CH341260A - Kompressions- oder Expansionsmaschine für gasförmige Medien - Google Patents

Description

      Kompressions-    oder Expansionsmaschine für gasförmige Medien    Zur Bewältigung relativ grosser Druckdifferenzen  im gas- und dampfdynamisch interessanten Zustands  gebiet werden Kolbenmaschinen für Kompression und  Expansion in der Praxis vorwiegend benutzt.

   Soge  nannte Rotationsmaschinen (Drehkolben-,     Rollkol-          ben-,    Schrauben-, Schnecken-,     Kanunerkolbenmaschi-          nen    usw.) im allgemeinen, sowie Sonderausführungen  derselben, bei denen beispielsweise die Trommel mit  dem Kolben gleichsinnig     mitrotiert,    und bei denen mit  der Trommel     mitrotierende    Flüssigkeitsringe zu Ab  dichtungszwecken zur Anwendung kommen, haben  nur als Gebläse oder Kompressoren zur Überwindung  relativ kleiner     Druckdifferenzen    Bedeutung.  



  Gegenstand der Erfindung ist eine Rotations  maschine mit charakteristischen Eigenschaften der  Kolbenmaschine, mit Vorzügen in     fertigungs-    und  betriebstechnischer Hinsicht, wie Aufbau der Maschine  für beliebige Fördermengen und Druckstufen durch  wahlweise Zusammenschaltung genormter Bauele  mente, Ölfreiheit des geförderten Mediums, weit  gehende Verwirklichung der     Kompressions-Isothermen     bei Gasen bzw.

   der sogenannten     Carnotisierung    bei  Dämpfen, ventillose Bauart ohne schädliche Räume,  vollständiger Massenausgleich, niedrige Relativge  schwindigkeiten zwischen den gleitenden Teilen,  Betriebsdrehzahlen von 3000     Ü/min    durch direkt     ge-          kuppelten    Antrieb mit billigsten schnellaufenden  Elektromotoren, Anordnung von Kompressor und  Antriebsmotor bzw. Kraftmaschine und Stromerzeuger  in einem gemeinsamen Gehäuse.  



  In der Zeichnung ist in einem Ausführungsbeispiel  der Erfindungsgegenstand dargestellt.  



       Fig.    la zeigt einen Längsschnitt durch die Ma  schine.  



       Fig.        1b    zeigt einen Querschnitt durch den ersten  Kolbenabschnitt (Schnitt     I-I    nach     Fig.    la).         Fig.    1     c-le    zeigt einen Querschnitt durch den zweiten  bis dritten Kolbenabschnitt (Schnitt     II-II    bis     IV-IV     nach     Fig.    la).  



       Fig.    2 zeigt die Abwicklung der Kolbenoberfläche.       Fig.    3 zeigt schematisch die Anordnung des     Kom-          pressors    innerhalb einer Kälteanlage.  



  Zunächst wird das kinematische System, das der  Maschine zu Grunde liegt, wie folgt beschrieben:  Nach     Fig.    la läuft ein zylindrischer rotierender  Arbeitskolben 1 vom Durchmesser d in einer ebenfalls  und gleichsinnig umlaufenden Trommel 2 mit der       Bohrung    D. Die Drehzahl von Kolben und Trommel  ist dabei gleich n. Der Kolben ist mit der Hohlwelle 3  verbunden, die in 4 gelagert ist, während die Hohlwelle  5, die die Trommel 2 trägt, bei 6 gelagert ist.

   Der Kol  ben trägt die zylindrischen Trennscheiben     T,,        T2,        T3     usw., die den Raum zwischen Kolben und     Trommel     in die einzelnen Abschnitte     K1,        K2,        K3    usw. mit den  verschiedenen Höhen     h,,        h2,        h3        usw.    unterteilen.  



  Der Kolben 1 läuft in der Trommel 2 mit der       Exzentrizität    e; so dass     D-d   <I>=</I> 2 - e gilt; beide Teile  berühren sich also jeweils längs einer Erzeugenden  des Kolbens bzw. der Trommelbohrung. Jeder Kolben  abschnitt     K1,        K2,        K3    usw.

   trägt in zwei auf einem Durch  messer liegenden Schlitzen     L"        L2,        L3   <B>USW.</B> zwei Schieber       S1,        S2,        S3    usw., deren Länge jeweils gleich ist den einzel  nen Abschnittshöhen     h,.,        h2,        h3    usw.

   Diese Schieber       S,,        S2,        S3    usw. werden unter dem Einfluss der Zentri  fugalkraft des umlaufenden Systems gegen die     Trom-          melinnenfiäche    gedrückt und dichten die sichelförmi  gen Kammern zwischen Kolben und Trommel gegen  einander ab     (Fig.        lb-e).    Für die Trennscheiben     T,,        T2,          T3    usw. sind in der Trommel Ringnuten     N,,        N2,        N3    usw.

    vorgesehen, in denen sie ebenfalls     exzentrisch    derart  laufen, dass die Scheiben selbst immer dem Mindest  mass f in die Nuten eintauchen. Zur gegenseitigen Ab-           dichtung    der     Kammern    in axialer Richtung mittels  der Trennscheiben<I>T</I> in den Nuten<I>N</I> ist in das rotie  rende System eine gewisse Menge     Sperrflüssigkeit    in  die Nuten, vornehmlich Quecksilber, gegeben, die in  folge der Zentrifugalkraft die Nuten N ausfüllt.  



