DE3123736A1 - Vorrichtung zum steuern der kapazitaet von schraubenkomrpessoren, insbesondere fuer wasserkuehlanlagen - Google Patents
Vorrichtung zum steuern der kapazitaet von schraubenkomrpessoren, insbesondere fuer wasserkuehlanlagenInfo
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Description
W M W if
Die Erfindung betrifft Schraubenkompressoren und insbesondere
Vorrichtungen zum Steuern der Kapazität von Schraubenkompressoren mit variabler und fester Arbe it sge schwindig·?·
keit, die insbesondere bei Kühlanlagen eingesetzt werden können.
Aus der US-PS 3 924 972 ist eine Steuervorrichtung für
Schraubenkompressoren mit variabler Kapazität bekannt, wobei eine automatische Steuereinheit vorgesehen ist, um ein
Schieberventil zu positionieren, um so die Kompressorkapazitat als Funktion von überwachten Systembedingungen zu steuern.
Das US-PS Re. 29 283 beschreibt einen Schraubenkompressor
mit axial verschiebbarem Schieberventilkörper, wobei dessen Steuerung entsprechend dem Differentialdruck
zwischen dem eingeschlossenen Volumen in der Kompressionskammer
und dem Druck in der Auslaßleitung erfolgt. . -. " Die US-PS A 058 988 beschreibt einen Schraubenkompressor
mit gegeneinander orientierten Schieberventilen an der Saug-
und der Abgabe seite der Vorrichtung, um die Kompressorkapazität
zu steuern und den geschlossenen Gewindedruck auf dem Druck in der Abgabeleitung in einem Wärmepumpenkühlsystern
mit geschlossenem Hauptkreislauf zu halten.
Die US-PS 4 147 475 beschreibt einen Schraubenkompressor mit
einem Steuerventil, für die Drehkapazität, einem Drosselventil
am Kompressoreinlaß und einem Druckentlastungsventil zum Entlüften der Kompressorauslaßlextung.
Die US-PS 4 I5I 725 beschreibt eine Vorrichtung zum Steuern
eines Zentrifugalkompressorödurch die Kombination von einstellbaren
EinlaßfuhrungsflugeIn und einem Motor mit variabler
Geschwindigkeit zum Verändern der Kompressorkapazität.
Bekanntlich weist ein Schraubenkompressor ein feststehendes
Kompressor gehäuse mit einer Eiiederdrucköf fnung an einem
Ende und einer Hochdrucköffnung am anderen Ende auf. Das
Gehäuse weist eine Arbeitskammer in Form von geschlossenen
Gewinden auf, die durch ein Paar paralleler, sich überschneidender Bohrungen gebildet werden, in denen zwei ineinandergreifende
Schraubenrotoren drehbar gelagert sind. Der Schraubenkompressor arbeitet als ZwangsverSchiebungsvorrichtung zum Komprimieren von Luft oder Gas, wie einem
Kühlmittel, zwischen der Saug- oder Hiederdruckseite und
der Abgabe- oder Hochdruckseite des Schraubenkompressors.
Wegen der zunehmenden Bedeutung der Energieeinsparung sollten die Schraubenkompressoren wirtschaftlicher und zuverlässiger
arbeiten, um den Wirkungsgrad zu verbessern und so Energiekosten einzusparen. Im Rahmen der Erfindung hat sich
gezeigt, daß ein Schraubenkompressor mit variabler Geschwindigkeit mit erhöhtem Wirkungsgrad nicht nur in der Weise
betrieben werden kann, daß die Kompressorkapazität durch
Verändern der Geschwindigkeit des Antriebsmotors des Kompressors
variiert wird, sondern es ist auch zweckmäßig, das Volumen des in der Arbeitskammer vor der Abgabe eingeschlossenen
Gases optimal als Punktion des Druckverhältnisses über den Kompressor einzustellen. Bei einem Schraubenkompressor
mit fester Geschwindigkeit erhält man einen erhöhten
Wirkungsgrad dadurch, daß man die Kompressorkapazität durch Verändern des Volumens des in der Arbeitskammer vor der Kompression
eingeschlossenen Gases variiert und das Volumen des in der Arbeitskammer vor der Abgabe eingeschlossenen
Gases wie bei dem Schraubenkompressor mit variabler Geschwindigkeit
optimal einstellt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Steuern der Kapazität von Schraubenkompressoren für
Wasserkühlanlagen anzugeben.
Bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung für Schrauben-
kompressoren mit; variabler Geschwindigkeit für Kühlanlagen
wird die Kapazität durch Ändern der Geschwindigkeit eines steuerbaren Motors moduliert, der den Kompressor antreibt,
wobei das Volumen des in der Arbeitskammer vor der Abgabe eingeschlossenen Gases als Funktion des Druckverhältnisses
über den Kompressor optimal eingestellt wird.
Bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung für einen
Schraubenkompressor mit fester Geschwindigkeit für Kühlanlagen
wird die Kapazität dadurch verändert, daß man das Volumen des in der Arbeitskammer vor der Kompression eingeschlossenen
Gases verändert und das Volumen des in der Arbeitskammer
vor der Abgabe eingeschlossenen Gases als Punktion des Druckverhältnisses über den Kompressor optimal einstellt.
Die Erfindung zeichnet sich insbesondere durch die Merkmale
der Patentansprüche aus«.
Die Kühlanlage weist einen Kompressor, einen Kondensator,
eine Expansionsvorrichtung sowie einen Verdampfer auf, die in einem geschlossenen. Kühlkreis miteinander verbunden sind»
Die Steuervorrichtung für den Schraubenkompressor mit variabler Geschwindigkeit, der bei einer derartigen Kühlanlage
eingesetzt wird, weist einen Elektromotor auf, der mit einem Geschwindigkeitssteuersignal zum Verändern der Geschwindigkeit
des Elektromotors beaufschlagt wird, um so die Kapazität des Schraubenkompressors zu steuern. In der Nähe der
Abgabe des gekühlten Wassers aus dem Verdampfer ist ein erster Temperatursensor zur Erzeugung eines ersten Signals
angeordnet. In der Steuervorrichtung ist zur Einstellung eines Temperatureinstellsignals eine Einstellvorrichtung
vorgesehen. Ein erster Schaltkreis dient zur Kombination des Temperatursignals des gekühlten Wassers und des Temperatureinste11signalsj
um ein Geschwindigkeitssteuersignal für
den Elektromotor zu erzeugen. Ein zweiter Schaltkreis weist
1.23136
einen zweiten Temperatursensor auf, der in dem zweiphasigen,
kondensierenden Kühlmittel angeordnet ist, um ein zweites Signal entsprechend der Temperatur des Kühlmitteldampfes zu
erzeugen, das direkt proportional zum Abgabedruck des Schrau benkompressors ist; innerhalb des Verdampfers ist ein dritter
Temperatursensor angeordnet, der ein drittes Signal entsprechend der Temperatur des kochenden, zweiphasigen Kühlmittels
erzeugt, wobei dieses dritte Signal direkt proportional zum Saugdruck ist. Ein Divisionsschaltkreis empfängt
das zweite und das dritte Signal und erzeugt ein optimales Volumensignal. Ein dritter Schaltkreis, dem das optimale
Volumensignal und ein elektrisches Signal entsprechend der
tatsächlichen physischen Position eines Schieberventilkörpers zugeführt wird, erzeugt ein Fehlersignal zum Steuern
der Position des Schieberventilkörpers als Funktion des Druckverhältnisses über den Schraubenkompressor.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Steuervorrichtung für einen Schraubenkompressor mit fester Geschwindigkeit
für Kühlanlagen mit einem Kompressor, einem Kondensator, einer Expansionsvorrichtung sowie einem Verdampfer,
die in einem geschlossenen Kühlkreis miteinander verbunden sind. Der Schraubenkompressor weist einen ersten Schieberventilkörper
zum Regeln der Kapazität des Schraubenkompressors
sowie einen zweiten Schieberventilkörper zum Einstellen des tatsächlichen Volumens des in der Kompressionskammer
vor der Abgabe enthaltenen Gases in Abhängigkeit vom Kompressionsverhältnis
über den Schraubenkompressor auf. Ein erster Schaltkreis erzeugt ein Steuersignal zum Steuern
der Position des ersten Schieberventilkörpers. Abgesehen von diesem Unterschied stimmt der erste Schaltkreis mit dem
entsprechenden Schaltkreis bei dem Schraubenkompressor mit
variabler Geschwindigkeit überein. Ein zweiter und ein dritter Schaltkreis sind vorgesehen, die mit den entsprechenden
Schaltkreisen beim Schraubenkompressor mit variabler Geschwindigkeit
übereinstimmen, um die Position des zweiten
Schieberventilkörpers zu steuern, um so das tatsächliche Volumen
des in der Kompressionskammer vor der Abgabe eingeschlossenen
Gases als Funktion des Druckverhältnisses über den Schraubenkompressor einzustellen»
■
Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert« Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Kapazitäts-Steuersystems für einen Schraubenkompressor mit variabler Geschwindigkeit für eine
Kühlanlage,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Kapazitäts-Steuersystems für einen Schraubenkompressor mit fester Geschwindigkeit für eine
Kühlanlage,
Fig. 3 einen Längsschnitt eines Schraubenkompressors,der
mit dem Steuersystem gemäß Fig. 1 eingesetzt werden kann,
Fig. A einen Längsschnitt eines Schraubenkompressors, der
mit dem Steuersystem gemäß Fig. 2 eingesetzt werden kann,
Fig. 5 eine graphische Darstellung des optimalen Gasvolumens
in der Kompressionskammer vor der Abgabe als Funktion des Druckverhältnisses über den Kompressor
und
Fig. 6 eine graphische Darstellung des tatsächlichen Gasvolumens
in der Kompressionskammer vor der Abgabe als Funktion der Position des Schieberventils.
