DE60210088T2

DE60210088T2 - Schraubenverdichter

Info

Publication number: DE60210088T2
Application number: DE60210088T
Authority: DE
Inventors: Ivo Daniels; Karel Theofiel CLAESSENS
Original assignee: Atlas Copco Airpower NV
Current assignee: Atlas Copco Airpower NV
Priority date: 2001-07-17
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2022-07-06
Also published as: DE60210088D1; EP1407147B1; US20040151602A1; BE1014301A3; JP2004535528A; WO2003008808A1; JP3975197B2; US7316546B2; EP1407147A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen volumetrischen Verdichter, der ein Verdichterelement mit einem Kompressionsraum umfasst, an den eine Einlassleitung, die mittels eines Einlassventils abgeschlossen werden kann, und eine Druckleitung, worin ein Druckgefäß installiert ist, angeschlossen sind, wobei das Einlassventil ein Ventilelement umfasst, das mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, wobei besagtes Element mit einem Kolben verbunden ist, der in einem Hohlraum in einem zylinderbildenden Gehäuse verschoben werden kann, und ein federndes Element, das dieses Ventilelement zu dem Ventilsitz hin drückt, während eine Steuerleitung das Innere des Druckgefäßes mit einer zwischen der wirksamen Seite des Kolbens und dem Gehäuse gebildeten Zylinderkammer in Verbindung setzt.
Bekannte Schraubenverdichter dieser Art umfassen einen komplizierten Komplex kleiner Kanäle, Ventile und Federn zur pneumatischen Steuerung des Einlassventils. Aus Erfahrung wurde deutlich, dass die Zuverlässigkeit dieses Komplexes für die Steuerung des Einlassventils nicht sehr hoch ist, insbesondere bei wassereingespritzten Verdichtern. Die Einsatzzuverlässigkeit der Verdichter ist nicht unter allen Betriebsbedingungen garantiert.
Dokument BE1012655 offenbart einen solchen Verdichter des Standes der Technik.
Die Erfindung betrifft einen volumetrischen Verdichter, der dem vorgenannten Nachteil abhilft und eine weniger komplexe und verlässlichere Steuerung des Einlassventils aufweist, sodass dessen Einsatzzuverlässigkeit garantiert ist.
Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, dass das Ventilelement durch eine Nebenleitung umgangen wird, worin sich ein Rückschlagventil befindet, das nur einen Fluss zum Kompressionsraum hin gestattet, und dass die Zylinderkammer mittels einer Verbindungsleitung mit der Einlassleitung verbunden ist, mit darin einem Lastventil, das mittels einer Steuereinrichtung gesteuert werden kann, wobei der Mindestflussquerschnitt dieser Verbindungsleitung, bei offenem Lastventil, größer ist als der Mindestflussquerschnitt der Steuerleitung.
Die zur Steuerung des Einlassventils erforderliche Konstruktion ist einfach und erfordert nicht viele Bauteile. Das Einlassventil und die Verbindungsleitung mit dem Lastventil und eventuell die Nebenleitung mit dem Rückschlagventil können in ein relativ einfaches gegossenes Teil integriert werden. Die Funktionsweise des Einlassventils ist sehr zuverlässig.
Mit der Absicht, die Merkmale der Erfindung besser darzustellen, ist hiernach, als Beispiel ohne jeden einschränkenden Charakter, eine bevorzugte Ausführungsform eines volumetrischen Verdichters gemäß der Erfindung beschrieben, unter Verweis auf die begleitenden Zeichnungen, worin:
1 schematisch einen solchen Verdichter in unbelastetem Zustand darstellt;
2 schematisch den Verdichter von 1, jedoch in belastetem Zustand, darstellt.
Der in den Figuren schematisch dargestellte volumetrische Verdichter ist ein Schraubenverdichter, der ein von einem Motor 1 angetriebenes Verdichterelement 2 umfasst, an das eine Einlassleitung 3 mit darin einem Einlassventil 4 und eine Druckleitung 5 mit darin einem Druckgefäß 6 angeschlossen sind.
