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.
Rotary piston machine The invention relates to a rotary piston machine with working chambers formed by means of screw-shaped rotary pistons that rip into one another. Such machines can be used as compressors, such as those described in American patents Nos. 2627161 and 2627162. But you can also find use as power machines under expansion of a work medium. The rotary lobes are provided with interlocking, helical ribs and grooves and rotate in intersecting holes.
In prime movers of the type in question here, the compressed propellant, such as gas, usually has an initial temperature which is very high, for example 1100 ° C. and more. For this reason, the working surfaces of the machine that are exposed to the hot propellant must be cooled effectively and evenly in order to avoid damage due to the heat and to keep the material temperature below the limit that appears permissible with regard to the material stress.
According to a known construction, the surface of the housing is provided with annular grooves which are covered by an outer jacket. These grooves form channels for a coolant which circulates in the channels. The property of this education requires that the wall thicknesses of the hous ses are relatively large. This results in a high temperature drop between the inner surface, which is exposed to the hot propellant, and the outer surface of the housing, which is exposed to the temperature of the coolant. Accordingly, in such constructions, heat damage is easy. It creates a major problem in construction.
One object of the invention is therefore to create a rotary piston machine whose housing is provided with a cooling jacket which provides effective and uniform cooling.
According to the invention, the rotary piston machine is characterized in that the housing has an inner lining and an outer housing part which carries this lining; the inner lining consists of liner parts that lie on intersecting cylinder surfaces and each enclose a rotary piston and which are provided with outer reinforcement ribs, through which the cooling surface is increased; the outer housing part that encloses the lining is provided with internal ribs that cross the ribs of the lining in the radial direction and that serve as support means for the lining.
The inner lining and the outer housing part delimit a cooling space for the flow of coolant.
An embodiment of the subject matter of the invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. It shows: FIG. 1 a vertical longitudinal section along the line 1-1 in FIGS. 2, 3, 6 and 9 of a rotary piston machine according to the invention, FIG. 2 a horizontal longitudinal section through the rotary piston machine along the line 2-2 in FIG. 1 and 3, Fig. 3 shows a cross section through the rotary piston machine along the line 3-3 in Fig. 1,
FIG. 4 shows a view of the rotary piston machine from the high pressure end in the projection 4-4 of FIG. 1, FIG. 5 shows a partial representation along the line 5-5 in FIG. FIG. 6 shows a partial illustration along the line 6-6 in FIG. 1, FIG. 7 shows a partial illustration along the line 7-7 in FIG. 1, FIG. 8 shows a partial illustration in the projection 8-8 in FIG. 2,
9 shows a partial illustration of the rotary piston machine from the low-pressure side along the line 9-9 in FIG. 1, FIG. 10 shows an illustration of a coolant outlet line along the line 10-10 in FIG. 3, FIG. 11 shows a partial illustration according to FIG Line 11-11 in Fig. F 0, Fig. 12 is another view of a rib rotor, Fig. 13 is a partial view along the line 13-13 in Fig. 12,
14 and 15 are the same illustrations for the grooved rotor, and FIG. 16 is a diagram showing the temperature drop in the inner liner and the housing walls. The drawn rotary piston machine consists of an engine, as it is essentially provided in the above-mentioned American patents is.
The housing for the rotary piston machine, wel Ches serves as an expansion space for a working medium under high pressure and at high temperature, be seated an outer housing part 20. This consists of two mainly cylindrical shell parts 22, 24 (Figure 3), which is through a also curved shell part 26 are combined at the upper end, and contains two intersecting bores 28, 30 for a rib and a groove rotor. The rotary pistons are designated by 32 and 34. They are provided with interlocking, helical grooves and ribs and rotate in the bores 28, 30.
The shell parts 22, 24 are provided with internal projections, which are formed as annular ribs 36 from. The ribs are distributed over the length of the bores and are arranged so that the ribs in one bore at the end merge into the ribs in the other bore or are in alignment with them. The ribs 36 serve as support means and reinforcement means for a thin-walled inner lining 38. This consists of two bushing parts 40 and 42 lying on overlapping cylindrical surfaces, one each for the bore 28 and 30, respectively. The bushing parts enclose the rotary pistons.
