BE1023333B1

BE1023333B1 - Spiral type device and method for the production of such device and seal for such device

Info

Publication number: BE1023333B1
Application number: BE2016/5236A
Authority: BE
Inventors: Joris Dominick C Gallant; Koen STOOP; Wim Jan L Mathys; Jozef Maria Segers; Peter Jan J Buyl; Mieghem Luc Van
Original assignee: Atlas Copco Airpower, N.V.
Priority date: 2015-04-09
Filing date: 2016-04-05
Publication date: 2017-02-07
Also published as: BE1023333A1

Abstract

Werkwijze voor de productie van een apparaat van het spiraaltype, daardoor gekenmerkt dat die verkwijze de volgende stappen omvat: - het voorzien van een eindplaat (1) met daarop een spiraal (2); - het produceren van een tipafdichting (4) en/of van een stofdichting door middel van additieve productie; - het voorzien van de geproduceerde tipafdichting (4) en/of stofdichting in een montagegroef (3) in de tip (2') van de spiraal (2) en/of in de eindplaat, respectievelijk. Afdichting voor gebruik in een apparaat van het spiraaltype, daardoor gekenmerkt dat de afdichting (4) wordt gemaakt door middel van additieve productietechnieken.Method for manufacturing a spiral type device, characterized in that it comprises the following steps: - providing an end plate (1) with a spiral (2) thereon; - producing a tip seal (4) and / or a dust seal by means of additive manufacturing; - providing the produced tip seal (4) and / or dust seal in a mounting groove (3) in the tip (2 ') of the coil (2) and / or in the end plate, respectively. Seal for use in a spiral type device, characterized in that the seal (4) is made by means of additive manufacturing techniques.

Description

Apparaat van het spiraaltype en werkwijze voor de productie van zulk apparaat en afdichting voor zulk apparaat.Spiral type device and method for the production of such device and seal for such device.

De uitvinding heeft betrekking op een apparaat van het spiraaltype en meer bepaald op een apparaat van het spiraaltype voorzien van een axiale afdichting.The invention relates to a device of the spiral type and more particularly to a device of the spiral type provided with an axial seal.

Apparaten van het spiraaltype zijn goed bekend, bijvoorbeeld zoals beschreven in U.S. octrooi nr. 801 182, waarin een apparaat van het spiraaltype met twee spiraalelementen wordt beschreven, waarbij op elk een eindplaat en een spiraalvormig of spiraalvormig gekruld spiraalelement is voorzien. Bij de werking van dergelijk apparaat van het spiraaltype, wordt één van de samenwerkende spiraalelementen (rotor) bewogen ten opzichte van het andere spiraalelement, dat dusdanig vast is (stator) dat minstens één paar fluïdumkamers wordt afgedicht tussen de respectieve spiraalelementen. Tijdens de beweging van de spiraalelementen ten opzichte van elkaar, zullen de fluidumkamers groter of kleiner worden, afhankelijk van de rotatierichting van de draaibeweging, waarbij de spiraalelementen respectievelijk als een spiraalexpander of als een spiraalcompressor fungeren.Spiral-type devices are well known, for example, as described in U.S. Pat. No. 801 182, which describes a spiral-type device with two spiral elements, each having an end plate and a spiral or spiral-curled spiral element. In the operation of such a spiral-type device, one of the co-operating spiral elements (rotor) is moved relative to the other spiral element, which is so solid (stator) that at least one pair of fluid chambers is sealed between the respective spiral elements. During the movement of the spiral elements relative to each other, the fluid chambers will become larger or smaller, depending on the direction of rotation of the rotational movement, the spiral elements acting respectively as a spiral expander or as a spiral compressor.

Een bekend probleem bij apparaten van het spiraaltype is de axiale afdichting van de spiraalelementen ten opzichte van elkaar, en meer in het bijzonder, de axiale afdichting van de fluidumkamers. Eén van de grootste verliezen in een apparaat van het spiraaltype bestaat uit het lekken van gas van de ene f luïdumkamer naar de andere, over de spiraaltippen heen.A known problem with spiral-type devices is the axial seal of the spiral elements with respect to each other, and more particularly the axial seal of the fluid chambers. One of the biggest losses in a spiral-type device is the leakage of gas from one fluid chamber to another, over the spiral tips.