Das Verdichterelement 2 umfasst einen Kompressionsraum 7, der mit einem Einlass 8 versehen ist, an den die Einlassleitung 5 anschließt, und einem Auslass 9, an den die Druckleitung 5 anschließt.
In diesem Kompressionsraum 7 sind zwei miteinander zusammenwirkende schraubenförmige Rotoren 10 und 11 vorgesehen.
Das Einlassventil 4 besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 12, das einen Zylinder bildet, welches Gehäuse mit einem Hohlraum 12A versehen ist, worin ein Kolben 13 bewegt werden kann. Zwischen der wirksamen Oberfläche des Kolbens 13 und dem Gehäuse wird eine Zylinderkammer 14 gebildet. Auf der anderen Seite ist der Kolben 13 mittels eines Stößels 15 mit einem Ventilelement 16 verbunden, das sich in dem Kompressionsraum befindet und mit einem in dem Einlass 8 vorgesehenen Ventilsitz 17 zusammenwirkt.
Ein federndes Element in Form einer Druckfeder 18 umgibt den Stößel 15, zwischen einem Teil des Gehäuses 12 und dem Kolben 13, und drückt den Kolben 13 weg und daher das Ventilelement 16 zu oder gegen den Ventilsitz 17.
Eine Steuerleitung 19 mündet in die Zylinderkammer 14, auf das von dem Ventilelement 16 abgewandte Ende.
Mit diesem Ende ist auch eine Anschlussleitung 20 verbunden, die somit die Zylinderkammer 14 mit der Einlassleitung 3 verbindet, spezieller dem in Bezug zu dem Ventilelement 16 stromaufwärts gelegenen Teil des Durchgangs 4A des Einlassventils 4.
In dieser Verbindungsleitung 20 ist ein Lastventil 21 angebracht, das von einem Relais 22 gesteuert wird, dessen Betätigung von einer Steuereinrichtung 23 bestimmt wird.
Der Mindestdurchflussquerschnitt dieser Verbindungsleitung 20 ist größer als der Mindestdurchflussquerschnitt der Steuerleitung 19.
Der Mindestdurchflussquerschnitt der Verbindungsleitung 20 findet sich meistens in Höhe des Lastventils 21, aufgrund der Tatsache, dass dieser Durchflussquerschnitt an entgegengesetzten Seiten des Lastventils 21 konstant und größer ist.
Auch hat die Steuerleitung 19 meistens, wie in den Figuren dargestellt, einen konstanten Durchflussquerschnitt, der dann gleich dem Mindestdurchflussquerschnitt ist.
Die Steuerleitung 19 kann jedoch auch einen Teil mit einem größeren Durchflussquerschnitt umfassen und kann beispielsweise, in einem nicht dargestellten Beispiel, an die Zylinderkammer 14 anschließen, mittels des zwischen dieser Zylinderkammer 14 und dem Lastventil 21 gelegenen Teils der Verbindungsleitung 20, der einen größeren Durchflussquerschnitt hat.
Das Ventilelement 16 wird mittels einer Nebenleitung 24 mit darin einem Rückschlagventil 25 umgangen. Diese Nebenleitung 24 mündet somit an der Ansaugseite in dem Kompressionsraum 7 und schließt in der dargestellten Ausführungsform an das Teil zwischen dem Lastventil 21 und dem Durchlass des Einlassventils 16 und auf diese Weise somit an die Einlassleitung 3 an.
In einer Variante kann die Nebenleitung 24 direkt an die Einlassleitung 3 oder den Durchgang 4A des Einlassventils 4 anschließen.
Der Mindestdurchflussquerschnitt dieser Nebenleitung 24 ist deutlich kleiner als der Mindestdurchflussquerschnitt der Einlassleitung 3.
Am Ausgang des Druckgefäßes 6 ist ein Mindestdruckventil 26 installiert.
