SE469436B - Means for regulating the internal volume ratio in a rotary compressor - Google Patents

Abstract

In a rotary compressor for a heat-removal or heat pump, the internal volume ratio should have a defined relationship with the pressure ratio of the compressor in order for optimum efficiency to be achieved. The internal volume ratio must therefore be capable of being varied for adaptation to full load and part load. In order to obtain the best efficiency with regard to load requirements, a means for regulating the internal volume ratio has been designed as a radially movable valve body 9 arranged so as to fit the "theoretically correct" outlet port 8. This outlet port in the shell wall of the working chamber of the compressor is delimited essentially by the plane of an outlet to the compressor and by cam surfaces of the interacting screws of the rotary compressor towards the outlet side. The radially movable valve body 9 has, so as to fit the outlet port, been designed with an apex line surrounded by concave surfaces arranged so as to adjoin with play the peripheral surface of the screws. In order for it to be possible to adapt the internal volume ratio to different load requirements, the valve body can consist of a number of V-shaped interacting parts arranged in a parallel manner. <IMAGE>

Description

469 436 grad skall kunna erhållas. Det inbyggda volymförhållandet måste därför kunna varieras för anpassning till fullast och dellast. Med exempelvis en axiellt förskjutbar slid är det möjligt att variera och därmed reglera det inbyggda volymförhållandet. För att med känd teknik kunna steglöst reglera det inbyggda volymförhâllandet krävs ett mycket komplicerat och avancerat reglersystem, vanligtvis även innefattande datorfunktioner. 469 436 degree must be obtainable. The built-in volume ratio must therefore can be varied for adaptation to full load and partial load. With for example one axially displaceable slide, it is possible to vary and thus regulate it built-in volume ratio. To be able to regulate steplessly with known technology the built-in volume ratio requires a very complicated and advanced control systems, usually also including computer functions.

Det är även känt att med radiellt förskjutbara s k lyftventiler variera det inbyggda volymförhållandet i en rotationskompressor, där ventilerna väsentligen är utformade som cylindriska kolvar och anordnade att öppna och stänga en utloppskanal till rotationskompressorn. I detta senare fall sker regleringen huvudsakligen i steg, vilket ger ett betydligt förenklat reglersystem jämfört med tidigare omnämnda reglersystem för steglös reglering.It is also known to vary with radially displaceable so-called lifting valves the built-in volume ratio of a rotary compressor, where the valves are essentially designed as cylindrical pistons and arranged to open and closing an outlet duct to the rotary compressor. In this latter case The regulation takes place mainly in steps, which provides a much simplified control system compared to the previously mentioned control system for stepless regulation.

En avloppsport till en tvåskruvs skruvkompressor är emellertid till sin "teoretiska form" inte alls cirkulär, då den egentligen begränsas av en avloppssida och skruvarnas snedställda kamytor och dessutom är avlopps- porten placerad så att det är i huvudsak omöjligt att få någon överens- stämmelse mellan den s k teoretiska formen hos avloppsporten och en cylindrisk form.However, a drain port for a twin-screw screw compressor is its own "theoretical form" is not circular at all, as it is actually limited by one drain side and the inclined cam surfaces of the screws and in addition the drain the gate is placed in such a way that it is essentially impossible to obtain any correspondence between the so-called theoretical form of the drain gate and a cylindrical shape.

Speciellt vid högvarviga kompressorer har det visat sig vara nödvändigt att avloppsporten har den riktiga formen och är rätt placerad för att inte påverka denna kompressortyps erkänt goda verkningsgrad till det sämre.Especially with high-speed compressors, it has proved necessary that the drain gate has the correct shape and is correctly placed so as not to affect the recognized good efficiency of this type of compressor for the worse.

I figur l visas förenklat i ett snitt en kompressor av SBM-typ med arbetskamrar och rotorer till vänster och höger om en snittlinje.Figure 1 shows, in a simplified section, an SBM-type compressor with working chambers and rotors to the left and right of a section line.

