-
-
Verfahren und Vorrichtung zum stufenlosen
-
Regeln eines Schraubenverdichters Die Erfindung bezieht sich auf
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum stufenlosen Regeln der Menge des Druckgases
(Druckluft) und der Kühlflüssigkeit eines Schraubenverdichters, bei dem in einem
mit Saugraum und Verdichtungsraum versehenen Gehäuse ein Läuferpaar in einem Flüssigkeitsbad,
z.
-
B. Ölbad, läuft.
-
Schraubenverdichter zur Erzeugung von Druckgas, insbesondere Druckluft,
zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad und einen geringen Leistungsbedarf
aus. Ein solcher Schraubenverdichter, der durch einen Motor über Getriebe oder direkt
angetrieben werden kann, weist ein Gehäuse auf, in dem ein positiv verzahnter Hauptläufer
sowie ein negativ verzahnter Nebenläufer mit spiralförmigen, miteinander in Eingriff
ste-
henden Flanken und Nuten gelagert sind, wobei in dem Gehäuse
Saug- und Verdichtungsräume vorgesehen sind, die durch das Gehäuse und die Läufer
innenseitig begrenzt sind.
-
Ferner sind eine Einrichtung zum Zuführen einer Kühl-, Schmier- und
Dichtflüssigkeit, für die überwiegend Öl verwendet wird, in die Verdichtungsräume
sowie eine Regelvorrichtung vorgesehen. Die zu verdichtende Luft wird in die Öffnung
des sich drehenden Neben-Haupt läufers der Schraubenverdichterstufe angesaugt. Nach
Abschluß des Ansaugvorganges werden die Öffnungen vom Hauptläufer abgedichtet.
-
Die Verdichtung der Luft od.dgl. erfolgt durch das Weiterdrehen des
Läuferpaares auf den am Einlaßregler eingestellten Verdichtungs-Enddruck. Der Schraubenverdichter
ist einstufig und arbeitet ölüberflutet. Während des Verdichtungsvorganges wird
ein Teil des im Ölbehälter befindlichen Öles durch den entstehenden Druck, der auch
auf das Öl wirkt, in die Verdichterstufe eingespritzt, wobei das Öl die Aufgaben
der Schmierung, Abdichtung und Kühlung erfüllt. Anschließend wird das austretende
Öl-Luftgemisch über einen Rückflußverhinderer in den Ölbehälter geleitet und von
hier aus über Prallwände, die bereits einen sehr hohen Abscheidungsgrad erreichen,
in den nachgeschalteten Separator geführt. In diesem wird das Restöl so weit abgeschieden,
daß die austretende Druckluft od.dgl. nur noch einen geringen Restölgehalt enthält,
so daß die Druckluft praktisch ölfrei ist. Für die von dem Schraubenverdichter abzugebende
Druckluft kann ein Kühler vorgesehen sein.
-
Bei diesem Schraubenverdichter erfolgt eine Regelung nur für die Gasmenge.
Hierzu dient ein unter Federspannung stehender Stellzylinder des Einlaßreglers,
wobei eine Drosselklappe betätigt wird. Hierbei hat man keinen Einfluß
auf
die entstehenden Druckverluste. Eine solche Drosselklappen-Regelung in der Ansaugleitung
des Schraubenverdichters läßt hinsichtlich der Genauigkeit noch zu wünschen übrig.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Regelung für den Schraubenverdichter
der beschriebenen Art vorzusehen, die in Abhängigkeit von den Betriebsverhältnissen
des Schraubenverdichters noch sicherer und zuverlässiger arbeitet, und bei der auch
die Menge der zuzuführenden Kühlflüssigkeit mit gesteuert wird. Die Erfindung zeichnet
sich dadurch aus, daß die zu verdichtende Gasmenge in Abhängigkeit von dem Gasdruck
an der Abgabestelle, d.h. von dem Bedarf an Druckgas, durch Steuerung eines Gasübertrittes
von der Verdichter- zur Saugseite des Schraubenverdichters geregelt wird.