Das in Fig. 1 dargestellte Steuersystem weist einen Schraubenkompressor
10 auf. Das Gehäuse des Kompressors 10 (vgl.
Γ - 12 - ^
Fig. 3) weist einen zentralen Zylinder 12 auf, der zwischen
Endwandabschnitten 14- und 16 angeordnet ist. Der Zylinder
12 wird durch zwei ineinandergreifende, parallele Bohrungen
gebildet, in denen ein Paar ineinandergreifende Schraubenrotoren 18 und 20 drehbar angeordnet sind. Die beiden als
Männchen und V/eibchen bezeichnete Rotoren weisen schraubenförmige Stege und mit diesen zusammenwirkende Nuten auf und
sind mittels Lagern in den Bohrungen drehbar gehaltert. Der "männliche" Rotor 18 ist mit einem Ende einer Welle 22 verbunden,
die durch Antifriktionslager (Wälzlager) 24- drehbar abgestützt ist. Die Lager 24· sind an dem Endwandabschnitt
16 angeordnet und sind ferner innerhalb einer Endkuppel 26 über eine Hülse 28 gehaltert. Das andere Ende der Welle 22
erstreckt sich durch die Endkuppel 26 und wird mit einem Elektromotor als Hauptantriebskraft zum Antreiben des Schraubenkompressors
10 angetrieben.
Durch Drehen des Schraubenkompressors in eine einzige Richtung
wird ein Arbeitsmedium, wie ein gasförmiges Kühlmittel, durch die Saug- oder Einlaßleitung 30 innerhalb des Endwandabschnitts
14· geführt und über eine Einlaßöffnung 32 in eine Reihe von Arbeitskammern 34- abgegeben, die durch die ineinandergreifenden
schraubenförmigen Stege und Nuten der zugehörigen Rotoren 18 und 20 gebildet werden. Eine Hochdruck-Auslaßöffnung
36 steht für das Arbeitsmedium in Verbindung mit den Arbeitskammern, die Eompressionskammern oder geschlossene
Gewinde definieren, sowie mit einer Auslaßleitung 38, die in der Endkuppel 26 ausgebildet ist. Ein Schieberventil
4-0 ist vorgesehen, um das Volumen des in den Arbeitskammern
vor der Abgabe eingeschlossenen Gases als eine Funktion des Druckverhältnisses über dem Kompressor einzustellen.
Das Ventil 4-0 kann in einer sich axial erstreckenden Aussparung 4-2 in Längsrichtung verschoben werden, um die Menge des
in der Arbeitskammer 3^ vor der Abgabe eingeschlossenen Gases
zu variieren. Der Ventilkörper 4-0 ist ferner mit dem einen Ende einer Stange 4-4- verbunden, und das andere Ende
L J
123^36"
der Stange ist mechanisch mit einem Schiebe-Positionierungsmotor
46.(vgl. Pig. 2) verbunden, der den Ventilkörper 40
zwischen einer extremen linken und einer extremen rechten Position verschiebt. Durch Bewegen des Ventilkörpers 40 in
die linke Stellung, in der die Auslaßöffnung 36 vollständig
geöffnet ist, \verden die Kompressionszeit abgekürzt und das
Druckverhältnis zwischen der Saugseite und der Abgabeseite des Kompressors vermindert» Wenn andererseits der Ventilkorper
40 in die rechte Position bewegt wird, wobei die Auslaßöffnung
36 verschlossen wird, werden die Kompressionszeit
verlängert und das Druckverhältnis erhöht. Daher kann für irgend ein gegebenes oder gewünschtes Kompressionsverhältnis
des Kompressors der Ventilkörper 40 variiert werden,
um durch Einstellen des in der Arbeitskammer 34 eingeschlossenen Gasvolumens das Ergebnis am Abgabepunkt zu beeinflussen.
