Sowohl als Verdichter als auch als Motor verwendbare Schraubenmaschine. Die bekannten Verdichter für Luft- oder andere Gase sind, soweit es sich um Kreisel maschinen handelt, in ihrem Wirkungsgrad beschränkt. Dieser Umstand macht sich be sonders dort störend bemerkbar, wo der Luft- oder Gasverdichter innerhalb von Anlagen arbeitet, in denen es in besonders hohem Masse darauf ankommt, einen Gehr hoch lie genden Mindestwirkungsgrad zu erreichen, z. B. in Gasturbinenanlagen.
Man kann bei einem ungekühlten Kom pressor in einer Gasturbinenanlage praktisch mit nicht mehr als 70 % Wirkungsgrad rech nen. Für die Erzielung von Leistungen und Drücken, welche hier in Frage kommen. kommt zur Zeit im wesentlichen nur der Fliehkraftkompressor in Frage. Selbst wenn es gelingen würde, diese Kompressoren hin sichtlich ihres Wirkungsgrades wesentlich zu verbessern, so würde das für -den Betrieb der Gasturbinenanlage an sich zwar sehr vorteil haft sein, aber es würde damit ein dieser Kompressorart anhaftender typischer Nach- teil nicht beseitigt werden.
Dieser Nachteil besteht in der bekannten Erscheinung des Pumpens des Kompressors, die bei einer Un terschreitung einer gewissen spezifischen Luftmenge im Kompressor auftritt und sich insbesondere in einfachen Gasturbinerian- lagen mit veränderlichen Leistungen störend bemerkbar macht. In dieser Hinsicht scheint also eine Weiterentwicklung des Kreieelver- dichters keine besonderen Vorteile zu bieten.
Es sind auch Kreiselmaschinen bekannt, welche von dem Nachteil des Pumpens frei sind, nämlich Axial-Kreis,elverdichter. Diese besitzen aber einerseits einen verhältnis- mässig ungünstigen Wirkungsgrad und füh ren auf der andern Seite in höheren Druck gebieten zu Baulängen, welche nur in Aus nahmefällen zulässig sein können.
Der Erfinder hat erkannt, dass für die Besonderheiten der Gasturbinenanlagen sol che Umlaufverdichter geeignet sind, die wäh rend der Läuferumdrehung die angesaugte Luft in einem oder mehreren fortschreitend kleiner werdenden Verdichtungsräumen ver dichten und bei denen der Verdichtungsraum bezw. die Verdichtungsräume bei Erreichung des gewünschten Enddruckes nach der Druckleitung zur Turbine bezw. Verbren nungskammer öffnen.
Derartige Verdichter sind ihrer Gattung nach bekannt unter dem Namen .Schrauben verdichter, @Schraubenkapselwerk und dergl. In der Technik haben diese Verdichter bisher keine praktische Bedeutung er langt, sei es, weil man die in ihnen liegen den Entwicklungsmöglichkeiten nicht er kannte oder aber sie in einer Form ent wickelte, welche ihrer Eigenart in keiner Weise entsprach und daher von vorne-herein zum Misserfolg verurteilt war.
Gemäss der Erfindung besteht die sowohl als Verdichter als auch als Motor verwend bare 'Schraubenmaschine aus zwei oder meh reren zusammenarbeitenden Schraubenrädern, von denen .das eine Zähne mit konvexen und das andere solche mit konkaven Flanken be sitzt und die zusammen mit dem sie um schliessenden Gehäuse an Inhalt veränder liche Arbeitsräume für dass zu verdichtende bezw. expandierende Arbeitsmittel bilden, wobei .die eingeschlossenen Arbeitsräume und der Ein- und Auslass für das Arbeitsmittel zueinander derart angeordnet sind, dass der Einlass in einem Arbeitsraum beim Umlauf der Schraubenräder erst dann schliesst,
nach dem dieser Raum sein volles Volumen er reicht hat, und dass der Auslass in offener Verbindung mit dem Arbeitsraum bleibt, bis das Volumen des Arbeitsraumes auf den Wert Null vermindert wurde, wobei die Schraubenräder sowohl unter sich als auch gegenüber der Gehäusewand ,Spiel besitzen.
Die bisher bekannten Schraubenverdich ter hatten sicherlich in erster Linie deshalb keinen praktischen Wert, weil man nicht er kannte, dass @solche Maschinen nur bei sehr hohen Umfangsgeschwindigkeiten mit Erfolg arbeiten. Wenn z. B. bei verschiedenen Aus führungsformen der Vorschlag gemacht wor den ist, den einen Läufer durch einen andern anzutreiben, so ist allein durch diese Mass- nahme der Umlauf 1-solcher Verdichter auf ein Geschwindigkeitsgebiet begrenzt, welches jede praktische Brauchbarkeit ausschliesst.
