DE2816142A1 - Leistungsvariabler mehrfach-kaelteverdichter fuer kaelteanlagen - Google Patents
Leistungsvariabler mehrfach-kaelteverdichter fuer kaelteanlagenInfo
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Description
Dipl. ing. B. HOLZES
fhii.iffj:ne -wblseb - strasse 14
8900 AUGSBUKG
TELEFON 510475
TELEX 533202 pofol d
-H-
W.931»
Augsburg, den 4. April 1978
Westinghouse Electric Corporation,
Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Pennsylvania 15222, V.St.A.
Leistungsvariabler Mehrfach-Kälteverdichter für
Kälteanlagen
Die Erfindung betrifft einen leistungsvariablen Mehrfach-Kälteverdichter
für Kälteanlagen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Aus der US-PS 3 785 I69 und der US-PS 3 775 995 sind
Mehrfach-Kälteverdichter bekannt, die zwei jeweils ein gasdichtes Gehäuse aufweisende Einzelverdichter umfassen,
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von denen einer im Teillastbetrieb betreibbar ist, derart, daß vier abgestufte Leistungswerte zur Verfugung stehen.
Die beiden Einzelverdichter sind so angeordnet, daß der gesamte angesaugte Dampf zuerst in den auch im Teillastbetrieb
betreibbaren Verdichter eintritt und ein Teil dieses Dampfes durch das Gehäuse dieses ersten Verdichters hindurch
zum Gehäuse des zweiten, keinen Teillastbetrieb gestattenden Verdichters geleitet wird. Diese bekannte Anordnung hat
sich an sich bewährt und ist die bisher einzige bekannte Tandemanordnung von zwei Verdichtern, von denen einer mit
Teillast betreibbar ist, so daß ein Betrieb mit vier abgestuften Leistungswerten möglich ist3 ohne daß der Betriebsbereich
hinsichtlich der Kältemittelsattdampftemperaturen übermäßig eingeschränkt wird.
Bei Kolbenkälteverdichtern tritt beim Betrieb mit weniger als voller Leistung das Problem der begrenzten
Sattdampftemperatur auf, da sich derartige Verdichter im Teillastbetrieb stärker erwärmen als im Vollastbetrieb9
was seine Ursache in der Rezirkulation warmen Dampfes
innerhalb des teilvfeise entlasteten Verdichters hat. Eine Tandemverdichteranordnung, bei welcher ein Verdichter auf
einen Betrieb mit halber Leistung entlastet werden kann, xtfährend der andere Verdichter nur mit Vollast betrieben oder
stillgesetzt werden kann, gestattet einen wahlweisen Betrieb
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mit vier Leistungswerten, die 100 %, 75 %, 50 % und 25 %
der Volleistung der Tandemverdichteranordnung entsprechen. Beim Betrieb mit 75 % der Volleistung tritt
das genannte Problem am stärksten hervor, da in diesem Fall eine verhältnismäßig hohe Kälteanlagenbelastung mit
nohen Kondensatorternperaturen und hohen Kondensatorcirücken
vorhanden ist. Bei Betrieb mit 25 % der Vollleistung tritt dieses Problem trotz des Betriebs des
ersten Verdcnters mit naiber Last infolge der niedrigeren
Anlagenbelastung und der niedrigeren Kondensatortemperaturen
und -drücke weniger stark auf.
Bei den bekannten, in den oben erwähnten US-Patentschriften
bescnriebenen Reinen- bzw. Taridemverdichteranordnungen
ist der zweite Verdichter bei Betrieb der Verdicnteranoranung mit 75 ;■» der Vollast gezwungen, den
zu verdichtenden Dampf durch das Gehäuse des teilweise entlasteten ersten Verdichters hindurch anzusaugen9 so
daß die im ersten Verdichter durch den Dampfnebensehiuß
entstenende Wärme in gewissem Maße durch den in den voll belasteten zweiten Verdichter eintretenden Gasstrom
abgeführt wird. Außerdem bestimmt in diesem Fall aer zweite Verdichter den Sättigungsgrenszustand des
geförderten Dampfes bei dem jeweils gegebenen Sättigungsaustand des angesaugten Dampfes, da der von ihm angesaugte
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Dampf durch den entlasteten Verdichter zusätzlich überhitzt wird.
Aus den obigen Ausführungen geht hervor, warum Mehrfach-Verdichter der in den oben genannten US-Patentschriften
beschriebenen bekannten Art bei den verschiedenen Leistungseinstellungen befriedigend arbeiten.
