühlen
der durch den Vorkühler 70 gekühlten verdichteten
Luft sind in der Mitte einer Rohrleitung der Förderluftleitung 68 vorgesehen.
Ein Rückschlagventil 74,
das eine Rückkehr
von Luft verhindert, ist in einer Leitung zwischen dem Vorkühler 70 und
dem Nachkühler 72 vorgesehen.
Die Förderluftleitung 68 zwischen
dem Vorkühler 70 und
dem Rückschlagventil 74 ist
mit einem Abzweigungsabschnitt versehen, und ein Entlüf tungssolenoidventil 78 ist
an einem Rohrleitungsende einer Zweigleitung 76 vorgesehen,
die von dem Abzweigungsabschnitt abzweigt. Das Entlüftungssolenoidventil 78 ist
mit einem Entlüftungsschalldämpfer 80 verbunden.
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Die
Förderluftleitung 68 an
der stromabwärtigen
Seite des Nachkühlers 72 ist
mit einem Drucksensor 82 für eine Erfassung eines Förderdrucks
und einem Sicherheitsventil 84 versehen. Wenn der Druck
in der Förderluftleitung 68 einen
Ausblasdruck erreicht, gibt das Sicherheitsventil 84 die
komprimierte Luft in der Förderluftleitung 68 an
die Atmoshpäre frei.
Der Ausgang des Drucksensors 82 wird an eine Regeleinrichtung 86 eingegeben.
Die Regeleinrichtung 86 vergleicht den durch den Drucksensor 82 erfaßten Förderdruck
mit einem gesetzten Druck oder einem oberen Grenzdruck und gibt
dem Vergleichsergebnis entsprechendes Steuersignal an den Umrichter 88 aus.
Wenn der durch den Drucksensor 82 erfaßte Druck den oberen Grenzdruck
erfaßt,
wird ein Befehl zum Öffnen
des Entlüftungssolenoidventils 78 ausgegeben.
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Der
Umrichter 88 ist mit einem Konverterabschnitt für eine Umwandlung
eines von einer Dreiphasenwechselstrom-Stromquelle zugeführten Dreiphasenwechselstroms
in einen Gleichstrom und einem Umrichterabschnitt versehen, um einen
Ausgang des Konverterabschnitts wieder in den Dreiphasenwechselstrom
umzuwandeln. Auf der Basis des von der Regeleinrichtung 86 abgegebenen
Steuersignals führen
jeweilige Schaltelemente der Abschnitte des Konverters und des Umrichters
einen Schaltvorgang durch. Eine Ausgangsfrequenz und eine Ausgangsspannung
werden einer Schaltsteuerung jedes Schaltelements entsprechend geregelt.
Wenn sich die Ausgangsfrequenz des Umrichters 88 ändert, wird
die Drehzahl des Motors 38 der Ausgangsfrequenzänderung
entsprechend geändert.
Deshalb regelt der Umrichter 88 zusammen mit der Regeleinrichtung 86 die
Drehzahl des Motors 48 auf der Basis eines Erfassungsausgangs
des Drucksensors 82.
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Ein
Betriebsregelverfahren des wie oben beschrieben erfindungsgemäß aufgebauten
Schraubenkompressors 12 wird anhand der 2 und 3 beschrieben.
Wenn eine von dem Kompressor 12 geförderte Luftmenge eine vorgegebene
Luftmenge annimmt, wird die Menge im allgemeinen als 100% der Förderluftmenge
angesehen. Bis zu einer Förderluftmenge,
die 35% der vorgegebenen Luftmenge beträgt, wird die Drehzahl des Motors 48 geregelt,
um die Förderluftmenge
des Kompressors 12 zu verändern. In diesem Fall wird
der Förderluftdruck so
gesetzt, daß er
konstant ist. Wenn die Förderluftmenge
des Kompressors 12 so geregelt wird, daß 35% oder weniger der vorgegebenen
Luftmenge bereitgestellt werden, wird die Drehzahl des Motors 48 auf
die Drehzahl der Förderluftmenge
von 35% der vorgegebenen Luftmenge gesetzt. Daraufhin wird das Entlüftungssolenoidventil
geöffnet.