Weitere Einzelheiten der Erfindung er geben sich aus -der nachfolgenden Beschrei bung der Auaführunb Beispiele, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Es zeigen: Fig. 1 eine Aussenansicht des Gehäuses eines zylindrischen Schraubenverdichters ge mäss der Erfindung, F'ig. 2 eine Seitenansicht dieses Gehäuses, Fig. 3 eine Ansicht von oben.
In dieser Ansicht ist auch der Eintrittsstutzen des Verdichters dargestellt, Fig. 4 zeigt einen Schnitt des Verdichters nach der Linie 4-4 in Fig. 3, Fig. 5 in vergrössertem Massstab einen Schnitt durch den Verdichter nach der Li nie 5-5 der Fig. 6, Fig. 6 einen Schnitt nach :
der Linie 6--6 in Fig. 5, Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie 7-7 in Fig. 6, Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie 8-8 in Fig. -6, Fig. 9 eine Teilansicht eines Schrauben rades, in achsialer Richtung gesehen, Fig. 10 einen Schnitt nach der Linie 10-10 in Fig. 9, Fig. 11 einen Schnitt nach der Linie 11-11 in Fig. 1'0,
Fig. 1'2 einen Verdichter mit konischen Schraubenrädern ungleichen Durchmessers. Fig. 13 und 1-4 die Eintritts- bezw. Aus trittsseite eines Verdichters mit konischen Schraubenrädern gleichen Durchmessers., Fig. 15 eine mit einem Verdichter gemäss der Erfindung ausgerüstete Gleichdruckgas- turbinenanlage und Fig. 16 eine Gasturbinenanlage, bei der sowohl der Verdichter als auch die Gas turbine als Schraubenmaschinen gemäss der Erfindung ausgebildet sind.
Bei der in den Fig. 1 bis 11 dargestellten Ausführungsform besitzt der Verdichter zwei zylindrische jSchraubenräder 12 und 14, die von einem gemeinsamen Gehäuse 16 ein- geschlo5#aen sind, welches sich dem äussern Umfang der Schraubenräder anschliesst und somit die aus Fig. 4 eisichtliche Quer schnittsform erhält. Im dargestellten Bei spiele haben die Schraubenräder unterein ander verschiedene Durchmesser von solcher Grösse, dass der Teilkreisdurchmesser des grösseren Rades gleich dem Kopfkreisdurch- messer des kleinen Rades ist.
Auf der Ein trittsseite des Verdichters besitzt das Ge häuse einen Flansch<B>18,</B> an dem der Einlass stutzen 20 angeschraubt ist. Der Einlass stutzen ist mit Hilfe von Rippen 22 bezw. 24 mit im wesentlichen zylindrischen Guss- stücken 26 bezw. 2-8, 30 verbunden, welche im innern Kugellager 32 bezw. 34 aufnehmen (Fig. 5).
Das Schraubenrad 12 ist an seinem linken Ende mit Hilfe von .Schrauben 36 mit einem Endstück 38 fest verschraubt, welches im Kugellager 32 gelagert ist. Auf der rechten oder Hochdruckseite ist das Schraubenrad 1.2 in einem Kugellager 40 gelagert, welches vom Gehäuse 16 getragen wird. Neben dem Kugellager 40 ist ein Zahnrad 42 angeordnet, das zusammen mit dem Kugellager durch eine Mutter 44 gegen achsiale Verschie bung gesichert ist und mit einem Zahn rad 46 zusammenarbeitet, das auf dem rech ten Ende des Schraubenrades 14 sitzt.
Zu beiden Seiten des Kugellagers 32 sind mit dem Gussstück 26 Ringe 48 und 50 ver schraubt, die als Ölfänger ausgebildet sind, um zu verhindern, da.ss Schmieröl aus dem Raume 52 austritt. Ähnliche Ölfänger sind auch auf der Hochdruckseite angeordnet, und zwar derart, dass das Kugellager 40 und das Zahnrad 42 von den Ölfängern 54 und 56 eingeschlossen sind.
Auf der Niederdruckseite des Verdichters sind neben dem Kugellager 32 auf dem End- :stüch 38 mit Dichtungsringen versehene Scheiben 58 und 60 angebracht, die zusam men mit einer am feststehenden Teil 26 be festigten, ebenfalls mit Dichtungsringen ver- sehenen ,Scheibe 62 eine Labyrinthdichtung bilden. Eine weitere Labyrinthdichtung 64 ist zwischen den einander nahe liegenden zylindrischen Flächen des umlaufenden Endstückes 38 und des feststehenden Teils 26 vorgesehen.
