Drehkolbenmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolben maschine mit-mittels ineinander,-reifender schrauben förmiger Drehkolben gebildeten Arbeitskammern. Derartige Maschinen können als Kompressoren ver wendet werden, wie sie zum Beispiel in den amerika nischen Patentschriften Nr.2627161 und 2627162 beschrieben sind. Sie können aber auch als Kraft maschinen unter Expansion eines Arbeitsmittels Ver wendung finden. Die Drehkolben sind mit ineinander greifenden, schraubenförmigen Rippen und Nuten versehen und rotieren in sich schneidenden Bohrun gen.
Bei Kraftmaschinen der hier in Frage kommenden Art besitzt das komprimierte Treibmittel, wie zum Beispiel Gas, gewöhnlich eine Anfangstemperatur, die sehr hoch liegt, zum Beispiel bei 1100 C und mehr. Aus diesem Grund müssen die Arbeitsflächen der Maschine, die dem heissen Treibmittel ausgesetzt sind, wirksam und gleichmässig gekühlt werden, um Be schädigungen infolge der Wärme zu vermeiden und um die Materialtemperatur unter der Grenze zu hal ten, die mit Rücksicht auf die Materialbeanspruchung zulässig erscheint.
Nach einer bekannten Konstruktion ist die Fläche des Gehäuses mit ringförmigen Nuten versehen, die durch einen äussern Mantel bedeckt sind. Diese Nuten bilden Kanäle für ein Kühlmittel, welches in den Kanälen zirkuliert. Die Eigenschaft dieser Ausbil dung erfordert es, dass die Wandstärken des Gehäu ses verhältnismässig gross sind. Hieraus ergibt sich ein hoher Temperaturabfall zwischen der Innenfläche, die dem heissen Treibmittel ausgesetzt ist, und der Aussenfläche des Gehäuses, die der Temperatur des Kühlmittels ausgesetzt ist. Bei solchen Konstruktio nen ergibt sich demgemäss leicht eine Beschädigung durch Hitze. Sie bildet ein grosses Problem bei der Konstruktion.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht deswegen darin, eine Drehkolbenmaschine zu schaffen, deren Gehäuse mit einem Kühlmantel versehen ist, der eine wirksame und gleichmässige Kühlung ergibt.
Erfindungsgemäss ist die Drehkolbenmaschine da durch gekennzeichnet, dass das Gehäuse eine innere Auskleidung sowie einen äussern Gehäuseteil, der diese Auskleidung trägt, besitzt; die innere Ausklei dung besteht aus Büchsenteilen, die auf sich über schneidenden Zylinderflächen liegen und je einen Drehkolben umschliessen und die mit äussern Ver stärkungsrippen versehen sind, durch welche die Kühloberfläche vergrössert wird; der äussere Ge häuseteil, der die Auskleidung umschliesst, ist mit innern, die Rippen der Auskleidung in Radialrichtung übergreifenden Rippen versehen, die als Tragmittel für die Auskleidung dienen.
Die innere Auskleidung und der äussere Gehäuseteil umgrenzen einen Kühl raum für den Durchfluss von Kühlmittel.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegen standes ist nachstehend an Hand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen senkrechten Längsschnitt nach der Linie 1-1 in Fig.2, 3, 6 und 9 einer Drehkolben maschine gemäss der Erfindung, Fig.2 einen horizontalen Längsschnitt durch die Drehkolbenmaschine nach der Linie 2-2 in Fig.1 und 3, Fig.3 einen Querschnitt durch die Drehkolben maschine nach der Linie 3-3 in Fig. 1,
Fig. 4 eine Ansicht der Drehkolbenmaschine vom Hochdruckende her in der Projektion 4-4 der Fig. 1, Fig.5 eine Teildarstellung nach der Linie 5-5 in Fig.4. Fig.6 eine Teildarstellung nach der Linie 6-6 in Fig. 1, Fig.7 eine Teildarstellung nach der Linie 7-7 in Fig. 1, Fig. 8 eine Teildarstellung in der Projektion 8-8 in Fig. 2,
Fig. 9 eine Teildarstellung der Drehkolben maschine von der Niederdruckseite her nach der Linie 9-9 in Fig. 1, Fig. 10 eine Darstellung einer Kühlmittelauslass- leitung nach der Linie 10-10 in Fig. 3, Fig. 11 eine Teildarstellung nach der Linie 11-11 in Fig. f 0, Fig. 12 eine andere Ansicht eines Rippenrotors, Fig. 13 eine Teildarstellung nach der Linie 13-13 in Fig. 12,
Fig. 14 und 15 sind gleiche Darstellungen für den Nutenrotor, und Fig. 16 zeigt im Diagramm den Temperaturabfall in der innern Auskleidung und den Gehäusewänden. Die gezeichnete Drehkolbenmaschine besteht aus einer Kraftmaschine, wie sie im wesentlichen in den oben genannten amerikanischen Patentschriften dar gestellt ist.