Dies wird nachstehend näher
beschrieben.
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Ein
Lastzustand des Schraubenkompressors 12 wird durch den
Drucksensor 82 erfaßten
Druck überwacht.
Darüber
hinaus ist das Rohrleitungsende der Förderluftleitung 68 mit
einem Lufttank (nicht gezeigt) verbunden. Wenn der Kompressor 12 die
Luftmenge in einem Bereich von 35 % bis 100 % der vorgegebenen Förderluftmenge
(= Luftverbrauch) fördert, ändern die
Regeleinrichtung 86 und der Umrichter 88 auf der
Basis des durch den Drucksensor 82 erfaßten Druckes die Drehfrequenz
des Motors 48 in einem Bereich zwischen einer gesetzten
niedrigdrehzahlseitigen Frequenz f1 und einer maximalen Frequenz
fmax. Deshalb wird die Drehzahl des Motors
so gesteuert, daß der
Förderdruck
des Kompressors 12 einen gesetzten Druck P0, beispielsweise
0,69 MPa, annimmt. Da die Drehzahl des Motors auch dann geregelt
wird, wenn die durch eine Last verbrauchte Luftmenge reduziert wird,
kann durch einen Betrieb des Motors 48 verhindert werden,
daß der
Förderdruck
des Kompressors 12 höher
ist als der gesetzte Druck P0.
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Wenn
der Luftverbrauch 35 % oder weniger der vorgegebenen Förderluftmenge
annimmt, wird die Drehfrequenz des Motors 48 während einer
Regelung auf einen konstanten Druck auf der gesetzten niedrigdrehzahlseitigen
Frequenz f1 gehalten. Dies wird deshalb durchgeführt, weil durch die Verringerung
der Drehzahl beim konstantem Druck auch in einem Niedriglastbereich,
in dem der Luftverbrauch 35 % oder weniger in einem Luftverbrauchsverhältnis (Wert,
der durch Teilen des Luftverbrauchs durch eine verwendete Förderluftmenge
erhalten wird) ist, das Verhältnis
der inneren Luftleckmenge bezüglich einer
Förderluftmenge
in dem Kompressor 12 ansteigt, die innere Leckluft wieder
in der Kompressionskammer 20 komprimiert wird und die Temperatur in
dem Kompressor 12 ansteigt.
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Um
das Problem zu lösen,
wird bei der vorliegenden Ausführungsform,
wie es in 2 gezeigt ist, der Motor mit
einer gesetzten niedrigdrehzahlseitigen Frequenz f1 betrieben und
das Entlüftungssolenoidventil 78 aus
einem geschlossenen Ventilzustand in einen geöffneten Ventilzustand verändert, wenn
der Förderdruck
einen oberen Grenzdruck P1 (0,71 MPa) erreicht. Wenn das Entlüftungssolenoidventil 78 geöffnet wird,
wird der Förderdruck
reduziert, weshalb sich die Temperatur in der Kompressionskammer 20 verringert.
Dieser Zustand wird als Nichtlastbetrieb bezeichnet. Wenn der Nichtlastbetrieb
weiter behalten wird und der Luftverbrauch zu einem Luftverbrauchsverhältnis von
35 % führt,
wird die Drehfrequenz des Motors 48 auf eine Frequenz geändert, die
höher ist
als die gesetzte niedrigdrehzahlseitige Frequenz f1.
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Da
bei der vorliegenden Ausführungsform der
Nichtlastbetrieb wie durch die Kennlinie B von 3 gezeigt
durchgeführt
wird, kann der Energieverbrauch reduziert werden. Die Kennlinie
A von 3 zeigt zusätzlich
eine Energieverbrauchskennlinie eines ölfreien Schraubenkompressors,
dessen Drehzahl nicht geregelt wird. Wie es in 3 zu
erkennen ist, kann durch das System der vorliegenden Ausführungsform
das Energieverbrauchsverhältnis um
15 % oder mehr im Vergleich zu einem bekannten System verringert
werden.
