DE2708900A1

DE2708900A1 - Regelsystem fuer schraubenverdichter

Info

Publication number: DE2708900A1
Application number: DE19772708900
Authority: DE
Inventors: Michael Gene Herschler; Roger Lee Post; John Clarence Shoop
Original assignee: Gardner Denver Inc
Current assignee: Cooper Industries LLC
Priority date: 1976-05-11
Filing date: 1977-03-02
Publication date: 1977-11-17
Also published as: SE457819B; AU505688B2; MX4861E; GB1549951A; SE7701891L; US4147475A; AU2118077A; SE8300168L; JPS58591B2; SE8300168D0; ZA77110B; JPS52136406A; SE434669B; CA1047463A; US4052135A

Description

Dipl-lng. W. DaMU

Shofle 137

Gardner-Denver Company Dallae, Texas 75247 / Y.St.A.

Hegelsystea für Schraubenverdichter

Die Erfindung betrifft ein Regelsystem für einen Schraubenverdichter zum Verdichten von Gas, der funktionell alt einer Versorgungsleitung sur Versorgung derselben alt Druokgas verbunden ist.

Der Einsatz von Sohraubenverdichtern zur Versorgung von pneumatische* Baugerät und Druokluftanlagen und Verfahrensanlagen in Industriebetrieben alt Druokluft erfordert eine Ausrüstung des Verdichters alt irgendeiner Art Durchsatz- oder lapazitttsregelung. Bekannte Regelsysteae für Schraubenverdichter für Druokluf t sind durch Regelungen bestlaat, die so arbeiten, daß die Ansaugseite des Verdichters ge* drosselt oder die Druckseite des Verdiohters wahrend Zeiten geringe

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ORIGINAL .INSPECTED.. _

Bedarfβ entlüftet wird. Ea sind Regelsysteme bekannt, bei denen die vorstehend genannten Regelungsarten kombiniert sind und bei denen auch Start-Stop-Begelungen für bestimmte Bauarten von mo to rge triebenenen Yerdichtero vorgesehen sein können. Ein Beispiel für ein Verdichter-Regel sys tem, bei dem eine Ansaugdrosselung, eine druckseitige Entlüftung und eine Start-Stop-Regelung kombiniert sind, ist aus der US-Patentschrift 3 860 563 bekannt.

Obgleich Regelarsteae für Schraubenverdichter, die mit einer oder mehreren der vorstehend gennten Arten von Regelung arbeiten, die Versorgung mit Druckgas entsprechend dem Bedarf regeln können, sind sie von relativ geringer Effizienz, und sie können insbesondere zum Einsatz bei relativ großen Verdichtern ungeeignet sein. Schraubenverdichteraggregate, die mit einer insaugdroseelregelung arbeiten, erfordern erhebliche Energie sum Antreiben des Verdichters, selbst wenn die Ansaugseite des Verdiohtera bis auf Vulldurchsatz gedrosselt wird. Regelungen, die so arbeiten, daß die Verdichter-Druckleitung und den Flüssigkeitsvorratsbehälter für den Fall von Verdichtern mit Flüssigkelteeinepritsung entlüftet wird, können eine Leistungen verbrauchsoharakteristik erbringen, die nioht viel besser als eine Ansaugdrosselregelung ist. Leistungeeinsparungen für Verdichteraggregate, die ao arbeiten, daß die Verdiohter-Druekleitung entlüftet wird, und zwar mit oder ohne kombinierter Aneaugdrosselung, sind von der Anlagenaufnahmefahigkelt und von der Druckluft-Bedarfsoharakterlstlk abhangig. Fezner können die Start-Stop-Regelungen für große Verdichter ungeeignet sein, die von Elektromotoren angetrieben werden.

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Man hat Schraubenverdichter so abgewandert, daß Teile der Verdichte rgehäusewand beweglich sind, um für eine Kapazitätsregelung zu sorgen, indem das Schließen der Kammern veränderlichen Volumens geändert wird, die durch die ineinandergreifenden Schrauben gebildet werden. Solche Vorrichtungen weisen axiale Gleitstücke auf, wie sie aus der US-Patentschrift 5 432 089 bekannt sind. Die Kapazitatsregelvorrichtung mit axialem Gleitventil ist relativ teuer in der Fertigung und Montage und erhöht die Baukosten von in dieser Weise ausgerüsteten Verdichteraggregaten. Für industrielle Luft- und Gasverdichteraggregate ist festgestellt worden, daß ein bekanntes Kapazitätsregelventil in Drehbauart billiger herzustellen ist und für viele Verdichteranlagen für brauchbare Regelcharakteristiken sorgt, um die Verdichterleistungsaufnahme entsprechend den BedarfBände rangen der benötigten Druckluft zu verringern, die normalerweise auftreten.

Die Erfindung ist durch ein Schraubenverdichteraggregat gekennzeichnet, das ein Hegelsystem zur Regelung des Verdichtergasdurchsatzes aufweist, wobei eine verbesserte LeistungsaufnahmecharakteriBtik verwirklicht werden kann, wenn der Verdichter mit weniger als voller Leistung läuft.

Das Verdichter-Regelsystem gemäß der Erfindung weist eine Kombination von Regelelementen auf, die in einer bestimmten Folge in Funktion gesetzt werden, so daß eine verbesserte Teillast-Effizienz insbesondere für Schraubenverdichter für Druckluft und Druckgas verwirklicht werden kann.