Der Raum zwischen den bei den Dichtungen steht mit einem Stutzen 66 in Verbindung, welcher durch eine nicht dar gestellte Leitung an die Hochdruckseite des Verdichters angeschlossen ist, so dass der Raum zwischen den Dichtungen ständig unter dem vom Verdichter erzeugten Druck steht.
Das durch den Stutzen 66 in der Rich tung des Pfeils 68 eingeführte Druckmittel durchströmt unter Entspannung die beiden Labyrinthdiehtungen und übt dabei auf das Endstück 38 einen in achsialer Richtung nach rechts gerichteten Druck aus, der dem durch die Verdichtung entstehenden, auf das Schraubenrad wirkenden, nach links gerich teten Achsialdruck entgegenwirkt bezw. die sen Druck bei geeigneter Bemessung .der ra dialen Fläche des Endstückes 38 vollkommen ausgleicht.
Dieser Druckausgleich ist unab hängig von der augenblicklichen Kompres- sorleistung bezw. von .der Höhe des End druckes im Verdichter, weil sowohl der auf das ,Schraubenrad ausgeübte Achsialdruek als auch der auf das Endstück 38 wirkende Druck im gleichen iSinne mit dem Verdich- terenddruck :sich ändern.
Nach Durchströ- mung des Labyrinths fliesst das Druckmittel teils in Richtung des Pfeils 70 und teils durch eine Öffnung im feststehenden Teil 26 in .der Richtung des Pfeils 72 ab.
Das Endstück 38, das Schraubenrad 12, sowie die rechte Endwelle 74 des Schrauben rades sind hohl ausgebildet. In dem so ge schaffenen Hohlraum ist ein Rohr 76 unter gebracht und durch angeschweisste- Klötzchen 78 sowie Abstandsringe 80 in einer solchen Lage gehalten, dass zwischen dem Rohr und den innern Wänden der sie umgebenden Hohlräume ein gewisser ,Zwischenraum gebil det wird. Die zuletzt beschriebene Einrich tung dient zur Kühlung des Schraubenrades sowie der Lager. Das Gehäuse 16 ist auf der rechten Seite durch einen Deckel 82 abge- schlo@ssen, durch den zwei Düsen 84 und 86 durchgeführt sind.
Die Düse 84 reicht in das Innere des Rohres 7,6 und dient zur Zufüh- rung von Kühlflüssigkeit für das Schrauben rad 12. Die durch die Düse 84 einströmende Kühlflüssigkeit fliesst zunächst im Innern des Rohres 76 in der Richtung :der Pfeile 88, kehrt an dem linken Ende des Rohres 76 um, weil der Hohlraum im Endstück 3.8 an der linken Seite durch eine Schraube 90 ab geschlossen ist, und fliesst dann in der Rich tung der Pfeile 92 an der Aussenseite des Rohres 76 zurück und gelangt schliesslich in den Raum 94, von wo sie durch die Auslass- öffnung 96 nach aussen abgeführt wird.
Der Raum 94 ist durch eine Wand 97 nach links abgeschirmt. Etwa an der Welle nach links eindringende Flüssigkeit wird durch Flieh kraftwirkung von dem Flansch 99 erbge schleudert.
Das linke Lager 84 des Schraubenrades 14 ist in achsialer Richtung gegenüber dem Lager 32 für das Schraubenrad 12 versetzt, um eine möglichst raumsparende Unterbrin gung eines Entlastungskolbens für das Schraubenrad 14 zu ermöglichen. Auch das Lager 34 iet zu beiden Seiten von Ölfängern 98 und 100 begrenzt. Desgleichen sind das Lager 102 auf der Hochdruckseite des Schraubenrades 14, sowie das Zahnrad 46 von Ölfängern 104 und 106 eingeschlossen, um ein Eindringen von Schmieröl sowohl nach der Seite des verdichteten Mittels hin als auch in den Raum 94 zu verhindern.
Die Ölfänger 54 und 104 dienen gleichzeitig dazu, den die Lager 40 und 102, sowie die Zahnräder enthaltenden Raum 120 vor der Einstrahlung des verdichteten heissen Mittels zu schützen.
Die Mittel zur Verminderung oder zum Ausgleich des Achsialdruckes des Schrauben rades 14 sind in folgender Weise angeord net. Auf dem linken Wellenende 108 des Schraubenrades 14 ist eine mit ringförmigen Dichtungsleisten versehene Scheibe 110 mit tels einer den Hohlraum der Welle 108 ver schliessenden Schraube 112 befestigt. Ein auf dem feststehenden Teil 28 aufgesetzter Dek- kel 114 besitzt auf der Innenseite entspre chende Dichtungsleisten, die zusammen mit den Dichtungsleisten der Scheibe 110 eine Labyrinthdichtung 113 bilden.