Das Gehäuse für die Drehkolbenmaschine, wel ches als Expansionsraum für ein Arbeitsmittel unter hohem Druck und unter hoher Temperatur dient, be sitzt einen äussern Gehäuseteil 20. Dieser besteht aus zwei in der Hauptsache zylindrischen Mantelteilen 22, 24 (Fig.3), die durch einen ebenfalls gebogenen Mantelteil 26 am obern Ende vereinigt sind, und enthält zwei sich schneidende Bohrungen 28, 30 für einen Rippen- und einen Nutenrotor. Die Drehkolben sind mit 32 und 34 bezeichnet. Sie sind mit ineinan- dergreifenden, schraubenförmigen Nuten und Rippen versehen und drehen sich in den Bohrungen 28, 30.
Die Mantelteile 22, 24 sind mit innern Vorsprün gen versehen, die als ringförmige Rippen 36 aus gebildet sind. Die Rippen sind über die Länge der Bohrungen verteilt und so angeordnet, dass die Rip pen bei der einen Bohrung am Ende in die Rippen bei der andern Bohrung übergehen bzw. mit ihnen in Flucht sind. Die Rippen 36 dienen als Tragmittel sowie Verstärkungsmittel für eine dünnwandige innere Auskleidung 38. Diese besteht aus zwei, auf sich überschneidenden Zylinderflächen liegenden Büchsenteilen 40 und 42, je eines für die Bohrung 28 bzw. 30. Die Büchsenteile umschliessen die Dreh kolben.
Die Büchsenteile 40 und 42 der innern Aus kleidung sind mit äussern Rippen 44 versehen, die mit den sie in Radialrichtung übergreifenden Ringrippen 36 des äussern Gehäuseteils 20 in Eingriff stehen. Die ineinander eingreifenden Rippen 36 und 44 teilen den Ringraum 46 zwischen der innern Auskleidung und dem äussern Gehäuse in eine Anzahl axial verteilter Räume 48 längs der Drehkolben.
Die Rippen 36 des äussern Gehäuseteils 20 sind ausserdem mit einer seit lichen Nut 50 versehen, während die Rippen 44 der Büchsenteile 40, 42 der innern Auskleidung 38 mit seitlich vorstehenden Ringrippen 52 (Fig. 1) versehen sind. Die Ringrippen 52 greifen in die Nuten 50 ein. Hierdurch wird eine Verbindung der innern Ausklei- dung mit den Rippen des Gehäuseteils 20 geschaffen. Da die Ringrippen sämtlich in gleicher Richtung in die Rippen 36 eingreifen, ist eine Axialverschiebung der innern Auskleidung 38 zum äussern Gehäuse teil 20 möglich.
Die Büchsenteile 40, 42 sind in die Bohrungen getrennt eingesetzt, derart, dass die Rippen 36, 44 ineinander eingreifen. Nach dem Einsetzen der Büch senteile werden die oben aneinanderstossenden Kan ten der Büchsenteile miteinander durch Schweissung vereinigt.
Das Gehäuse besitzt einen im wesentlichen radial verlaufenden Einlasstrichter 54 für ein unter hohem Druck und unter hoher Temperatur befindliches Arbeitsmittel. Das Arbeitsmittel kann zum Beispiel gemäss der Beschreibung der oben genannten ameri kanischen Patentschriften erzeugt und zugeführt wer den. Der Einlasstrichter 54 geht in eine öffnung der innern Auskleidung 38 über, die an dem einen Ende der Drehkolben (dem Hochdruckende) angeordnet ist. Sie liegt ausserdem im obern Schnitt zwischen den Büchsenteilen 40 und 42 der innern Auskleidung. Der Einlasstrichter 54 ist von einem vorspringenden Teil 56 des äussern Gehäuseteils 20 umschlossen.
Dieser Teil 56 besitzt im wesentlichen Kegelstumpf form und verjüngt sich nach aussen.
Die Büchsenteile 40, 42 der innern Auskleidung gehen am untern Teil des Gehäuses in eine radial ver laufende rohrförmige Leitung 58 über, die als Auslass für das Arbeitsmittel dient. Diese Auslassleitung hat ebenfalls im wesentlichen Kegelstumpfform und ver jüngt sich ebenfalls nach aussen. Der äussere Gehäuse teil ist mit einem entsprechenden radialen Ansatz 60 versehen, der der Form der Leitung 58 angepasst ist.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der Rippenrotor 32 vier Rippen 62 und der Nuten rotor 34 sechs Rippen 64. Die Anzahl der Rippen kann aber auch anders sein. Im vorliegenden Fall dreht sich der Rippenrotor, durch den der Nuten- rotor angetrieben wird,
mit einer um 50 % höher liegenden Geschwindigkeit als der Nutenrotor. Der Abstrom des Arbeitsmittels aus den Nuten des Rip penrotors 32 erfolgt demgemäss mit einer höheren Geschwindigkeit als aus den Nuten des Nutenrotors. Um diese Geschwindigkeitsdifferenz auszugleichen, ist der Auslass des Arbeitsmittels gegen den Nuten rotor hin geneigt, und zwar so, dass seine Mittellinie auf der Resultierenden zwischen den zwei Geschwin digkeitskomponenten liegt, soweit es die konstruk tiven Möglichkeiten zulassen.