-
Durch die Möglichkeit der Steuerung dahingehendJ daß in dem Schraubenverdichter
eine gewisse Gasmenge mit leichtem Überdruck entweichen kann, erhält man eine exakte
Regelung in Abhängigkeit von dem jeweiligen Gasdruck an der Abgabestelle. Dies wirkt
sich auch auf den Motor günstig aus, bei dem die Leistungsaufnahme zugleich mit
geregelt wird. Es werden ferner die Druckverluste vermindert. Zugleich bietet diese
Regelung auch die Möglichkeit, daß die Einspritzmenge der Kühl-, Schmier- und Dichtflüssigkeit
zu dem Läuferpaar des Schraubenverdichters in Abhängigkeit von dem Bedarf an Druckgas
bzw. von dem Gasdruck an der Abgabestelle mit gesteuert werden kann. Eine solche
Regelung ist wirksamer als die Drosselklappenregelung, sie arbeitet exakt und zuverlässiger.
-
Die Einrichtung zum stufenlosen Regeln der Gasmenge sowie der Einspritzmenge
des flüssigkeitsgekühlten Schraubenver-
dichters zeichnet sich gemäß
einem weiteren Merkmal dadurch aus, daß in dem Verdichtergehäuse ein Regelzylinder
mit einem in den Läuferspalt eingreifenden Regelkolben angeordnet ist, und daß mit
dem Regelkolben ein Steuerkolben verbunden ist, dessen dem Regelkolben zugekehrte
Seite in Abhängigkeit von einem Proportional-Regelventil betätigbar ist. Hierbei
ist der Steuerkolben zweckmäßig federbelastet vorgesehen. Der Regelzylinder mit
dem Regelkolben und dem Steuerkolben gibt auf einfache Weise die Möglichkeit, einen
beabsichtigten Gasübertritt von der Verdichterseite zur Saugseite des Schraubenverdichters
zur Steuerung durchzuführen. Durch das Abheben des Kolbens von dem Bereich der Hüllkurven
des Haupt läufers und des Nebenläufers läßt sich die zu verdichtende Gasmenge stufenlos
regeln. Es wird eine gewünschte Leckspalte zu den nächsten Läufergängen freigegeben,
durch die eine gewisse Gasmenge mit leichtem Überdruck entweichen kann. Die Steuerung
erfolgt unmittelbar und einwandfrei.
-
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der Regelkolben und
das den Regelkolben aufnehmende Gehäuse mit einem gemeinsamen Kanal zur Zuführung
der Kühlflüssigkeit versehen sein. Durch die Verstellung des Regelkolbens wirkt
dieser als Steuerschieber gegenüber dem im Gehäuse befindlichen Zuführungskanal.
Derselbe Regelkolben, der die Gasmenge regelt, übernimmt auf diese Weise zugleich
auch die Regelung der Einspritzmenge für die Kühlflüssigkeit, was ebenfalls in Abhängigkeit
von dem Bedarf an Druckgas bzw.
-
von dem Gasdruck an der Abgabestelle erfolgt. Dies hat zur Folge,
daß, z.B. im Leerlauf, nur ein geringer Teil der Kühlflüssigkeit in die Verdichterstufe
des Schraubenverdichters eingespritzt zu werden braucht.
-
Damit der Regelkolben nicht in den Wirkkreis der Läufer des Schraubenverdichters
gelangen kann, ist dieser vorteilhaft mit einem am Außenumfang vorstehenden Kragen
versehen, der mit einem Absatz im Gehäuse zusammenwirkt. Dadurch ist die tiefste
Stellung des Regelkolbens begrenzt. Zugleich sind bei Aufliegen des Regelkolbens
auf dem Gehäuseabsatz die Zuftihrungskanäle so zueinander gerichtet, daß ihre Öffnungen
sich decken. Das bedeutet, daß bei Absperrung jeglichen Gasübertrittes von der Verdichterseite
zur Saugseite des Schraubenverdichters, d.h. beim Arbeiten in Vollast, die Kühl-
und Schmierflüssigkeit in voller Höhe dem Läuferpaar zugeführt wird.
-
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
nachstehend erläutert.
-
Fig. 1 zeigt den Schraubenverdichter gemäß der Erfindung im Längsschnitt
und im Schema.
-
Fig. 2 stellt einen Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 dar.
-
Fig. 3 veranschaulicht den Schraubenverdichter zusammen mit der Regleinrichtung
in einem Ausführungsbeispiel schematisch.
-
Der Schraubenverdichter 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in dem ein Haupt
läufer 3 und ein-Nebenläufer 4 gelagert sind, die spiralförmig miteinander in Eingriff
stehende Flanken und Nuten aufweisen. Die beiden Läufer werden mittels eines Getriebes
5 von einem Motor 6 angetrieben. Die LuftzufUhrungsleitung ist 7, die Druckleitung
(Öl-Luftgemisch)
mit 8 und die Zuführungsleitung für die Kühl-
und Schmierflüssigkeit mit 9 bezeichnet.