Durch eine Öffnung 116 im Deckel 114 wird Druck mittel, zweckmässig von dem im Verdichter selbst verdichteten Mittel zugeführt, welches einen dem Achsialdruck des Schraubenrades 14 entgegenwirkenden Druck auf die Scheibe 110 ausübt. Dieser Druck ändert sich bei Änderung der Verdichterleistung wieder in Übereinstimmung mit dem Verdichterend- druck, so dass auch hier eine selbsttätige An passung des Gegendruckes an den Achsial- druck des .Schraubenrades erfolgt.
Das ent spannte Druckmittel tritt durch die (Öffnung 115 aus.
Die Kühlung des Scbraubenrades 14 so wie der beiden Lager 34 und 102 erfolgt in gleicher Weise wie die oben beschriebene Kühlung des Schraubenrades 12 und der dazu gehörigen Lager. Die Kühlflüssigkeit strömt durch die Düse 8-6 in das innere Rohr 118 und an der Aussenseite dieses Rohrres zurück in den Raum 94, von wo aus .sie zu- @sammen mit der im .Schraubenrad 12 er wärmten Kühlflüssigkeit durch die Auslass öffnung 96 abfliesst.
Die von der Kühlflüs sigkeit bestrichene Innenfläche des Ilohl- raumes der Welle bezw. des 'Schraubenrades 14 ist, wie aus Fig. 5 ersichtlich, gewellt ausgeführt, um die wirksame Kühlfläche zu vergrössern.
Um zu verhindern, dass ein Teil des ver dichteten und erwärmten Mittels in den die Lager 40 und 102, sowie die Zahnräder 42, 46 enthaltenden Raum 120 gelangt, kann letzterer durch eine Leitung 122 unter Druck gesetzt werden. Als Druckmittel wird zweck mässig im Verdichter verdichtete, vor Ein führung in den Raum 120 gekühlte Luft oder dergl. verwendet.
Neben der beschriebenen Innenkühlung ist noch eine Kühlung für das Gehäuse vor gesehen, das zu diesem Zwecke auf der Hoch druckseite hohl ausgebildet ist, so dass Kühlflüssigkeit durch die Hohlräume 124 umlaufen kann. Diese Anordnung dient nicht so sehr der eigentlichen Kühlung als viel mehr :dazu, die betreffenden Teile auf mög lichst unveränderter Temperatur zu halten, so dass die Spielräume zwischen den Läufern und dem Gehäuse sehr klein bQmeSSen wer den können.
Die die Achsialdrücke aufnehmenden La ger 40 und 102-,sind auf der Hochdruckseite des Verdichters angeordnet. Aus Fig. 5 ist auch ersichtlich, dass die die beiden Schrau benräder 12 und 14 verbindenden Zahnräder 42 und 46, die zweckmässig mit schrägen Az.hnen ausgeführt sind. so nahe wie möglich an die die Achsialdrücke aufnehmenden La ger herangerückt sind, damit sie unabhängig von Temperaturschwankungen stets genau eingestellt bleiben.
Der Antrieb des beschriebenen Verdich ters erfolgt an dem Endflansch 126, der durch dis .,Schraube 90 mit dem Endstück 38 verbunden ist und die Labyrinthscheiben 58 und 60, sowie die Innenlaufringe des Kugellagers 32 gegen achsiale Verschiebung ,sichert.
Dass zu verdichtende Mittel, z. B. Luft, wird in Richtung der Pfeile 128 angesaugt und verlässt den Verdichter durch den aus den Fig. 6 und 7 ersichtlichen Austritt stutzen 130. Wie in Fig. 5 der Deutlichkeit halber in etwas übertriebenem Masse dar gestellt ist, sind die beiden Läufer 12 und 14 zueinander .sowie im Verhältnis zu dem sie umgebenden Gehäuse so angeordnet, dass sich zwischen den Läufern :sowie zwischen Läu fern und Gehäuse stets kleine Spielräume befinden. Um die gegenseitigen Abstände zwischen Läufern und Gehäuse einwandfrei aufrecht erhalten zu können, ist eine sehr ..sorgfältige Ausführung der Lagerung und des Zahnradgetriebes notwendig.
Die LTber- tragung der Bewegung des von aussen ange triebenen Läufers 12 auf den zweiten Läufer 14 erfolgt also nur durch Vermittlung der Zahnräder, nicht aber durch unmittelbaren Eingriff der beiden Schraubenprofile, weil zwischen letzteren stets ein Spielraum vor handen ist. Um die Einhaltung der<B>be-</B> absichtigten Spielräume sicherzustellen, ge nügt es nicht, eine Verstellung der Läufer in radialer Richtung zu verhindern, sondern es muss auch dafür gesorgt werden, dass keine gegenseitigen ach:sialen Verschiebungen der Läufer auftreten können.