Erfindungsgemäß wird das in Fig. 1 dargestellte Kapazitäts-Steuersystem
eingesetzt, um automatisch die Position des Schieberventilkörpers 40 als Funktion des Druckverhältnisses
über dem Schraubenkompressor iO zu regulieren, wobei die
Kapazität des Kompressors durch ein Geschwindigkeitssteuersignal,
das über eine Leitung 48 zugeführt wird, zu steuern. Das Steuersystem weist mehrere übliche Bauelemente eines
Kühlkreises auf, beispielsweise einen Kondensator 50s dem
von der Abgabeleitung 38 des Schraubenkompressors 10 über
eine Leitung 52 komprimierter Kühlmitteldampf zugeführt wird»
Wasser von. einem nicht dargestellten Kühlturm wird über eine Leitung 54 dem Kondensator zugeführt und über eine Leitung
56 zum Kühlturm zurückgeführt. Das kondensierte, flüssige
Kühlmittel vom Kondensator 50 wird über eine Leitung 58
durch eine Expansionsvorrichtung 60 und eine Leitung 62 zu einem Verdampfer 64 geführt. Das flüssige Kühlmittel vom
Verdampfer 64-wird zurück zur Einlaßleitung 30 des Schraubenkompressors
über die Leitung 66 geführt. Bas Wasser mit höherer Temperatur von dem nicht dargestellten Gebäude oder
Γ - 14 -
einer anderen zu kühlenden Last wird durch die Leitung 63
zum Wärmeaustauschen mit dem flüssigen Kühlmittel in dem
Verdampfer 64 zugeführt, und wird dann als gekühltes Wasser
zum Gebäude über die Leitung 70 zurückgeführt.
5
Ein elektrischer Hauptantrieb, beispielsweise ein Induktionsmotor 72, ist über die Welle 22 mit dem Schraubenkompressor
10 verbunden. Der Motor wird von einem Wechselrichter 72I- angetrieben, der eine Gleichspannung über eine Leitung
76 erhält, um die Amplitude der Ausgangsspannung des
Wechselrichters festzulegen. Ein Gleichrichter 78 ist zwischen
einer WechselSpannungsleitung 80 und der Leitung 76
vorgesehen, der die Gleichspannung an den Wechselrichter 7^
abgibt. Die Frequenz der Wechselrichter-Ausgangsspannung wird durch die Periode von Tor- oder Triggerimpulssignalen
gesteuert, die über eine Leitung 82 von einem Logikkreis
83 zugeführt werden. Dieser Logikkreis, der in üblicher Weise ausgeführt sein kann, empfängt das Geschwindigkeitssteuersignal
auf der Leitung 48 und nutzt dieses Signal aus, um die !Frequenz der auf der Leitung 82 zugeführten. Impulse zu
steuern. Bekanntlich ist die Geschwindigkeit des Induktionsmotors 72 direkt proportional zur Frequenz der Ausgangsspannung
des Wechselrichters.
Das Geschwindigkeitssteuersignal ist eine Gleichspannung,
die am Ausgang eines als integrierter Schaltkreis ausgebildeten Operationsverstärkers 84 anliegt. Ein erster Temperatursensor,
beispielsweise ein Thermistor 86 ist vorgesehen,
um die Temperatur des vom Verdampfer 64 abgegebenen, gekühlten Wassers festzustellen. Das die Temperatur des gekühlten
Wassers wiedergebende Signal wird über eine Leitung 88 dem Invertereingang des Verstärkers 84 zugeführt. Ein Temperatureinstellsignal
von einem Potentiometer 90 als Einstelleinrichtung führt zu dem gewünschten Temperatursteuerniveau,
das dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 84 zugeführt wird. Ein Temperaturfehlersignal wird am Ausgang
des Verstärke rs 84 als Geschwindigkeitssteuer signal erzeugt,
um die Arbeitsfrequenz des Inverters 74 über den Logikkreis
83 und damit die Geschwindigkeiten des Motors 72 und des
Schraubenkompressors 10 zur Erzielung der gewünschten Kapazitätzu
regeln.