Kompressorns inloppssida betecknas med 1 och dess avlopsssida med 2. Den för ett bestämt inre volymförhållande teoretiskt riktiga avloppsporten 3 i arbetskammarens mantelvägg begränsas av avloppssidan 2 och de snedställda kamytorna vid rotorändarna. Med 4 avses en cylindrisk avloppsport för en kompressor med en lyftventil. Det framgår klart att arean för den cylindriska avloppsporten är betydligt mindre än arean för den teoretiskt riktiga avloppsporten 3. Genom att placera lyftventilen osymmetriskt kan formen på ventiländen förenklas. Placeras lyftventilen 5 symmetriskt som i figur 2 kan arean öka för lyftventilen i förhållande till arean 3 för den teoretiskt riktiga avloppsporten men arean för lyftventilen 5 är ändå ß ~ 469 436 betydligt mindre än arean 3. Om lyftventilens area 6 enligt figur 3 görs lika stor som den teoretiskt riktiga avloppsportens area måste avloppsventilen öppna betydligt tidigare än avsett, vilket kommer att påverka det inbyggda volymförhållandet. Dessutom framgår av figurerna 1-3 att utströmningsarean från rotationskompressorn mot arbetskammarens mantelvägg inte kan motsvaras helt av lyftventilens area. I figur 3 betecknar området 7 ett inbyggt strömningshinder för flödet.The inlet side of the compressor is denoted by 1 and its outlet side by 2. It for a certain internal volume ratio theoretically correct drain port 3 i the mantle wall of the working chamber is limited by the drain side 2 and the inclined ones the cam surfaces at the rotor ends. By 4 is meant a cylindrical drain port for one compressor with a lift valve. It is clear that the area for it cylindrical drain port is significantly smaller than the area of it theoretically proper drain port 3. By placing the lift valve asymmetrically can the shape of the valve end is simplified. Place the lifting valve 5 symmetrically as in figure 2, the area for the lifting valve can increase in relation to the area 3 for it theoretically correct drain port but the area of the lift valve 5 is still ß ~ 469 436 significantly smaller than the area 3. If the area 6 of the lifting valve according to figure 3 is made as large as the theoretically correct drainage gate area must drain valve open much earlier than intended, which will affect the built-in volume ratio. In addition, Figures 1-3 show that the outflow area from the rotary compressor towards the working chamber jacket wall can not be completely matched by the area of the lift valve. In Figure 3 area 7 denotes a built-in flow barrier for the flow.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN För att få optimal verkningsgrad med hänsyn till lastbehov i en rotationskompressor till ett kylsystem eller ett värmepumpsystem har ett medel för reglering av det inre volymförhållandet utformats som en radiellt rörlig ventilkropp passande till den teoretiskt riktiga avloppsporten. Med den "teoretiskt riktiga avloppsporten" menas det område, som väsentligen begränsas av rotationskompressorns samverkande skruvars kamytor mot avloppssidan och avloppssidan. Den radiellt rörliga ventilkroppen har för att passa till den teoretiskt riktiga avloppsporten utformats med en spetslinje omgiven av konkava ytor anordnade att med spel ansluta till skruvarnas periferiyta. För att kunna anpassa det inre volymförhållandet till olika lastbehov kan ventilkroppen bestå av flera parallellt anordnade, V-formade, samverkande delar.DESCRIPTION OF THE INVENTION To get optimal efficiency with regard to load requirements in a rotary compressor for a cooling system or a heat pump system has one means for regulating the internal volume ratio designed as a radially movable valve body fitting to the theoretically correct the drain gate. By the "theoretically correct drainage gate" is meant area, which is substantially limited by the interaction of the rotary compressor screw cam surfaces against the drain side and the drain side. The radially movable the valve body has to fit the theoretically correct drain port designed with a tip line surrounded by concave surfaces arranged to with games connect to the peripheral surface of the screws. To be able to adapt the interior the volume ratio to different load requirements, the valve body can consist of several parallel-arranged, V-shaped, cooperating parts.

FIGURBESKRIVNING Figur 1-3 visar i ett axialsnitt genom en skruvkompressor olika cirkulära avloppsportars placering i anslutning till avloppssidan.DESCRIPTION OF FIGURES Figure 1-3 shows in an axial section through a screw compressor different circular location of drain ports adjacent to the side of the drain.

Figur 4 visar i ett axialsnitt genom en skruvkompressor en avloppsport och motsvarande ventilkropp enligt uppfinningen.Figure 4 shows in an axial section through a screw compressor a drain port and corresponding valve body according to the invention.