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Erfindungsgemäß ist ein Schraubenverdichter für Luft mit einem Kapazitätsregel ventil und einem Verdichteransaugdrosselventil versehen, die so gesteuert werden, daß sie in einer bestimmten Folge arbeiten, so daß die Leistungsaufnahme des Verdichters beim Laufen unter Teillast oder weniger als voller Leistung unter die gesenkt wird, die mit Regelsystemen erreicht werden kann, bei denen eine Ansaugdrosselung allein eingesetzt wird. Ferner sorgt für viele Anwendungsfälle, unter anderem auch für die Druckluftversorgung in Industrieanlagen, das Verdichtersystem gemäß der Erfindung für einen wirkungsvolleren Betrieb, als er mit Systemen erreicht werden kann, bei denen eine Ansaugdrosselung mit Mitteln zum Abblasen der Verdichterdruckleitung kombiniert wird.

Das Verdichter-Regeleyetem gemäß der Erfindung sieht ferner ein Kapazitätsregelventil und einen zugehörigen Betätigungsmechanismus vor, der zur Regelung der Durchsatzkapazität eines Schraubenverdichters betätigbar ist, ohne daß die Druckluftversorgungsanlage während eines Laufs des Verdichters mit verringerter Kapazität unter zu hohen Druck gesetzt wird. Das Kapazitätsregelventil kann also so betätigt werden, daß ein Anlagensolldruok innerhalb des Kapazitätsbereichs des Regelventils aufrechterhalten wird, so daß erhebliche Leistungseinsparungen insbesondere beim Langzeitlaufen des Verdichters mit verringerter Kapazität verwirklicht werden können.

Die Kombination eines Schraubenverdichters für Luft mit zugehörigen

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Begelungen gemäß der Erfindung sorgt für eine Verdichteranlage, die unkompliziert und wirtschaftlicher als bekannte Anlagen herzustellen ist, die durch Kapazitätsregelventile in axialer Gleitausführung gekennzeichnet sind. Ferner sind die Energieeinsparungen mit dem erfindungsgemäßen Verdichtersystem höher, als sie mit anderen Arten von Kapazitätsregelsystemen für Schraubenverdichter verwirklicht werden können.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

Fig. 1 ein Fließbild eines Schraubenverdichters für Gas und eines Regelsystems gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Längsschnitt durch den Verdichter in der Anlage nach Fig. 1, Fig. 3 ein Schnitt längs der Linie 3-5 der Fig. 2,

Fig. 4 ein Schnitt durch ein Stellglied für das Verdichteransaugdrosselventil und

Fig. 5 eine graphische Darstellung des relativen Wirkungsgrads verschiedener Verdiohterregelsysteme beim Laufen des Verdichters mit weniger als voller Leistung.

In Fig. 1 alad ein Schraubenverdichter für Gas mit Flüssigkeitseinspritzung und ein Regelsystem in schematisoher Form dargestallt und allgemein mit 10 bezeichnet. Die Verdichteranlage weist eines Schraubenverdichter 12 für Luft auf, der auch in Fig. 2 und 3 dargestellt

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ist und ein Gehäuse 14 mit zwei parallelen, sich schneidenden Bohrungen 16 und 18 aufweist. Der Verdichter 12 weist zwei ineinandergreifende Sohraubenläufer 20 und 22 auf, die in den betreffenden Bohrungen 16 und 18 drehbar angeordnet sind. Die Läufer 20 und 22 wirken mit dem Gehäuse 14 so zusammen, daß mehrere Kammern 21 und veränderlichen Volumens zur Verdrängung von darin eingeschlossenem Gas gebildet werden. Ein Motor 24 ist treibend mit dem einen oder dem anderen der Läufer durch eine geeignete Wellenpartie 26 und ein Getriebe 27 verbunden. Der Verdichter 12 ist mit einer Ansaugöffnung 28 und mit einer Drucköffnung 30 versehen. Die Drucköffnung 50 steht mit einem Flüseigkeitsseparator- und Vorratstank 52 über eine Leitung 34 in Verbindung. Der Tank 52 weist ein geeignetes Flüssigkeitsseparatorelement 36 zum Abscheiden von Flüssigkeit aus dem Druckgas auf, das durch den Tank 32 zu einer Druckleitung 38 geht. Die Leitung 38 steht mit einer Druckluft-Versorgungeleitung 59 in Verbindung, die zu einem Windkessel führt, welcher durch den Behälter 40 dargestellt ist. Die Leitung 39 kann auch direkt mit einem Druckluftrohrsystem oder mit einem Verfahrenssystem verbunden sein, je nach der Luftaufnahmefähigkeit des Rohreyetemβ oder des Verfahrenssystems.

Der Verdichter 12 weist ferner eine zylindrische Bohrung 42 im Gehäuse 1 4 auf, in der ein drehbares Eapazitätsregelventil 44 sitzt. Das Ventil ist als ein zylindrisches Glied ausgebildet, das eng in die Bohrung 42 p*£t und mit einer schraubenförmigen Regelkante 46 versehen ist. Das Ventil 44 ist durch Drehen ao wirksam, daß progressiv eine Reihe von Hilfeöffnungen 50 freigelegt werden, die durch die

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Wand des Gehäuses 14 in die Bohrung 42 von den Bohrungen 16 und 18 aus führen. Je nach der Drehlage des Regelventils 44 kann die Verdichterdurchsatzkapazität von der vollen Leistungskapzität der Läufer 20 und 22 unter Außerachtlassen von Leokverlusten auf rund 40 Prozent der vollen Kapazität durch Verringerung des effektiven Verdrängung svolumena der Kammern variiert werden, die durch die ineinandergreifenden Läufer gebildet werden. Eine detailliertere Beschreibung eines Schraubenverdichters, der mit einem Drehregelventil für die Kapazitätsregelung ausgerüstet ist und allgemein dem Verdichter 12 ähnlicht ist, ist in der US-Patentschrift 3 874 828 enthalten. Der maximale Bereich der Kapazitätsregelung eines Verdichters, der mit einem Drehventil der hier beschriebenen allgemeinen Art ausgerüstet ist, kann auf mehr ale 40 Prozent der vollen Kapazität festgelegt werden. Allerdings führt die Anordnung von Hilfsnebenwegöffnungen am Hochdruckende eines Schraubenverdichters, der für ein eingebautes Volumenverhältnis von rund 4t1 ausgelegt ist, zu einer Verringerung des Wirkungsgrads des Verdichters, wenn der Verdichter mit einer geringeren Leistung fährt, die unter rund vierzig Prozent der vollen Leistung liegt.

