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Schraubenradmaschine, insbesondere Schraubenradkompressor
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schraubenradmaschine, wie z. B. einen Schraubenradkompressor, die in an sich bekannter Weise aus einer Anzahl Rotoren, welche mittels einer Mehrzahl ineinander ein- greifender, schraubenlinienförmig verlaufender Kämme und Nuten zusammenwirken, und einem Gehäu- se mit Stirnwänden besteht, das mit Ein- und Auslässen für ein Medium versehen ist. Zwischen den Stirnwänden sind die Rotoren gelagert. Die Rotoren und das Gehäuse sind in bezug aufeinander so ausge- bildet, dass sie Kompressionskammern bilden, von denen jede kommunizierende Nutenräume zweier zu- sammenwirkender Rotoren umfasst, u. zw. mit veränderlichem Volumen, je nach der Drehrichtung der
Rotoren.
Bei der üblichen Ausführung derartiger Schraubenradkompressoren arbeiten die Rotoren ohne Schmier- mittel und drehen sich mit ziemlich hoher Drehzahl, beispielsweise mit 10000 - 12000 Umdrehungen pro Minute und mehr. Dank der grossen Präzision bei der Herstellung der Rotoren und des Gehäuses kann einerseits zwischen den Rotoren selbst und anderseits zwischen den Rotoren und dem Gehäuse ein genau bemessenes Spiel vorgesehen werden ; um zu verhindern, dass sich die Rotoren während des Betriebes di- rekt berühren, was die Gefahr des Festfressens zur Folge hätte, sind die Rotoren mit zusammenwirkenden Synchronisiemngsrädern ausgerüstet, so dass die Beibehaltung des erforderlichen Spieles gewährleistet wird.
Bei diesen hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten muss zwischen dem Antriebsmotor, der ein Elektro- motor oder ein Verbrennungsmotor mit einer Drehzahl von etwa 3000 Umdrehungen pro Minute sein kann, ein Übersetzungsgetriebe angeordnet werden, welches die Anlage vergrössert. Bei direkter Kupplung zwi- schen einem derartigen Motor und einem Schraubenradkompressor der erwähnten Art wird anderseits das
Entweichen des geförderten Mediums (Leckverluste) durch die Spielräume auf Werte ansteigen, die bei gleicher Drucksteigerung im Vergleich zum Betrieb des Schraubenradmotors bei seiner normalen höheren
Drehzahl sehr hoch sind. Bei der niedrigeren Drehzahl kann jedoch im wesentlichen nur eine der Dreh- zahl entsprechende geringere Luftmenge durch den Kompressor gefördert werden, wogegen die Leckver- luste ungefähr die gleichen sind wie bei einem Betrieb mit höherer Drehzahl.
Die Leckverluste bei der normalen hohen Drehzahl betragen nur einige Prozent, würden jedoch bei Betrieb mit der niedrigeren
Drehzahl bis zu zirka 500 der Luftmenge ausmachen, die von dem Kompressor gefördert wird.
Die Erfindung bezweckt in erster Linie, eine Schraubenradmaschine zu schaffen, die sich direkt von einem Elektromotor oder Verbrennungsmotor antreiben lässt und trotzdem mit minimalen Leckverlusten arbeitet. Es sei erwähnt, dass bereits vorgeschlagen worden ist, bei Drehkolbenverdichtern Dichtungs- und Schmierflüssigkeit in ständiger Strömung durch eine Düse in den Spalt zwischen den beiden Unrund- kolben des Verdichters zu fördern, wobei die Antriebszahnräder als Pumpe verwendet werden.
Eine gemäss der Erfindung ausgebildete Schraubenradmaschine der einleitend beschriebenen Art, bei welcher ebenfalls Zuströmöffnungen zum Arbeitsraum der Maschine für eine unter Druck zugeführte oder eingesaugte Flüssigkeit, beispielsweise Schmieröl, vorgesehen sind, die zum Zwecke der Dichtung und
Kühlung zwischen den Rotoren und dem Gehäuse dient, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine von dem Antriebsmotor unmittelbar, also mit einer wesentlich unter den üblichen Betriebs- drehzahlen liegenden Drehzahl angetrieben wird, dass die Rotoren hohl ausgebildet und mit Achszapfen versehen sind, in denen Zufuhr-und Auslassöffnungen für die Flüssigkeit angeordnet sind, und dass die
Zuströmöffnungen in den Rotorwänden angeordnet sind und in die Nuten der Rotoren münden.