Obwohl diese bekannte Anordnungen hinsichtlich ihrer Arbeitsweise zufriedenstellend sind, sind sie in
konstruktiver Hinsicht nicht voll befriedigend, da sie jeweils zwei Verdichter unterschiedlicher Konstruktion
benötigen. Insbesondere ist für den ersten Verdichter keine Standardverdichterausführung der auch als Einfachverdichter
einsetzbaren Bauart verwendbar. Die Verdichternersteller müssen deshalb für den Einsatz in Einfach-Verdichteranlagen
und für Mehrfach-Verdichteranlagen verschiedene Verdichter unterschiedlicher Bauart herstellen
und auf Lager halten. Insbesondere müssen Verdichter der gleichen Größe typischerweise sowohl in einer Ausführung
ohne Entlastung als auch in einer Ausführung mit Entlastung gebaut werden, da der Abnehmer eines Einfachverdichters
einer gegebenen Größe je nach den Belastungsverhältnissen der betreffenden Kälteanlage die eine oder
die andere Ausführung benötigt. Bei den genannten bekannten Anordnungen ist der erste Verdichter ein Verdichter be-
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sonderer Bauart und daher nur als Vorverdichter verwendbar, da er einen größeren Ansaugstutzen und einen größeren
Druckstutzen an der gegenüberliegenden Gehäuseseite aufweist. Wenn der betreffende Abnehmer den Vorverdichter
einer derartigen bekannten Anordnung austauschen will, muß der neue Verdichter genau der gleichen Bauart angenören
und kann kein gleich großer Verdichter einer Standardausführung mit Entlastung einer für Einfachverdichter vorgesehenen
Art sein. Wenn umgekehrt der Abnehmer einen Verdichter mit Entlastung einer gegebenen Größe für ein
Einfach-Verdichtersystem kaufen will, kann er keinen Verdichter mit größerem Saugstutzen und größerem Auslaßstutzen
verwenden, wie er für die Verwendung als Vorverdichter eines Mehrfach-Verdichtersystems gebaut wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mehrfach-Kälteverdichter der eingangs genannten Art derart
zu verbessern, daß er die betriebsmäßigen Vorteile einer Tandemverdichteranordnung besitzt, daß jedoch für den ersten
Verdichter eine Standardbauart mit Entlastung Anwendung finden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebene
Anordnung gelöst.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen
mehr im einzelnen beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische, teilweise auf
gebrochene Draufsicnt auf eine Mehrfach-KälteVerdichteranordnung
nach der Erfindung, und
Fig. 2 eine Seitenansicht der in Fig, I
gezeigten Anordnung.
Die Zeichnungen zeigen eine Mehrfach-Kälteverdichteranordnung mit einem ersten Verdichter 10 und einen
zweiten Verdichter 12, die jeweils ein gasdichtes Gehäuse und beispielsweise vier bis sechs Zylinder aufweisen, die
mit Ausnahme eines in Fig. 2 bei 14 schematisch angedeuteten Zylinders 14 nicht dargestellt sind. Der Saugstutzen 16 des
ersten Verdichters 10 weist die gleiche Größe wie bei einem Standardverdichter auf, wie er typischerweise bei Einfach-Verdichtersystemen
Anwendung findet. Der Saugstutzen 18 des zweiten Verdichters 12 hat die gleiche Größe und befindet
sich an der gleichen Stelle des oberen Gehäuseteils wie der Saugstutzen 16 des ersten Verdichters. Die Ölausgleichleitungsanschlüsse
20 und 22 der beiden Verdichter
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sind ebenfalls gleicn groß und jeweils an der gleichen Stelle im unteren Teil des jeweiligen Verdichtergehäuses
in einer Hone im Bereich des normalen Ölspiegels angeordnet,
der sich einstellt, wenn beide Verdichter laufen. Außerdem weist jeder der beiden Verdichter am oberen Gehäuseteil einen
Dampfaustauschleitungsanschluß 24 bzw. 26 auf, wobei diese beiden Anschlüsse wiederum gleicn groß sind und jeweils
an der gleichen otelle des Gehäuses liegen. Diese Dampf aus tauschleitungsanschlusse
sind durch eine Dampfaustausehleitung
26 miteinander verbunden, und die ölausgleichleitungsanscnlüsse
sind durch eine ein Filter 32 enthaltende Ölausgleichleitung 30 miteinander verbunden.
Weiterhin ist jeder der beiden Verdienter mit zwei Aus laßstutzen 34 bzwr. 36 versehen» Da der erste Verdienter
10 einer Bauart mit Teilentlastung angehört, ist ein Entlastungsmechanismus vorgesehen, der einer an sich
bekannten Bauart angehören kann. Bei der schematisch dargestellten Ausführungsform sind die entlastbaren Zylinder
des ersten Verdichters 10 mit, mit Federausgleich versehenen Zylinderentlastungskolben ausgestattet, die durch den
Aus laßgas dur eic betätigt werden und zum lastfreien Anfahren
und zur Leistungsverringerung dienen. Dieser in Fig. 2 schematisch dargestellte Entlastungsmechanismus 38 ist
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über eine Leitung 40 mit einem elektromagnetbetätigten Dreiwegeventil 42 an der Gehäuseoberseite des Verdichters
10 verbunden. Das Ventil 42 ist außerdem über eine Leitung 44 mit dem Auslaßstutzen der nicht entlastbaren
Zylinder verbunden, die den zur Betätigung des Entlastungsmechanismus 38 benötigten hohen Dampfdruck
erzeugen. Außerdem ist an das Ventil 42 eine Leitung 46 angeschlossen, die zur Anzapfung der Saugseite des Verdichters
10 in dessen entlastetem Zustand dient.
Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, ist der eine Standardgröße aufweisende Saugstutzen 16 des ersten Verdichters
10 mittels eines Übergangsstückes 48 mit der einen beträchtlich größeren Durchmesser aufweisenden
Kaltemitteldampfruckleitung 50 der Kälteanlage verbunden.
Der Saugstutzen 18 des zweiten Verdichters 12 ist über eine Saugleitung 52, die etwa den gleichen Durchmesser
wie der Saugstutzen 16 des ersten Verdichters hat, an einer stromauf des Übergangsstückes 48 liegenden Stelle
mit der Kaltemitteldampfruckleitung verbunden. Die Leitungsverbindung 54 zwischen der Saugleitung 52 und der
Kaltemitteldampfruckleitung 50 ist in üblicher Weise so
ausgebildet, daß mehr als 50 % des in dem zurückgeleiteten
Kältemittels enthaltenen Öls in den ersten Verdichter 10 gelangt.
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Der erste Verdichter 10 kann mit Vollast oder mit nalber Last betrieben werden, während der zweite Verdichter
12 entweder mit Vollast arbeitet oder stillsteht. Dadurch erhält man vier gleichmäßig abgestufte Leistungswerte von 100 % bis 25 % der möglichen Volleistung der Verdichteranordnung.
Bei einer Leistungseinstellung von 75 % der möglichen Gesamtvolleistung, wenn der erste Verdichter
teilentlastet und der zweite Verdichter voll belastet ist, neigt der erste Verdichter dazu, wie schon oben erwähnt, sich
stärker zu erwärmen als im Vollastbetrieb. Da der saugseitige Druck im zweiten Verdichter, wenn beide Verdichter
laufen, wegen des Druckgefälles in der Saugleitung 52 und der Dampfaustauschleitung 28 stets kleiner als der saugseitige
Druck im ersten Verdichter ist, erhält man eine zusätzliche Kühlung des ersten Verdichters 10 durch den
Dampf, welcher durch dessen Verdichtergehäuse und die Dampfaustauschleitung 28 zum zweiten Verdichter strömt. Bei
dieser Anordnung ist die Sattdampftemperatur also nicht in dem Maße beschränkt, wie es bei einer rein parallelen
Verdichteranordnung ohne Dampfaustauschleitung der Fall
wäre.
Arbeitet der erste Verdichter allein, was bei der Leistungseinstellung von 50 % und 25 % der Fall ist, gelangt
zusätzlicher Dampf durch einen die Saugleitung 52 und
sodann sowohl die Dampfaustauschleitung 28 als auch die Öl-
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ausgleichleitung 30 umfassenden Strömungsweg in den
ersten Verdichter. Zur Vermeidung einer wesentlichen Strömung des kühlen anzusaugenden Dampfes in der ilähe des
Ölsumpfes des zweiten Verdichters und folglich zur Steigerung der Wirksamkeit des in diesem üblicherweise
vornandenen, nicht dargestellten ö!sumpfwärmers ist die
Ölausgleichleitung 30 beträchtlich kleiner als die Dampfaustauschleitung
26. Bei der in diesem Fall, d.h. wenn nur der erste Verdichter sich in Betrieb befindet, vorhandenen
Strömungsrichtung führt jedoch die Druckdifferenz zwischen den beiden Gehäusen zu einem Abfluß
überschüssigen Öls (d.h. von oberhalb der ölausgleichleitung
stehenden Öls) aus dem ölsumpf des zweiten Verdichters 12 in den ölsumpf des ersten Verdichters 10,
Dadurch wird bei diesen Leistungseinstellungen eine größere Ölzufuhr als normal zum ersten Verdichter sichergestellt,
wenn verstärkt die Möglichkeit besteht, daß öl in einer Kälteanlage mit ungeeigneter Rohrleitungsführung
zurückgehalten wird. Da die Ölausgleichleitung verhältnismäßig klein ist, führt dies auch zu einer
kleinerer ölzirkulation zwischen den beiden Verdichtern bei den Leistungseinstellungen von 100 % und von 75 %·
Das Filter 32 in der ölausgleichleitung 30 verhindert
eine gegenseitige ölsumpfverunreinigung der beiden
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Verdichter unabhängig von der jeweiligen Ölströmungsrichtung, so daß, wenn das öl in einem Verdichter infolge
von Zersetzung oder eines Lagerschadens verunreinigt wird, die Verunreinigungen daran gehindert
werden, in den anderen Verdichter hineinzugelangen.
