DE3617133A1

DE3617133A1 - Steuerung fuer einen kompressor mit zwillingsschiebern

Info

Publication number: DE3617133A1
Application number: DE19863617133
Authority: DE
Inventors: Paul G. Waukesha Wis. Szymaszek
Original assignee: Vilter Manufacturing LLC
Current assignee: Copeland Industrial LP
Priority date: 1985-06-03
Filing date: 1986-05-22
Publication date: 1986-12-04
Also published as: GB2176244A; JPH076509B2; FR2582742A1; NL8601383A; NL192998B; GB8608507D0; FR2582742B1; US4610613A; JPS61277886A; NL192998C

Description

Steuerung für einen Kompressor mit Zwillingsschiebern Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schneckenkompressor insbesondere für die Verwendung in einer Kühlanlage, sowie · auf zur Steuerung seines Betriebs in einem solchen Kompressor verwendete, verstellbare Schieber.

,Q Insbesondere richtet sich die Erfindung auf Zwillingsschieber für einen mit einer einzigen Schnecke arbeitenden Kompressor od." dergl.und auf eine Steuerung für die unabhängige Verstellung der Zwillingsschieber zum Regeln sowohl der Kapazität als auch der Leistungsaufnahme des Kompressors.

\t/ 15 Von für die Kompression eines gasförmigen Kältemittels in einer Kühlanlage verwendeten Schneckenkompressoren gibt es zwei Arten, nämlich solche mit zwei miteinander kämmenden Schnecken und solche mit nur einer Schnecke, mit deren entlang Schraubenlinien verlaufenden Nuten sich wenigstens ein sternförmiges Flügelrad in Eingriff befindet. Bei der zuletzt genannten, als Einschneckenkompressor bezeichneten Art ist die Schnecke drehbar in einer Bohrung eines Kompressorgehäuses gelagert und durch einen Elektromotor angetrieben. In einem solchen Einschneckenkompressor stellt jede Nut der Schnecke, wenn sich das Flügelrad damit in Eingriff befindet, eine Kompressionskammer dar, in welcher über einen Einlaß angesaugtes, unkomprimiertes Niederdruckgas komprimiert wird, bevor es das Gehäuse über einen Auslaß als Hochdruckgas verläßt. Der Gasdruck am Auslaß des Gehäuses unterliegt beträchtlichen Schwankungen in Abhängigkeit von jahreszeitlich oder durch Umwelt einflüsse bedingten Änderungen der Umgebungstemperatur. Ohne korrigierende Maßnahmen kann das Gas dabei unter gewissen Umständen übermäßig stark komprimiert werden, was zu einer übermäßigen Belastung des Kompressors und zu einem überhöhten Verbrauch an elektrischer Energie für den Antrieb des Kompressors führt. Es ist daher üblich, einen Schieber zu verwenden, welcher zur Bestimmung der Stelle, an welcher

die Öffnung des Auslasses freigegeben wird, verstellbar ist, wobei die betreffende Stelle vorzugsweise diejenige ist, an welcher der Gasdruck innerhalb der Kompressionskammern der Schnecke gleich dem Kondensationsdruck in dem Kühlsystem ist, in welchem der Kompressor arbeitet. Der Schieber ist gewöhnlich axialverschieblich in einer Ausnehmung geführt, welche zunächst der Gehäusebohrung für die Schnecke angeordnet und mit dieser strömungsverbunden ist. An der der Schnecke zugewandten Seite hat der Schieber eine der Form der Schnecke komplementäre Oberfläche, welche sich in Gleitberührung mit der Schnecke befindet. Zur Bestimmung der günstigsten Einstellung dieses Volumenverhältnisschiebers verwendete Einrichtungen können so ausgebildet sein, daß sie auf das jeweilige Verdichtungs-Verhältnis ansprechen und daraus die günstigste Stellung ermitteln, um den Schieber dann in Axialrichtung in der richtigen Richtung und über die richtige Strecke zu verschieben, bis die ermittelte Stellung erreicht ist. Wird auf diese Weise der am Schieber ausgebildete Auslaß in Richtung auf die Druckseite des Kompressors bzw. der Schnecke verschoben, so bleibt das Gas über eine längere Zeitspanne in den Nuten der Schnecke eingeschlossen und sein Volumen wird verringert, während sich sein Druck erhöht, d.h. das Volumenverhältnis vergrößert sich. Wird der an dem Schieber ausgebildete Auslaß dagegen in der entgegengesetzten Richtung verschoben, dann verringert sich das Volumenverhältnis, d.h. der Innendruck des Kompressors an der Austrittsstelle wird verringert.

_₀ Es ist auch bekannt, die Förderleistung von Zwei- oder Einschneckenkompressoren zu variieren, indem man die Menge des in jeder Kompressionskammer eingeschlossenen Gases verringert oder vergrößert. Dies geschieht mit Hilfe eines Schiebers, welcher das Gas zurück zum Einlaß leitet.

Die Verwendung von Schiebern und Betätigungseinrichtungen dafür in Zweischneckenkompressoren für die Bestimmung der Stelle, an welcher das Gas in die Kompressionskammern eingeleitet wird, ist in den folgenden US-Patentschriften der

Anmelderin beschrieben: US-PS 4 080 110, US-PS 4 005 9^9, US-PS 3 924 972 und US-PS 3 869 227.

Verschiedene Einzelheiten und Merkmale von Schneckenkomg pressoren, welche mit einer einzigen Schnecke und mit dieser in Eingriff stehenden, sternförmigen Flügelrädern arbeitet, sind in den folgenden GB-Patentschriften beschrieben: GB-PS 1 046 465, GB-PS 1 288 603, GB-PS 1 242 192, GB-PS 1 345 946, GB-PS 1 390 085, GB-PS 1 338 537, GB-PS 1 413 426 und GB-PS 1 407 135.