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Durch Fortfall des Getriebes zwischen Motor und Schraubenradmaschine wird der Raumbedarf gerin- ger, ausserdem wird der sonst bei hohen Drehzahlen durch die Maschine erzeugte störende Lärm vermie- den. Um die Leckverluste in annehmbaren Grenzen zu halten, arbeitet die Schraubenradmaschine ge- mäss der Erfindung mit Schmiermitteldichtung in den Spielräumen zwischen den Rotoren sowie zwischen ! diesen und dem Gehäuse, wobei die auf die vorstehend angeführte Weise zugeführte Flüssigkeit gleich- zeitig auch als Kühlmittel dient.
Die bei der Verdichtung von Luft oder Gas in der Maschine entstehende Kompressionswärme wird auf das Drucköl oder eine sonstige Dichiungs-und Kühlflüssigkeit übertragen. Dies trifft besonders dann zu, wenn das Drucköl in äusserst feinverteilter Form zugeführt wird, so dass eine grosse Oberfläche für die Wärmeübertragung erhalten wird, wodurch der Verdichtungsprozess immer mehr einen isothermischen
Verlauf annimmt, was zur Folge hat, dass weniger Leistung zur Verdichtung ein und derselben Luftmenge erforderlich ist. In vielen Fällen kann der sonst hinter dem Kompressor angeordnete erforderliche Kühler für das komprimierte Gas fortfallen.
Die sonst bei trocken arbeitenden Kompressoren erforderlichen Kühl- kanäle an den Enden des Gehäuses bzw. an den Lagerungen für die Rotorachsen können vereinfacht und zu einem gemeinsamen Öl- und Druckflüssigkeis-Zirkulationssystem zusammengefasst werden, das
Druckflüssigkeit zur Dichtung der Spielräume zwischen den Rotoren untereinander sowie zwischen den
Rotoren und dem Mantel des Gehäuses sowie den Stirnwänden wie auch zur Kühlung des Kompressors im
Betrieb liefert, wobei die erwähnte Kühlung ausser der Kühlung der Arbeitsräume auch der Kühlung der
Rotoren in ihrem Inneren dient und gleichzeitig oder alternativ mit der Kühlung des Kompressorgehäuses verbunden werden kann.
Zur Kühlung des Kompressorgehäuses wird wenigstens de. : Mantel des Gehäuses und vorzugsweise auch die an der Auslassseite des Kompressors befindliche Stirnwand doppelwandig aus- geführt, wobei die Druckflüssigkeit zum Zirkulieren durch die entsprechenden Hohlräume gebracht wird.
Da bei diesem Kompressor durch Mischung des Gases und der Druckflüssigkeit das Arbeitsmedium grössere Dichte als das Gas allein aufweist, kann ein relativ grosses Spiel im Kompressor für dieselbe
Leckmenge wie bei einem trocken arbeitenden Kompressor verwendet werden, d. h. es können die extre- men Ansprüche hinsichtlich der Präzision bei der Herstellung des Kompressors herabgesetzt werden, wo- durch dessen Herstellung verbilligt wird.
Die sonst bei trocken arbeitenden Kompressoren des Schraubenradtypus erforderlichen Synchronisie- rungsvorrichtungen zwischen den Rotoren fallen fort, so dass auch hiedurch der Kompressor vereinfacht und verbilligt wird.
Infolge der Schmierung können die Rotoren direkt ineinander eingreifen, durch welche Massnahme die Wahl des Materials zur Herstellung der Rotoren freier wird. In gewöhnlichen Fällen bestehen die Ro- toren von Schraubenradkompressoren aus Stahl, oft aus legiertem, vergütetem Stahl. Bei der Ausführung gemäss der Erfindung können die zusammenwirkenden Rotoren vorzugsweise aus verschiedenen Materia- lien bestehen, z. B. der eine aus Stahl und der andere aus Bronze, oder in einigen Fällen der eine aus einem metallischen Material und der andere aus Kunststoff.