  Die Trennscheiben     T,,        T2,        T3    usw. sind mit je zwei  Aussparungen     Al,        A2,        A3    usw.     (Fig.        lb-le,        Fig.    2) ver  sehen, deren Lage zu den Schiebern     Si,        S2,        S3    usw.  aus den     Fig.        lb-le    hervorgeht.  



  Die Unterteilung des Raumes zwischen Kolben  und Trommel durch Trennscheiben und Schieber ist  an Hand der schematischen Abwicklung der Kolben  oberfläche in     Fig.    2 dargestellt. Das über die Hohlwelle  3     angesaugte    Gas gelangt in Richtung des Pfeils durch  den Verteilerkopf 7 dieser Welle in den     Ansaugeraum    B.  Dieser     Ansaugeraum    ist gegen den Maschinengehäuse  raum 9 durch die Trennscheibe     T.,    abgedichtet, die in  der Trommelnute Na läuft und keinerlei Aussparungen  aufweist.

   Vom     Ansaugeraum    gelangt das Gas während  einer Umdrehung des Kolbens durch die beiden Aus  sparungen     A1    in     T,.    nacheinander in die beiden Sichel  räume um     K1    und wird noch während dieser Kolben  umdrehung durch     A2    in     T2    in die Räume um     K2    aus  geschoben.  



  Die angesaugte Gasmenge erfährt dadurch, dass sie  in stufenweise     kleiner    werdende Räume geschoben  wird, eine Verdichtung. In     Fig.    2 werden die Verhält  nisse bei der Verdichtung und Förderung über die  einzelnen Kolbenabschnitte sichtbar, wenn man die  Berührende     B-B    zwischen Trommel und Kolben in  der gezeichneten Pfeilrichtung     R    über die Kolben  abwicklung verschiebt. Die beiden Gaswege (G, G) ent  sprechen den beiden Aussparungen in den Trennschei  ben. Zur Abführung der Kompressionswärme ist für  die Kühlung der Trommel von aussen ein zwischen  gekühlter     Ölumlauf    11, schematisch angedeutet, vor  gesehen, der gleichzeitig für die Druckschmierung der  Lagerung herangezogen werden kann.

   Eine Ölpumpe  12 saugt das Öl aus dem Gehäuse 9 ab und fördert es  durch einen Ölkühler 13 über die Ölleitung 11 zu den  Sprühdüsen 14, die es dauernd auf den warmen Teil  der Trommel aufsprühen. Der Läufer 15 eines im  gemeinsamen Gehäuse 9 untergebrachten Elektro  motors ist unmittelbar auf der Hohlwelle 3 des Kol  bens 1 aufgesetzt.  



  Die Abdichtung der Hohlwelle 3 gegen das Gehäuse  9 bzw. den     Ansaugestutzen    16 erfolgt durch eine Schleif  ringdichtung 17. Ebenso ist die Hohlwelle 5, die die  Trommel 2 trägt, gegen den Druckstutzen 18 mit einer       Schleifringdichtung    19 abgedichtet. Die gleichsinnige  Übertragung der Kolbenrotation auf die Trommel  erfolgt in bekannter Art beispielsweise über     doppel-          zapfige    Lenkerkurbeln 20.  



  Zur Vermeidung des     Eindringens    von Sprühöl über  die Sperre in Na zum     Ansaugeraum    8 ist zwischen  Trommel 2 und Trennscheibe     T"    ein Schleifring 21  gelegt, der aus seiner Nut heraus federnd gegen     T"     gedrückt wird.  



       Fig.    3 zeigt schematisch die Anordnung des be  schriebenen Kompressors innerhalb einer Kälteanlage.    Der Dampf des Kältemittels wird hierbei vom Ver  dampfer 22 abgesaugt über ein     Reduzierventil    23, das  den Saugdruck, für den der Kompressor bestimmt ist,  auch für die     Anfahrzustände    immer konstant     einregelt.     Die Kompression erfolgt wie oben beschrieben, sie  verläuft aber durch eine Hilfseinspritzung von flüssi  gem Kältemittel in einen oder mehrere Kompressions  räume im trocken gesättigten Gebiet     (Carnotisierung).     In den innern Hohlraum 24 des Kolbens mündet ein  durch die Hohlwelle 5 hindurchgehendes, feststehendes  Rohr 25.