Eine handelsübliche Ausführung eines solchen Einschneckenkompressors ist von der Firma Hall-Thermotank Products Limited, Hythe Street, Dartford, Kent, England zu beziehen und in einem Prospekt dieser Firma unter dem Titel

,c "The Hall Screw" beschrieben. Bei der vorstehend genannten handelsüblichen Ausführung sind der Schnecke Schieber zugeordnet, welche zum Regeln der Förderleistung des Kompressors verstellbar sind, wobei jedoch das Volumenverhältnis auch bei Verringerung der Förderleistung in

2Q vollem Maße aufrecht erhalten bleibt , um im Betrieb den höchsten Wirkungsgrad zu erzielen.

Die US-PS 4 388 040 beschreibt einen Zweischneckenkompressor mit einem einzigen Schieber, welcher über eine Steuereinrichtung betätigbar ist, um den Einlaß zu verstellen und damit die Förderleistung des Kompressors zu steuern. In einer der höchsten Belastung des Kompressors entsprechenden äußersten Endstellung desselben Schiebers ist der Auslaß um ein kleines Stück vergrößert.

Die US-Patentschriften 3 088 658 und 3 088 659 beschreiben einen Zweischneckenkompressor mit zwei an gegenüberliegenden Seiten der beiden Schnecken angeordneten, unabhängig voneinander verstellbaren Schiebern zum Regeln entweder des Verdichtungsverhältnisses und/oder der Förderleistung.

Die US-PS der Anmelderin beschreibt einen Schneckenkompressor mit zwei miteinander kämmenden Schnecken, einem den beiden Schnecken zugeordneten einzigen Schieber, welcher

zum Verändern des Öffnungsquerschnitts des Hochdruck-Gasauslasses und damit zum Regeln der Förderleistung des Kompressors verstellbar ist, und pneumatischen Betätigungseinrichtungen mit einem Zylinder und einem Kolben zum Verstellen des Schiebers.

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf einen Schneckenkompressor der in einem Kühlsystem verwendeten Art sowie auf eine neuartige Anordnung von Schiebern zum Steuern des

,Q Betriebsverhaltens des Kompressors. Insbesondere richtet sie sich auf eine neuartige Anordnung von Schiebern in Form von Zwillingsschiebern zum Regeln sowohl der Förderleistung als auch der Leistungsaufnahme des Kompressors und auf neuartige Steuereinrichtungen für die unabhängige

,(- Verstellung der Zwillingsschieber.

Die Erfindung eignet sich in besonderem Maße für die Anwendung in einem Schneckenkompressor mit einem eine zylindrische Bohrung aufweisenden Gehäuse, einer drehbar in der Bohrung gelagerten und von einem Motor angetriebe-

20

nen Schnecke und zwei drehbar im Gehäuse gelagerten, sternförmigen Flügelrädern, welche mit den Nuten der Schnecke in Eingriff bringbar sind, um in jeder Nut eine Kompressionskammer abzuschließen, über einen Einlaß kann ein unkomprimiertes gasförmiges Kältemittel unter niedri-

25

gern Druck in die Kompressionskammern einströmen. Das komprimierte gasförmige Kältemittel kann unter hohen Druck durch einen Auslaß aus den Kompressionskammern entweichen.

Gemäß der Erfindung gehört zu dem Zwillingsschieber ein Einlaßschieber, welcher zur Steuerung des Öffnungsquerschnitts des Einlasses verstellbar ist und damit als Einlaß-Umleitung zum Steuern der Förderleistung des Kompressors wirksam ist. Zu dem Zwillingsschieber gehört ferner ein Auslaßschieber, welcher zur Bestimmung der Stelle, an welcher die Öffnung des Auslasses freigebbar ist, unabhängig verstellbar ist und damit zum Steuern des Verdichtungsverhältnisses und somit der Leistungsaufnahme des Kompressors wirksam ist. Die beiden Schieber sind neben-

einander verschieblich in einer Ausnehmung des Gehäuses geführt, welche sich entlang der zylindrischen Bohrung erstreckt und in Strömungsverbindung mit dieser steht, und jeder Schieber hat eine der Umfangsflache der Schnecke δ komplementäre und dieser zugewandte Oberfläche, welche in abdichtender Gleitberührung mit dieser steht. Die Schieber sind unabhängig voneinander mittels voneinander getrennter Steuereinrichtungen verstellbar, welche jeweils pneumatische Betätigungseinrichtungen mit Kolben und Zylindern sowie diesen zugeordnete Fühleranordnungen aufweisen.

Gemäß der Erfindung sprechen die Steuereinrichtungen auf die Förderleistung des Kompressors sowie auf das Volumenoder Verdichtungsverhältnis an und steuern die Betätigungs-

jc einrichtungen zur Verstellung der Schieber in der Weise, daß der Kompressor mit einer vorbestimmten Förderleistung und einem vorbestimmten Verdichtungsverhältnis arbeitet. Zu den Steuereinrichtungen gehört ein Regelwiderstand oder ein variabler Differentialtransformator zum Ermitteln der

2Q Stellung des einlaßseitigen Schiebers sowie eine entsprechende Fühleranordnung zum Ermitteln der Stellung des auslaßseitigen Schiebers.

In der im folgenden beschriebenen Ausführungsform der Erfindung sind für eine einzige Schnecke zwei Zwillingsschieber vorgesehen, welche um 18O° zueinander versetzt an gegenüberliegenden Seiten der Schnecke angeordnet sind und jeweils einen Einlaßschieber und einen Auslaßschieber aufweisen.