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Wenn
der Betrieb durch Öffnung
des Entlüftungssolenoidventils 78 in
den Nichtlastbetrieb geschaltet wird, kann die Drehfrequenz des
Motors 48 weiterhin von der niedrigdrehzahlseitigen gesetzten Frequenz
f1 auf eine untere Grenzfrequenz f0 verringert werden. Dies wird
Nichtlastbetrieb durch zweistufige Drehzahlreduzierungsregelung
genannt. Wenn die zweistufige Drehzahlreduzierungsregelung verwendet
wird, wird eine Kennlinie C erhalten, wie es in 3 gezeigt
ist, und der Energieverbrauch während
des Nichtlastbetriebs kann verglichen mit der Kennlinie B weiter
verringert werden.
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Wenn
der Nichtlastbetrieb mittels der zweistufigen Drehzahlreduzierungsregelung
bei einem Luftverbrauchsverhältnis
von 0 durchgeführt
wird, beträgt
der Energieverbrauch ungefähr
1/4 im Vergleich mit dem bekannten System, das durch die Kennlinie
A gezeigt ist, und der Energieverbrauch beträgt ungefähr die Hälfte, verglichen mit dem Nichtlastbetrieb
durch die einstufige Drehzahlreduzierungsregelung, die durch die
Kennlinie B gezeigt ist.
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Wie
es obenstehend beschrieben wurde, kann bei der vorliegenden Ausführungsform
ein Anstieg der Temperatur in der Kompressionskammer 20 verhindert
werden, wenn der Motor 48 mit der niedrigdrehzahlseitigen
gesetzten Frequenz f1 betrieben wird und der Förderdruck den oberen Grenzdruck
P1 überschreitet,
da das Entlüftungssolenoidventil 78 geöffnet wird,
um den Nichtlastbetrieb durchzuführen.
Darüber
hinaus kann der Energieverbrauch reduziert werden. Außerdem kann
durch die zweistufige Drehzahlreduzierungsregelung, bei der die
Drehfrequenz des Motors 48 von der niedrigdrehzahlseitigen
gesetzten Frequenz f1 auf die untere Grenzfrequenz f0 verringert
wird, der Energieverbrauch während
des Nichtlastbetriebes weiter verringert werden. Darüber hinaus
kann durch Drehzahlreduzierung des Kompressors in dem Niedriglastbereich
eine Ansaugluftmenge verringert werden, und die zweistufige Drehzahlreduzierungsregelung
kann durchgeführt werden,
ohne ein Saugdrosselventil an der Einlaßseite des Schraubenkompressors 12 vorzusehen.
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Eine
andere Ausführungsform
der Erfindung ist in 4 gezeigt. Die Ausführungsform
unterscheidet sich von der Ausführungsform von 1 dadurch,
daß das
Saugdrosselventil vorgesehen ist und daß das Entlüftungsventil auf der Seite
des Saugdrosselventils vorgesehen ist. Ein einteilig mit dem Gehäuse 14 des
Kompressors 12 ausgebildetes Gehäuse 90 ist mit dem
Saugfilter 24 verbunden, und ein Saugdrosselventil 92 und
ein Entlüftungsventil 94 sind
in dem Gehäuse 90 angeordnet.
Darüber
hinaus ist das Saugdrosselventil 92 mit dem Entlüftungsventil 94 über eine
Verbindungswelle 96 verbunden. Daher können das Saugdrosselventil 92 und
das Entlüftungsventil 94 auf
kooperative Weise geöffnet/geschlossen
werden. Darüber
hinaus sind Dreiweg-Solenoidventile (d.h. Solneoidventile mit drei
Anschlüssen) 96, 98, 100 vorgesehen,
und die komprimierte Luft wird von der Förderluftleitung 68 auf
der stromabwärtigen
Seite des Nachkühlers 72 über einen
Filter 102 abgezogen. Die komprimierte Luft wird der stromabwärtigen Seite
des Saugdrosselventils 92 in dem Gehäuse 90, einem Abschnitt
zwischen dem Saugdrosselventil 92 und dem Entlüftungsventil 94 und
einer stromaufwärtigen
Seite des Entlüftungsventils 94 über die
Dreiweg-Solenoidventile 96, 98, 100 zugeführt und
wird als Antriebsquelle der jeweiligen Ventile 92, 94 verwendet.