Der Hauptvorteil der beschriebenen Anordnung gegenüber der herkömmlichen Tandem- bzw. Reinenanordnung
der Verdichter liegt darin, daß die bei der verliegenden Mehrfach-Verdichteranordnung verwendeten Verdichter alle
der gleichen ütandardbauart angehören können, wie sie auch bei Einfach-Verdichtersystemen einsetzbar sind. In
diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß die Dampfaustauschleiturigsöffnungeri
24 und 26 die bei solchen Jtandardverdichtern üblicherweise vorhandenen Fertigungsrohrdur
ch führungen sein können, die zum Einführen von Teilen und zu anderen Arbeitsgängen benützt werden. Bei den
Standardverdichtern bilden diese Fertigungsrohrdur criführungen einen Stutzen, der durch Zuquetscnen und hartverlöten
verschlossen worden ist. Wenn diese Fertigungsöffnung als Dampfaustauschleitungsanschluß verwendet werden
soll, wird der sugequeschte Teil einfach abgetrennt und die Dampfaustauschleitung 2 8 an dem verbleibenden Stutzen
angelötet.
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Claims (5)
- PATENTANWALT j Λ ft 1 O 1Dipl. ing. K. HOL SEE 2 0 1 0 IFHII1IFFINIi-WBIiSBB-SXBASSEi8900 AUGSBUKG516475 533a02 paial dPatentansprücheLeistungsvariable Mehrfach-Kälteverdiehteranordnung für Kälteanlagen, mit zwei jeweils ein gasdichtes Gehäuse aufweisenden Verdientern, von denen der erste bei in Betrieb befindlicher Anlage ständig läuft und Entlastungsmittel zum Betrieb dieses ersten Verdichters mit halber Last aufweist und von denen der zweite Verdichter nur mit Vollast betreibbar oder abschaltbar ist, und wobei jeder Verdichter am oberen Teil seines Gehäuses einen Saugstutzen aufweist, der mit der Kältemitteldampfrückleitung der Kälteanlage verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugstutzen (16, 18) beider Verdichter (10, 12) gleich groß und jeweils an der gleichen Stelle des betreffenden Verdichtergehäuses angeordnet sowie jeweils durch eine gesonderte Saugleitung (48, 52) unmittelbar mit der Kältemitteldampfrückleitung verbunden sind, daß weiter beide Verdichter durch eine Dampfaustauschleitung (28) miteinander verbunden sind und die Dampfaustauschleitungsanschlüsse (24, 26) beider Verdichter gleich groß und jeweils an der gleichen Stelle am oberen Teil des jeweiligen Verdichtergehäuses angeordnet sind, und daß die Anordnung so getroffen ist, daß durch die Dampfaustauschleitung Dampf von der Saugseite des ersten Verdichters (10) zur809844/0739Saugseite des zweiten Verdichters (12) überströmen kann, wenn der erste Verdichter bei in Betrieb befindlichem zweiten Verdichter mit halber Last läuft.
- 2. Mehrfacn-Kälteverdicnteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kältemitteldampfrückleitung (50) einen größeren Durchmesser als die Saugstutzen (16, 13) der beiden Verdichter hat.
- 3. Menrfacn-iiälteverdichteranordnung nach Ansprucn oder 2, dadurch gekennzeicnnet, daß zwischen den beiden Verdichtern eine ülausgleichleitung (30) verläuft und dai? die im höhenbereica des normalen Betriebs-ülpegels jeweils am unteren !'eil des jeweiligen Verdichtergehäuses angeordneten ülausgleichleitungsansenlüsse (20, 22) bei beiden Verdichtern gleich groß und jeweils an der gleicnen Genäusestelle angeordnet sind.
- H. Mehrfach-Kälteverdichteranordnung nach Anspruch 3, dadurcn geKennzeicnnet, daß die ülausgleicnleitung (30) ein Filter (32) enthält.
- 5. Menrfach-KälteVerdichteranordnung nach Anspruch oder 4, dadurcn gekennzeichnet, daß die Ölausgleichleitung (30) einen wesentlich größeren Dampfströmungswider-809844/0739- 3 -stand als die Dampfaustauschleitung (28) aufweist.6, Mehrfach-Kälteverdichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dem zweiten Verdichter (12) zugeordnete Saugleitung (52) derart mit der Kältemitteldampfrückleitung (50) verbunden ist, daß mehr als die Hälfte des durch diese Kältemitteldampfrückleitung zusammen mit dem Kältemittel zurückgeführten Öls in den ersten Verdichter (10) gelangt.809844/0739
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