An den Enden des äussern Gehäuseteils 20 sind Flanschen 66 und 68 vorgesehen, die zum Beispiel angeschweisst sein können. Die Enden der Büchsen teile 40, 42 der innern Auskleidung sind mit diesen Flanschen durch Übergangsteile 70, 72 verbunden. Insbesondere das Übergangsteil 72 an der Nieder druckseite der Maschine ist als gewissermassen bieg saure Membran ausgebildet, um zu ermöglichen, dass die innere Auskleidung sich in Richtung Nieder druckende der Maschine mit Bezug auf den äussern Gehäuseteil 20 ausdehnen kann. Die Nuten 50 der Rippen 36 des äussern Gehäuses, die die Ringrip pen 52 der Rippen 44 der innern Auskleidung auf nehmen, sind ebenfalls nach der Niederdruckseite hin offen, um eine solche Ausdehnung zu ermöglichen.
Der Ansatz 60 des äussern Gehäuseteils 20, wel cher Ansatz die Auslassleitung 58 umschliesst, besitzt einen Endflansch 74, an dem das äussere Ende des Ansatzes 58 der Auskleidung über ein Teil 76 an geschlossen ist. Dieses Teil 76 bildet ebenfalls eine biegsame Membran.
Die äussern Flächen der Büchsenteile 40, 42 sind mit äussern ringförmigen Rippen 78 versehen, die über die Zwischenräume zwischen den Rippen 44 der innern Auskleidung verteilt sind. Diese Rippen 78 dienen als Kühlmittel, um die Kühlfläche der Aus kleidung zu vergrössern. Die ringförmigen Trenn rippen 44 und die Kühlrippen 78 wirken als Verstär kungsteile, so dass die innere Auskleidung 38 noch bedeutend dünner ausgeführt werden kann, um den Wirkungsgrad und die Kühlung zu verbessern, ohne auf Widerstandsfähigkeit gegen hohe Druckdifferen zen zu verzichten.
Um eine wirksame und gleich mässige Kühlung der innern Auskleidung zu ermög lichen, sind Kühlrippen in ausreichender Zahl und in einer genügenden Höhe angeordnet, um ein hohes Verhältnis zwischen der äussern und der innern Flä che der Auskleidung zu erhalten. Diese Kühlrippen der innern Auskleidung sind in der Höhe bedeutend geringer ausgebildet als die Tragrippen 36 im äussern Gehäuse, wodurch ein Kühlraum ausserhalb der Kühl rippen 78 der Auskleidung geschaffen wird. Dieser liegt unmittelbar neben den Spitzen der Kühlrip pen 78. Hier ist eine Trennwand 80 eingesetzt, jeweils zwischen je zwei Tragrippen 36 des äussern Gehäuse teils und mit diesen zum Beispiel durch Schweissung verbunden.
Die Trennwände 80 folgen der Krüm mung der Büchsenteile der innern Auskleidung und unterteilen jeden ringförmigen Kühlmantelraum 48 zwischen dem äussern Gehäuseteil 20 und der innern Auskleidung in einen innern und einen äussern Man telteil 82 bzw. 84. Diese Räume werden zum Durch fluss eines Kühlmittels benutzt. Die Trennwände 80 werden vorzugsweise in unmittelbarer Nähe der En den der Kühlrippen 78 angeordnet, so dass nur ein feiner Spalt zwischen diesen vorhanden ist, der im Verhältnis zur Höhe der Kühlrippen sehr klein ist. Hierdurch wird die Geschwindigkeit des Kühlmittel durchflusses erhöht. Ausserdem wird der Schaffung von Isolierschichten an der Oberfläche der Kühl rippen entgegengewirkt.
Das Kühlmittel wird durch eine Kühlmittelein- lassleitung 86 eingeführt. Diese sitzt an dem Ansatz 56 des äussern Gehäuseteils 20, welcher Ansatz den Ein lasstrichter 54 für das Arbeitsmittel umschliesst. Die Kühlmittelleitung führt in einen Raum 88 zwischen dem Trichter 54 und dem kegelstumpfförmigen Teil 56 des äussern Gehäuseteils 20. Der Kühlraum 88 dient gleichzeitig als Verteilerkammer, um das Kühl- mittel in einer Anzahl paralleler Ströme in verschie dene Kühlräume zu leiten.
Die oberen Teile 90 (Fig. 3) der äussern Teile 84 des Kühlmantelraumes 48 stehen in direkter Ver bindung miteinander sowie mit der Verteilerkam mer 88 für das Kühlmittel durch Öffnungen 92 in den innern Rippen 36 des Gehäuses. Diese Teile 90 sind mittels axial verlaufender, fast vertikaler Wände 94 von den übrigen Teilen der äussern Teile 84 ge trennt. Auf der Seite des Rippenrotors sind seitlich mit Bezug auf den Schnitt zwischen den zylindri schen Wandsegmenten, aus denen die Trennwände 80 bestehen, Öffnungen 96 vorgesehen, so dass das Kühlmittel in den innern Kühlraumteil 82 eintreten kann.