Zu diesem Zwecke kann neben sorgfältiger Ausführung der die achsialen Drücke aufnehmenden Lager =1.0 und 102 auch ein gewisser Ausgleich durch Änderung des Druckes geschaffen werden, den das bei 68 bezw. 116 zugeführte Druck mittel auf das Endstück 38 bezw. den Ent lastungskolben 110 ausübt.
Die Läufer 12 und 14 sind zylindrisch ausgebildet und mit einem dreigängigen Ge winde versehen, dessen Profilform aus Fig. 4 ersichtlich ist. Um bei Verwendung zylindri scher Schraubenräder, deren Gewinde sich nicht über die ganze Peripherie, also weniger als<B>360'</B> erstreckt, bei der Drehung der Läu fer eine Verminderung der Verdichtungs räume nach der Druckseite hin zu erhalten, können die Schrauben mit nach der Druckseite hin abnehmender Steigung ausgebildet sein, so dass der zwischen zwei aufeinanderfolgen- den Gängen einer Schraube,
den angrenzen den Teilen der andern Schraube und dem Gehäuse eingeschlossene Raum bei seiner Wanderung nach der Druckseite hin all mählich kleiner und der Druck des in diesem Raume eingeschlossenen Mittels in ent6pre- chendem Masse grösser wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besitzen die -Schrauben durchweg eine unveränderte Steigung und die Verminderung der Verdichtungsräume wird hier in folgender Weise erreicht.
Die auf der Druckseite des Verdichters gelegenen Stirnflächen der Schraubenprofile und die zwischen diesen Profilen eingeschlos senen Räume liegen nicht vollkommen frei nach dem Austrittsstutzen hin, sondern sind durch radiale Teile 132, 134 (Fug. 5) des Ge häuses teilweise abgedeckt, so dass eine un mittelbare Verbindung von den zwischen den Schraubenrädern eingeschlossenen Räumen zum Austrittsstutzen hin nur längs eines be stimmten Teils des Umfanges der Läufer be steht, und zwar im dargestellten Beispiel längs des Teils 136-138-140 (Fug. 6).
Der übrige Teil des Umfanges ist teils durch die radialen Gehäusewandungen 1.32, 134 und teils durch besondere Schieber 142 und 144, deren Zweck weiter unten erläutert wird, abgedeckt.
Betrachtet man nun einen bestimmten, von zwei aufeinanderfolgenden Gängen einer Schraube. den angrenzenden Teilen der an dern Schraube und dem Gehäuse eingeschlos senen Raum, so wandert dieser Raum infolge der Drehung der Läufer in achsialer Rich tung von der .Saugseite nach der Druckseite hin, ohne dass sich zunächst der Inhalt des Raumes und der Druck des darin eingeschlos senen jlittels ändern.
Sobald sich aber dieser Raum soweit nach der Druckseite hin ver schoben hat, bis der vorderste Teil des Rau mes das Ende der iSchraubenräder, also die der Druckseite zugewandte Stirnseite der Läufer erreicht hat, beginnt sich der Inhalt des Raumes zu verkleinern, weil die Aus strömseite durch die Gehäuseteile 132, 1:14 bezw. durch die Schieber 142 und 144 ver- echlossen ist.
Die hintern, durch die,Schrau- benprofile gebildeten Begrenzungswände des Raumes wandern weiter in achsialer Rich tung gegen die Druckseite hin und der Raum wird daher fortwährend kleiner. Ent sprechend der Verminderung des Raumes wird die darin eingeschlossene Luftmenge verdichtet. Die Verdichtung geht so lange vor sich, bis eine Kante eines den. Raum begren zenden Profils den Punkt 136 oder 140 (Fig. 6) erreicht.
Von diesem Augenblick- an kann das verdichtete Mittel in den Auslass- stutzen 130 strömen, der, wie aus Fig. 7 er sichtlich ist, eine solche Form besitzt, dass das verdichtete Mittel sowohl in ach.sialer, als auch in radialer Richtung abströmen kann.
Aus dem eben geschilderten Vorgang bei der Verdichtung folgt nun, da.ss das Mittel verdichtet wird auf einen umso höheren Druck, je näher die Punkte 136 und 140 an- einanderliegen, und auf einen um so niedri geren Druck, je weiter diese Punkte vonein ander entfernt sind, weil im ersteren Falle der immer kleiner werdende Raum später und im letzteren Falle früher nach der Druckseite hin geöffnet wird.
Dies kann in folgender Weise zur Änderung des Verdieh- tungsenddruckes unter sonst gleichen Ver hältnissen ausgenutzt werden. Aus der Dar stellung in Fig. 6 ist ersichtlich, dass der zwischen den Punkten 136 und 140 liegende freie Umfang durch Herausziehen der -Schie ber 142 und 144 vergrössert werden kann. und zwar derart, da.ss der freie Umfang vom Punkte 146 bis zum Punkte 148 reicht.
Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, besitzt der Schie ber 144 eine mit Gewinde versehene Bohrung, so dass er durch Drehung der Spindel 150, die in einem aus zwei Teilen 152 und 154 bestehenden Lager .drehbar, aber nicht in achsialer Richtung verschiebbar gelagert ist, geöffnet bezw. geschlossen werden kann. Der Schieber 142 ist in ähnlicher Weise durch Drehung einer in einem Lager 156, 158 ge lagerten Spindel 160 verschiebbar ange bracht.
In dem dargestellten Ausführungs beispiel sind zwei keilförmige Einsatzstücke 162 und 164 gezeigt, welche dann in der dargestellten Weise eingesetzt werden, wenn die Schieber 142 und 144 sich in geschlos sener Stellung befinden, und welche dem verdichteten Mittel eine wirbelfreie Abströ- mung ermöglichen. Diese Einsatzstücke wer den durch Schrauben 1,6,6 und 168 in ihrer Lage gehalten.
Die Fig. 9 bis 11 zeigen die Anordnung der eingangs erwähnten Dichtungsrippen. Das Schraubenrad besitzt an :seiner Stirn fläche sowohl radial verlaufende Rippen 170 als auch in Richtung des Umfanges angeord nete Rippen<B>172</B> und 17.1. Ferner sind Rip pen 176 an der Stirnseite der Schraubenpro file und Rippen 178 an der gegen das Ge häuse gerichteten Kopfseite der Profile vor gesehen. Die Anordnung der zuletzt genann ten Dichtungsrippen 178 ist in Fig. 11 in grösserem Massstube dargestellt.
Der in Fig. 12 gezeigte 'Schraubenver dichter unterscheidet sich von dem vorher beschriebenen im wesentlichen dadurch, dass er konische -Schraubenräder besitzt. Bei der Drehung der Läufer -#vird daher der Inhalt eines nach der Druckseite hin wandernden geschlossenen Rahmens allmählich kleiner und der Druck des darin eingeschlos.sencn Mittels in entsprechendem Masse grösser. Hier ist daher keine teilweise Abdeckung der nach der Druckseite gerichteten .Stirnfläche der Schraubenräder erforderlich, weil die Ver dichtung infolge der Konizität der Schrau ben erfolgt, so dass das verdichtete Mittel von den Läufern unmittelbar abströmen kann.
Der Grad der Verdichtung hängt hier unter .sonst gleichen Verhältnissen teils von dem Winkel ab, den die Läuferachsen miteinander einschliessen, und teils von dem Verlaufe der Steigung der Schraubenprofile. Bei nach der Druckseite hin kleiner werdender Steigung ergibt sich ein höherer Enddruck als bei gleicher Steigung.
Bei der in Fig. 12 dargestellten Aus führungsform haben die Schraubenräder 180 und 1,82 verschiedene Durchmesser von sol cher Grösse, dass der Teilkreis des grösseren Rades mit dem Kopfkreis .des kleineren Ra des 180 zusammenfällt. Das Rad 1-80 ist auf der Niederdruckseite in einem Kugellager 184 gelagert, welches in dem mit dem Ge häuse 186 aus einem Stück gegossenen Teil 188 angeordnet und zu beiden Seiten von Ölfängern 190 und<B>192</B> umgeben ist. Auf der Hochdruckseite ist der Läufer 180 in einem Kugellager 194 gelagert, neben welchem das Kegelrad 19,6 untergebracht ist. Dass Lager und das Kegelrad sind wieder von Ölfängern 19-8 und 200 eingeschlossen.
Eine äussere Kühlung des Verdichters bezw. der Lager auf der Hochdruckseite ist bei der vorliegen den Ausführung nicht vorgesehen. Damit die Lage der Lagerachse von Wärmedehnungen unbeeinflusst bleibt, wird das Lagergehäuse 202 von drei in das Gehäuse des Verdichters eingeschraubten, radial gerichteten Bolzen ?(@4 gehalten, so dass es sieh in radialer Rich tung unbehindert ausdehnen und zusammen ziehen kann, ohne die Lage der Achse zu verändern. Dies ist von grosser Wichtigkeit, damit das Spiel zwischen den Schrauben rädern stets genau eingehalten wird.
Die Mittel zur Entlastung ,des Schrau benrades 180 von dem bei der Verdichtung entstehenden Achsialdruck sind hier die glei- chen wie beim Schraubenrad 1-4 der oben be schriebenen Ausführungsform gemäss Fig. 5. Druckmittel wird der Hochdruckseite des Verdichters entnommen und durch eine Öff nung 206 im Deckel 208 auf den auf der Welle des Läufers 180 befestigten, mit La byrinthringen versehenen Entlastungskolben 210 geleitet, auf den es einen dem Achsial- druck entgegengesetzten Druck ausübt.