-
in dem Gehäuse 2 ist ein Regelkolben 10 angeordnet, der senkrecht
zur Längsachse des Gehäuses bzw. der Läufer verschiebbar ist. Der Regelkolben 10
greift in den Spalt zwischen den beiden Läuferwalzen ein. Seine den Läuferwalzen
zugekehrten Begrenzungsfläche entspricht den Hüllkurven des Läufersplates. Der Regelkolben
10 befindet sich in dem Zylinder 11 des Gehäuses 2, der einen Absatz 12 besitzt,
gegen den der Regelkolben 10 mittels des Kragens tOa zur Anlage kommt. In einem
Zylinderdeckel 13 ist ein Steuerkolben 14 verschiebbar gelagert und steht unter
der Wirkung einer Feder 15, deren Widerlager 16 an dem Deckel 13 befestigt ist.
Der Steuerkolben 14 ist mit dem Regelkolben 10 mittels des Zapfenansatzes 14a fest
verbunden. Der Kragen 10a des Regelkolbens 10. ist an dem Deckel 13 geführt.
-
Zu der der Federung 15 abgekehrten Seite des Steuerkolbens 14 führt
eine steuerleitung 17 von einem Proportionalregler 18. Die Zuführungsleitung 9 für
die Kühlflüssigkeit setzt sich in dem Gehäuse 2 in dem Kanal 19 fort, an den sich
ein Kanal 20 in dem Regelkolben 10 anschließt.
-
Das zur verdichtende Gas wird über einen Ansaugfilter 22 mit Mikrofiltereinsatz
angesaugt. Ein unzulässiger Verschmutzungsgrad wird optisch angezeigt, anschließend
gelangt das Gas in die Verdichterstufe 21 und wird hier auf den am Proportionalregler
18 eingestellten Betriebsdruck verdichtet. Währen dieses Verdichtungsvorgangs wird
ein Teil des im Ölbehälter 23 befindlichen Dies 24 durch den sofort entsprechenden
Durck, der naturgemäß auf das Öl wirkt, in die Verdichterstufe eingespritzt. Dabei
erfüllt das Öl
die Aufgabe der Schmierung, Abdichtung und Kühlung.
Das austretende Öl-Gasgemisch wird über einen Rückflußverhinderer 25 der Leitung
8 in den Gas-Ölbehälter geleitet. Hier werden durch Umlenkungen, Geschwindigkeitsänderungen
und Prallwände Gas und Öl voneinander getrennt. Das verdichtete Gas wird weiter
in eine Separation mittels einer Abscheidepatrone 26 geführt, die einen Abscheidegrad
von 0,01 µ hat. Hier werden alle Ölanteile bis zum genannten Abscheidegrad aus dem
Gas entfernt und über eine Rückführleitung 27 der Saugseite des Verdichters wieder
zugeführt.
-
Anschließend verläßt das Gas nahezu ölfrei über das kombinierte Mindestdruck-Rückschalgventil
28 und den Absperrschieber 29 den bei ichter.
-
In der Zuführungsleitung 9 fUr die Kühlflüssigkeit können ein Ölstopp-Magnetventil
39, ein Ölfilter 40, eine Öleinspritzblende 41 und ein Ölströmungswächter bzw. ein
Einspritzdruckwächter vorgesehen sein. Das Öl 24 kann durch einen wassergekühlten
Ölkühler 43 und/oder Luftgekühlten Ölkühler 44 geführt werden. Die Druckluft kann
über einen wassergekühlten Nachkühler 45 oder einen luftgekühlten Nachkühler 46
geleitet werden. Mit 47 ist ein hgklonabscheider und mit 48 ein automatischer Kondensatablaß
bezeichnet. Von dem Separator 40 führt die Druckluftleitung 51 über einen oder beide
achkühler zu der Abgabestelle an dem Absperrventil 29. Mit 50 ist ein Sicherheitsventil
und mit 52 ein Sicherheitsdruckschalter bezeichnet.
-
Der Verdichter wird beim ersten Mal manuell eingeschaltet.