Om die verliezen tot een minimum te beperken, is het bekend dat de spiraaltippen voorzien worden van groeven en dat er zogenoemde tipafdichtingen in die groeven worden gemonteerd. Een voorbeeld van een apparaat van het spiraaltype voorzien van een tipafdichting is beschreven in het Belgisch octrooi nr. 1.010.916 op naam van Atlas Copco Airpower N.V., waarvan de beschrijving integraal is opgenomen in deze aanvraag.To minimize those losses, it is known that the spiral tips are provided with grooves and so-called tip seals are mounted in those grooves. An example of a spiral-type device provided with a tip seal is described in Belgian patent no. 1,010,916 in the name of Atlas Copco Airpower N.V., the description of which is incorporated in its entirety in this application.

Bijkomend wordt gewoonlijk een stofdichting voorzien om het gat tussen de fluïdumkamers en de atmosfeer te dichten, waarbij de stofdichting geplaatst is in een montagegroef tussen de buitenste compressiekamer en de atmosfeer. Een voorbeeld van een stofdichting is beschreven in de U.S. octrooiaanvraag nr. 2014/0234149 Al.In addition, a dust seal is usually provided to close the gap between the fluid chambers and the atmosphere, the dust seal being placed in a mounting groove between the outer compression chamber and the atmosphere. An example of a dust seal is described in U.S. Pat. Patent Application No. 2014/0234149 Al.

Bekende werkwijzen voor de productie van de tipafdichtingen en stofdichtingen laten geen grote vrijheid in de materiaal- of vormkeuze toe.Known methods for the production of the tip seals and dust seals do not allow great freedom in the choice of material or shape.

De huidige uitvinding heeft tot doel verbeteringen te voorzien voor apparaten van het spiraaltype, een verbeterde werkwijze voor de productie van een apparaat van het spiraaltype te voorzien en een verbeterde afdichting voor een apparaat van het spiraaltype te voorzien.The present invention has for its object to provide improvements for spiral-type devices, to provide an improved method for the production of a spiral-type device and to provide an improved seal for a spiral-type device.

Hiertoe heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze volgens conclusie 1 voor de productie van een apparaat van het spiraaltype.To this end, the invention relates to a method according to claim 1 for the production of a spiral-type device.

De uitvinding heeft verder betrekking op een verbeterde afdichting volgens conclusie 7 voor gebruik in een apparaat van het spiraaltype.The invention further relates to an improved seal according to claim 7 for use in a spiral-type device.

Bijkomend heeft de uitvinding betrekking op een apparaat van het spiraaltype volgens conclusie 18 en/of 19.In addition, the invention relates to a spiral-type device according to claim 18 and / or 19.

Een belangrijk voordeel van de uitvinding is dat ze een grote keuzevrijheid biedt voor het materiaal, combinatie van materialen en/of eigenschappen of de vorm van de tipafdichting en/of de stofdichting.An important advantage of the invention is that it offers great freedom of choice for the material, combination of materials and / or properties or the shape of the tip seal and / or the dust seal.

Bijkomend laat de uitvinding het gebruik toe van een veel breder gamma aan materialen dan de bekende werkwijzen voor de productie van apparaten van het spiraaltype.In addition, the invention allows the use of a much wider range of materials than the known methods for the production of spiral-type devices.

De uitvinding heeft ook tot gevolg dat er hogere toleranties kunnen worden bereikt, wat op zijn beurt zelfs kan helpen om de productiekosten te verlagen.The invention also has the consequence that higher tolerances can be achieved, which in turn can even help to lower production costs.

De uitvinding laat ook toe te komen tot verschillende vormen van tipafdichtingen en/of stofdichtingen, die met behulp van bekende productiewerkwijzen niet kunnen worden gerealiseerd.The invention also makes it possible to arrive at different forms of tip seals and / or dust seals, which cannot be realized with the aid of known production methods.

Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, worden hierna enkele voorkeurdragende uitvoeringsvormen van een spiraalcompressor volgens de uitvinding en van een werkwijze voor de productie van een spiraalcompressor en afdichting voor een spiraalcompressor beschreven, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin:With the insight to better demonstrate the characteristics of the invention, a few preferred embodiments of a spiral compressor according to the invention and of a method for the production of a spiral compressor and seal for a spiral compressor are described below, with reference to the accompanying drawings, in which:

Figuur 1 schematisch een mogelijke stap van een werkwijze volgens de uitvinding weergeeft, waarbij een tipafdichting volgens de uitvinding is voorzien in een naontagegroef voorzien op een spiraaltip;Figure 1 schematically represents a possible step of a method according to the invention, wherein a tip seal according to the invention is provided in a post groove provided on a spiral tip;

Figuur 2 een doorsnede weergeeft volgens lijn ΙΙ-Π in figuur 1; enFigure 2 represents a section according to line ΙΙ-Π in Figure 1; and

Figuren 3 tot 8 en 9 een dwarsdoorsnede van mogelijke uitvoeringsvormen van een tipafdichting of van een stofdichting volgens de uitvinding weergeven;Figures 3 to 8 and 9 show a cross-section of possible embodiments of a tip seal or a dust seal according to the invention;

Figuur 10 een langsdoorsnede weergeeft volgens lijn XX in figuur 9.Figure 10 shows a longitudinal section according to line XX in Figure 9.

De figuren 1 en 2 tonen een deel van een spiraalelement met een eindplaat 1 waarop een spiraal 2 is voorzien, waarbij die spiraal 2 aan zijn tip 2' voorzien is van een montagegroef 3 voor de montage van een tipafdichting 4.Figures 1 and 2 show a part of a spiral element with an end plate 1 on which a spiral 2 is provided, said spiral 2 being provided on its tip 2 'with a mounting groove 3 for mounting a tip seal 4.

Volgens een bepaald aspect van de uitvinding wordt de tipafdichting gemaakt door middel van additieve productietechnieken. Additieve productie is een proces waarin materialen worden samengevoegd om objecten te maken, bij voorkeur vertrekkende van 3D-modeldata, meestal, maar niet beperkt tot, laag op laag, in tegenstelling tot subtractieve productietechnieken zoals beschreven in ASTM F2792-12a. Additieve productie verwijst naar een categorie van productiemethodes, bijvoorbeeld "powder-bed-fusion" of "poederbed fusie" dat een additieve productiewerkwijze is waarin thermische energie selectief specifieke plaatsen van een poederbed versmelt. "Directe energiedepositie" is een additief productieproces waarin gerichte thermische energie wordt gebruikt om materialen te versmelten bij het deponeren. Meerdere technologieën komen in aanmerking voor de uitvinding.According to a particular aspect of the invention, the tip seal is made by means of additive production techniques. Additive production is a process in which materials are assembled to create objects, preferably starting from 3D model data, usually, but not limited to, layer upon layer, as opposed to subtractive production techniques as described in ASTM F2792-12a. Additive production refers to a category of production methods, for example "powder bed fusion" or "powder bed fusion" which is an additive production method in which thermal energy selectively fuses specific sites of a powder bed. "Direct energy deposition" is an additive production process in which targeted thermal energy is used to fuse materials when depositing. Multiple technologies are eligible for the invention.

Het is duidelijk dat alle soorten materialen kunnen worden gebruikt, bijvoorbeeld, maar niet beperkt tot polymeren. Volgens één optie kan een combinatie van materialen worden gebruikt om de tipafdichting en/of een stofdichting van het apparaat van het spiraaltype te produceren.It is clear that all types of materials can be used, for example, but not limited to polymers. According to one option, a combination of materials can be used to produce the tip seal and / or a dust seal of the spiral type device.