Figur BA, SB, SC och 6 visar i olika snittbilder ventilkroppen enligt uppfinningen och medlen för dess förflyttning.Figures BA, SB, SC and 6 show in different sections the valve body according to the invention and the means for its movement.

BESKRIVNING AV ETT UTFÖRINGSEXEMPEL En skruvkompressor av twin-screw-typ består av två samverkande, parallellt anordnade skruvytor i ett rotorhus mellan två gavlar. Gavlarna utgör de axiella ändplan, som delvis begränsar en arbetskammare för skruvkompres- 469 456 sorn. Det ena ändpartiet betecknas som ett inloppsplan 1 och det andra ändplanet betecknas som ett avloppsplan 2. I anslutning till inloppsplanet finns en inloppsöppning för arbetsmediet till arbetskammaren. I anslutning till avloppsplanet finns en avloppsport. I föreliggande uppfinning är kompressorn delbar i avloppsplanet. I rotorhuset i omedelbar anslutning till avloppsplanet 2 är en radiell avloppsport 8 utformad i arbetsrummets mantelvägg, där avloppsporten 8 väsentligen överensstämmer med den tidi- gare omnämnda teoretiskt riktiga formen 3. Porten 8 har en radiell utbred- ning, i vilken en med porten 8 likformig, radiellt förskjutbar ventilkropp 9 är rörligt anordnad. Ventilkroppen är mot rotorplanet utformad med en spetslinje omgiven av två konkava ytor för att i linje med mantelväggen kunna ansluta mot skruvytorna med minimalt spel vid helt inskjutet läge motsvarande stängd port för största inbyggda volymförhållande hos kompres- sorn. Storleken på porten 8 och därmed även på ventilkroppen 9 bestämmes i och för sig av det önskade inbyggda volymförhållandet när porten är öppen.DESCRIPTION OF AN EMBODIMENT A twin-screw-type screw compressor consists of two cooperating, parallel arranged screw surfaces in a rotor housing between two ends. The gables make them up axial end plane, which partially delimits a working chamber for screw compression 469 456 sorn. One end portion is referred to as an inlet plane 1 and the other the end plane is referred to as a drainage plane 2. Adjacent to the inlet plane there is an inlet opening for the working medium to the working chamber. In connection to the sewer level there is a drain gate. In the present invention, the compressor divisible in the sewer plane. In the rotor housing in immediate connection to the drainage plane 2, a radial drainage port 8 is formed in the working space jacket wall, where the drain port 8 substantially corresponds to the previous The theoretically correct shape 3. The gate 8 has a radial extension. in which a valve body uniformly radially displaceable with the port 8 9 is movably arranged. The valve body is designed towards the rotor plane with a tip line surrounded by two concave surfaces to align with the mantle wall be able to connect to the screw surfaces with minimal play when fully inserted corresponding closed door for the largest built-in volume ratio of the compression sorn. The size of the port 8 and thus also of the valve body 9 is determined in and separately of the desired built-in volume ratio when the door is open.

I ventilkroppen kan vidare en fast öppning 10 vara utformad, som vid stängd port 8 bestämmer ett andra högre inbyggt volymförhållande. För att kunna förflytta ventilkroppen 9 är den via en kolvstång 11 förbunden med en kolv 12, som är radiellt förskjutbar i en cylinder 13 i ett ventilblock 14 anslutet rotorhus. Ett kanalsystem för anslutning till olika tryck- nivåer är anslutet till cylindern för reglering av trycket i cylindern 13 för inställning av kolven 12 och den därmed förbundna ventilkroppen 9. För att bättre kunna reglera det inre volymförhållandet kan ventilkroppen 9 i sig bestå av två samverkande, intilliggande, parallellt anordnade delar bestående av en yttre anslutande 17 och en inre anslutande 18 ventilkropp.Furthermore, in the valve body a fixed opening 10 can be formed, as at closed port 8 determines a second higher built-in volume ratio. In order to be able to move the valve body 9, it is connected to via a piston rod 11 a piston 12, which is radially displaceable in a cylinder 13 in a valve block 14 connected rotor housing. A duct system for connection to various pressure levels are connected to the cylinder for regulating the pressure in the cylinder 13 for adjusting the piston 12 and the associated valve body 9. For to be able to better regulate the internal volume ratio, the valve body 9 in consist of two cooperating, adjacent, parallel parts consisting of an outer connecting 17 and an inner connecting 18 valve body.