Die Erfindung bietet gegenüber dem Stand der Technik verschiedene Vorteile. So ist es beispielsweise möglich, das Volumen- oder Verdichtungsverhältnis und damit die Leistungsaufnahme des Kompressors sowie die Förderleistung einer einzigen Schnecke so einzustellen, daß der Kompressor mit dem höchsten Wirkungsgrad arbeitet. Die Zwillingsschieber sind zweckmäßig jeweils in einer einzigen Ausnehmung des Kompressorgehäuses untergebracht, was zu einer vereinfachten Konstruktion des Gehäuses und zu einer

Verringerung der Kosten führt. Die Steuereinrichtungen arbeiten mit einer verbesserten Anordnung zum Ermitteln der Stellung des Einlaßschiebers und verwenden in einer Ausführungsform eine verbesserte Druckfühleranordnung zum Steuern der Einstellung des Auslaßschiebers.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte und teilweise weggebrochene Draufsicht auf einen Rotationskompressor mit einer einzigen Schnecke, zwei Flügelrädern und Zwillingsschiebern in einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht im Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 mit Darstellung eines Zwillingsschiebers im Querschnitt,

Fig. 3 eine Stirnansicht in Richtung der Pfeile 3-3 in Fig. 1 zur Darstellung der mechanischen Verbindung zwischen zwei Zwillingsschiebern,

Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht eines Zwillingsschiebers im Schnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 1 mit Darstellung von Betätigungsstangen einer Steuereinrichtung zum Verstellen der Schieber,

Fig. 5 eine von der Auslaßseite des Kompressors her betrachtete zerlegte Schrägansicht eines Zwillingsschiebers und eines Teils der zugeordneten Steuereinrichtungen,

Fig. 6 eine teilweise im Schnitt entlang der Linie 6-6 in Fig. 2 dargestellte, in Richtung der Pfeile 6, entfaltete Ansicht eines Zwillingsschiebers und der Schnecke zur Darstellung von inneren Einzelheiten,

Fig. 7 eine Draufsicht auf den in Fig. 1 und 2 gezeigten Kompressor mit einer schematisierten Darstellung

3517133

der dazugehörigen Steuereinrichtungen,

Fig. 8 eine grafische Darstellugn der Beziehung zwischen

der Leistungsaufnahme und der Förderleistung des g Kompressors gemäß der Erfindung und

Fig. 9 ein typisches Gasdruck-Volumendiagramm für einen Kompressor der beschriebenen Art.

Fig. 1 und 2 zeigen einen Schneckenkompressor 10 in einer Ausführungsform der Erfindung für die Verwendung in einem (nicht gezeigten) Kühlsystem od. dergl.. Der Kompressor 10 hat ein Kompressorgehäuse 12, eine drehbar im Gehäuse 12 gelagerte und von einem Elektromotor M (Fig.7) angetriebene Schnecke 1*1, zwei drehbar im Gehäuse 12 gelagerte und mit der Schnecke 12 kämmende Flügelräder 16 und 18 und zwei im Gehäuse 12 geführte Zwillingsschieber 20 und 22 (Fig. 3 und 7), welche zur Steuerung des Eintritts und des Austritts eines Gases in die bzw. aus den Kompressionskammern an der Schnecke 11 mit dieser zusammenwirken. Fig.- 7 zeigt eine auf den Betriebszustand des Kompressors ansprechende Steuerung zum Betätigen der beiden Zwillingsschieber 20 und 22.

Das Kompressorgehäuse 12 hat eine zylindrische Bohrung 24 , nc in welcher die Schnecke 14 drehbar gelagert ist. Die Bohrung 24 ist an der Einlaßseite 27 offen und an der Austrittsseite durch eine Wand 29 geschlossen. Die eine im wesentlichen zylindrische Außenform aufweisende Schnecke 14 hat eine Anzahl von entlang Schraubenlinien „Q verlaufenden Nuten 25, welche jeweils eine Kompressionskammer darstellen. Die Schnecke sitzt auf einer Hauptwelle 26, welche an beiden Enden mittels Lagern 28 im Gehäuse gelagert ist.

Das Kompressorgehäuse 12 hat ferner zwei Kammern 30, in denen die beiden sternförmigen Flügelräder 16 und 18 um 180° zueinander versetzt an gegenüberliegenden Seiten der Schnecke 14 drehbar gelagert sind. Jedes Flügelrad 16, 18 hat eine Anzahl von Flügeln 32 und sitzt auf einer Welle 34,

welche an beiden Enden mittels Lagern 3¹JA, 34B drehbar im Gehäuse 12 gelagert ist (Fig. 2). Die Flügelräder 16, 18 sind jeweils um eine Achse drehbar, welche mit seitlichem Abstand zur Drehachse der Schnecke 14 lotrecht zu dieser verläuft, und ihre Flügel 32 ragen jeweils durch eine Öffnung 36 hindurch in die Bohrung 24. Beim Drehantrieb der Schnecke 14 durch den Motor M kommen die Flügel 32 der Flügelräder 16, 18 nacheinander in Eingriff mit den Nuten 25 der Schnecke, so daß sie im Zusammenwirken mit der Wandung der Bohrung 24 und der Endwand 29 jeweils eine Kompressionskammer abschließen.

Die beiden Zwillingsschieber 20 und 22 sind um 18O° zueinander versetzt an gegenüberliegenden Seiten der Schnecke angeordnet, und zwar in bezug auf Fig. 2 jeweils oberhalb bzw. unterhalb des ihnen zugeordneten Flügelrads 16 bzw. 18. Da die beiden Zwillingsschieber 20 und 22, abgesehen von ihrer räumlichen Anordnung und spiegelbildlichen Ausbildung, untereinander identisch sind, ist im folgenden

_nn nur der Zwillingsschieber 20 im einzelnen beschrieben.

Wie man in Fig. 2 und 4 bis 7 erkennt, ist der Zwillingsschieber 20 in einer Ausnehmung 40 untergebracht, welche in einer die zylindrische Bohrung 24 umgebenden Wandung 13 des Gehäuses ausgebildet ist. Die Ausnehmung 40 erstreckt sich über die gesamte Länge der Bohrung 24 und ist an beiden Enden offen. Wie man in Fig. 2 und 5 erkennt, ist die Ausnehmung 40 entlang einem Rand durch eine Leiste 44A begrenzt, welche eine glatte Oberfläche 44 von gekrümmter Querschnittsform hat. Im inneren Bereich ist die Ausneh- *" ir.ung 40 durch zwei axial beabstandete, gewölbte Wandungen 45 und 49 begrenzt. Eine zwischen den Wandungen 45 und 49 vorhandene Lücke stellt einen Gaseintrittsdurchlaß 70 dar.