Durch diesen strömt es in zwei Teilen, von denen der eine den innern Raum um den Rippen rotor herum einschliesst und der andere den innern Raum um den Nutenrotor. Durch Versetzung der Öffnungen 96 gegen den Rippenrotor wird der Unter schied in der Länge der Hälften der Raumteile 82 ausgeglichen.
Die Trennwände 80 gehen in einen im wesent lichen rohrförmigen Wandteil 98 über, der den Aus lassansatz 58 der innern Auskleidung umschliesst und den Raum 100 zwischen dem Ansatz 58 und dem äussern Gehäuseansatz 60 am Arbeitsmittelauslass in einen innern und einen äussern Kühlmittelraum 102 bzw. 104 unterteilt. Das untere Ende der Trenn wände 98 endigt in gewisser Entfernung über dem Übergangsstück 76 zwischen den äussern Enden der Ansätze 58 und 60 und bildet eine übergangsöffnung 106 zwischen den äussern und innern Raumteilen 102 und 104.
Das Kühlmittel, welches in dem innern Kühlraumteil 82 um die Büchsenteile der innern Aus kleidung abwärtsfliesst, gelangt in den innern Kühl raumteil 102, der den Arbeitsmittelauslass 58 um schliesst, tritt durch die Öffnung 106 in den äussern Kühlraum 104 und dann in die Kühlraumteile 84, von denen aus die Teilströme durch Öffnungen 108 im äussern Gehäuseteil 20 in zwei Auslassleitungen 110 für das Kühlmittel übertreten. Die äussern Kühlraum teile 84 stehen auch seitlich über Aussparungen 112 miteinander in Verbindung. Die Aussparungen sind in den Umfangskanten der Rippen 36 des äussern Gehäuseteils vorgesehen und vermindern das Ge samtgewicht der Konstruktion.
Der Arbeitsmitteleinlass 54 besteht aus drei Trichterteilen 114, 116 und 118 (Fig. 1), die inein ander angeordnet sind. Von diesen Trichtern ist der mittlere 116 an die Arbeitsmitteleinlassöffnungen 120 der innern Auskleidung 38 am obern Ende ange schweisst. Er kann sich frei in der Öffnung 112 des Einlassverbindungsflansches 124 bewegen. Der inner ste Trichter 114 ist von dem Mitteltrichter<B>116</B> mit tels eines obern und eines untern Ringes 126 ge trennt. Der Ring ist an dem innern Trichter 114 be festigt, so dass dieser sich frei ausdehnen und mit Bezug auf den Mitteltrichter 116 auch zusammen ziehen kann.
Ein Nietenring 128 kann fernerhin an dem Mitteltrichter 116 vorgesehen werden, um den innern Trichter 114 an dem obern Ring zu erfassen. Die Zuführungsleitung für das Arbeitsmittel wird an dem Flansch 124 befestigt. Sie besitzt einen üblichen Führungsrand, der in das obere Ende des innern Trichters 114 eingreift. In den Raum 130 zwischen dem innern und dem Mitteltrichter 114, 116 wird zum Beispiel Luft von höherem Druck und höherer Temperatur eingeführt, die indessen unterhalb der jenigen des Arbeitsmittels liegt, um den innern Trich ter vor einer Beschädigung durch Dicht- oder ähn liche Fehler zu schützen. Das Schutzmittel wird mit dem Arbeitsmittel gemischt, sobald es in die Arbeits kammer der Rotoren eintritt.
Der äusserste Trichter 118 sitzt fest an dem Flansch 124 und der Raum 132 zwischen dem äussern Trichter 118 und dem Mittel trichter 116 wird von der Kammer 88 aus mit Kühl mittel versehen, um das Kühlmittel zu verteilen, wel ches rund um den Einlass 54 vorhanden ist. Es kön nen Durchlässe vorgesehen werden, um das Kühl mittel in dem Raum 132 zwischen dem äussern und dem mittleren Trichter in den Raum 130 zwischen dem mittleren und dem innern Trichter übertreten zu lassen.
Die Drehkolbenmaschine besitzt ferner Wände 134 und 136, die an den Enden der Rotorkörper 32 und 34 anliegen. Diese Wände besitzen sich schnei- dendeRingteile 138,140und 142,144 (Fig. 2, 6 und 9). Diese umschliessen die Wellenteile 146, 148 sowie 150, 152 der Rotoren, um die Enden der Nuten in den Rotoren abzuschliessen. Die Wände sind je mit einem Innenraum 154 bzw. 156 für das Kühlmittel versehen.
Die Endwand 134, die das Hochdruckende der Rotoren abdeckt, besitzt einen innern und einen äussern Rohrteil 158 bzw. 160 von im wesentlichen 8-förmigem Querschnitt. Sie sind miteinander mittels einer Scheibe<B>162,</B> die 8-förmig ausgeschnitten ist, vereinigt. Der innere Rohrteil 158 besitzt einen äussern Flansch 164 an dem von den Rotoren wegweisenden Ende sowie eine Plattenscheibe 166, die den Flansch mit dem entsprechenden Ende des äussern Rohr teils 160 vereinigt. In den 8-förmigen Ringraum 154, der auf diese Weise in der Endwand 134 gebildet ist, wird am obern Teil Kühlmittel durch die Öffnun gen 168 (Fig. 4) in der Plattenscheibe 166 zugeführt.