Vid helt inskjutet läge, motsvarande helt stängd port, ansluter de båda ventilkropparnas innerytor mot skruvytorna med minimalt spel. Den yttre ventilkroppen är via en kolvstång förbunden med en kolv 12 i en cylinder.In the fully retracted position, corresponding to the fully closed door, they both connect the inner surfaces of the valve bodies against the screw surfaces with minimal play. The outer the valve body is connected via a piston rod to a piston 12 in a cylinder.

Den inre ventilkroppen 18 är förbunden med en kolvstång 19 till en kolv 20. Kolvstången 19 är koaxiellt anordnad i kolvstângen 11. Kolven 20 är koaxiellt avtätad och anordnad inuti kolven 12. Utgående från ett helt öppet läge är den inre och den yttre ventilkroppen helt tillbakadragna.The inner valve body 18 is connected to a piston rod 19 to a piston 20. The piston rod 19 is coaxially arranged in the piston rod 11. The piston 20 is coaxially sealed and arranged inside the piston 12. Starting from a whole In the open position, the inner and outer valve bodies are fully retracted.

För att öka det inre volymförhållandet tillföras först tryckmedium för att påverka den yttre kolven 12, varvid den yttre ventilkroppen förs fram mot avloppsportens öppning till arbetsrummet. För att ytterligare öka det inre volymförhållandet tillföras även tryckmedium för att påverka den inre kolven 20, varvid den inre ventilkroppen förs fram mot avloppsportens öppning till arbetsrummet. Den inre ventilkroppen 18 kan vara utformad med 's ~ 469 436 ett urtag 21 för ett visst bestämt inbyggt volymförhållande. I det senare fallet med de två ventilkropparna 17, 18 är det således möjligt att i tre steg reglera det inre volymförhållandet.To increase the internal volume ratio, pressure medium is first applied to actuate the outer piston 12, the outer valve body being advanced towards the opening of the drain gate to the workroom. To further increase it the internal volume ratio is also supplied with pressure medium to influence the internal the piston 20, the inner valve body being advanced towards the drain port opening to the workroom. The inner valve body 18 may be formed with 's ~ 469 436 a recess 21 for a certain determined built-in volume ratio. In the latter In the case of the two valve bodies 17, 18, it is thus possible to in three steps regulate the internal volume ratio.

Genom att ventilkroppen 9 respektive ventilkropparna 17, 18 är radiellt rörliga, har ventilkroppen 9 respektive ventilkropparna 17, 18 ingen kontakt med kompressorns lågtryckssida. Detta innebär att inga stora tätningskrav behöver ställas på styrytor 15 i rotorhuset eller på glidkanter 16 i avloppsplanet. Vidare kommer ventilkroppen att vara helt omgiven av ett arbetsmedium på samma trycknivà. Ventilkroppen kommer således att vara flytande, vilket innebär att krafterna blir små för att kunna förflytta och hålla ventilkroppen i ett stabilt läge. Detta medför i sin tur att förbindelsen i första fallet mellan ventilkroppen 9 och kolven 12 blir lågt belastad. Kolvstången 11 och kolven 12 kan utformas med liten diameter. Kolvstàngen 11 dimensioneras så att tryckdifferensen övervinner friktionskrafter och tryckfall vid rörelse för att öppna avloppsporten 8.Because the valve body 9 and the valve bodies 17, 18, respectively, are radial movable, the valve body 9 and the valve bodies 17, 18, respectively, have none contact with the low pressure side of the compressor. This means no big deal sealing requirements need to be set on guide surfaces 15 in the rotor housing or on sliding edges 16 in the drain plane. Furthermore, the valve body will be complete surrounded by a working medium at the same pressure level. The valve body is coming thus to be fluid, which means that the forces become small to be able to move and keep the valve body in a stable position. This entails in in turn the connection in the first case between the valve body 9 and the piston 12 becomes low loaded. The piston rod 11 and the piston 12 can be designed with small diameter. The piston rod 11 is dimensioned so that the pressure difference is overcome frictional forces and pressure drops during movement to open the drain port 8.