The sleeve parts 40 and 42 of the inner clothing are provided with outer ribs 44 which are in engagement with the annular ribs 36 of the outer housing part 20, which cross over them in the radial direction. The interengaging ribs 36 and 44 divide the annular space 46 between the inner lining and the outer housing into a number of axially distributed spaces 48 along the rotary lobes.
The ribs 36 of the outer housing part 20 are also provided with a since union groove 50, while the ribs 44 of the sleeve parts 40, 42 of the inner lining 38 are provided with laterally protruding annular ribs 52 (FIG. 1). The annular ribs 52 engage in the grooves 50. This creates a connection between the inner lining and the ribs of the housing part 20. Since the annular ribs all engage in the same direction in the ribs 36, an axial displacement of the inner lining 38 to the outer housing part 20 is possible.
The sleeve parts 40, 42 are inserted separately into the bores, in such a way that the ribs 36, 44 engage one another. After inserting the Büch senteile the abutting edges of the bushing parts are joined together by welding.
The housing has a substantially radially extending inlet funnel 54 for a working medium which is under high pressure and high temperature. The working medium can be generated and supplied to, for example, according to the description of the above-mentioned American patents. The inlet funnel 54 merges into an opening in the inner lining 38 which is arranged at one end of the rotary lobes (the high-pressure end). It is also located in the upper section between the sleeve parts 40 and 42 of the inner lining. The inlet funnel 54 is enclosed by a protruding part 56 of the outer housing part 20.
This part 56 has a substantially truncated cone shape and tapers outward.
The sleeve parts 40, 42 of the inner lining go over to the lower part of the housing in a radially ver running tubular line 58, which serves as an outlet for the working fluid. This outlet line also has a substantially truncated cone shape and also tapers outwards. The outer housing part is provided with a corresponding radial extension 60 which is adapted to the shape of the line 58.
In the illustrated embodiment, the ribbed rotor 32 has four ribs 62 and the grooved rotor 34 has six ribs 64. The number of ribs can also be different. In the present case, the rib rotor that drives the grooved rotor rotates,
with a speed 50% higher than the slot rotor. The outflow of the working fluid from the grooves of the Rip penrotors 32 accordingly takes place at a higher speed than from the grooves of the grooved rotor. In order to compensate for this speed difference, the outlet of the working fluid is inclined towards the grooved rotor in such a way that its center line lies on the resultant between the two speed components, as far as the constructive possibilities allow.
At the ends of the outer housing part 20, flanges 66 and 68 are provided, which can be welded, for example. The ends of the sleeve parts 40, 42 of the inner liner are connected to these flanges by transition parts 70, 72. In particular, the transition part 72 on the low-pressure side of the machine is designed as a kind of flexible diaphragm in order to enable the inner lining to expand in the direction of the low-pressure side of the machine with respect to the outer housing part 20. The grooves 50 of the ribs 36 of the outer housing, which take the Ringrip pen 52 of the ribs 44 of the inner liner, are also open to the low pressure side to allow such expansion.
The approach 60 of the outer housing part 20, wel cher approach the outlet line 58 encloses, has an end flange 74 at which the outer end of the extension 58 of the lining is closed via a part 76. This part 76 also forms a flexible membrane.
The outer surfaces of the sleeve parts 40, 42 are provided with outer annular ribs 78 which are distributed over the spaces between the ribs 44 of the inner liner. These ribs 78 serve as a coolant to enlarge the cooling surface of the clothing from. The annular separating ribs 44 and the cooling ribs 78 act as reinforcement parts, so that the inner lining 38 can be made significantly thinner in order to improve efficiency and cooling without sacrificing resistance to high pressure differentials.
In order to enable effective and uniform cooling of the inner lining, cooling fins are arranged in sufficient number and at a sufficient height to obtain a high ratio between the outer and inner surface of the lining. These cooling ribs of the inner lining are made significantly less in height than the support ribs 36 in the outer housing, whereby a cooling space outside the cooling ribs 78 of the lining is created. This is located directly next to the tips of the cooling ribs 78. A partition 80 is used here, in each case between two support ribs 36 of the outer housing and connected to them, for example by welding.