Meer bepaald kan een werkwijze volgens de uitvinding de stap omvatten van het produceren van de tipafdichting 4 en/of stofdichting van twee of meer lagen 5 uit een verschillend materiaal, bijvoorbeeld materialen a en b in figuur 3.More specifically, a method according to the invention may comprise the step of producing the tip seal 4 and / or dust seal of two or more layers 5 from a different material, for example materials a and b in Figure 3.

Verschillende lagen 5 kunnen ook in verschillende kleuren worden gemaakt, wat toelaat de slijtage van de tipafdichting 4 en/of stofdichting te visualiseren. In één bepaalde uitvoeringsvorm wordt een zachter materiaal gedeponeerd bovenop een harder materiaal en is de afdichting 4 voorzien in de montagegroef 3 zodat de zachtere laag gericht is naar, en bij gebruik in contact is met, het tegenoverliggende, samenwerkende spiraalelement. In dwarsdoorsnede kan één laag 5 een driehoekige vorm 6 vertonen en kan dusdanig gemonteerd zijn dat de basis 7 van de driehoek 6 de onderste of de bovenste laag 5 vormt van de tipafdichting 4 en/of stofdichting.Different layers 5 can also be made in different colors, which makes it possible to visualize the wear of the tip seal 4 and / or dust seal. In one particular embodiment, a softer material is deposited on top of a harder material and the seal 4 is provided in the mounting groove 3 so that the softer layer is directed toward, and in use in contact with, the opposing co-operating spiral element. In cross section, one layer 5 may have a triangular shape 6 and may be mounted such that the base 7 of the triangle 6 forms the lower or upper layer 5 of the tip seal 4 and / or dust seal.

De wijziging van materiaal kan volgens een bijzonder aspect van de uitvinding zich ook in de lengterichting van de spiraal uitstrekken. Met andere woorden kan bijvoorbeeld aan de buitenste spiralen (oftewel aan de .inlaatzijde in het geval van een spiraalcompressor) een zacht en/of flexibeler materiaal worden voorzien, terwijl aan de binnenste spiralen (die zich aan de uitlaatzijde bevinden in het geval van een compressor) gebruik wordt gemaakt van een slijtvaster en/of teraperatuurbestendiger materiaal. Volgens een bijzonder aspect van de uitvinding kan daarenboven een combinatie van materialen evenzeer worden geïmplementeerd zowel in de hoogterichting als in de lengterichting.According to a special aspect of the invention, the change of material can also extend in the longitudinal direction of the coil. In other words, for example, a soft and / or more flexible material can be provided on the outer spirals (i.e. on the inlet side in the case of a spiral compressor), while on the inner spirals (which are on the outlet side in the case of a compressor) ) use is made of a more wear-resistant and / or teraper-resistant material. In addition, according to a special aspect of the invention, a combination of materials can be implemented equally in both the height direction and the length direction.

Volgens bepaalde varianten van een tipafdichting 4 en/of stofdichting volgens de uitvinding kan deze afdichting een variabele hoogte hebben over haar lengte en/of breedte.According to certain variants of a tip seal 4 and / or dust seal according to the invention, this seal can have a variable height over its length and / or width.

Bijkomend of alternatief, kan de tipafdichting 4 en/of stofafdichting een variabele breedte over haar lengte of hoogte hebben.Additionally or alternatively, the tip seal 4 and / or dust seal may have a variable width along its length or height.

Wat betreft de mogelijkheden van variabele hoogte van de afdichting, omvat één mogelijkheid de invoering van een patroon, v.b. zoals geïllustreerd in figuren 4 en 5, waarbij het bovenste oppervlak 7 van de tipafdichting 4 en/of stofdichting kamers 9 vertoont die het uitzicht van kantelen opleveren, respectievelijk uitsparingen in de vorm van zaagtanden 10 vertoont. Dergelijke vormen laten de tipafdichting 4 en/of stofafdichting toe om tijdens de werking in afdichtend vermogen toe te nemen.Regarding the possibilities of variable height of the seal, one possibility includes the introduction of a cartridge, e.g. as illustrated in Figures 4 and 5, wherein the upper surface 7 of the tip seal 4 and / or dust seal has chambers 9 that give the appearance of tilting, and recesses in the form of saw teeth 10, respectively. Such shapes allow the tip seal 4 and / or dust seal to increase in sealing power during operation.