Der Verdichter 12 ist so eingerichtet, daß Flüssigkeit in die Bohrun gen 16 und 18 SWB Vermischen mit dem tu verdiohtenden Gas eingeapritit wird. Die Flüssigkeitseinspritzung kann allgemein entsprechend de· System ausgeführt sein, das in der TI8-Patenteohrift J 874 828 be-Bohrieben worden ist. Flüssigkeit wird von dem verdichteten Gas ge trennt und la Tank 52 gelagert und ständig worn Verdiohter durch eine·

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Leitung 52 und einen geeigneten Wärmeaustauscher 54 und ein Filter 56 zurückgeleitet. Die Flüssigkeit, die normalerweise benutzt wird, ist ein öl auf Petroleumbasis, vergleichbar mit den herkömmlichen Schmierstoffen für Brennkraftmotoren von Automobilen und für automatische Getriebe. Die Flüssigkeit wird durch den Druckunterschied zwischen dem Vorratstank 32 und den Einspritzkanälen im Ventilglied 44 umgewälzt, der normalerweise ausreicht, um für einen angemessenen Flüssigkeitsstrom unter allen Betriebsbedingungen des Verdichters zu sorgen. Es können jedoch Verdichteranlagen vorgesehen sein, bei denen eine Pumpe in die Leitung 52 eingebaut ist.

Gemäß den Darstellungen in Fig. 2 und 3 ist das Hegelventil 44 in geeigneten Lagern 60 gelagert und weist eine Wellenpartie auf, an der ein Zahnrad 62 befestigt ist. Das Zahnrad 62 kämmt mit einer Zahnstange 64t die einen Teil eines Stellglieds 66 für das Ventil 44 bildet.

Die Zahnstange 64 ist an ihren gegenüberliegenden Enden mit gegenüber- i

liegenden Kolben 68 verbunden, die in Kammern 70 und 72 sitzen, wel- ^! ehe in Zylinderpartien des Stellglieds 66 vorgesehen sind. Ein Druckmittel aus dem Regelsystem naoh Fig. 1 kann in die Kammer 70 oder in die Kammer 72 eingeleitet werden, um die Kolben zu beaufschlagen und damit das Ventil 44 in entgegengesetzte Richtungen in Drehung zu versetzen.

Gem&B der Darstellung in Fig. 1 ist das Stellglied 66 zur Steuerung durch ein Steuerventil 74 eingerichtet, um damit die Lage des Ventil-

glieds 44 zu bestimmen. Das Ventil 74 ist ein Vierwegeventil, das zur

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Bewegung In einer Richtung druckmittelbetätigt let. Eine Feder 76 wirkt so, daß das Ventil in die Richtung vorgespannt wird, die derjenigen entgegengesetzt ist, in der das Steuerdruckmittel wirkt. Das Ventil 74 wirkt so, daß das Fließen von Flüssigkeit zum Stellglied gesteuert wird, derart, daß das Drehregelventil 44 entsprechend dem Druck gestellt wird, der in der Druokluft-Versorgungsanlage gemessen wird. Bei der Verdichteranlage 10 wird der Druck in der Leitung J8 durch ein Druckregelventil 78 gemessen, das auch mit dem Steuerstellglied des Ventils 74 verbunden ist. Das Druckregelventil 78 wirkt so, daß dem Steuerstellglied des Ventile 74 ein Drucksignal zugeleitet wird, wenn der Druck in der Leitung 38 einen Sollwert überschreitet. Vie in dem Schema in Fig. 1 gezeigt ist, wird dem Ventil 74 Druckflüssigkeit von der Leitung 52 über eine Leitung 60 zugeleitet. Eine Abflußleitung 82 ist mit dem Ventil 74 verbunden und führt zur Anaaugöffnung 2Θ des Verdichters, um Flüssigkeit aus dem Stellglied abfließen zu lassen. Kapillaröffnungen 84 sind vorgesehen, um die Betriebscharakteristiken des Ventile 74 und des Stellglieds 66 einzustellen, damit am Drehregel ventil keine Instabilität in seiner Regelung des Gasdurchsatzes des Verdichters entstehen kann. Das Ventil 74 ist mit den gegenüberliegenden Kammern dea Stellglieds 66 duroh Laitungen 86 und 88 verbunden.

Die Verdichteranlage 10 weist weitere Regelelement· auf, dia mit der Druokluftleitung und mit dar Versorgungsleitung 58 bzw. 39 hintaν dem Vorxatatank 32 in Verbindung "tehee. Wie Im Tif. 1 gezeigt la«, sind ein Rückschlagventil 90 und eis MindesttxvekvenUl ft I» dia

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Leitungen 58, 59 eingebaut. An dieser Stelle wird die Versorgungsleitung 59 als der Teil der Druckluftleitung hinter dem Rückschlagventil 90 angesehen. Das Mindestdruckrentil 92 sorgt für einen ausreichenden Druck in Tank 32 während eines normalen Teillast- oder Vollastbetriebs des Verdichters, um das Mitführen von Flüssigkeit in dem Gas zu verhindern, das den Tank verläßt. Für die Verdichteranlage 10 kann das Ventil 92 so eingerichtet sein, daß ein Mindestan-Eeigedruok im Tank 52 im Bereich von 415 bis 482 kPa aufrechterhalten wird, wenn der Verdichter 12 Luft unter einem Ansaugdruck verdichtet, der der umgebenden Atmosphäre entspricht. Ein steuerdruckmittel-betätigtes Abblasventil 94 steht mit der Leitung 58 in Verbindung und wirkt ao, wenn es mit einem Druckmittelsignal beschickt wird, daß die Leitung 58 und der Tank 52 cur Atmosphäre abgeblasen bzw. entlüftet werden, und zwar über einen geeigneten Dämpfer 96, so daß der Gegendruck auf den Verdichter verringert werden kann. Das Ventil 94 ist βteuerbetätigt, und zwar in beide Positionen, und es wandert nur dann in die geeohloaeene Position, wenn der Druck in der Leitung 58 höher als der Druck in der Steuereignalleitung 98 iet, und zwar um einen bestimmten Sollwert.