Die Position des Schieberventilkörpers 40 wird durch ein
Positionierungssignal auf der Leitung 92 eines Ventilsteuerschaltkrei
se s 94 gesteuert. Der Ventilsteuer schaltkreis 94
erhält ein erstes Eingangssignal auf der Leitung 96 von
einer zweiten Sensoreinrichtung, beispielsweise einem Thermistor 93, der die Temperatur des zweiphasigen, kondensierenden
Kühlmittels im Kondensator 50 ermittelt. Dieses erste
Eingangssignal ist direkt proportional zum Druck Pp 3^ ^er
Auslaßleitung 38 des Schraubenkompressors 10. Ein zweites Eingangssignal wird auf einer Leitung 100 dem Ventilsteuerschaltkreis
9^- zugeführt, das man von einer dritten Sensoreinrichtung,
beispielsweise einem Thermistor 102 erhält, die die Temperatur des zweiphasigen, kochenden Kühlmittels
in dem Verdampfer 64 ermittelt. Das zweite Eingangssignal ist direkt proportional zum Druck P/j an der Saugleitung 30
des Schraubenkompressors.
Der Ventil Steuer schaltkreis '94 weist einen Verstärker 104
auf,, der das erste und das zweite Eingangssignal miteinander kombiniert, und das auf der Leitung 106 erhaltene Signal
entspricht einem Druckverhältjis (Pp/P^) über dem Schraubenkompressor. Der Verstärker 104 ist als Divisionsschaltkreis
ausgebildet, um das Verhältnissignal zu erhalten. Das auf
der Leitung 106 erhaltene Signal wird dem Eingang eines
elektronisch speichernden Eunktionsblocks 108 zugeführt,
der das optimale Volumen Vo/opt des in der Kompressionskammer
34 enthaltenen Gases vor der Abgabe als Funktion des
zugeführten Signals ermittelt. In Fig. 5 ist eine graphische
Darstellung des Eunktionsblocks 108 mit dem optimalen Volumen
V2/opt als Funktion des aus dem Verhältnis Po/P^j
L . J
erhaltenen Signals dargestellt. Diese graphische Darstellung
kann ermittelt v/erden, und zwar entweder theoretisch für die Kompression entlang einer isentropisehen Linie oder empirisch.
Das Ausgangssignal des Funktionsblocks 108 auf der
Leitung 110 ist repräsentativ für das optimale Volumen Vp/opt und wird dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers
112 zugeführt.
Der Steuerschaltkreis 94 empfängt ein drittes Eingangssignal,
das dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 112 zugeführt wird. Dieses dritte Signal ist ein Ausgangssignal
auf der Leitung 114· von einem anderen elektronisch speichernden Funktionsblock 116. Dieses Ausgangssignal
entspricht dem tatsächlichen Volumen Vp/act des in der Kompressionskammer
vor der Abgabe enthaltenen Gases und wird von dem Funktionsblock 116 berechnet. In Fig. 6 ist eine
graphische Darstellung des Funktionsblocks 116 wiedergegeben, die sich auf das tatsächliche Volumen V~/act als Funktion
der tatsächlichen physischen Position des Schieberventilkörpers 40 bezieht. Der Operationsverstärker 112 vergleicht
das optimale Volumen V^/opt mit dem tatsächlichen Volumen Vp/act und integriert diese, um ein Fehlersignal zu erzeugen,
das auf der Leitung 92 als Positionierungssignal abgegeben
wird, um den Positionierungsmotor 46 zu betätigen, so daß
ein Fehler der Position des Ventilkörpers 40 ausgeglichen wird. Die Funktionsblöcke 108 und 116 können aus Standard-Elektronikschaltkreisen,
wie mit Hilfe von logarithmischen Verstärkern, aufgebaut sein.
Ein Potentiometer 118 ist mit einem beweglichen Arm oder Schleifer 120 versehen, der mechanisch mit der Ausgangswelle
122 des Positionierungsmotors 46 verbunden ist, der die Stange 44 antriebt, um den Ventilkörper 40 zu bewegen. Das
elektrische Signal auf der Leitung 124 gibt die tatsächliche physische Position des Ventilkörpers 40 in Form eines kontinuierlichen
Werts wieder. Dieses elektrische Signal wird
über den Funktionsblock 116 mit dem Signal entsprechend dem
optimalen Volumen Vp/opt durch den Verstärker 112 kombiniert, um das tatsächliche Volumen des in der Kompressionskammer enthaltenen Gases zu beeinflussen.