Am auslaßseitigen Ende ist die Ausnehmung 40 mit einem abgeschrägten oder eingezogenen Bereich 41 versehen, welcher einen Gasdurchlaß darstellt, wie im folgenden beschrieben (Fig. 5, 6). Zu dem Zwillingsschieber 20 gehört eine Schieberkulisse 42, welche mittels dreier Befestigungs-

schrauben 46 starr in der Ausnehmung 40 befestigt ist.

Ferner gehören dazu zwei bewegliche Schieberkörper, nämlich ein Einlaßschieber 47 (der obere Schieber der Anordnung in Fig. 2 und 4 bis 6) und ein Auslaßschieber 48, welche parallel zur Achse der Schnecke 14 verschieblich an der Kulisse 42 geführt sind.

Wie man insbesondere in Fig. 5 erkennt, weist die Kulisse eine rechteckige Platte 52 auf, welche eine ebene und glatte

.Q Vorderseite 53 hat und von vier öffnungen 55, 56, 57 und durchsetzt ist. An der Rückseite der Platte 52 der Kulisse 42 stehen in gegenseitigem Abstand drei halbkreisförmige Stege 60, 61 und 62 hervor. Der Steg 60 bildet einen bündigen Abschluß mit der gekrümmten Oberfläche 44 und der

-c die Ausnehmung 40 begrenzenden gewölbten Wand 45 und ist mit einer der Befestigungsschrauben 46 daran befestigt. Der Steg 61 bildet einen bündigen Abschluß mit der gekrümmten Oberfläche 44 und der die Ausnehmung 40 begrenzenden gewölbten Wand 49 und ist mittels der zweiten Befestigungsschraube 46 daran befestigt. Durch den bündigen Abschluß der beiden Stege 60 und 61 ist ein Hohlraum begrenzt, welcher eine Fortsetzung des Gaseintrittsdurchlasses 70 darstellt. Der Steg 62 bildet einen bündigen Abschluß mit der die Ausnehmung 40 begrenzenden gekrümmten Oberfläche 44, nicht jedoch mit der gewölbten Wand 49, an welcher er gleichwohl mittels der dritten Befestigungsschraube 46 befestigt ist, da der abgeschrägte Bereich 41 hier einen Gasaustrittsdurchlaß 66 schafft (Fig. 7). Die beiden Öffnungen 55 und 56 der Kulisse 42 stehen somit in direkter _ Strömungsverbindung mit dem Gaseintrittsdurchlaß 70, während die anderen beiden öffnungen 57 und 58 der Kulisse 42 in direkter Strömungsverbindung mit dem Gasaustrittsdurchlaß 66 stehen.

Die beiden Schieber 47 und 48 haben jeweils die Form eines ° Klotzes mit einer ebenen, glatten Rückseite 70, einer gewölbten, glatten Vorderseite 72, einer ebenen, glatten Innenseite 74, einer gewölbten, glatten Außenseite 76 und ein Paar Stirnseiten 78 und 79. Die Stirnseiten 79

beider Schieber sowie die Stirnseite 78 des Einlaßschiebers

47 verlaufen lotrecht zu den übrigen Seiten. Die Stirnseite 78 des Auslaßschiebers 48 ist dagegen abgeschrägt. Wie man in Fig. 2 und 4 erkennt, befindet sich die jeweilige Rück-

B seite 70 in gleitender Anlage an der Vorderseite 53 der Platte.52 der Kulisse 42, während die Vorderseiten 72 der zylindrischen Mantelfläche der Schnecke 14 zugewandt ist. Die Innenseiten 74 der beiden Schieber 47 und 48 befinden sich verschieblich in gegenseitiger Anlage. Die Außenflächen 76 der beiden Schieber befinden sich in gleitender Anlage an den gewölbten Oberflächen 44 der Ausnehmung 40 zunächst der Borhung 24. Die beiden Schieber 47 und 48 sind mit Hilfe von mittels Schrauben 84 daran befestigten Klemmstücken 81 bzw. 82 verschieblich an der Kulisse 42 befestigt. Die Klemmstücke 81 und 82 haben jeweils einen Schaft 85 bzw. 86, welcher die jeweilige öffnung 56 bzw. 57 der Kulisse 42 durchsetzt und auf der Rückseite 70 des jeweiligen Schiebers 47 bzw. 48 aufsitzt. Die Schrauben 84 durchsetzen in den Klemmstücken 81, 82 geformte Bohrungen 83 und sind in Gewindebohrungen 87 in der Rückseite der. Schieber 47 und 48 geschraubt. Die Klemmstücke 81, 82 haben jeweils ein Kopfteil 89, welches an der Rückseite 64 der Platte 52 der Kulisse 42 angreift.