Der Verdichter 12 ist mit einem AneaugdroBselventil versehen, dae allgemein mit 100 bezeichnet iet. Dae Drosselventil 100 iet durch fin Schlielglied in Drehsoheiben- oder Flügel-Bauart bestimmt. Dieseβ eohlielglied 102 sitzt auf einem drehbaren Schaft 105 und ist zur Einnahme einer Lage eingerichtet, in der für eine kontrollierte Drosselung deβ Gases (der Luft) gesorgt wird, das (bzw. die) in den Ver-

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dichter 12 fließt. Sas Ventil 100 ist durch ein doppelt wirkendes bzw. übsteuerbares Stellglied 104 betätigbar, das im SchnittJn Fig. gezeigt ist. Das Stellglied 104 1st in einer Ausführung vorgesehen, die für pneumatische Stellglieder bekannt 1st, und es kann sich dabei insbesondere um ein Modell handeln, das als ein Doppel-Zahnstangen-Ritzel-Stellglied bezeichnet wird und unter der Typenbezeichnung Flowmate 38 von der Firma Worcester Controls Corp., West Bolyston, Massachusetts, VSA, erhätlich ist. Das Stellglied 104 weist ein Gehäuse 105 auf, in der zwei gegenüberliegende Kolben 107 vorgesehen sind, die sich axial erstreckende Zahnstangen 106 haben, welche wiederum mit einem Zahnrad 108 kämmen, das treibend mit dem Schaft 103 der Ventilscheibe 102 verbunden ist. Druckmittel, das in die Kammern 110 und 112 des Stellglieds 104 geleitet wird, sorgt also für eine Drehung der Tentilscheibe, um den Zustrom von Luft zum Verdichter 12 zu regeln.

Das Drosselventil 100 ist ferner mit einer Steuervorrichtung 113 ▼ersehen, die dem Stellglied 104 Druckmittel zuleitet, um die Ventilscheibe entsprechend einem Druckmittelsignal zu stellen, das über eine Leitung 115 zugeführt wird. Die Vorrichtung 113 ist in bekannter Form vorgesehen, und sie kann ebenfalls von der Firma Worcester Control* Corporation bezogen werden. Die betreffende Vorrichtung, die Im dargestellten Ausführungsbeiapiel der Erfindung verwendet wird, ist als ein Flomate Serie· 15 Tarif low Positioner bekannt. Die Steuervorrichtung 113 erhalt Druckluft über eine Lei tun» 123. Die Leitung 123 ist mit einer Lei tang 125 verbunden, die mit der Druckluf tvereorgang·-

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lei tune 38-59 über ein Pendelventil 117 verbunden ist, mittels dessen der höhere Druck, der entweder vor oder hinter atm Rückschlagventil 90 und dem Mindestdruckventil 92 herrscht, festgestellt wird. Lin Druckregelventil 114 ist in die Leitung 115 eingebaut und ist so betätigbar, daß Druckluft unter reduziertem Druck zugeführt wird, der sich entsprechend dem Druck in der Leitung 125 und in der Versorgungsleitung 38-39 ändert. Druckluft wird von der Steuervorrichtung 115 zum Stellglied 104 durch Leitungen 119 und 121 geleitet. Das Ventil 100 kann damit von der Steuervorrichtung 113 und des Stellglied 104 gesteuert werden, um die Gasansaugung zum Verdichter 12 entsprechend dem Druck in der Leitung 38-39 zu drosseln.

Das in Fig. 1 gezeigte Hegel sys test weist ferner ein "hubmagnetbe tätigte s Ventil 116 auf, das in einer funktioneilen Verbindung mit einem Druckschalter 118 steht. Der Druckschalter 118 mißt den Druck in der Leitung 39 hinter dem Siickschlagventil 90. Das Ventil 116 ist so betätigbar, daß es offen ist, wenn es entregt ist, und demgemäß öffnet sich der Schalter 118 bei höher werdendem Druck in der Leitung 39« um zu bewirken» daß sich das Ventil 116 in die offene Position bewegt. Das Ventil 116 kann auch in geeigneter Weise mit dem elektrischen Stromkreis verbunden sein, der den Motor 24 mit Strom versorgt, und zwar in solcher Weise, daß bei Abschalten des Stroms zum Motor sich auch das Ventil 116 öffnet. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist das Ventil 116 mit der Zuluft zu einem der Steuerstellglieder des Ventils 84 sowie mit der Signaldruckleitung 115 der Steuervorrichtung 113 und mit den Stellglied 104 direkt verbunden. Das Ventil II6 ist so wirksam, daß bei seinem Öffnen als Folge höher werdenden Drucks in der Leitung

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59 das Ventil 94 geöffnet wird. Das Ventil 116 liefert auch mit dem Öffnen Druckluft unter dem Versorgungsleitungsdruck direkt zum Stellglied 104 über eine Leitung 122, um zu bewirken, daß das Drosselventil 100 fest geschlossen wird, so daß im wesentlichen der Zufluß von Ansaugluft zum Verdichter 12 gedrosselt wird. Demgemäß wird bei einem Solldruck, der von dem Schalter 118 gemessen wird, der Verdichter 12 dazu gebracht, im Leerlauf zu fahren, und dabei wird keine Druckluft der Leitung 39 zugeführt und der Druck in der Leitung 38, im Tank 32 und in der Druckleitung 34 wesentlich verringert. In diesem Betriebszustand kann die Leistungsaufnahmebei einer bestimmten Verdichterdrehzahl in der Größenordnung von 20 bis 23 Prozent der Leistungsaufnahme bei Vollast liegen, je nach solchen Faktoren wie der Verdichtergröße und der Flüssigkeitseinspritzmenge.