·
Die Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Kapazitäts-Steuersystems
für einen mit fester Geschwindigkeit arbeitenden Schraubenkompressor, der bei einer Kühlanlage
eingesetzt wird. Das Steuersystem v/eist einen Schraubenkompressor
126 (vgl. insb. Fig. 4) auf. Bauteile in den Fig. 2 und 4·, die denen in den Fig. 1 und 3 entsprechen, sind mit
den gleichen Bezugszeichen versehen. Da die Arbeitsweise und der Aufbau des Schieberventilkörpers 40"zum Regulieren
des Volumens des in der Kompressionskammer vor der Abgabe
enthaltenen Gases in jeder Hinsicht gleich dem in Fig., 1
und 3 sind, wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Beschreibung dieser beiden Figuren verwiesen.
Im Gegensatz zu dem Schraubenkompressor 10 gemäß Fig. 1
weist der Schraubenkompressor 126 ferner einen zweiten Schieberventilkörper 128 auf, der auf der Seite der ineinandergreifenden
Rotoren gegenüber dem Schieberventilkörper 4-0 angeordnet und innerhalb einer zweiten, axial sich erstreckenden
Aussparung 130 in Längsrichtung verschiebbar ist. Der zweite Ventilkörper 128 ist mit dem einen Ende einer
Stange 132 verbunden, deren anderes Ende mechanisch mit der
Welle 134 eines zweiten Verschiebepositioniermotors 136 verbunden
ist,der den Ventilkörper 128 zwischen einer extremen linken und einer extremen rechten Position bewegt, um die
Kapazität des Schraubenkompressors zu regeln. Der Schraubenkompressor ist so ausgebildet, daß bei Bewegung des Ventilkörpers 128 nach links die Kapazität abnimmt. Wird umgekehrt
der Ventilkörper 128 nach rechts bewegt, so erhöht sich die Kapazität des Schraubenkompressors, da zunehmend mehr Arbeitsraum,
der durch die ineinandergreifenden Rotoren und die diese aufnehmenden Bohrungen definiert wird, für die
L J
Einlaßöffnung 32 zugänglich wird.
Das in Fig. 2 dargestellte Steuersystem reguliert automatisch die Position des Venti!körpers 40 als Funktion des Druckverhältnisses
über den Schraubenkompressor, während die Kapazität des Kompressors über ein über die Leitung 138 zugeführtes
Steuersignal gesteuert wird, durch das die Position des Ventilkörpers 128 automatisch geregelt wird. Das Steuersystem
gemäß Fig. 2 weist keinen Logikkreis 83 und Inverter (Wechselrichter) 74- gemäß Fig. 1 auf, da der Kompressor
mit konstanter Geschwindigkeit betrieben wird. Daher wird
die Wechselspannungsquelle direkt mit dem Motor 72 über die Leitung 80 verbunden.
Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß man erfindungsgemäß ein Kapazitäts-Steuersystem für Schraubenkompressoren
mit variabler Geschwindigkeit für Kühlanlagen erhält,
wobei die Position eines Schieberventilkörpers als Funktion des Druckverhältnisses über den Kompressor automatisch
geregelt wird, während die Kapazität des Kompressors durch ein Geschwindigkeitssteuersignal gesteuert wird, das
dem den Kompressor antreibenden Induktionsmotor zugeführt wird. Das erfindungsgemäße Kapazitäts-Steuersystem kann auch
bei Schraubenkompressoren mit fester Geschwindigkeit für
Kühlanlagen eingesetzt werden, wobei die Position eines ersten Schieberventilkörpers automatisch geregelt wird, um
die Kapazität des Kompressors zu steuern, und wobei die Position eines zweiten Schieberventilkörpers als Funktion des
DruckverhältnisseB über den Kompressor automatisch geregelt
wird.