Nach Entspannung in den Labyrinthringen fliesst da-s Druckmittel durch die Öffnung 212 ab.
Die Lagerung des Schraubenrades 182 er folgt in Kugellagern 214 und 216, die in achsialer Richtung gegenüber den Lagern 184 und 194 des Schraubenrades 180 ver setzt sind. Das Lager 214 ist von den Öl- fängern 218 und 220 eingeschlossen, während der Raum 222, in welchem die die Aehsial- drücke aufnehmenden Lager 194 und 216, sowie die beiden Kegelräder 196 und 224 untergebracht sind, von Ölfängern 226 und 228 begrenzt ist.
Auch das Gehäuse 280 des Lagers 216 wird durch radiale Führungsbol- zen 232 so gehalten, dass es sich zwar unter dem Einfluss wechselnder Temperatur be wegen kann, .dass jedoch dabei die Lage der Achse unverändert erhalten bleibt.
Zwecks Ausgleichs des Achsialdruckes des Läufers<B>182</B> ist an der der Niederdruck seite zugewandten Stirnseite desselben eine mit Dichtungsringen versehene iScheibe 234 angeschraubt. Druckmittel kann bei 236 ein geleitet werden und gelangt durch die Boh rung 2-38 von innen auf die Scheibe 234, auf die es einen dem Achs:ialdruck des .Schrau benrades 182 entgegengesetzten Druck aus übt. Das Druckmittel fliesst unter Entspan nung teils durch die Labyrinthe der Scheibe 23.4 radial nach aussen und teils durch eine zweite Labyrinthdichtung 240 und durch eine Öffnung 242 ab.
Die Kühlung des Verdichters erfolgt hier ebenfalls durch im Innern der Läufer vor gesehene Kühlkanäle. Kühlflüssigkeit strömt den beiden Läufern getrennt durch im Deckel 244 eingesetzte Düsen 246 bezw. 248 zu und gelangt zunächst ins Innere von Roh ren 250 bezw. 252, die .sie im Sinne der ein- gezeichneten Pfeile von der Hochdruckseite nach der Niederdruckseite hin durchströmt, worauf sie in umgekehrter Richtung an der Aussenseite der Rohre zurückströmt und in den Raum 254 gelangt und von da aus durch den istutzen 2ä:6 abfliesst.
Die Wand 257 und die Flansche 2e59 und 2,61 dienen demselben Zwecke wie die entsprechenden Teile 97 und 99 in Fig. 5.
Der Antrieb des Verdichters erfolgt bei dem Flansch 264. Das zu verdichtende Mit tel tritt durch die ringförmigen Kanäle 258 und 260 in den Verdichter ein, wird von den Schrauben unter Drucksteigerung in ach- sialer Richtung nach rechts, geführt und ge langt schliesslich in den Druckraum 262, von wo es durch eine nicht eingezeichnete Aus lassleitung seiner Verwendungsstelle zuge führt wird.
In den F'ig. 13 und 14 sind die Nieder druckseite und die Hochdruckseite eines Ver dichters dargestellt, der aus zwei konischen Schraubenrädern 2-66 und 268 von gleicher Grösse besteht. Das .Schraubenrad 266 ist in seinem linken Ende mit einem Endstück 270 verschraubt, das in einem Gleitlager 272 ge lagert ist. Das Lager ist auf einer Seite von einem Deckel 274, auf der andern Seite von Ölfängern 276 begrenzt.
Das rechte Ende des Schraubenrades 266 ist sowohl in einem Gleitlager 278, als auch unter Vermittlung eines mit dem Läufer verschraubten Bolzens 280 in einem Kugellager 282 gelagert, wel ches den Achsialdruck aufnimmt. Neben den Lagern ist das Kegelrad 284 angeordnet. Der Bolzen 980 besitzt auf seiner rechten Seite eine achsiale Öffnung 286, in welche ein Rohr 2$8 zwecks Zuführung von Kühlflüs sigkeit eingeführt ist. Das Lagergehäuse 290 wird auch hier durch drei radiale Bolzen 292 gehalten.
Die Mittel zur Entlastung des Schrauben rades in achsialer Richtung sind hier diesel ben wie die zur Entlastung des Schrauben rades 182 in Fig. 12 beschriebenen. Druck mittel wird bei 294 zugeführt und fliesst nach Durchströmung der beiden Labyrinth- dichtungen 296 und<B>2298</B> bei 300 bezw. 302 ab.