Das Regelsystem nach Fig. 1 weist ferner ein Ventil 120 auf, das normalerweise geöffnet ist und von einem Steuerdrucksignal von der Versorgungsleitung 38-39 geschlossen wird. Das Ventil 120 steht mit einer Leitung 127 in Verbindung, die mit der Ansaugöffnung des Verdichters verbunden ist. Das Ventil 120 steht auch mit dem Ventilstellglied 104 über die Leitung 122 und mit der Signaldruckleitung 113 über ein Bückschlagventil 124 in Verbindung. Das Drosselventil 100 befindet sieh normalerweise beim Anfahren oder Neuansaugen des Verdichters in der geschlossenen Lage. Demgemäß kann ein Unterdrück oder ein Vakuumzustand an der Ansaugöffnung 38 des Verdichters dazu benutzt werden, das Stellglied 104 das Drosselventil 100 öffnen zu la*sen, wenn der Druck in der Leitung 125 unter einen bestirnten Minimum liegt. Sobald

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der Druck in der Lei tang 123 auf einen Wert steigt« der etwas unter dem Mindestdruck liegt* wodurch ein Signaldruck tob Druckregelventil 114 geliefert wird, wird das Ventil 120 geschlossen, so daß das Drosselventil 100 auf ein Drucksignal vom Regelventil II4 und von der Steuervorrichtung 113 oder auf ein Drucksignal von der Leitung 122 über das Tentil 116 anspricht.

Das Regelsystem nach Fig. 1 ist ferner durch ein Zweistellungsventil 130 Im ii 11 Mil. das so wirkt, daß eine dosierte Menge Zuluft zum Verdichter zugeführt wird, wenn das Drosselventil 100 fest geschlossen ist. Das Ventil I30 spricht auf ein Drucksignal vom Druckregelventil 114 an, und bewegt sich dann in die offene Position. Luft wird voa Tank 52 sub Verdichter zurückgeleitet, um einen Druckaufbau im System su verhindern, wenn der Tankdruck nicht reduziert worden ist, indem das Ventil 94 geöffnet wird. Schraubenverdichter mit Flüssigkeitseinspritzung erfordern normalerweise einen geringen Durchsatz an Betriebsmedium beim Leerlauf, um Vibrationen und Laufgeräusche zu mindern. Die Menge an durch den Verdichter zurückgeleitetem Gas auf einen vernachlaasigbaran Effekt auf dl« Gesamtleistungsaufnahme des Verdichters.

Die Verdichteranlage nach der Erfindung sorgt für eine verringerte Verdiohterleistungsaufnahme beim fahren mit weniger als voller Last. rig. 5 lat eine graphisch· Darstellung, in der der Leistungsbedarf eimer Sehraubenverdiohteranlage für Druckluft in der allgemeinen Bauart gezeigt ist, wie sie hier beschrieben worden ist,und zwar bei ver-

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schiedenen Kapazitäten im Vergleich zu bekannten Verdichterregel systemen. In Fig. 5 stellt die Abszisse die Verdichterkapazität von einem Durchsatz von Null bis zu einer Kapazität von 100 Prozent dar. Die Ordinate stellt die Leistungsaufnahme als einen Prozentsatz der Leistungsaufnahme bei voller Kapazität des Verdichters dar.

In Tig. 5 stellt die Linie 134 die Charakteristik einer Verdichteranlage dar, die lediglich mit einer Drosselung der Verdichteransaugung von einer Kapazität von 100 Prozent bis zu einem Durchsatz von Null arbeitet. Die Leistungsaufnahme ändert sich im wesentlichen linear und nimmt bis zu etwa 70 Prozent der vollen Leistung bei einer Gasf ördemng von Null ab. Diese Charakteristik ist typisch für Schraubenverdichter für Druckluft mit Flüssigkeitseinspritzung, die zum Arbeiten mit relativ hohen Gasförderdrücken von rund 689 kPa ausgelegt sind.

Die Kurve 136 in Fig. 5 stellt die Leistungsaufnahme-Charakteristik eines Verdichtersystems dar, bei dem eine Ansaugdrosselung mit einer Belüftung der Verdichterdruckleitung kombiniert ist. Die von der Kurve 136 wiedergegebene Charakteristik kann mehr Leistung bis zur Drosselungsansaug-Charakteristik erfordern, wie sie durch die Linie 134 ■.

dargestellt ist, oder es kann eine etwas steilere Neigung auftreten, je nach der Kapazität der Versorgungsanlage oder dem Verfahrenssystem und der Bedarfecharakteristik des Druckgasverbrauchs. Die Kurve I36 versteht eich als eine durchschnittliche Charakteristik und berücksichtigt die während der Belüftungsphase der Verdichterentlastung

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verbrauchte Leistung und die Leistung, die während des Verdichterbetriebs zur Wiederherstellung des Drucks in der Druckleitung und im Flüssigkeitsvorratstank verbraucht wird.