Kolven 12 dimensioneras vidare så att tryckdifferensen skall kunna förmå föra ventilkroppen 9 mot stängt läge och så att hållkraften övervinner de trycksvängningar som påverkar ventilkroppen under kompressorns arbets- cykel. Kopplingen mellan ventilkroppen 9 och kolvstången 11 kan utföras rörlig för att minska kraven på lägesriktighet för delarna relativt varandra.The piston 12 is further dimensioned so that the pressure difference can be reduced move the valve body 9 towards the closed position and so that the holding force overcomes them pressure fluctuations affecting the valve body during the operation of the compressor bike. The coupling between the valve body 9 and the piston rod 11 can be performed variable to reduce the positional accuracy requirements of the parts relatively each other.

Claims (4)

469 436 PATENTKRAV469 436 PATENT REQUIREMENTS 1. Medel för reglering av ett inre volymförhâllande i en rotations- kompressor av dubbelskruvtyp till kylsystem eller värmepumpsystem, k ä n n e t e c k n a t a v att medlet är anordnat i anslutning till ett avloppsplan för en arbetskammare till rotationskompressorn som en radiellt verkande ventilkropp omgiven av ett arbetsmedium av enhetlig trycknivå där ventilkroppen vid sitt helt inskjutna läge i en till ventilkroppen anpas- sad och radiellt riktad avloppsport i en mantelyta till rotationskompres- sorns arbetskammare med litet spel ansluter till dubbelskruvarnas peri- feriytor i arbetskammaren, där nämnda avloppsport till sin utsträckning är begränsad av avloppsplanet till arbetskammaren i rotationskompressorns rotorhus och två skärande skruvlinjer i mantelytan till arbetskammaren, vilka skärande skruvlinjer följer dubbelskruvarnas snedställda kamlinjer i ändplanet.Means for regulating an internal volume ratio in a twin-screw rotary compressor for cooling systems or heat pump systems, characterized in that the means is arranged in connection with a drainage plane for a working chamber of the rotary compressor as a radially acting valve body surrounded by a unit pressure medium where the valve body at its fully inserted position in a drain port adapted to the valve body and radially directed in a jacket surface to the working chamber of the rotary compressor with small play connects to the peripheral surfaces of the double screws in the working chamber, said said drain port being limited to the outlet in the rotor housing of the rotary compressor and two cutting screws in the mantle surface of the working chamber, which cutting lines follow the oblique cam lines of the double screws in the end plane. 2. v Medel enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att den radiellt rörliga ventilkroppen (9) är för sin förflyttning förbunden med en kolvstång (11) till en tryckmediepåverkad kolv (12) i en cylinder (14).2. A means according to claim 1, characterized in that the radially movable valve body (9) is connected for its movement by a piston rod (11) to a piston (12) actuated by a pressure medium (14) in a cylinder (14). 3. Medel enligt patentkrav 1, k ä n~n e t e c k n a t a v att ventil- kroppen för en stegvis reglering av det inre volymförhållandet är uppbyggd av två eller flera inbördes förskjutbara, samverkande ventilkroppar (17, 18), vilka var och en för sin förflyttning är förbunden med en kolvstâng (11, 19) till en tryckmediepâverkad kolv (12, 20) i en cylinder (14, 12).3. A means according to claim 1, characterized in that the valve body for a stepwise adjustment of the internal volume ratio is built up of two or more mutually displaceable, cooperating valve bodies (17, 18), each of which is connected for its movement. with a piston rod (11, 19) to a pressure-actuated piston (12, 20) in a cylinder (14, 12). 4. Medel enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k - n a t a v att den del av ventilkroppen (9, 18) som är belägen närmast avloppsplanet är försedd med ett urtag (10, 21) utgörande en fast port- öppning, när ventilkroppen är helt inskjuten, för ett bestämt största inre volymförhållande.Means according to one of the preceding claims, characterized in that the part of the valve body (9, 18) which is located closest to the drainage plane is provided with a recess (10, 21) constituting a fixed door opening, when the valve body is completely inserted, for a definite maximum internal volume ratio.