Die Funktionsweise des Einlassventils 4 ist wie folgt:
Bevor der Verdichter gestartet wird, ist der Druck in dem Druckgefäß 6, und somit auch in der Zylinderkammer 14, sowie in dem Kompressionsraum 7, der atmosphärische Druck. Das Einlassventil 4 wird von der Druckfeder 18 in geschlossene Position, gegen den Ventilsitz 17 gedrückt. Die Steuereinrichtung 23 befiehlt das Relais 22 so, dass das Lastventil 21 offen ist.
Wenn das Verdichterelement 2 von dem Motor 1 angetrieben wird, wird zu Anfang eine begrenzte Luftmenge durch die Einlassleitung 3 und Nebenleitung 24 in den Kompressionsraum 7 angesaugt.
In 1 ist der Verdichter in diesem unbelasteten Zustand dargestellt, wobei der Strom der angesaugten Luft durch Pfeile P1 dargestellt ist.
Diese Luft wird komprimiert und gelangt durch die Druckleitung 6 in das Druckgefäß 7, wie durch P2 in 1 angedeutet. Da das Lastventil 21 beim Auf starten offen ist, wird auch Luft mittels der Steuerleitung 19, der Zylinderkammer 14, der Verbindungsleitung 20 und der Nebenleitung 24 aus dem Druckgefäß 6 angesaugt, wie in 1 durch Pfeile P3 dargestellt.
Folglich wird eine Gleichgewichtssituation erzeugt, wobei ein geringer Überdruck in dem Druckgefäß 7 herrscht.
Da der Mindestdurchflussquerschnitt der Verbindungsleitung 20 viel größer ist als der Mindestdurchflussquerschnitt der Steuerleitung 19, wird der Druck in der Zylinderkammer 14 annähernd gleich dem Druck in der Einlassleitung 3 sein. Das Einlassventil 4 bleibt somit geschlossen.
Durch Abgabe eines Signals an das Relais 22 befiehlt die Steuereinrichtung 23 das Schließen des Lastventils 21. Folglich wird der Druck in der Zylinderkammer bis auf dasselbe Niveau ansteigen wie der Druck in dem Druckgefäß 6, in Anbetracht der Tatsache, dass aus dieser Kammer keine Luft mehr angesaugt wird.
Der Druck in dem Druckgefäß 6 steigt an, da praktisch keine Luft durch die Steuerleitung 19 abgesaugt wird.
Wenn der Druck in besagter Kammer einen bestimmten Wert erreicht hat, wird der Kolben 13 gegen den Druck der Druckfeder 18 weggedrückt, sodass das Ventilelement 16 sich von dem Ventilsitz 17 entfernt. Das Einlassventil 4 ist dann offen.
In 2 ist der Verdichter in dem Zustand nach diesem Öffnen dargestellt.
Nun fließt Luft direkt von der Einlassleitung 3 in den Kompressionsraum 9, wie durch Pfeil P4 dargestellt, und ein anderer kleiner Teil mittels der Nebenleitung 24, wie durch Pfeil P5 dargestellt.
Wenn der Druck in dem Druckgefäß 6 den Mindestdruck erreicht, öffnet sich das Mindestdruckventil 26 und wird verdichtete Luft von dem Gefäß 6 zum Verbraucher hin gelenkt, wie durch Pfeil P6 dargestellt.
Wenn das Relais 22 nicht mehr betätigt wird, wird das Lastventil 21 wieder geöffnet. Da der Mindestdurchflussquerschnitt der Verbindungsleitung 20 viel größer ist als der der Steuerleitung 19, fällt der Druck in der Zylinderkammer 14 rasch ab, bis er annähernd gleich dem Druck an der Einlassleitung 3 ist.
Unter dem Einfluss der Druckfeder 18 wird das Einlassventil 4 sich rasch schließen. Dann kann das Verdichterelement 2 nur durch die Nebenleitung 24 und das Rückschlagventil 25 Luft ansaugen.
Die Luft aus dem Druckgefäß 6, das noch unter Druck steht, wird durch die Steuerleitung 19, Zylinderkammer 14, Verbindungsleitung 20 und den Durchgang 4A des Einlassventils 4 abgeblasen, bis ein neues Gleichgewicht erzielt ist, mit einem geringen Überdruck in dem Druckgefäß 6.