Das Verdichtersystem gemäß der Erfindung erbringt eine verbesserte Kombination an ^lementen und eine Regelfunktion, die durch die Kurve 138 wiedergegeben ist. Wie aus einer Betrachtung der Fig. 5 hervorgeht» wird der Verdichtergasdurchsatz vom Punkt I40, der eine Kapazität von 100 Prozent darstellt, zum Punkt 142 geregelt, bei dem es sich um etwa 40 Prozent der vollen Kapazität handelt, und zwar durch die· Arbeit des Regelventils 44» um das effektive Fördervolumen der ineinandergreifenden Läufer zu verringern. Vom Punkt 142 zum Punkt 144» der etwa 20 Prozent der vollen Kapazität darstellt, kann der Verdichterdurchsatz durch zunehmendes Schließen des Drosselventils 100 geregelt werden. Die Verdichteranlage 10 kann zur Regelung von 20 Prozent der vollen Kapazität bis zu einer Förderung von Null eingerichtet werden» indem die Verdichteransaugung gedrosselt wird, wie jedoch durch die gestrichelte Linie I50 gezeigt ist, erhöht sich die Leistungsaufnahme bei weniger als 20 Prozent der Verdichterdurchsatzkapazität mit abnehmender Verdichterkapzität bis zum Punkt I52, und das ist die Leistungsaufnahme für einen Verdichter nur mit Ansaugdrosselregelung des Druckgasdurchsatzes.

Entsprechend der Verdichteranlage 10 betätigt bei einer Drosselung des Verdichters auf etwa 20 Prozent der Kapazität eine weitere ^'rhö-

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hung des Versorgungsleitungsdrucks den Druckschalter 118, der sich öffnet und damit das Ventil 116 entregt und bewirkt, daß sich das ^ventil öffnet und daß sich das Ventil 94 öffnet, um die Verdichterdruckleitung 34 und den Vorratstank 32 zu belüften. Eine Betätigung des Ventils 116 liefert Druckluft unter vollem Versorgungsleitungsdruck zum Stellglied 104t was ein vollständiges Schließn des Ansaugdrosselventils 100 bewirkt und eine Verringerung des Verdichtergasdurchsatzes auf einen vernachlässigbaren Betrag zur Folge hat. Demgemäß wird die Leistungsaufnahme auf den Wert verringert, der durch den Punkt 154 in der graphischen Darstellung in Fig. 5 wiedergegeben ist, und der Verdichter läuft mit Leerlaufleistung, bis sich der Systemdruck ausreichend verringert, um den Schalter 118 zu schließen. Der Schalter 118 ist vorzugsweise als Differenzdruckschalter ausgeführt, der sich nicht wieder schließe, bis der Druck in der Leitung 39 um einen Sollwert abgenommen hat.

Die Verdichteranlage 10 sorgt ferner für eine geringere Leistungsaufnahme beim Fahren zwischen voller Kapazität und maximaler Kapazitätsverringerung, die durch Betätigung des Drehregelventils 44 erreicht werden kann. Wegen der Kombination der Ventile 74 und 78 und des Drehventilstellglieds 66 kann das Regelventil 44 in jede Position zwischen voller Kapazität und maximaler Kapazitätsverringerung ohne irgendeine beibehaltene Erhöhung im Anlagendruck bewegt werden. Demgemäß wird keine Leistung dadurch verbraucht, daß eine Druckerhöhung in der Anlage über den Sollbetriebsdruck hinaus erfolgt.

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Venn beispielsweise der Druck In der Leitung 38-39 auf einem Manometerdruck von 689 kPa gehalten werden soll, wird das Druckregelventil 70 so gestellt, daß ein Signaldruck in einer Größe geliefert wird, die der Kraft des Federstellglieds T6 des Ventils 74 entgegenwirkt und das Ventil in der Position hält, die den Zufluß von Druckmittel zu beiden Kammern 70 und 72 des Stellglieds blockiert. Jedoch führt schon eine geringe Druckerhöhung in der Leitung 38 oder in der Leitung 39, in der Größenordnung von 7 kPa, zu einer gleichen ""rhöhung im Steuerdruck, der vom Ventil 78 geliefert wird, und das reicht aus, um das Ventil 74 in die Position zu bewegen, in der die Leitung 80 in Verbindung mit der Leitung 86 gesetzt wird und der Kammer 70 Druckmittel zugeleitet wird, um das Ventil 44 zu drehen, so daß der Gasdurchsatz durch den Verdichter 12 weiter verringert wird. Wenn die Verdichterkapazität so verringert worden ist, daß der Druck in der Versorgungsleitung auf 689 kPa zurückkehrt, wird das Ventil 74 in die blockierende Position bewegt, um das Begelventil 44 in der neuen Position zu halten. Wenn der Druck in der Leitung 39 unter einem Manometerdruok von 689 kPa abfällt, fällt auch der vom Ventil 78 erzeugte Signaldruck, und das Ventil 74 wandert in die Position, in der der Kammer 72 dee Stellglieds Druckmittel zugeleitet wird, und dadurch wird das Ventil 44 dazu gebracht, sich in eine Position zu drehen, in der eine höhere Kapazität erreicht wird.

Wenn der Druck in der VerBorgungeleitung 39 steigt, nachdem die Verdichterkapazität durch das Drehventil 44 so weit wie möglich reduziert !

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worden ist, beginnt das Druckregelventil 114 bei einem Druck über dem Stelldruck für das Ventil 87 einen Signaldruck zur Steuervorrichtung 115 für das Ansaugdrosselventil zu liefern. Beispielsweise kann das Ventil 114 so eingestellt werden, daß ein Signaldruck von 7 kPa an die Steuervorrichtung 115 geliefert wird, wenn der Versorgungsleitungsdruck rund 703 kPa Manometerdruck erreicht. Für jede Druckerhöhung um 7 kPa über 703 kPa wird vom Ventil 114 eine Signaldruckerhöhung von 7 kPa an die Steuervorrichtung 113 geliefert, was ein progressives Schließen des Ansaugdrosselventils bewirkt.