Das Öffnen/Schließen der
Dreiweg-Solenoidventile 96, 98, 100 wird
auch durch die Regeleinrichtung 86 geregelt. Das Entlüftungsventil 94 ist
mit der Leitung 76 verbunden. Da die durch das Entlüftungsventil 94 strömende komprimierte
Luft an die Atmosphäre
freigegeben wird, ist das Gehäuse 90 mit
einem Entlüftungsschalldämpfer 104 versehen.
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Wenn
bei der vorliegenden Ausführungsform der
Luftverbrauch in einem Bereich von 35 % bis 100 % der vorgegebenen
Förderluftmenge
beträgt,
wird das Saugdrosselventil 92 geöffnet, und das Rohrleitungsende
der Leitung 76 durch das Entlüftungsventil 94 geschlossen. 4 zeigt,
daß das
Saugdrosselventil 92 geschlossen ist und das Entlüftungsventil 94 geöffnet ist.
Um den Förderdruck
auf dem gesetzten Druck P0 zu halten, wird der Motor für einen
Antrieb des Kompressors 12 einer Drehzahlregelung unterworfen.
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Wenn
der Luftverbrauch 35 % oder weniger der vorgegebenen Luftmenge beträgt, wird
die Drehfrequenz des Motors 48 auf der gesetzten niedrigdrehzahlseitigen
Frequenz f1 gehalten. Wenn der Förderdruck
in diesem Zustand den oberen Grenzwert P1 erreicht, wird das Saugdrosselventil 92 geschlossen.
Zusätzlich
wird das Entlüftungsventil 94 geöffnet, um
den Förderdruck
zu reduzieren. Danach wird die Drehfrequenz des Motors 48 auf
die untere Grenzfrequenz f0 verringert. Da bei der vorliegenden Ausführungsform
das Umschalten in den Nichtlastbetrieb in dem Niedriglastbereich
durchgeführt
wird, kann die Temperatur in der Kompressionskammer 20 verringert
werden. Außerdem
kann der Energieverbrauch während
des Nichtlastbetriebes verringert werden.
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Eine
weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 5 gezeigt.
Die vorliegende Ausführungsform
unterscheidet sich von der Ausführungsform
von 1 dadurch, daß ein
zweites Entlüftungs-Solenoidventil 106 parallel
zu dem ersten Entlüftungs-Solenoidventil 78 vorgesehen
ist. Das zweite Entlüftungs-Solenoidventil 106 ist
im mittleren Bereich einer Rohrleitung einer Leitung 108 vorgesehen,
deren Rohrleitungsdurchmesser geringer ist als der der Leitung 78.
Die Regeleinrichtung 86 regelt den Öffnungs-/Schließbetrieb
des zweiten Entlüftungs-Solenoidventils 106.
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Das
zweite Entlüftungs-Solenoidventil 106 gibt
unabhängig
von dem Betriebszustand und der Motordrehfrequenz Luft bei einem
Druck frei, der geringer ist als der Abblasdruck des Sicherheitsventils 84.
Wenn der Entlüftungsdruck
des Entlüftungsventils 106 P3
beträgt,
wird der Entlüftungsdruck
P3 so gesetzt, daß er
dem in 2 gezeigten oberen Grenzdruck P1 entspricht oder
höher ist,
oder geringer ist als ein Abblasdruck P4 des Sicherheitsventils 84.
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Das
zweite Entlüftungsventil 106 entlüftet, bevor
der Förderdruck
in der Förderluftleitung 68 ansteigt
und das Sicherheitsventil 84 betätigt wird. Deshalb wird das
Entlüftungsventil 106 auch
dann geöffnet,
wenn der Druck in einem vollkommen geschlossenen Zustand des Ventils
einer förderseitigen
Vorrichtung (Last) während
des Starts schnell ansteigt, und deswegen kann der Förderdruck
in der Förderluftleitung 68 auf
der stromabwärtigen
Seite des Nachkühlers 72 einen
Druck P3 nicht überschreiten. Darüber hinaus
kann die Temperatur in der Kompressionskammer 20 auf einen
kritischen Punkt oder geringer gesetzt werden. Außerdem kann
eine Förderdruckfluktuation
verringert werden.