Das Kühlmittel wird durch gleiche Öffnungen 170 am untern Teil der Plattenscheibe 166 abgeführt. Die Kühlmittelseitenflächen des innern Rohrteils 158 und die Scheibe 162 sind mit Kühlrippen 172 ver sehen. Die Ausbildung dieser Kühlrippen entspricht etwa der Ausbildung der Kühlrippen an der innern Auskleidung, um ein hohes Verhältnis zwischen den Wärmeaustauschflächen zu erhalten und der Entste hung von Isolierschichten entgegenzuwirken.
Ein wichtiges Merkmal der Ausbildung der End- wand 134 am Hochdruckende besteht darin, dass eine Leitungsnut 174 für das Arbeitsmittel in den Ar beitskammern der Rotoren oben an einem mittleren Teil des Gehäuses vorgesehen ist. Die Einlassnut 174 besteht aus einem ausgebauchten Teil 176, der in Verbindung mit dem Einlasstrichter 54 für das Ar beitsmittel steht und der an einem Teil 178 der Rotorenden anliegt.
Die Endwand 134 ist mit der innern Auskleidung des Gehäuses durch eine Schweiss naht zwischen der innern Auskleidung 38 und dem äussern Rohrteil 160 der Endwand verbunden, ausser dem durch Bolzen 180, die in dem innern Rohr teil 158 der Endwand und in einem Deckelring 182 festgelegt sind. Der letztere Ring ist mit dem Flansch 66 des Gehäuses durch Bolzen verbunden.
Das Kühlmittel wird dem Kühlraum 154 der Endwand 134 von der Kammer 88 aus zugeführt, um es zu verteilen, und wird dann in dem Kühl raum 100 rund um den Arbeitsmittelauslass in fol gender Weise herumgeleitet: Der Deckelring 182, die Endwand 134 und die Übergangsteile 70 umgrenzen einen 8-förmigen Ringraum 184 rund um die Rotor wellen 146, 148 am Einlassende der Maschine, und das Kühlmittel tritt in diesen Raum durch eine öff- nung 186 am obern Schnitt zwischen den zwei den Übergangsteil 70 bildenden Ringteilen ein.
Von die sem Raum 184 aus wird das Kühlmittel in den Kühl raum 154 der Endwand 134 durch Öffnungen 168 (Fig. 4) geleitet und von hier aus über Öffnungen 170 in Leitungen 188, die die Auslässe 170 von dem Raum 184 trennen und das Kühlmittel in öffnun- gen 190 leiten, die in dem Übergangsteil 70 neben den Auslässen 170 vorgesehen sind.
Durch diese Öffnungen wird das Kühlmittel in den Raum<B>192</B> überführt, der zwischen dem untern Teil des über gangsteils 70 und einer Platte 194 liegt, welche letztere der Krümmung des Übergangsteils im wesent lichen bis zur horizontalen Symmetrieebene des Ge häuses folgt, woselbst die Platte 194 an der innern Fläche des äussern Gehäuseteils befestigt ist. Der Raum<B>192</B> steht mit dem innern Kühlraum 102 rund um den Arbeitsmittelauslass durch die Öff nung 196 zwischen der Trennwand 98 in dem Kühl raum<B>100</B> und dem benachbarten Teil des über gangsteils 70 in Verbindung.
Da der Kühlraum 100 mit den zwei Auslassleitungen <B>110</B> für das Kühlmittel in Verbindung steht, so ergibt sich, dass der Kühl mittelfluss durch die Endwand 134 parallel zu dem Kühlmittelfluss durch das Gehäuse verläuft.
Der Raum 198 unter der Platte 194 steht über die Aussparungen<B>11</B>2 (Fig.3, 7) in den Rippen 36 des äussern Gehäuseteils 20 mit den verschiedenen ringförmigen Kühlräumen 48 des Gehäuses in Ver bindung. Um zu vermeiden, dass .das Kühlmittel den Kühlraum 192 der Endwand 134 überströmt, ist der Raum 192 mittels zweier radialer Wände 200 von der direkten Verbindung mit dem Raum 184 um die Rotorwellen 146, 148 herum abgeschnitten.
Um die Kühlung weiterhin wirksam zu gestalten, sind die Drehkolbenkörper 32, 34 mit Kühlkanä len 202 und 204 versehen, die möglichst weit an den Oberflächen liegen. Die Oberflächen der Rotor wellen 146, 148 sind mit einer Anzahl über den Um fang verteilter Nuten 206 (Fig. 1) versehen, die mit ihrem einen Ende mit dem Raum 184 rund um die Rotorwellen verbunden sind, während sie mit dem andern Ende mit einer ringförmigen Verteilungs nut 208 am Hochdruckende der Drehkolbenkörper 32, 34 in Verbindung stehen.