Die Lagerung und Entlastung des Schraubenrades 268 stimmen vollkommen mit -der oben beschriebenen Lagerung bezw. Entlastung des Schraubenrades 266 überein, so dass sich eine Beschreibung derselben er 2ibrigt. Bei 304 ist die Zuführung und bei 306 die Ableitung von 'Schmieröl für das Lager auf der Niederdruckseite angedeutet, während .308 und 310 die entsprechenden Schmierölanschlii,sse für das Lager auf der Hochdruckseite bezeichnen. Bei 312 kann Druckmittel, das durch die Dichtung 314 ge drungen ist, abgeleitet werden.
Das durch die Kanäle 31,6 und 318 ange saugte zu verdichtende Mittel gelangt nach erfolgter Verdichtung in den mit Leitblechen 320 versehenen Druckraum 322 und von dort aus in die Austrittsleitung. Der Antrieb des Verdichters erfolgt bei 32,4.
In den Fig. 15 und 1,6 sind schematisch zwei Beispiele für die Verwendung der Schraubenmaschinen nach der Erfindung in Gasturbinenanlagen dargestellt. Fig. 15 zeigt einen gemäss der Erfindung ausgeführ ten Verdichter 326 in etwas schematischer Darstellung. Das Schraubenrad 328 ist bei 330 und 332 gelagert. Die Vorrichtung zum Ausgleich des Achsialdruckes ist bei 334, die Öffnung zur Zufuhr von Druckmittel bei 336 angedeutet.
Das zweite Schraubenrad 33-8 ist mit Hilfe einer Kupplung 340 mit der Welle einer Gasturbine 342 verbunden und wird von dieser angetrieben. Die beiden Schraubenränder stehen durch die Zahnräder 344 und 346 miteinander in Verbindung.
Der Verdichter saugt Luft bei 348 an. Die verdichtete Luft gelangt durch die Aus trittsleitung 350 in eine Verbrennungskam mer 352, in die Brennstoff durch die Düsen 354 und 356 eingeführt wird. Nach erfolgter Verbrennung gelangt das Treibmittel durch die Leitungen 3.58 bezw. 360 in die Turbinen 342 bezw. 362.
Die Verbrennungskammer und die Leitungen 358 und 360 sind doppel wandig ausgebildet, so dass ein Teil der im Verdichter 326 verdichteten Luft bei 364 aussen als Kühlluft um die eigentliehe Ver- brennungskammer und zwischen den ach sialen Rohren bis an :die Turbinen heran geführt wird. Die Turbine 362 treibt einen elektrischen Generator 3,66 an. Die Abgase der Turbinen treten bei 368 bezw. 370 aus.
Die vorstehend erläuterten und beschrie benen Sehraubenmaschinen sind in ihrer Wirkungsweise als Verdichter gezeigt. Sie sind aber umkehrbare Maschinen und kön nen daher auch als Motoren, z.
B. als Gas turbinen, laufen. Ein Beispiel :dafür zeigt schematisch Fig. 16 anhand einer Gastur- binenanla.ge. Dieselbe enthält wieder einen Sehra.ubenverdichter 372, der Luft bei 37.1 ansaugt und .sie nach ihrer Verdichtung in die Verbrennungskammer 376 drückt.
Die Gasturbine .ist hier als Schraubenmaschine nach :den gleichen Grundaätzen ausgeführt, die oben für die Konstruktion des Verdich ters erläutert worden sind.
Im Falle eines Motors strömt das Treibmittel s @elbstvemstän:d- lich in Räumen, deren Volumen von der Ein- trittsseite nach der Austrittsseite hin zu nimmt, wobei das Treibmittel unter Expan sion Arbeit abgibt. Die Abnahme der Nutz leistung der Turbine 378 erfolgt an der Kupplung 3.80.
Die in den Fig. 1 5 und 1!6 dargestellten Schraubenverdichter bezw. die Turbine 378 sind mit zylindrischen Schraubenrädern ge zeigt, doch können sie natürlich auch mit ko nischen Rädern versehen sein, etwa nach Art der Fig. 12 bis 14.
In Fig. 16 sind schliesslich mit 382 und 384 Entlastungsvorrichtungen für :die untern Schraubenräder -des Verdichters und der Turbine angedeutet.
Wie aus den dargestellten Ausführungs- beispielen hervorgeht, sind,die eingeschlosse nen Arbeitsräume und der Ein- und Auslass für das Arbeitsmittel zueinander derart an geordnet, dass der Einlass zu einem Arbeits raum beim Umlauf der Schraubenräder erst dann schliesst, nachdem dieser Raum sein volles Volumen erreicht hat, und dass der _uslass so lange in offener Verbindung mit dem Arbeitsraum bleibt, bis das Volumen ,des Arbeitsraumes auf den Wert Null ver mindert ist.