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Auch
bei der vorliegenden Ausführungsform kann
die Temperatur in der Kompressionskammer verringert werden, da das
Umschalten in den Nichtlastbetrieb durch Öffnen des Solenoidventils 78 in dem
Niedriglastbereich auf ähnliche
Weise wie bei der Ausführungsform
von 1 durchgeführt
wird. Außerdem
kann der Energieverbrauch während
des Nichtlastbetriebes verringert werden.
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Als
nächstes
wird ein Regelungsverfahren des Kompressors mit Bezugnahme auf 6 beschrieben,
nachdem die Drehzahl des Motors 48 auf die niedrigdrehzahlseitige
gesetzte Frequenz f1 gesetzt worden ist. Wenn der Luftverbrauch
35 % oder weniger der vorgegebenen Förderluftmenge beträgt, wird
die Betriebsfrequenz des Motors 48 auf die niedrigdrehzahlseitige
gesetzte Frequenz f1 verringert und diese Betriebsfrequenz gehalten.
Da sich der Luftverbrauch verringert, erhöht sich der durch einen Drucksensorabschnitt
erfaßte
Förderdruck
von dem gesetzten Druck P0 aus.
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Wenn
der Förderdruck
auf den oberen Grenzdruck P1 (z.B. 0,71 MPa) von dem gesetzten Druck
(z.B. 0,69 MPa) ansteigt, wird der Förderdruck durch Öffnung des
Entlüftungs-Solenoidventils 78 um
0,1 MPa reduziert, das zwischen dem Kompressorhauptkörper und
dem Rückschlagventil
angeordnet ist. Zusätzlich
wird die Drehzahlfrequenz von der niedrigdrehzahlseitigen gesetzten
Frequenz f1 (z.B. 30 Hz) auf die untere Grenzfrequenz f0 (z.B. 20
Hz) verringert und der Nichtlastbetrieb durchgeführt. In dem Nichtlastbetrieb
wird die Betriebsfrequenz des Motors auf einer unteren Grenzfrequenz
f0 gehalten. Wenn der Förderdruck
auf den gesetzten Druck P0 abfällt,
wird die Drehfrequenz unter Beibehaltung des Nichtlastbetriebs auf
die niedrigdrehzahlseitige gesetzte Frequenz f1 erhöht.
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Bei
der niedrigdrehzahlseitigen gesetzten Frequenz f1 wird das Entlüftungs-Solenoidventil 78 geschlossen
und der Förderdruck
auf dem gesetzten Druck P0 gehalten. In diesem Fall wird die Zeit ΔT, wenn die
Drehfrequenz von der unteren Grenzfrequenz f0 auf die niedrigdrehzahlseitige
gesetzte Frequenz f1 ansteigt, als Zeitverzögerung erzeugt. Daher nimmt
der Förderdruck
einen Druck zwischen dem oberen Grenzdruck P1 und einem Druck (P0 – ΔP) an, der
durch Verringerung des gesetzten Drucks P0 um eine geringe Menge
erreicht wird. Die Kennlinie des Motors 48 zu dieser Zeit
ist durch die Kennlinie D (durchgehende Linie) gezeigt. Der Förderdruck
des Kompressorkörpers
ist durch eine Kennlinie G (gestrichelte Linie) gezeigt, und der durch
den Drucksensorabschnitt erfaßte
Druck ist durch eine Kennlinie F (durchgehende Linie) gezeigt.
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Um
eine Druckfluktuation -ΔP
zu verringern, die auf die Zeitverzögerung zurückzuführen ist, wie es durch die
Kennlinie E in 6 gezeigt ist, kann die Betriebsfrequenz
des Motors geregelt werden. Wenn der Förderdruck den oberen Grenzdruck
P1 erreicht, wird die Drehfrequenz von der niedrigdrehzahlseitigen
gesetzten Frequenz f1 auf die gesetzte minimale Frequenz f0 reduziert.