₂c Wie in Fig. 3, 5 und 7 dargestellt, sind die Auslaßschi-eber

48 der beiden Zwillingsschieber 20 und 22 über eine Verbindungsanordnung 120 miteinander verbunden, so daß sie sich bei axialen Einzieh- und Ausfahrbewegungen einer zu einer im folg-^n^en beschriebenen Steuerung gehörigen

_aQ Betätigungsstange 194 gleichzeitig und gleichsinnig in die jeweils gewählte Stellung bewegen. Wie man in Fig. 5 erkennt, ist die Betätigungsstange 194 mit einem Ende an einem Kolben 134 und mit dem anderen Ende an der Stirnseite 79 des Auslaßschiebers 48 befestigt. An der abgeschrägten

_oc Stirnseite 78 des Auslaßschiebers 48 ist eine weitere Stange 196 befestigt, welche entlang einer Seite eine Verzahnung 197 aufweist. Wie man in Fig. 3 erkennt, ist eine Welle 199 drehbar in zwei Lagern 202 gehaltert, wel-

4b

ehe auf einer am Gehäuse 12 angeschraubten Tragplatte 29 angebracht sind. Auf den beiden Enden der Welle 202 ist jeweils ein Ritzel 206, 207 befestigt. Das Ritzen 206 befindet sich in Eingriff mit der Verzahnung 209 einer Stange 296, welche am anderen Auslaßschieber 48 befestigt ist. Eine die Welle 199 umgebende Torsionsfeder 214 bela- · stet die beiden Auslaßschieber 48 in der der Wirkrichtung der Betätigungsstange 194 entgegengesetzten Richtung, um die korrekte Ausrichtung der beiden Schieber 48 bei den Ausfahr- und Einziehbewegungen der Betätigungsstange zu gewährleisten. Ein Ende der Torsionsfeder 214 ist an einer Befestigungsstelle 216 des einen Lagers 202 verankert. Das andere Ende der Torsionsfeder 214 ist mittels eines Klemmstücks 121 an der Welle 199 festgelegt. Eine Verdrehung der Welle 199 unter Einwirkung der Betätigungsstange 194 in einer Richtung bewirkt somit eine Vorspannung der Torsionsfeder 214, welche bestrebt ist, die Welle 199 in der Gegenrichtung zurückzudrehen.

2Q Eine der vorstehend beschriebenen Verbindungsanordnung 120 entsprechende Verbindungsanordnung 90 verbindet die Einlaßschieber 47 der beiden Zwillingsschieber 20 und 22 in der gleichen Weise miteinander, so daß die beiden Einlaßschieber 47 ebenfalls gleichzeitig und gleichsinnig in die jeweils

2g gewählte Stellung bewegbar sind. Wie man in der linken Seite in Fig. 7 erkennt, gehört zur Verbindungsanordnung 90 eine mit einem Kolben 133 sowie mit dem Einlaßschieber 47 des Zwillingsschiebers 22 verbundene Betätigungsstange 94, eine mit dem Einlaßschieber 47 verbundene und eine Verzah-

QQ nung 97 aufweisende Zahnstange 96, eine drehbar gelagerte Welle 99 mit darauf befestigten Ritzeln 106 und 107, ein Paar die Welle 99 tragender Lager 102, eine mit dem anderen Einlaßschieber 47 verbundene und eine Verzahnung 109 aufweisende Zahnstange 112 und eine Torsionsfeder 114. Das Ritzel 107 befindet sich in Eingriff mit der Verzahnung 109 der Zahnstange 112, welche ihrerseits mit einem Ende an der Stirnfläche 78 des Einlaßschiebers 47 des Zwillingsschiebers 20 befestigt ist.

Wie man in Fig. 5, 6 und 7 erkennt, umfaßt die Steuerung zum Bewegen oder Verstellen der Einlaßschieber 47 und der Auslaßschieber 48 jeweils einen Antrieb 125 bzw. 130 für die beiden Einlaß- bzw. Auslaßschieber 47 bzw. 48, mittels welcher die beiden Einlaßschieber 47 und die beiden Auslaßschieber 48 jeweils unabhängig voneinander verstellbar sind·. Die in der dargestellten Ausführungsform hydraulischen Antriebe 125 und 130 weisen jeweils einen im Kompressorgehäuse 12 ausgebildeten Zylinder 131 bzw. 132 auf, in welehern jeweils ein Kolben 133 bzw. 134 verschieblich geführt ist. An einer Seite der Kolben 133, 134 ist jeweils das eine Ende eienr der vorstehend erwähnten Betätigungsstangen 94 bzw. 194 befestigt. An der anderen Seite der Kolben 133, 134 ist jeweils ein Ende eines Fühlerstößels 137 bzw. 138 befestigt. Die Fühlerstößel 137, 138 gehören jeweils zu einer Sensoreinrichtung 139 bzw. 140 für die Erzeugung von elektrischen Signalen, welche die jeweilige Stellung der Schieber 47 bzw. 48 angeben und dadurch gewissen Betriebszuständen des Kompressors entsprechen, wie im folgenden erläutert.

Für eine Verschiebung der Kolben 133, 134 wird eine Hydraulikflüssigkeit, d.h. ein Druckmittel von einer Druckmittelquelle 146 über Magnetventile 152 bzw. 153

„c und Durchlässe 144 bzw. 145 zugeführt oder über die Durchlässe und Magnetventile 147 bzw. 148 zur Druckmittelquelle 146 zurückbefördert. Die Betätigung der Magnetventile 152, 153 und 147, 148 erfolgt durch elektrische Ausgangssignale einer elektronischen Steuerung 155, welche von einer Motor-

nn steuerung 156 für den Motor M und den beiden Sensoreinrichtungen 139 und 140 mit elektrischen Eingangssignalen gespeist ist, wie nachstehend erläutert.

Im Betrieb sind die beiden Einlaßschieber 47 sowie die beiden Auslaßschieber 48 jeweils gemeinsam verstellbar. Jeder Einlaßschieber 47 ist zwischen einer Vollaststellung und Teillaststellungen relativ zum Einlaß 55 verstellbar, um die Stelle zu bestimmen_?an welcher unkomprimiertes gasförmiges Kältemittel vom Gaseintrittsdurchlaß 70 her