-
Wenn sich im Gassystem nach dem kombinierten Mindestdruckrückschlagventil
28 ein Druck von etwa 35 ç des an Proportionalregler 18 eingestellten Enddruckes
aufgebaut hat,
schließt der Kontakt des Druckreglers 30, der das
3/2 Wege-Magnetventil 32 funktionsfähig macht. Steigt der Druck weiter an, so wird
über das Proportional-Regelventil 18, welches eine Düse (PrimärdUse) von z.B. 1
mm Durchmesser hat, eine geringe Menge Gas mit reduziertem Druck durch die Sekundärleitung
17 in den Regelzylinder 11 des verschiebbaren Steuerkolbens 14 gedrückt und gleichzeitig
über die in dem 3/2 Wege-Ventil 32 eingebaute Düse (SekundärdUse) von z.B. 0,8 mm
in die Saugseite des Verdichters (bei Luft ins Freie) abgeleitet. Erst wenn die
Gasmenge, die den Proportionalregler 18 passiert, so groß wird, daß die im 3/2 Wege-Ventil
32 eingebaute Sekundärdüse diese Menge nicht mehr abblasen kann, baut sich der Druck
auf, der notwendig ist, um die Federspannung im Regelzylinder 11 des verschiebbaren
Steuerkolbens zu überwinden. Der Regelkolben 10 beginnt sich von dem Bereich der
Hüllkurve abzuheben und die zu verdichtende Gasmenge stufenlos zu regeln, indem
er eine gewünschte Leckspalte zu den nächsten Läufergängen freigibt, durch die eine
gewisse Gasmenge mit leichtem Überdruck entweichen kann. Je höher der Druck auf
I der Primärseite der Regelleitung 33 ist, desto höher ist auch der in dem Reglerzylinder
11 anstehende Druck, bis bei ca. O % Gasentnahme der Regelkolben 10 aus der Hüllkurve
ganz abgehoben hat. In gleichem Maße wie der Regelkolben 10 sich von der Hüllkurve
entfernt, wie die FlUssigkeitseinspritzleitung 9, 19, 20 geschlossen, nur ein geringer
Teil z.B. Öl wird noch im Leerlauf eingespritzt und von den Läufern 3, 4 transportiert.
-
Der Verdichter saugt in dem letztgenannten Zustand kein Gas mehr an.
In der Leerlaufstellung des Steuerkolbens 14 oder in beliebiger Stellung wird der
Endschalter 34 ge-
schlossen. Hiermit wird das Magnetventil 35
(Entlastungsventil) geöffnet. Der im System bis zum Mindestdruck-Rückschlagventil
28 anstehende Druck wird über ein Druckhalteventil in die Saugseite (bei Druckluft
ins Freie) abgeleitet, lediglich ein Druck von 1 bar (ü) wird aufrechterhalten,
dieser gewährt eine reibungslose Versorgung der Verdichterstufe 21 mit z.B. Schmieröl.
-
Damit der Steuerkolben 14 in geöffneter Position gehalten wird, bekommt
das 1/2 Wege-Ventil 32 über den Druckregler 30 nach dem Anfahren des Endschalters
34 Spannung und schließt die Sekundärdüse, öffnet jedoch gleichzeitig die Umgehungsleitung
36, um Hochdruckgas am Proportionalregler 18 vorbei direkt zu dem Steuerkolben 14
zu lassen. Somit wird der Steuerkolben 14 so lange in geöffneter Stellung gehalten,
bis der Druck auf der Verbrauchsseite nach dem Mindestdruck-Rückschlagventil 28
auf etwa 90 % des am Proportionalregler 18 eingestellten Enddruckes abgefallen ist,
der Druckregler 30 öffnet, das 3/2 Wege-Ventil 32 wird spannungslos, die Sekundärdüse
37 entlastet den in dem Steuerkolben 14 anstehenden Druck, der Regelkolben 10 dichtet
den Verdichterraum ab und öffnet die Einspritzkanäle 19, 20, der Endschalter 34
fällt ab, das Entlastungsventil 35 schließt und der Verdichter läuft Vollast.
-
Um bei geringem Gasverbrauch oder Betriebsruhe unnötige Leerlaufzeit
zu vermeiden, wird beim Schließen des Endschalters 34 gleichzeitig ein einstellbares
Zeitrelais angesteuert. Läuft die Zeit ab, ohne daß der Druckregler 30 geöffnet
hat, so wird der Antriebsmotor 6 abgeschaltet. Die Verdichteranlage springt automatisch
entlastet wieder an, nachdem ein zweites Zeitrelais, das als Wiedereinschaltsperre
arbeitet,
abgelaufen ist und der Druckregler 30 abgefallen ist.