Alternatief en/of bijkomend zou een tipafdichting 4 en/of stofdichting volgens de uitvinding een variabel profiel kunnen hebben, zoals weergegeven als niet-beperkend voorbeeld in figuur 6, waarbij zulk variabel profiel bij voorkeur is vervaardigd door middel van additieve productietechnieken.Alternatively and / or additionally, a tip seal 4 and / or dust seal according to the invention could have a variable profile, as shown as a non-limiting example in Figure 6, wherein such variable profile is preferably manufactured by means of additive production techniques.

Bijkomend kan de vormgeving van de afdichting afgestemd worden op wisselende belast1ngsparameters; alsook op verschillende modellen van het spiraaltype.In addition, the shape of the seal can be adjusted to varying load parameters; as well as on different models of the spiral type.

Alternatief en/of bijkomend kan de tipafdichting en/of stofafdichting rechtstreeks in de groef van het spiraaltype aangebracht worden via additieve productietechnieken.Alternatively and / or additionally, the tip seal and / or dust seal can be applied directly into the groove of the spiral type via additive production techniques.

Door het optioneel voorzien van open structuren, wordt een elasticiteit in de tipafdichting 4 en/of stofafdichting gegenereerd, waardoor er continu een goede afdichting kan worden gerealiseerd.By optionally providing open structures, an elasticity is generated in the tip seal 4 and / or dust seal, so that a good seal can be realized continuously.

Een eerste voorbeeld van een dergelijke elastische open structuur is weergegeven in de dwarsdoorsnede van figuur 8, waarin is weergegeven dat de tipafdichting 4 en/of stofafdichting is opgebouwd in lagen 13 met een middelste laag die voorzien is van open mazen of kanalen 14. De dikte en de breedte van deze middelste laag 13' en van de dimensies van de mazen 14 kunnen variëren in de lengterichting van de afdichting 4.A first example of such an elastic open structure is shown in the cross-section of Figure 8, in which it is shown that the tip seal 4 and / or fabric seal is constructed in layers 13 with a middle layer provided with open meshes or channels 14. The thickness and the width of this middle layer 13 'and of the dimensions of the meshes 14 can vary in the longitudinal direction of the seal 4.

Een tweede voorbeeld van een elastische open structuur is weergegeven in de figuren 9 en 10 waarin de tipafdichting 4 en/of stofafdichting in haar kern is voorzien van een doorlopend kanaal 15 dat zich in de lengterichting van de tipafdichting 4 en/of stofafdichting uitstrekt. In het weergegeven voorbeeld zijn de vorm van de dwarsdoorsnede en de binnendiameter van het kanaal constant over de lengte van de tipafdichting 4 en/of stof afdichting,, alhoewel deze kenmerken ook kunnen variëren over de lengte.A second example of an elastic open structure is shown in figures 9 and 10 in which the tip seal 4 and / or dust seal is provided in its core with a continuous channel 15 which extends in the longitudinal direction of the tip seal 4 and / or dust seal. In the example shown, the shape of the cross-section and the inner diameter of the channel are constant along the length of the tip seal 4 and / or dust seal, although these features may also vary over the length.

Dankzij de additieve productiemethode voor het produceren van de tipafdichting 4 en/of stofafdichting zijn de meest grillige en ingewikkelde vormen denkbaar.Thanks to the additive production method for producing the tip seal 4 and / or dust seal, the most capricious and complex shapes are conceivable.

Ook kan de tipafdichting 4 en/of stofdichting voorzien zijn van uitstulpingen 11 of uitsparingen 12 zoals geïllustreerd bijvoorbeeld in figuur 1, aangezien hierdoor de tipafdichting 4 en/of stofafdichting op haar plaats in de montagegroef kan blijven.The tip seal 4 and / or dust seal can also be provided with protrusions 11 or recesses 12 as illustrated, for example in Figure 1, since this allows the tip seal 4 and / or dust seal to remain in place in the mounting groove.