Zutritt zu den Kompressionskammern oder Nuten 25 der Schnecke 14 erhält, um damit die Kapazität des Kompressors zu steuern. Die Auslaßschieber 48 sind relativ zum jeweiligen Auslaß 58 zwischen einer Minimaldruckstellung und verschiedenen Zwischenstellungen verstellbar, um die jeweilige Stelle zu bestimmen, an welcher das komprimierte · gasförmige Kältemittel aus den Kompressionskammern 25 durch den Auslaß 58 hindurch zum Gasaustrittsdurchlaß 66 entweichen kann, und um damit die Leistungsaufnahme des Kompressors zu steuern. Dabei sind die Schieber 47 und unabhängig voneinander mittels der hydraulischen Kolben-Zylinderantriebe 125 bzw. 130 verstellbar. Die Steuerung spricht dabei auf die Kapazität des Kompressors und auf seine Leistungsaufnahme an, welche ihrerseits von der Stellung der Schieber 47 und 48 abhängig sind, und verstellt über die Antriebs die Schieber 47 und 48 derart, daß der Kompressor mit einer vorbestimmten Kapazität und einer vorbestimmten Leistungsaufnahme arbeitet. Mittels der Schieber 47 ist die Kapazität des Kompressors zwischen etwa 100% und etwa 10% einstellbar. Mittels der Schieber·48 ist der Auslaß derart verstellbar, daß die zur Aufrechterhaltung der gewünschten Kapazität des Kompressors notwendige Leistungsaufnahme desselben möglichst gering ist. Zu der Steuerung gehören die beiden Sensoreinrichtungen 139 und 14O, welche die jeweiligen Stellungen der Schieber bzw. 48 melden.

Wie in Fig. 7 dargestellt, verwendet man als Sensoreinrichtungen 139, 140 vorzugsweise handelsübliche Komponenten,

„Q z.B. linear variable Differentialtransformatoren, jeweils mit einem mittels des jeweiligen Fühlerstößels 137 bzw. axial verschieblichen Kern 142, welcher das elektrische Ausgangssignal einer feststehenden Spule 144 modifiziert, so daß das der Steuerung 155 zufließende elektrische Aus-

oc gangssignal die Stellung des jeweiligen Schiebers 47 oder 48 wiedergibt. Anstelle eines Differentialtransformators kann zwar auch ein (nicht gezeigter) Regelwiderstand verwendet werden, ein solcher ist jedoch wegen der zwischen

seinen Teilen vorhandenen Reibung anfällig für Verschleiß und Störungen, während bei einem Differentialtransformator kaum irgendwelcher Verschleiß auftritt, da seine Wirkungsweise auf der Annäherung bzw. der relativen Stellung der beiden Teile 142 und 144 zueinander beruht. Die Ausgangssignale werden von der Steuerung 155 in elektrische Steuer-· signale für die Steuerung der Magnetventile 153 und 152 bzw. 148 und 147 umgewandelt, um die Zufuhr des hydraulischen Druckmittels zu den Antrieben 125 bzw. 130 bzw.

den Rücklauf des Druckmittels davon zu steuern und damit die Schieber 47 und 48 in die jeweils gewünschte Stellung zu bewegen. Die betreffenden Stellungen werden eingangs von einer Bedienungsperson für den Kompressor durch Eingabe von elektrischen Eingangssignalen mittels einer von Hand betätigbaren Schalteranordnung 150 festgelegt. Die Steuerung 155 weist eine Anzeige 156 auf, an welcher die gewählten und die tatsächlichen Betriebszustände ablesbar sind.

_on Anstelle der Verwendung von elektrischen oder elektronischen Sensoren der mit 139 und 140 bezeichneten Art für die Ermittlung der jeweiligen Stellung der Schieber 47 und 48 können dafür auch (nicht dargestellte) geeignete Druckfühler an bestimmten Stellen des Kompressors 10 angeordnet sein, welche die jeweiligen Druckverhältnisse messen und deren Ausgangssignale in elektrische Signale für die Betätigung der Antriebe 125 und 130 umgewandelt werden können.

Es ist auch möglich, die zu komprimierenden bzw. komprimierten Gase an verschiedenen Stellen der Anlage unmittelbar

selbst für die Verstellung der Schieber 47 und 48 zu verwenden, sofern dazu geeignete Vorrichtungen vorhanden sind.

Wenn der Kompressor 10 mit seiner höchsten Kapazität oder Leistung arbeitet, befindet sich der Einlaßschieber 47 in der in Fig. 6 ausgezogen gezeichneten Stellung relativ zur Schnecke 14, zum Gehäuse 12 und zu den Öffnungen 55 und Arbeitet der Kompessor 10 dagegen mit seiner geringsten Kapazität, also im unbelasteten Zustand, dann befindet sich

Oft

der Einlaßschieber 47 in der in Fig. 6 strichpunktiert gezeichneten Stellung relativ zur Schnecke 14, zum Gehäuse 12 und zu der Öffnung 55. Fig. 6 zeigt außerdem die Stellung des Auslaßschiebers 48 für die geringste Verdichtung in ausgezogener Darstellung und für die größte Verdichtung in strichpunktierter Darstellung.

Wie allgemein bekannt variiert der Gasdruck am Auslaß eines Kompressors beträchtlich in Abhängigkeit von jahreszeitlich

^q oder durch die Umgebung bedingten Schwankungen der Umgebungstemperatur. Dabei kann das Gas, wie in dem Gasdruck-Volumendiagramm in Fig. 9 dargestellt, unter gewissen Umständen überkomprimiert werden, beispielsweise wenn der Auslaß in bezug auf einen optimalen Öffnungszeitpunkt X

jK später Öffnet. Eine solche Überkompression «teilt eine erhöhte Belastung für den Kompressor dar, mit dem sich daraus ergebenden erhöhten Verbrauch an elektrischer Energie für den Betrieb des Kompressors, da das Gas dabei über eine längere Zeitspanne in den Nuten der Schnecke einge-

2Q schlossen ist und sein Volumen unter gleichzeitigem Druckanstieg weiter verringert wird, d.h. das Verdichtungsverhältnis wird vergrößert. Öffnet der Auslaß dagegen in bezug auf den optimalen Öffnungszeitpunkt X früh, so treten ebenfalls Energieverluste ein, da das Volumen-

2g verhältnis, d.h. also das Verhältnis zwischen dem Volumen des Gases am Einlaß und dem Volumen des Gases am Auslaß, verringert wird, d.h. der Innendruck des Kompressors im Bereich des Auslasses ist niedriger, wodurch sich das Verdichtungsverhältnis des Kompressors verringert. Gemäß der

ο« Erfindung sind die beiden Auslaßschieber 48 verstellbar, um die Stelle zu bestimmen, an welcher die Auslässe 58 öffnen. Die bevorzugte Stellung ist dabei der in Fig. 9 mit X bezeichnete Punkt, an welchem der Gasdruck in den Kompressionskammern der Schnecke gleich dem Kondensations-

«c druck in der Kühlanlage ist, in welcher der Kompressor installiert ist.