Der in 1 dargestellte Zustand ist erreicht, und der Verdichter arbeitet wieder ohne Last.
Die Konstruktion des Einlassventils 4 und dessen Steuerung sind einfach, und die Funktion ist zuverlässig.
Das Weglassen des Drucks in der Zylinderkammer 14 findet nicht mittels unzuverlässiger Ventile mit Federn statt, sondern mittels der Erzeugung eines Ungleichgewichts in dem Druckabfall über die Verbindung zwischen dem Druckgefäß 6 und der Einlassleitung 3, das ist die Steuerleitung 19, Zylinderkammer 14 und Verbindungsleitung 20, und dies, indem der Mindestdurchflussquerschnitt der Steuerleitung 19 deutlich kleiner ist als der Mindestdurchflussquerschnitt der Verbindungsleitung 20.
Mit solchem Einlassventil 4 und solcher Steuerung ist am Auslass 9 der Rotorkammer 7 oder in der Druckleitung 5 kein Ventil erforderlich.
Wenn der Verdichter 1 von dem Typ ist, wobei Schmierflüssigkeit in die Rotorkammer 7 eingespritzt wird und diese Schmierflüssigkeit in dem Druckgefäß 6 abgeschieden und mittels einer Rückführleitung zum Einspritzen zurückgeführt wird, so wird auch kein Ventil in der Rückführleitung erforderlich sein.
Die Erfindung ist keineswegs auf die hierin vorangehend beschriebene und in den begleitenden Figuren dargestellte Ausführungsform begrenzt, vielmehr kann solcher volumetrischer Verdichter in verschiedenen Varianten hergestellt werden, ohne die Reichweite der Erfindung zu verlassen.

Claims

Volumetrischer Verdichter, der ein mit Schmierflüssigkeit eingespritztes Verdichterelement (2) mit einem Kompressionsraum (7) umfasst, an den eine Einlassleitung (3), die mittels eines Einlassventils (4) abgeschlossen werden kann, und eine Druckleitung (5), worin ein Druckgefäß (6) installiert ist, angeschlossen sind, wobei das Einlassventil (4) ein Ventilelement (16) umfasst, das mit einem Ventilsitz (17) zusammenwirkt, wobei besagtes Element (16) mit einem Kolben (13) verbunden ist, der in einem Hohlraum (12A) in einem zylinderbildenden Gehäuse (12) verschoben werden kann, und ein federndes Element (18), das dieses Ventilelement (16) zu dem Ventilsitz (17) hin drückt, während eine Steuerleitung (19) das Innere des Druckgefäßes (6) mit der zwischen der wirksamen Seite des Kolbens (13) und dem Gehäuse (12) gebildeten Zylinderkammer (14) in Verbindung setzt, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (16) von einer Nebenleitung (24) mit darin einem Rückschlagventil (25) umgangen wird, das nur einen Fluss hin zu dem Kompressionsraum (7) gestattet, und die Zylinderkammer (14) mit der Einlassleitung (3) mittels einer Verbindungsleitung (20) verbunden ist, mit darin einem Lastventil (21), das mittels einer Steuereinrichtung (23) gesteuert werden kann, wobei der Mindestdurchflussquerschnitt dieser Verbindungsleitung (20), bei offenem Lastventil (21), größer als der Mindestdurchflussquerschnitt der Steuerleitung (19) ist.
Volumetrischer Verdichter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenleitung (24), mittels eines zwischen dem Lastventil (21) und der Einlassleitung (3) befindlichen Teil der Verbindungsleitung (20), an diese Einlassleitung (3) anschließt.
Volumetrischer Verdichter gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerleitung (19) direkt an die Zylinderkammer (14) angeschlossen ist.
Volumetrischer Verdichter gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastventil (21) ein durch ein Relais (22) gesteuertes Ventil ist, wobei die Betätigung dieses Relais (22) durch die Steuereinrichtung (23) bestimmt wird.