Een tipafdichting 4 en/of stofafdichting volgens de uitvinding kan worden gebruikt in combinatie met om het even welke uitvoeringsvorm van een apparaat van het spiraaltype zoals geïllustreerd in het Belgisch octrooi nr. 1.010.916 dat hierin bij verwijzing is opgenomen.A tip seal 4 and / or dust seal according to the invention can be used in combination with any embodiment of a spiral-type device as illustrated in Belgian Patent No. 1,010,916 which is incorporated herein by reference.

Het is duidelijk dat de uitvinding betrekking heeft op zowel spiraalcompressors als op spiraalexpanders die kunnen worden gebruikt voor compressie en/of expansie van om het even welk gas of mengsel van gassen.It is clear that the invention relates to both spiral compressors and spiral expanders that can be used for compression and / or expansion of any gas or mixture of gases.

De uitvinding is geenszins beperkt tot de hierboven beschreven of in de tekeningen weergegeven uitvoeringsvormen. In tegendeel, een afdichting voor een apparaat van het spiraaltype en een apparaat van het spiraaltype volgens de uitvinding kan in alle soorten vormen en maten worden gemaakt, zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.The invention is in no way limited to the embodiments described above or shown in the drawings. On the contrary, a seal for a spiral-type device and a spiral-type device according to the invention can be made in all shapes and sizes without departing from the scope of the invention.

Bijkomend kan de werkwijze volgens de uitvinding voor de productie van een apparaat van het spiraaltype worden gerealiseerd op verschillende manieren zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.In addition, the method according to the invention for the production of a spiral-type device can be realized in various ways without departing from the scope of the invention.

Claims

Conclusions.

Method for the production of a device of the spiral type, characterized in that said method comprises the following steps: - providing an end plate (1) with a spiral (2) thereon; - producing a tip seal (4) and / or a dust seal by means of additive production; - providing the produced tip seal (4) and / or dust seal in a mounting groove (3) in the tip (2 ') of the coil (2) and / or in the end plate, respectively.

Method according to claim 1, characterized in that the step of producing the tip seal (4) and / or the dust seal comprises the addition of two or more different materials (a, b).

Method according to claim 2, characterized in that the step of producing the tip seal (4) and / or the dust seal comprises the following steps: - providing a first layer (5) with a first material (a) ; and then "providing a second layer 5 of a second material (b).

Method according to claim 3, characterized in that the first material (a) has a greater hardness than the second material (b).

Method according to claim 4, characterized in that the step of providing the tip seal (4} and / or the dust seal in the mounting groove (3) comprises placing the tip seal (4) and / or the dust seal, such that the second, softer material (b) is directed upwards so that it is in contact with the other co-operating coil element in the fully assembled state of the coil type device.

Method according to claim 2, characterized in that the two materials (a, b) have a different color.

7. - Seal for use in a spiral-type device, characterized in that the seal (4) is made by means of additive production techniques.

The seal according to claim 7, characterized in that the seal (4) comprises two or more different materials (a, b). The seal according to claim 8, characterized in that the different materials (a, b) have a different color.

Seal according to claim 7, characterized in that the seal (4) has at least partially a variable height. Seal according to claim 10, characterized in that the seal (4) is provided with a variable height pattern.

The seal according to claim 7, characterized in that the seal (4) has at least partially a variable width.

The seal according to claim 12, characterized in that the seal (4) has at least in part a variable width pattern.

The seal according to claim 7, characterized in that the seal (4) is hollow on the inside.

The seal according to claim 7, characterized in that the seal (4) has a variable profile over its length.

The seal according to claim 7, characterized in that the seal comprises protrusions (11) and / or recesses (12). Seal according to claim 7, characterized in that the seal comprises an elastic structure that is configured such that a good seal can be maintained continuously.

A spiral-type device, characterized in that it comprises a seal (4) according to claim 7.

A device of the spiral type, characterized in that it is made according to the method of claim 1.