   Durch dieses Rohr wird über ein     Hilfsein-          spritzventil    26 Flüssigkeit vom Kondensator 32 ein  gespritzt in 24, die durch die Zentrifugalkraft durch die  Bohrungen 27 über     kalibrierte    Düsen 28 in den ge  wünschten Kompressionsraum gelangt (gezeichnet nur  für einen Raum). Durch Verdampfen dieser     Einspritz-          flüssigkeit    wird der Gasinhalt des betreffenden Raumes  gekühlt und aus dem Gebiet der Überhitzung in den  trocken gesättigten Zustand überführt.  



  Zur Wiedergewinnung etwa mitgerissener Sperr  flüssigkeit, z. B. Quecksilber, wird diese aus einem  Sammelgefäss 29 am untern Teil des Kondensators  über ein Schwimmerventil 30 ebenfalls über das Rohr  25 dem Raum 24 zugeführt unter Umgehung des     Hilfs-          einspritzventils    26.  



  Die Quecksilberrückführung ist unabhängig von  der Hilfseinspritzung und kann für sich allein angeord  net sein, wobei sie dann unmittelbar in das Ende des  Kompressionsraumes 10 eingeführt werden kann. Um  Quecksilberkondensat, das in der Druckleitung anfällt,  wieder zur Maschine zurückzubringen, ist vom Druck  stutzen aus über die     Schleifringdichtung    19 eine Man  schette 31 gezogen, und es ist die Bohrung der Hohl  welle 5 konisch ausgeführt zur     Abschleuderung    des  Quecksilbers zum Ende des Kompressionsraumes.  



  Die beschriebene Kompressionsmaschine ist nach  Hilfsanlauf, wie in bekannter Weise ähnliche Systeme,  auch als Expansionsmaschine (Dampfmaschine) ge  eignet, wenn die Strömungsrichtung von Gas oder  Dampf umgekehrt wird.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Kompressions- oder Expansionsmaschine für gas förmige Medien, bei der ein rotierender Kolben, der radial bewegliche Sperrschieber trägt, in einer mit dem Kolben mit gleicher Drehzahl und im gleichen Dreh sinn umlaufenden Trommel exzentrisch angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum zwischen dem rotierenden Kolben und der Trommel in axialer Rich tung durch mit Öffnungen versehene Trennscheiben in einzelne Abschnitte verschiedener Höhe unterteilt ist, wobei die Trennscheiben in Nuten in der Trommel laufen und in eine Sperrflüssigkeit eintauchen, die unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft in den Nuten ver bleibt, dergestalt,

   dass zur Verbindung der axial geglie derten Gasräume die in den Trennscheiben angebrach ten Öffnungen so in ihrer Lage zu den Sperrschiebern angeordnet sind, dass von dem System angesaugtes Gas oder Dampf während der Rotation in stufenweise kleiner werdende sichelförmige Räume geschoben und komprimiert bzw. in umgekehrter Richtung in grö sser werdenden Räumen expandiert wird. UNTERANSPRÜCHE 1. Maschine nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass das der Maschine zu- und abgeführte gasförmige Medium das System Kolben -Trommel über Hohlwellen erreicht und verlässt, deren eine den rotie renden Kolben trägt und antreibt, während die andere den gleichen Zweck für die Trommel erfüllt. 2.

   Maschine nach Patentanspruch und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System Kolben -Trommel in einem geschlossenen Gehäuse läuft und mit seinem Innern gegen das Gehäuseinnere durch eine auf dem Kolben befestigte Trennscheibe abgedichtet ist, die ebenfalls in einer Nute in der Trom mel exzentrisch zu dieser umläuft und in eine Sperr flüssigkeit eintaucht. 3. Maschine nach Patentanspruch und Unter ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer des Antriebsmotors bei Kompression bzw. eines Stromerzeugers bei Expansion auf einer der bei den Hohlwellen unmittelbar aufgesetzt ist und voll kommen in ein gemeinsames Gehäuse mit der Ma schine eingebaut ist.

   4. Maschine nach Patentanspruch und Unter ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abführung der Kompressionswärme das System Kolben - Trommel durch dauernd aufgespritztes, ge kühltes Öl gekühlt wird. 5. Maschine nach Patentanspruch und Unter ansprüchen 1-4, als Kompressor in einer Kälteanlage, dadurch gekennzeichnet, dass flüssiges Kältemittel in das Innere des Kolbens eingeführt wird und unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft durch Öffnungen in Kompressionsräume gelangt, um in diesen zu verdamp fen und Kompressionswärme zu binden. 6.

   Maschine nach Patentanspruch und Unter ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Hohlwellen des Systems Kolben - Trommel gas dicht gegen das Maschinengehäuse durch Dichtungen derart abgeschlossen sind, dass die ganze Maschine samt Motor oder Stromerzeuger keinerlei umlaufende Dichtungen gegen die Atmosphäre hat. 7. Maschine nach Patentanspruch und Unter ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Arbeitsmittel mitgerissene Teile der Sperrflüssigkeit kondensiert und dem Innern des Systems Kolben- Trommel über ein Schwimmerventil wieder zugeführt werden.