Leerseite
Claims (1)
- VOSSiUS · VOSSIUS · TAUCH NER:· JrlEUNE.MA.t4 Ν;· RAUHj PATENTAN WALTB-" '.,""ZS '».* ..'-O 123736SIEBERTSTRASSE 4 . SOOO MÜNCHEN 86 · PHONE: (O89) 47 4O 75 j CABLE: BENZOLPATENT MÖNCHEN · TELEX 5-29 453 VOPAT Du.Z.: R 168 15° Juni 19δ1Gase: 073209-BWLBORG-WARMR CORPORATION
Chicago, Illinois, "V0St0A0"Vorrichtung zum Steuern der Kapazität von Schraubenkompressoren, insbesondere für Wasserkühlanlagen11PatentansprücheVorrichtung zum Steuern der Kapazität von Schraubenkompressoren mit variabler Geschwindigkeit, insbesondere für Kühlanlagen, mit einem Kompressor, einem Kondensator, einer Expansionsvorrichtung und einem Verdampfer, diein einem geschlossenen Kühlkreis miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,a) daß der Kompressor (10) als Schraubenkompressor zum Komprimieren von Gas von einem niedrigen Druck auf der Saugseite zu einem hohen Druck an der Abgabeseiteausgebildet ist, ■b) daß der Sclrraubenkompressor ein Gehäuse mit einem Zylinder (12) aufweist, der mit einem Paar paralleler, sich schneidender Bohrungen, einer Einlaßöffnung (32) und einer Auslaßöffnung (36) versehen ist,c) daß in den beiden Bohrungen zwei ineinandergreifende schraubenförmige Rotoren (18,20) angeordnet sind, die Kompressionskammern (3^-) mit variablem Volumen bilden,d) daß innerhalb des Zylinders (12) eine axial sich erstreckende Aussparung (4-2) vorgesehen ist, die inoffener Verbindung mit den Bohrungen steht.e) daß ein Schieberventilkörper (40) in der Aussparung axial verschiebbar zwischen einer ersten Stellung, in der die Auslaßöffnung vollständig geöffnet ist, und einer zweiten Stellung ist, in der die Auslaßöffnung geschlossen ist,f) daß ein elektrischer Hauptantrieb (72) mit dem Schraubenkompressor verbunden ist,g) daß eine Einrichtung (74-) zum Verändern der Geschwindigkeit des Hauptantriebs vorhanden ist,h) daß ein Positionierungsmotor (46) mechanisch mit dem Schieberventilkörper (40) verbunden ist, um diesen zu verschieben,i) daß ein erster Schaltkreis (83,84) ein Geschwindigkeitssteuersignal der Einrichtung (7^) zum Verändern der Geschwindigkeit des Hauptantriebs zuführt, um dieKapazität des Schraubenkompressors zu steuern, j) daß ein zweiter Schaltkreis (0A) ein Signal erzeugt, das das optimale Volumen des in der Kompressionskammer vor der Abgabe enthaltenen Gases als Funktion des Druckverhältnisses über den Schraubenkompressor wiedergibt, undk) daß ein dritter Schaltkreis (120,116), der vom zweiten Schaltkreis (94) angesteuert wird, ein Fehlersignal dem Positionierungsmotor zuführt, um die Position des Schieberventilkörpers (40) zu steuern, um das tatsächliche Volumen des in der Kompressionskammer vor der Abgabe enthaltenen Gases einzustellen.2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch a) einen in dem ersten Schaltkreis enthaltenen Temperatursensor (86), der so angeordnet ist, daß er ein Signal entsprechend der Abgäbetemperatur des gekühlten Wassers aus dem Verdampfer erzeugt, b) eine. Einstelleinrichtung (90) zum Erzeugen eines Temperatureinstellsignals und durchc.) eine Einrichtung (84) zum Kombinieren des Temperatursignals und des Temperatureinstellsignals zumL Jι—123-736•1 Erzeugen des Geschwindigkeitssteuersignals, das der Einrichtung zum Verändern der Geschwindigkeit des Hauptantriebs zugeführt wird»J-· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (118) zum Erzeugen eines elektrischen Signals entsprechend der tatsächlichen physischen Position des.Schieberventilkörpers.4-„ Vorrichtung nach Anspruch 3? dadurch gekennzeichnet9 daß der dritte Schaltkreis eine Einrichtung (112) zum Kombinieren des optimalen Volumensignals und des Positionsanzeigesignals aufweist, um ein Fehlersignal zum Steuern der tatsächlichen physischen Position des Schieberventilkörpers zu erzeugen«.5. Vorrichtung zum Steuern der Kapazität von Schraubenkompressoren mit fester Geschwindigkeit, insbesondere für Kühlanlagen, mit einem Kompressor, einem Kondensator, einer Expansionsvorrichtung und einem Verdampfer, die in einem geschlossenen Kühlkreis miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,a) daß der Kompressor (10) als Schraubenkompressor zum Komprimieren von Gas von einem niedrigen