Diese und weitere für die Erfindung wesentliche Merkmale und damit zusammenhängende Vorteile sollen an Hand der in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher beschrieben wer- den.
Fig. 1 zeigt einen vertikalen Längsschnitt einer Ausführungsform eines Schraubenradkompressors ge- mäss der Erfindung. Fig. 2 zeigt einen horizontalen Längsschnitt dieses Kompressors längs der Linie 2-2 in Fig. 1. Fig. 3 zeigt einen partiellen Querschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 1. Fig. 4 zeigt eine An- sicht der Stirnwand an der Auslassseite, in der Richtung 4-4 in Fig. 1. Fig. 5 zeigt einen partiellen ver- tikalen Längsschnitt einer modifizierten Ausführung des Rotorendes an der Auslassseite. Fig. 6 zeigt eine
Teilansicht des Rotors in der Richtung 6-6 in Fig. 5. Fig. 7 zeigt einen vertikalen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Schraubenradkompressors gemäss der Erfindung. Fig. 8 zeigt eine
Ansicht der Stirnwand des Gehäuses an der Einlassseite, längs der Linie 8-8 in Fig. 7. Fig. 9 zeigt im
Schnitt eine Einzelheit der Anordnung gemäss Fig. 8.
Fig. 10 zeigt in einem Teilschnitt, ähnlich dem in Fig. 7, eine modifizierte Gestaltung des Schraubenradkompressors gemäss der Erfindung, und schliess- lich veranschaulicht Fig. 11 schematisch eine komplette Anlage mit einem Schraubenradkompressor ge- mäss der Erfindung.
Der Schraubenradkompressor nach den Fig. 1, 2 und 3 besteht aus zwei zusammenwirkenden Rotoren
20 und 22 (vgl. Fig. 2 und 3), von denen der eine, der "männliche" Rotor 20, mit konvexen Kämmen 24 und zwischenliegenden Nuten 26 versehen ist und mit dem andern Rotor zusammenarbeitet, nämlich mit dem "weiblichen" Rotor 22, der mit konkaven Kämmen 28 und zwischenliegenden Nuten 30 versehen ist.
Die Rotoren haben Achszapfen 32 und 34, die stirnseitig an den Stellen 36 und 38 am Gehäuse 40 des
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EMI3.1
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In vielen Fällen kann auch Wasser als Schmier- und Dichtungsmittel mit ausgezeichnetem Ergebnis zur Verwendung kommen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schraubenradmaschine, insbesondere Schraubenradkompressor, bestehend aus mindestens einem
Paar zusammenwirkender männlicher und weiblicher Rotoren mit mindestens drei ineinander eingreifen- den schraubenförmigen Kämmen und Nuten, und einem mit Einlass und Auslass für das Arbeitsmittel ver- sehenen Gehäuse mit Stirnwänden, zwischen denen die Rotoren gelagert sind, derart, dass diese bei ihrer
Umdrehung zusammen mit dem Gehäuse Kompressionskammern bilden, von denen jede kommunizieren- de Nutenräume bei zwei zusammenwirkenden Rotoren umfasst und entsprechend der Umdrehung der Roto- ren ihr Volumen ändert, wobei Zuströmöffnungen zum Arbeitsraum der Maschine für eine unter Druck zugeführte oder eingesaugte Flüssigkeit, beispielsweise Schmieröl, vorgesehen sind,
die zur Dichtung des
Spielraumes zwischen den Rotoren und dem Gehäuse sowie zur Kühlung dient, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine von dem Antriebsmotor unmittelbar, also mit einer wesentlich unter den üblichen Be- triebsdrehzahlen liegenden Drehzahl angetrieben wird und die Zuströmöffnungen (80) zum Arbeitsraum in den Rotorwänden angeordnet sind und in die Nuten der Rotoren münden, wobei die Rotoren (20,22) hohl ausgebildet und mit Achszapfen (32, 34) versehen sind, in denen Zufuhr- und Auslassöffnungen (76,
72) für die Flüssigkeit angeordnet sind.