In Fig. 8 zeigt die Kurve A die Beziehung zwischen der KaDazität und der Leistungsaufnahme des Kompressors,

jeweils in Prozenten ausgedrückt, bei Verwendung der Schieber 47 und 48 und der dazugehörigen Steuereinrichtungen in der erfindungsgemäßen Ausführungsform, im Vergleich zu der entsprechenden Beziehung bei bekannten Kompressoren, dargestellt durch die Kurve B. Die Linie C entspricht der theoretischen optimalen Beziehung.

Gemäß der Erfindung sind Einrichtungen vorgesehen, mittels welcher die Stellungen der Schieber 47 und 48 für die

,Q Erzielung des günstigsten Verdichtungsverhältnisses bestimmbar sind. Eine solche Einrichtung ist beispielsweise ein in der Steuerung vorhandener (nicht dargestellter) Mikroprozessor, welcher die entsprechenden Stellungen der Schieber mathematisch berechnet, oder eine Anordnung von

,ε Druckfühlern oder Sensoren, etwa von der Art wie für die bevorzugte Ausführungsform vorstehend beschrieben. Derartige Einrichtungen können dazu verwendet werden, die Drücke am Einlaß und am Auslaß zu ermitteln und den Schieber 48 in axialer Richtung über die jeweils notwendige

2Q Strecke zu verschieben, bis die durch den Punkt X in Fig.9 bezeichnete Ausgleichsstellung erreicht ist. Dank den unabhängig voneinander verstellbaren Schiebern 47 und 48 ermöglicht die Erfindung die Erzielung des Ausgleichs sowohl unter Vollast- als auch unter Teillastbedingungen.

In der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform sind die beiden an gegenüberliegenden Seiten der Schnecke angeordneten Schieber 47 und die beiden an gegenüberliegenden Seiten der Schnecke angeordneten Schieber 48 jeweils gleichzeitig und gleichsinnig verstellbar, um eine "symme-

trische" Entlastung des Kompressors zu bewirken. Bei Verwendung von (nicht dargestellten) abgewandelten Verbindungsund Steuereinrichtungen können jedoch die beiden Schieber jedes Paares auch unabhängig voneinander verstellbar sein, um eine "unsymmetrische" Entlastungs des Kompressors zu

bewirken.

Solange der Kompressor mit niedriger Kapazität arbeitet, ergeben sich ein niedriger Wirkungsgrad sowie beträchtlich

erhöhte Energieverluste. Dabei können die Verschlechterung des Wirkungsgrads sowie die Energieverluste zur Hälfte an einer Seite der Schnecke vorliegen. Bei wie vorstehend beschrieben unabhängig voneinander verstellbaren Schiebern ergibt sich dabei der Vorteil, daß es bei einer Verringerung der Belastung des Kompressors auf beispielsweise etwa 50% seiner Kapazität möglich ist, eine Seite des Kompressors abzusperren oder stillzusetzen, so daß an der betreffenden Seite praktisch keine Verluste auftreten. TO Dies kann zwar zu einer in Radialrichtung einseitigen Belastung der Schnecke führen, diese kann jedoch unter gewissen Umständen zulässig sein oder durch geeignete Maßnahmen ausgeglichen werden.

,c Zu bemerken ist ferner noch, daß in den Kompressionskammern kein Gas eingeschlossen wird, wenn der Einlaßschieber in die in Fig. 6 strichpunktiert dargestellte Entlastungsstellung bewegt wird. Unter diesen Bedingungen ist die Stellung des dazugehörigen Auslaßschiebers 48 nicht von

2Q unmittelbarer Bedeutung in bezug auf die Strömung des Gases, es kann jedoch vorteilhaft sein, ihn in die Stellung für das theoretisch kleinste Verdichtungsverhältnis zu bewegen, da sich daraus eine Vereinfachung im Hinblick auf den Aufbau und die Wirkungsweise der Steuerung ergibt.

Claims

Patentansprüche

25 1. Rotationskompressor, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (12) mit einer Bohrung (24), durch einen mit entlang Schraubenlinien verlaufenden Nuten (25) versehenen, drehbar in der Bohrung gelagerten Läufer (14), durch zur Bildung einer Anzahl von sich entlang dem Läufer

30 erstreckenden Kompressionskammern (25) mit dem Läufer zusammenwirkende drehbare Körper (16, 18), durch einen Niederdruck-Einlaß (70) und einen Hochdruck-Auslaß (58), welche in Strömungsverbindung mit den Kompressionskammern bringbar sind, durch wenigstens einen relativ zum Läufer

35 in bezug auf den Einlaß zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung verschieblichen Einlaßschieber (47) für die Bildung einer Einlaß-Umleitung zum Steuern der Kapazität des Kompressors (10), durch wenigstens einen relativ zum Läufer in bezug auf den Auslaß zwischen einer

1 offenen und einer geschlossenen Stellung verschieblichen Auslaßschieber (48) zum Steuern des Verdichtungsverhältnisses und über dieses der Leistungsaufnahme des Kompressors, wobei jeder Schieber -(47, 48) in einer sich axial entlang der Bohrung (24) erstreckenden und mit dieser in Strömungsverbindung stehenden Ausnehmung (40) des Gehäuses (12) angeordnet ist und eine dem Läufer komplementäre und diesem zugewandte Fläche aufweist, welche in abdichtender Gleitberührung mit dem Läufer steht, wobei ferner jeder Einlaßschieebr ein zunächst dem Einlaß angeordnetes und mit diesem zusammenwirkendes Teil und jeder Auslaßschieber ein zunächst dem Auslaß angeordnetes und mit diesem zusammenwirkendes Teil aufweist, und wobei der wenigstens eine Einlaßschieber und der wenigstens eine Auslaßschieber unabhängig voneinander bewegbar sind, und durch auf die Kapazität des Kompressors sowie auf das Verdichtungsverhältnis ansprechende Steuereinrichtungen zum Steuern der Verstellung der Schieber derart, daß der Kompressor mit einer vorbestimmten Kapazität bei der geringstmöglichen Leistungsaufnahme arbeitet.

2. Rotationskompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einlaßschieber (47) und ein Auslaßschieber (48) nebeneinander verschieblich in einer gemeinsamen Ausnehmung (40) angeordnet sind.

3. Rotationskompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtungen einen ersten und einen zweiten, bewegungsübertragend mit dem Einlaßschieber (47) bzw. dem Auslaßschieber (48) ver-

bundenen Antrieb (125 bzw. 130), eine erste Sensoreinrichtung (139) zum Ermitteln der Kapazität des Kompressors und zum entsprechenden Betätigen des ersten Antriebs (125) und eine zweite Sensoranordnung (140) zum Ermitteln des Verdichtungsverhältnisses und zum entsprechenden Betätigen des zweiten Antriebs (130) aufweisen.

4. Rotationskompressor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite

Sensoranordnung (139 bzw. 140) jeweils ein elektrisches Bauelement (144) aufweisen, welches auf die jeweilige Stellung des zugeordneten Schiebers (47 bzw. 48) anspricht und ein der betreffenden Stellung entsprechendes elektrisches Signal erzeugt.

5. Rotationskompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes elektrische Bauelement (144) ein Teil (142) aufweist, welches zur

,Q Erzeugung des elektrischen Signals entsprechend der

Verstellung des zugeordneten Schiebers (47, 48) verstellbar ist.

6. Rotationskompressor nach Anspruch 4, dadurch

gekennzeichnet, daß jeder Antrieb (125, 130)

einen hydraulischen Zylinder aufweist und daß über die Sensoreinrichtungen (139, 140) Magnetventile für die Steuerung der Druckmittelspeisung und -Entlastung der hydraulischen Zylinder betätigbar sind.

7. Schneckenkompressor für eine Kühlanlage,

gekennzeichnet durch ein Kompressorgehäuse (12), durch eine entlang Schraubenlinien verlaufende Nuten (25) aufweisende und drehbar in einer Läuferbohrung (24) des Gehäuses gelagerte, motorgetriebene Schnecke (14), durch zwei drehbar im Gehäuse gelagerte, sternförmige Flügelräder (16, 18), welche zur Bildung einer Anzahl von Kompressionskammern (25) mit den entlang Schraubenlinien verlaufenden Nuten in Eingriff bringbar sind, durch im Kompressorgehäuse ausgebildete Einlaß- und Auslaßanordnungen

(70, 58), durch einen Einlaßschieber (47) und einen Auslaßschieber (48), welche gleitverschieblich nebeneinander in einer im Kompressorgehäuse ausgebildeten, sich entlang der Läuferbohrung erstreckenden und mit dieser in Strömungsverbindung stehenden Ausnehmung (40) angeordnet sind und

jeweils eine der Mantelfläche der Schnecke komplementäre, dieser zugewandte Fläche haben, welche in abdichtender Gleitberührung mit der Schnecke steht, wobei der Einlaßschieebr zwischen einer Vollast- und einer Entlastungs-

Stellung verstellbar ist, um die Stelle zu bestimmen, an welcher unkomprimiertes gasförmiges Kältemittel unter niedrigem Druck vom Einlaß (70) in die Kompressionskammern (25) strömen kann, und um damit eine Einlaß-Umleitung für die Steuerung der Kapazität des Kompressors zu bilden, und wobei der Auslaßschieber zwischen einer Minimaldruckstellung und Regeldruckstellungen verschieblich ist, um die Stelle zu bestimmen, an welchem das komprimierte gasförmige Kältemittel unter hohem Druck aus den Kompressionskammern zum Auslaß entweichen kann, und um damit die Leistungsaufnahme des Kompressors zu steuern, und durch auf die Kapazität und das Verdichtungsverhältnis des Kompressors ansprechende Steuereinrichtungen zum Verstellen der Schieber (47, 48) derart, daß der Kompressor (10) mit einer vorbestimmten Kapazität bei geringstmöglicher Leistungsaufnahme arbeitet.

8. Schneckenkompressor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieber (47, 48)

2Q mittels getrennter Antriebe (125, 130) unabhängig voneinander bewegbar sind.

9. Schneckenkompressor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtungen Sensoranordnungen (139, 140) zum Ermitteln der Stellung der Schieber (47, 48) und zum Steuern der Betätigung der Antriebe (125, 130) aufweisen.

10. Schneckenkompressor nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei Einlaßschieber (47) und zwei Auslaßschieber (48) aufweist, von denen ein Einlaßschieber und ein Auslaßschieber in einer gemeinsamen Ausnehmung (40) an einer Seite der Schnecke (14) und der andere Einlaßschieber und der andere Auslaßschieber in einer anderen gemeinsamen Ausnehmung an einer anderen Seite der Schnecke angeordnet sind.

11. Schneckenkompressor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtungen

1 auf die Kapazität des Kompressors (10) ansprechen, um den Einlaßschieber (47) eines der Schieberpaare (47, 48) in die Entlastungsstellung zu bewegen, wenn die Kapazität des Kompressors unter einen vorbestimmten Wert absinkt.