Druck auf der Saugseite zu einem hohen Druck an der Abgabeseite ausgebildet ist,b) daß der Schraubenkompressor ein Gehäuse mit einem Zylinder (12) aufweist, der mit einem Paar paralleler, sich schneidender Bohrungen, einer Einlaßöffnung (32) und einer Auslaßöffnung (36) versehen ist,c) daß in den beiden Bohrungen zwei ineinandergreifende schraubenförmige Rotoren (18,20) angeordnet sind, die Kompressionskammern (34) mit variablem Volumen bilden,d) daß eine erste axial sich erstreckende Aussparung (42) . innerhalb des Zylinders angeordnet ist und in offener Verbindung mit den Bohrungen steht,L Je) daß ein erster Schieberventilkörper (40) in der ersten Aussparung zwischen einer ersten Stellung, in der die Einlaßöffnung vollständig geöffnet ist, und einer zweiten Fosition, in der die Einlaßöffnung geschlossen ist, axial verschiebbar ist,f) daß eine zweite axial sich erstreckende Aussparung (130) innerhalb des Zylinders gegenüber der ersten Aussparung angeordnet ist und in offener Verbindung mit den Bohrungen steht,g) daß ein zweiter Schieberventilkörper (128) in der zweiten Aussparung zwischen einer ersten Position, in der die Auslaßöffnung vollständig geöffnet ist, und einer zweiten Stellung, in der die Auslaßöffnung geschlossen ist, axial verschiebbar ist,h) daß ein elektrischer Hauptantrieb (72) mit dem Schraubenkompressor verbunden ist,
i) daß ein erster Positionierungsmotor (136) mechanisch mitdem ersten Schieberventilkörper· verbunden ist, .j) daß ein zv/eiter Positionierungsmotor (46) mechanisch mit dem zweiten. Schieberventilkörper verbunden ist,k) daß ein erster Schaltkreis (84) ein erstes Steuersignal für den ersten Motor erzeugt, um die Position des ersten Ventilkörpers zu verändern und so die Kapazität des Schraubenkompressors zu regeln,l) daß ein zweiter Schaltkreis (94) ein Signal erzeugt, das das optimale Volumen des in der Kompressionskaramer vor der Abgabe enthaltenen Gases als Funktion des Druckverhältnisses über den Schraubenkompressor wiedergibt, und m) daß ein dritter Schaltkreis (116,120) auf den zweiten Schaltkreis anspricht und ein Fehlersignal dem zweiten Positionierungsmotor zum Steuern der Position des zweiten Schieberventilkörpers zuführt, um das tatsächliche Volumen des in der Kompressionskammer vor der Abgabe enthaltenen Gases einzustellen.
356. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durcha) einen in dem ersten Schaltkreis enthaltenen Temperatursensor (86), der so angeordnet ist, daß er ein Signal entsprechend der Abgabetemperatur des gekühlten Wassers aus dem Verdampfer erzeugt,b) einer Einstelleinrichtung'(90) zum Erzeugen eines Temperatureinstellsignals und durchc) eine Einrichtung (84-) zum Kombinieren des Temperatursignals mit dem Temperatureinstellsignal zur Erzeugung des Steuersignals, das dem ersten Motor zum Verändern der Position des ersten Ventilkörpers zugeführt wird.7» Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch ■ eine Einrichtung (118) zum Erzeugen eines elektrischen Signals entsprechend der tatsächlichen physischen Position des zweiten Schieberventilkörpers.8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Schaltkreis eine Einrichtung (112) zum Kombinieren des optimalen Volumensignals und des Positionsanzeigesignals aufweist, um ein Fehlersignal zum Steuern der tatsächlichen physischen Position des zweiten Schieberventilkörpers zu erzeugen.9· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schaltkreis folgende Bestandteile aufweist:a) einen ersten Temperatursensor (98) zur Erzeugung eines ersten Signals entsprechend der Temperatur des zwei1-phasigen, kondensierenden Kühlmittels in dem Kondensator, wobei dieses erste Signal direkt proportional zum Abgabedruck des Schraubenkompressors ist,b) einen zweiten Temperatursensor (102) zum Erzeugen eines zweiten Signals entsprechend der Temperatur des zweiphasigen, in dem Verdampfer kochenden Kühlmittels, wobei das zweite Signal direkt proportional zum Saugdruck des Schraubenkompressors ist, undL "■-■-■■■ . -»c) eine Einrichtung (104-) zum Kombinieren aes ersten und des zweiten Signals zum Erzeugen des optimalen "Volumensignals.20 25 30 35
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