Von dieser Nut 208 aus verteilen radiale Leitungen 210 und 212 (Fig. 1, 12 und 14) in den Rotorkörpern 32 und 34 das Kühlmittel auf die Kanäle 202, 204, und das Kühl mittel wird von den Kanälen 202 und 204 am Nie derdruckende der Rotorkörper in radiale Leitun- gen 214 überführt, welche es in Ringnuten 216 lei ten, die an Auslassöffnungen 218 anliegen, die in den Rotorwellen 150, 152 vorgesehen sind. Die Rotor wellen 150, 152 sind hohl ausgebildet, ebenso die Rotorkörper 32, 34 und die anstossenden Teile der Rotorwellen 146, 148 der Hochdruckseite.
Das Kühl mittel, welches in die Mittelbohrungen 220 der Ro toren gelangt, entweicht durch die offenen Enden der Rotorwellen <B>150,</B> 152.
Das Kühlmittel aus dem Raum 184 wird mittels Rippen 222 (Fig. 7) in die Rotorkühlkanäle getrieben. Die Rippenteile 222 liegen zwischen Nuten 206 an den Rotorwellen 146, 148. Die Rippen wirken als Schaufeln, durch die das Kühlmittel vorwärtsbewegt wird. Um den Wirkungsgrad am Einlass zu vergrö ssern, bt eine Leitschaufelung 224 vorgesehen.
Es wird eine verhältnismässig grosse Menge des vorhan denen Kühlmittels durch die Kühlkanäle des Rotors hindurchgetrieben, und es sind besondere Einlass- öffnungen 226 (Fig. 6) in dem Übergangsteil 70 vor gesehen, ausser dem Haupteinlass 186, um den Raum 184, der das Kühlmittel in die Rotoren liefert, reichlich mit Mittel zu versehen.
Um die Enden der Rotorkörper besonders wirk sam zu kühlen, werden die radialen Leitungen 210, 214 und 212, die das Kühlmittel in die Rotorkörper hinein- und aus ihnen herausleiten, derart geschnit ten, dass sie eine Anzahl Kühlrippen 228 und 230 (Fig.12 bis 15) an den innern Seitenflächen der Leitungen 210, 214 und 212 stehenlassen, die das Kühlmittel leiten. Die Rippen 228 und 230 ermög lichen es, dass die Rotorenden sehr hohe Druckdiffe renzen aushalten, ohne zu deformieren, selbst wenn sie sehr dünnwandig werden.
Die Rotorkörper 32, 34 bestehen aus einer Anzahl Einzelteilen 232, die zum Beispiel mittels Schweissung miteinander verbunden sind. Die Einzelteile sind leicht zu bohren, um die im wesentlichen schraubenförmig verlaufenden Kühl kanäle 202 und 204 herzustellen. Ein jeder Kanalteil des Rotorkörpers kann dadurch hergestellt werden, dass der Teil von der einen Seite bis etwa zur Hälfte seiner Tiefe gebohrt wird, alsdann von der andern Seite, bis die Bohrungen sich treffen.
Die Endwand 136 an dem Niederdruckende der Rotoren besitzt zwei zylindrische Innenrohrteile 234 (Fig. 1 und 9), die die Rotorwellen 150, 152 um schliessen. An diesen ist eine Scheibe 236 an der Kante angeschweisst, die an den Rotorenden liegt. Die Scheibe schliesst teilweise die Auslassenden der Rotornuten am obern Teil des Niederdruckendes und erstreckt sich abwärts bis ein wenig unter die Mitte des Raumes zwischen den Rohren 234. Ein äusseres Rohr 238 besteht aus zwei zylindrischen Teilen 240, die dem Umriss der innern Rohre 234 folgen, bis sie auf die Abschlussscheibe 236 treffen.
Hier gehen sie über in obere und untere Teile 242 und 244 und folgen dem Randumriss der Scheibe. Auf dem äussern Rohrteil 238 ist eine Scheibe 246, die im wesentlichen 8-förmig ausgeschnitten ist, direkt befestigt. Die Be festigung erfolgt an den äussern Kanten der obern und untern Teile 242, 244. Der äussere Rohrteil 238 ist über dem zylindrischen Teil 240 kürzer. An den äussern Kanten der kürzeren Teile 240 ist eine teil weise 8-förmige Scheibe 248 befestigt. Diese ist an ihrem Umfang mit der Scheibe 246 verbunden. Die Endwand 136 bekommt auf diese Weise einen innern Kühlraum 156, der im Querschnitt einen ringförmi gen, L-förmigen Teil 250 enthält, sowie einen in der Hauptsache rechteckigen Teil 252.
In letzterem sind eine Einlassöffnung 254 und in dem ersteren zwei Auslassöffnungen 256 für das Kühlmittel vorgesehen. Die Einlassöffnung 254 ist über ein Rohr 258 mit einer Öffnung 260 in dem Endflansch 68 des Ge häuses verbunden. Die Öffnung 260 steht mit den obern Teilen 90 des Kühlmittelraumes des Gehäuses in Verbindung, die, wie oben erwähnt, Kühlmittel direkt aus dem Kühlmitteleinlass erhalten.