Danach wird die Drehfrequenz unter Beibehaltung des Nichtlastzustands
erhöht, wenn
der Förderdruck
von dem oberen Grenzdruck P1 auf den gesetzten Druck P0 abfällt. In
diesem Fall wird die Drehfrequenz so geregelt, daß sie die
niedrigdrehzahlseitige gesetzte Frequenz f1 annimmt, wenn der Förderdruck
den gesetzten Druck P0 erreicht. Wenn die Drehzahl des Motors auf
diese Weise geregelt wird, kann die Zeitverzögerung ΔT beseitigt werden, die erzeugt
wird, wenn die Drehfrequenz des Motors auf die niedrigdrehzahlseitige
gesetzte Frequenz f1 von der gesetzten minimalen Frequenz f0 ansteigt.
Durch Abwesenheit eines Druckabfalls ΔP kann der Förderdruck auch bei Umschalten
des Nichtlastbetriebes in die Drehzahlregelung leicht so gesteuert
werden, daß er
den gesetzten Druck P0 annimmt.
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Eine Ölversorgung
während
einer geringen Drehung des ölfreien
Schraubenkompressors 12 wird nachstehend beschrieben. Wie
es in 1 gezeigt ist, wird bei dem ölfreien Schraubenkompressor 12 die
Leistung des Motors 48 zum Betrieb der Ölpumpe 56 verwendet.
Schmieröl
wird von der Ölpumpe 56 den
Steuerzahnrädern 32, 36 und
dem Lager 60 zugeführt.
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Außerdem ist
die Wellendichtung 62 vorgesehen, um zu verhindern, daß das dem
Lager 60 zugeführtes
Schmieröl
in die Kompressionskammer 20 eintritt. Eine schraubenähnliche
Nut ist auf der Innenseite der Wellendichtung 62 eingearbeitet.
Wenn sich die Rotoren 26, 28 drehen, wird Druck
in der Wellendichtung 62 erzeugt und das Schmieröl zurückgedrückt. Bei
der vorliegenden, wie oben beschrieben gebauten Ausführungsform
verringert sich bei Verringerung der Drehzahl des Motors 48 auch
die Drehzahl des Kompressors 12 und außerdem der in der Wellendichtung 62 erzeugte
Druck oder eine Kraft zum Zurückdrücken des Öls.
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Wenn
der Motor 48 mit geringer Drehzahl dreht und das Schmieröl mit dem
gleichen Druck wie während
des Lastbetriebes den Schmierstellen, wie z.B. dem Lager 60,
zugeführt
wird, ist die Kraft zum Zurückdrücken des
Schmieröls
durch die Schaftdichtung 62 verringert, und deswegen besteht
die Möglichkeit,
daß Schmieröl in die
Kompressionskammer 20 eintritt. Bei der vorliegenden Erfindung
dreht sich jedoch die Ölpumpe 56 in
Kooperation mit dem Motor 48. Deshalb befindet sich die Ölpumpe 56 in
einem Niedrigdrehzahlbetriebszustand, wenn der Motor 48 mit
einer geringen Drehzahl betrieben wird, und der Ölzufuhrdruck und die Ölzufuhrmenge
zu dem Lager 60 und dergleichen kann reduziert werden.
Deshalb kann auch während
einer Niedrigdrehzahldrehung ein Eintreten des Öls in die Kompressionskammer 20 verhindert
werden.
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Bei
den vorstehend erwähnten
jeweiligen Auführungsformen
ist die niedrigdrehzahlseitige Frequenz auf einen Wert bei einem
Luftverbrauchsverhältnis
von 35% gesetzt, die Frequenz ist jedoch nicht hierauf begrenzt
und kann unter Berücksichtigung
der unteren Grenzfrequenz bestimmt werden. Außerdem wird als Betriebsgas
Luft verwendet, es ist jedoch unnötig zu sagen, daß ähnliche
Effekte auch mit anderen Gasen als Luft erhalten werden können.
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Wie
obenstehend beschrieben wurde, kann der Energieverbrauch eines Nichtlastbetriebes
erfindungsgemäß durch
Regelung der Drehzahl des Motors zur Bereitstellung der niedrigdrehzahlseitigen gesetzten
Frequenz, durch Halten der Frequenz auf der niedrigdrehzahlseitigen
gesetzten Frequenz und durch Entlüftung bei einem Luftverbrauchsverhältnis von
35 % oder weniger und durch darauffolgendes Betreiben des Motors
mit einer niedrigen Grenzfrequenz reduziert werden.