Der Druckschalter 118 kann so eingestellt sein, daß er sich öffnet, wenn der Versorgungsleitungsdruck einen Wert erreicht, der mit einem Verdichtergasdurchsatz von rund 20 Prozent der Verdichterkapazität im Einklang steht. Wenn sich der Schalter 118 öffnet, was mit höher wer dendem Druck geschieht, bewegen sich die Ventile 116 und 94 in ihre offenen Positionen, was eine Belüftung des Vorratstanke 3² und ein vollständiges Schließen des Drosselventils 100 bewirkt.

Das Ventil 130 wird in die offene Position bewegt, um einen geringen Rückfluß von Luft durch den Verdichter 12 zu ermöglichen, der nun von einem fast totalen Vakuumzustand in der Ansaugöffnung 26 des Verdichters bis zu einem Zustand mit atmosphärischem Druck in der Druckleitung 34 arbeitet. Eine Druckverringerung in der Leitung 38 bewirkt ein Wandern des Ventile 74 in die Position, in der das Drehregelventil 44 in die Position für volle Kapazität zurückkehrt.

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Der Schalter 118 kann so eingestellt sein, daß er sich bei einem Versorgung si ei tungsdruck wieder schließt, der unter dem Steuerdruck liegt, bei dem das Ventil 44 den Durchsatz durch den Verdichter zu verringern beginnt. Beispielsweise ist der Druck, bei dem sich der Druckschalter schließt, ein Manometerdruck von rund 644 kPa oder irgendein Druck, der den Anlagenerfordernissen gerecht wird, ohne ein schnelles Wechselspiel des Regelsystems zu bewirken, insbesondere die Phase, bei der der Vorratsbehälter 32 belüftet wird.

Wenn sich der Versorgungsleitungsdruck auf einen Wert verringert, bei dem der Schalter 118 geschlossen wird, wird das Ventil 116 so erregt, daß es schließt, und das Ventil 120, das auf den Druckabfall in der Leitung 125 anspricht, öffnet sich, um das Stellglied 104 in Verbindung mit der Ansaugöffnung 28 des Verdichters zu setzen, so daß ein Vakuumzustand in der Ansaugöffnung so wirkt, daß das Ansaugdrosselventil 100 geöffnet wird. Die Leitung 98 und die Stellglieder der Ventile 94 und. 130 werden ebenfalls entlüftet, um zu bewirken, daß sich die Ventile in einen geschlossenen Zustand bewegen. Mit dem Betrieb des Verdichters 12 zur Erhöhung des Drucks in der Druckleitung 34 wird das Regelsystem in einen Zustand gebracht, um die Verdichterkapazität in der vorstehend beschriebenen Folge zu regeln, wenn der Druck in der Leitung 38-39 sich ausreichend erhöht.

Das Regelsystem nach Fig. 1 kann zur Verwendung einer Ventilanordnung ähnlich den Ventilen 74 und 78 zur direkten Regelung der Position des Stellglieds I04 eingerichtet sein. Mit einer solchen Modifizierung

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des Regelsystems kann Ansauggas progressiv om Ventil 100 gedrosselt werden, wenn der Druck in der Versorgungsleitung 39 zum Steigen über einen zweiten Solldruck neigt, der etwas höher als der Solldruck ist, der durch Bewegung des Drehventils 44 aufrechterhalten wird. Innerhalb des Arbeitsbereichs des Drosselventils '-zum Modulieren des Gasdurchsatzes durch den Verdichter kann also der Druckzustand in der Versorgungsleitung 39 sowie im Tank 32 und in der Druckleitung 34 auf ein zweites bestimmtes Maximum eingeregelt werden. Der Druckschalter 118 kann natürlich funktionsfähig bleiben, um eine Betätigung des Ventils 116 zu bewirken, wenn der Versorgungsleitungsdruck auf einen Sollwert steigt, der höher als der zweite Druckzustand ist.

Es versteht sich, daß das Regelsystem nach Fig. 1 für einen Schraubenverdichter eingerichtet werden kann, der mit einem Kapazitätsregelventil in axialer Gleitbauart ausgerüstet ist, abweichend vom Verdichter 12 nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wie es hier beschrieben worden ist.

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Claims

1J Regelsystem für einen Schraubenverdichter zur Verdichtung von Gas, der funktionell mit einer Versorgungsleitung zur Versorgung derselben mit Druckgas verbunden ist, ge kennzeichnet durch einen Verdichter (12) mit einem Gehäuse (l/l) mit zwei parallelen, sich schneidenden Bohrungen (16, 18), einer Ansaugöffnung (28) und einer Drucköffnung (30), mit zwei ineinandergreifenden Schraubenläufern (20, 22), die sich in den Bohrungen (16, 18) befinden, mit einer Kammer (42) im Gehäuse (14), mit HilfsÖffnungen (50) in der Kammer (42) und mit einem in der Kammer (42) angeordneten Ventil (4A) zum Öffnen und Schließen der HilfsÖffnungen (50) zur Regelung des Durchflusses von Druckgas durch den Verdichter (12), ein druckmittelbetätigtes Stellglied (66) in Verbindung mit dem Ventil (44) zur Bewegung desselben und eine auf einen ersten Druckzustand der Versorgungsleitung (38-39) ansprechende Steuervorrichtung (74) zur Steuerung des Zuflusses von Druckmittel zum Stellglied (66) zur Steuerung des Ventils (44) zur Regelung des Durchflusses von Gas durch den Verdichter, derart, daß ein im wesentlichen konstanter Solldruck in der Versorgungsleitung (38-39) dann aufrechterhalten wird, wenn der Druckgasbedarf weniger als die volle Kapazität des Verdichters beträgt.

2. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (74) ein auf Druck ansprechendes Ventil ist, das so betätigbar ist, daß es sich dann in einem geschlossenen Zustand befindet, wenn der Druck in der Verscr-

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gungsleitung (38-39) der Solldruck ist, und das auf eine Änderung im Druck in der Versorgungsleitung (38-39) zur Zuleitung von Druckmittel zum Stellglied (66) anspricht.

3· Regelsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (66) Kolben (68) aufweist, die sich in jeweils gegenüberliegenden Kammern (70, 72) befinden, und daß mit den gegenüberliegenden Kammern (70, 72) und mit dem auf Druck ansprechenden Ventil (74) verbundene Leitungen (86, 88) zum Leiten von Druckmittel zum Stellglied (66) und von ihm weg vorgesehen sind.

4· Regelsystem nach Anspruch 3t mit einem Fließkreis zum Einspritzen von Flüssigkeit in den Verdichter zur Vermischung mit Gas, das vom Verdichter verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Fließkreis einen Flüssigkeitsseparator- und Vorratstank (32) zur Bevorratung von aus dem Verdichter abgegebener Flüssigkeit, eine Leitung (52, 80) zum Leiten von Flüssigkeit vom Tank (32) zum Ventil (74)» derart, daß die Flüssigkeit zum Beaufschlagen der Kolben (68) vom Ventil (74) geregelt wird, und eine mit dem Ventil (74) verbundene Leitung (82, 127) aufweist, die mit der Ansaugöffnung (28) in Verbindung steht.

j 5· Regelsystem nach Anspruch 3, gekennzeichnet durchj eine Druckmeßvorrichtung (78) zur Lieferung eine« mit den Druck in der Versorgungsleitung (38-39) in Beziehung stehenden Signal· sua Veranlassen des Ventils (74) zur Bewegung des Ventils (44) duroh da* Stell-

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glied (66) dann, wenn sich der Druck in der Versorgungsleitung (58) vom So11druck unterscheidet.

6. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (12) ein Ansaugdrosselventil (100) mit einem Stellglied (104) zur Steuerung der Bewegung des Drosselventils (1OO) zum Modulieren des Zuflusses von Ansauggas zum Verdichter (12) aufweist, daß die Steuervorrichtung (74) auf den ersten Druckzustand in der Versorgungsleitung (38) zum Veranlassen des Ventile (4<0 zum Regeln des Gasdurchsatzes durch den Verdichter (12) von einem Betriebszustand mit voller Kapazität auf einen Betriebszustand mit erster verringerter Kapazität anspricht und daß das Regelsystem Steuervorrichtungen (113» 114) aufweist, die auf einen zweiten Druckzustand in der Versorgungsleitung (38) zum Veranlassen des Ansaugdrosselventils (1OO) zum Modulieren des Zuflusses von Gas zum Verdichter (12) zur weiteren Verringerung des Gasdurchsatzes durch den Verdichter (12) ansprechen.

7· Regelsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (104) zur Steuerung des Drosselventils (100) druckmittelbetätigt ist und die Steuervorrichtung (113, 114) ein Druckregelventil (114) aufweist, das auf einen Druckzustand in der Versorgungsleitung (38) anspricht, der den zur Bewegung des Ventile (44) erforderlichen Druckzustand übersteigt, derart, daß dem Stellglied (104) ein Drucksignal zur Drosselung des Ansauggaszuflueses zum Verdichter (12) durch das Drosselventil (1007 zugeleitet wird.

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θ. Regelsystem nach Anspruch 7» gekennzeichnet

durch ein in die Versorgungsleitung (38, 39) hinter dem Verdichter eingeschaltetes Rückschlagventil (90) zur Verhinderung eines Rückflusses von Druckgas aus der Versorgungsleitung (38, 39) zur Drucköffnung (30) des Verdichters (12) und ein Abblasventil (94) in Verbindung mit der Druckleitung (3Ό des Verdichters (12) zwischen dem Rückschlagventil (90) und der Drucköffnung (30) zum öffnen zur Entlüftung der Druckleitung (34).

9. Regelsystem nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine DruckmeBvorrichtung (116, 118), die auf einen dritten Druckzustand in der Versorgungsleitung (38-39) anspricht, der den zweiten Druckzustand übersteigt, derart, daß ein Öffnen des Abblasventile (94) bewirkt wird.

10. Regelsystem nach Anspruch 9t dadurch gekennzeichnet, daß das Abblaeventil (94) druckmittelbetätigt ist und daß eine Steuerdruckmittelleitung (98) funktionell mit der Versorgungsleitung (58-39) und mit dem Abblaeventil (94) verbunden ist und ein Steuerventil (116) in die Leitung (98) eingeschaltet ist und auf den Empfang eine· Signal· von einem Druckschalter (115) mr Lie ferung ein·· Druckmittelsignals sum öffnen des Abblaaventil· (94) anspricht.

11. Regel «yet·· nach Anapruoh 10, dadurch gekenn zeichnet, daS das Stellglied (104) druckmittelbetätigt ist,

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derart, daß es ein Schließen des Drosselventils (1OO) bewirkt, und daß das Steuerventil (116) zur Lieferung eines Druckmittelsignals an das Stellglied zur Betätigung des Drosselventils (100) zum Absperren im wesentlichen des gesamten Ansaugzuflusses zum Verdichter bei geöffnetem Abblasventil (94) betätigbar ist.

12. Begelsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet« daß das Steuerventil (116) hubmagnetbetätigt ist und daß der Druckschalter (118) bei Auftreten des dritten Druckzustands zum Öffnen des Steuerventils (116) und bei Peststellen eines Druckabfalls in der Versorgungsleitung (38-39) *us dem dritten Druckzustand zum Schließen des Steuerventils (116) betätigbar ist.

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