In dem Teil des Raumes zwischen der Auskleidung 38 und dem Gehäuseteil 20, der neben der Öffnung 260 an dem Endflansch liegt, ist eine Trennplatte 262 ein gesetzt, durch die das Kühlmittel von dem Teil 90 zur Öffnung 260 geleitet wird. Da die Endwand 136 mittels der Scheibe 246 am Ende der Auskleidung 38 befestigt ist, ist das Rohr 258 mit einer dehnbaren Verbindung 264 versehen, durch die die Wärme dehnungsbewegungen der Auskleidung 88 mit Bezug auf den Gehäuseteil 20 aufgenommen werden. Der Teil 252 des Kühlraumes 156 der Endwand 136 dient als Verteiler für das zugeführte Kühlmittel, so dass das Kühlmittel in die verschiedenen Kühlkanäle der Endwand verteilt wird.
Die Verteilungsmittel be stehen aus drei in geeigneter Weise gebogenen U-Pro- filen 266, 268 und 270. Sie sind an der Innenseite der Scheibe 246 mit ihren Längskanten befestigt. Die Profile gehen an der Einlassöffnung 254 mit ihren offenen Enden zusammen, während die von der öff- nung wegweisenden Enden geschlossen sind. Zwi schen den Profilen und um sie herum werden Durch- lässe zur Verteilung des Kühlmittels gebildet. Diese Durchlässe ergeben eine wirksame Kühlung der da nebenliegenden Teile der Endwand 136.
Das Kühl mittel wird durch ein gegabeltes Rohr 272 (Fig. 1) abgeführt, dessen Teile mit Dehnungsverbindungen versehen sind und mit Öffnungen 256 (Fig. 9) in Ver bindung stehen. Die Rohre und die Scheiben<B>234,238</B> und 236, 248 sind mit innern Kühlrippen 274 ver sehen, um die Kühlfläche zu vergrössern.
Die Aus bildung der Kühlrippen entspricht der Ausbildung der Kühlrippen der innern Auskleidung. Es ist er sichtlich, dass der Kühlmitteldurchfluss durch die End- wand 136 am Niederdruckende parallel zum Kühl- mitteldurchfluss durch den Gehäusemantel, die Ro toren und zur Vorderwand 134 am Hochdruckende erfolgt. In dem Auslass der verschiedenen Durch strömungswege können Dämpfer oder dergleichen vorgesehen werden, um die Verteilung des Kühlmittels in den verschiedenen Kühlmittelwegen zu regulieren.
Mittels eines L-förmigen Teils der Endwand 136 wird für das Arbeitsmittel, welches das Niederdruckende der Rotornuten verlässt, ein axialer Auslass 276 (Fig. 1) von teilweise Doppelringform geschaffen. Der Ansatz 58 der innern Auskleidung, der den Auslass des Arbeitsmittels bildet, besitzt einen ausgebauchten Teil 278 zur Leitung des Arbeitsmittels, das aus dem Auslassring 276 in den Auslass 58 des Arbeitsmittels übertritt.
Das Gehäuse ist mit vier Standfüssen 280 (Fig.2 bis 4) versehen, um es auf einem geeigneten Trag bett zu befestigen. Die Standflächen der Füsse sind etwas unter der Horizontalebene durch die Rotor achsen angeordnet, um die Höhe der Rotorachsen über dem Bett zu verringern gegenüber Maschinen, die auf dem Ende des Auslasses aufruhen. Die Ma schine treibt die Pumpe, die das Kühlmittel für das Gehäuse liefert, direkt.
Die Höhe der Kompressor achsen über ihrem Bett wird im Vergleich zur Höhe der Rotorachsen der Kraftmaschine über dem Bett ausreichend gross gehalten, da der Kompressor weni ger heiss ist als die Drehkolbenkraftmaschine. Sie wird so gewählt, dass beim Betrieb die Rotorachsen beider Maschinen auf gleicher Höhe liegen.
Das beschriebene Gehäuse besitzt eine Stand fläche, die nicht unmittelbar dem heissen Arbeits mittel ausgesetzt ist; die Standfüsse werden gehäuse- seitig vom Kühlmittel des Gehäuses gekühlt und stehen an der Aussenfläche mit der umgebenden Atmosphäre in Berührung.
Die innere Auskleidung kann sich axial ausdeh nen, wenn die Rotoren sich ausdehnen, und der dichte Abschluss zwischen den Rotorenden und den Abschluss- teilen wird dadurch aufrechterhalten, dass die An ordnung einer Relativbewegung zwischen der innern Auskleidung und dem äussern Gehäuseteil 20 ermög licht wird. Die biegsame Verbindung zwischen den Rotorabschlüssen und der innern Auskleidung trägt ebenfalls dazu bei.
Die Rotoren können aus hitzebeständigem, getem- pertem Stahl mit einem Gehalt von 0,25 % C, 1,1 o/c Cr und 0,20 % Mo oder 0,15 % C,
0,80 % Cr, 0,6 % Mo und 0,4 bis 1,0 % Mn sein. Diese Prozent- sätze können zum mindesten für die Drehkolben vor gesehen werden.
Die innere Auskleidung und ihr Ansatz, der den Arbeitsmittelauslass bildet, sowie die übrigen Rotorteile und die Abschlussteile können aus Stahl mit einem Gehalt von 0,09 % C und 14 /o Cr hergestellt werden.
Die beiden innern Trichter des Arbeitsmitteleinlasses können aus einem austeniti- schen Stahl mit einem Gehalt von 0,18 % C,
25 % Cr und 23 % Si hergestellt werden. Die Teile des Ge- häuses, die den äussern Gehäuseteil 20 bilden, kön nen aus gewöhnlichem Eisenblech hergestellt werden, also zum Beispiel der äusserste der Einlasstrichter für das Arbeitsmittel.
Die zum Tragen der Auskleidung dienenden Rippen des äussern Gehäuseteils 20 kön nen aus gewöhnlichem Stahl mit niedrigem Kohlen- stoffgehalt oder aus gewöhnlichem Eisenblech her gestellt werden, und die Endwand an der Nieder druckseite kann ebenfalls aus Stahl niedrigen Kohlen stoffgehaltes gefertigt werden.
In dem Kühlsystem für die Drehkolbenmaschine ist der Kühlmittelfluss in eine Anzahl Wege unter teilt, die parallel zueinander verlaufen und ausserdem im wesentlichen parallel zum Durchfluss des Arbeits mittels. Hierbei wird die Temperaturdifferenz zwi schen den Enden hoher und niedriger Temperatur in der besten Weise ausgeglichen.
Die Rotorkörper und der Einlass des Arbeitsmittels sind so ausgebildet und aufeinander abgestimmt, dass jede Flächeneinheit des Rotors, die in Berührung mit dem zugeführten Ar beitsmittel unter Eintrittstemperatur steht, wenigstens während eines Teils jeder Drehung auch in Berüh rung mit dem sich ausdehnenden und ausgedehnten Arbeitsmittel kommt. Hierdurch nimmt jeder Teil der Arbeitsflächen der Rotoren eine Temperatur an, die beträchtlich unter der Einlasstemperatur des Arbeits mittels steht, ohne dass die Energie der hohen Tempe ratur durch die Arbeitsflächen weggekühlt wird.
Die Kühlkanäle in den Rippen der Rotoren sind dicht bei den Oberflächen angeordnet und ergeben eine gleich mässige Kühlung der gesamten Arbeitsfläche, so dass eine höhere Eintrittstemperatur möglich ist unter gleichzeitiger Wegkühlung nur des kleinsten Teils der Energie dieser hohen Temperatur.
In dem Temperaturdiagramm der Fig.16 stellt die vollausgezeichnete Linie den Temperaturabfall durch das Gehäuse an einer Stelle dar, die nahe am Einlass des Arbeitsmittels gelegen ist. Die Temperatur des Arbeitsmittels in den Arbeitskammern, die zu Beginn entwickelt werden muss, beträgt zum Beispiel 1200 C, während die Temperatur der Oberfläche der innern Auskleidung der Rotoren zum Beispiel 500 C beträgt. Der Temperaturabfall in der Auskleidung beträgt etwa 85 C. Die Temperatur des Kühlmittels, welches den innern Kühlraum ausfüllt, der dicht an der Auskleidung liegt, beträgt etwa 200 C an Stellen, an denen das Kühlmittel eintritt und die nahe dem Eintritt des Kühlmittels gelegen sind.
Die Tempera tur des Kühlmittels in dem äussern Kühlraum beträgt etwa 400 C und die äussere Wandtemperatur des Gehäuses etwa 250 C.
Das Arbeitsmittel tritt etwa bei einer Temperatur von 300 C aus. Durch die gestrichelte Linie sind die Temperaturen in einem Teil des Gehäuses in der Nähe des Arbeitsmittelauslasses dargestellt. Die Ober fläche der innern Auskleidung hat eine Temperatur von etwa 500 C, und die Temperatur des Kühl mittels in dem innern Kühlraum an der Auskleidung ist hier so von einer Temperatur von 200 C, wie oben erwähnt, angestiegen, dass die Temperaturen der zwei Flächen der Trennwand zwischen den Kühl raumteilen praktisch die gleichen sind bzw. 375 C. Dies ist die Temperatur des Kühlmittels in dem äussern Kühlraumteil. Das Kühlmittel besitzt mit an dern Worten in sämtlichen äussern Raumteilen die gleiche Temperatur.
Aus Vorstehendem ergibt sich, dass die Teile des Gehäuses am heissesten Ende durch das kühlste Kühlmittel gekühlt werden, während die Teile an dem kühlsten Ende durch das heisseste Kühlmittel gekühlt werden. Dies geschieht, um eine gleichmässige Tem peraturverteilung über das gesamte Gehäuse zu er halten. Die angegebenen Temperaturen sind nur Bei spiele und können mehr oder weniger je nach der Konstruktion und den verschiedenen Betriebsbedin gungen schwanken.
Die Erfindung ist nicht auf Drehkolbenvorrich- tungen mit lediglich zwei Drehkolben beschränkt, auch kann die Erfindung dann angewendet werden, wenn mehr als nur eine Expansionsstufe oder auch Kompressionsstufe vorhanden sind.