The partitions 80 follow the curvature of the sleeve parts of the inner lining and divide each annular cooling jacket space 48 between the outer housing part 20 and the inner lining into an inner and an outer jacket part 82 and 84, respectively. These spaces are used for the flow of a coolant. The partition walls 80 are preferably arranged in the immediate vicinity of the ends of the cooling fins 78, so that only a fine gap is present between them, which is very small in relation to the height of the cooling fins. This increases the speed of the coolant flow. In addition, the creation of insulating layers on the surface of the cooling ribs is counteracted.
The coolant is introduced through a coolant inlet line 86. This sits on the approach 56 of the outer housing part 20, which approach encloses the inlet funnel 54 for the working medium. The coolant line leads into a space 88 between the funnel 54 and the frustoconical part 56 of the outer housing part 20. The cooling space 88 also serves as a distribution chamber in order to direct the coolant in a number of parallel flows into different cooling spaces.
The upper parts 90 (Fig. 3) of the outer parts 84 of the cooling jacket space 48 are in direct connection Ver with each other and with the distributors 88 for the coolant through openings 92 in the inner ribs 36 of the housing. These parts 90 are separated by means of axially extending, almost vertical walls 94 from the remaining parts of the outer parts 84 ge. On the side of the rib rotor, openings 96 are provided laterally with respect to the section between the cylindri's wall segments that make up the partition walls 80, so that the coolant can enter the inner cooling chamber part 82.
It flows through this in two parts, one of which encloses the inner space around the ribbed rotor and the other the inner space around the grooved rotor. By offsetting the openings 96 against the rib rotor, the difference in the length of the halves of the space parts 82 is compensated.
The partition walls 80 merge into an essentially tubular wall part 98 which encloses the outlet extension 58 of the inner lining and divides the space 100 between the extension 58 and the outer housing extension 60 at the working medium outlet into an inner and an outer coolant space 102 and 104 . The lower end of the partition walls 98 ends at a certain distance above the transition piece 76 between the outer ends of the extensions 58 and 60 and forms a transition opening 106 between the outer and inner space parts 102 and 104.
The coolant, which flows down around the sleeve parts of the inner lining in the inner cooling chamber part 82, enters the inner cooling chamber part 102, which closes the working medium outlet 58, passes through the opening 106 into the outer cooling chamber 104 and then into the cooling chamber parts 84, from which the partial flows pass through openings 108 in the outer housing part 20 into two outlet lines 110 for the coolant. The outer cooling space parts 84 are also laterally connected to one another via recesses 112. The recesses are provided in the peripheral edges of the ribs 36 of the outer housing part and reduce the total weight of the structure.
The working medium inlet 54 consists of three funnel parts 114, 116 and 118 (Fig. 1), which are arranged in one another. Of these funnels, the middle 116 is welded to the working fluid inlet openings 120 of the inner lining 38 at the upper end. It is free to move within opening 112 of inlet connection flange 124. The innermost funnel 114 is separated from the central funnel 116 by means of an upper and a lower ring 126. The ring is fastened to the inner funnel 114 so that it can expand freely and also contract with respect to the central funnel 116.
A rivet ring 128 may also be provided on the central funnel 116 to engage the inner funnel 114 on the upper ring. The supply line for the working medium is attached to the flange 124. It has a conventional guide edge that engages the upper end of the inner funnel 114. In the space 130 between the inner and the central funnel 114, 116, for example, air of higher pressure and higher temperature is introduced, which, however, is below that of the working medium in order to protect the inner funnel from damage due to sealing or similar errors protect. The protective agent is mixed with the working fluid as soon as it enters the working chamber of the rotors.
The outermost funnel 118 is firmly seated on the flange 124 and the space 132 between the outer funnel 118 and the central funnel 116 is provided with coolant from the chamber 88 in order to distribute the coolant which is present around the inlet 54 . NEN passages can be provided to allow the coolant in the space 132 between the outer and the middle funnel to pass into the space 130 between the middle and the inner funnel.
The rotary piston machine also has walls 134 and 136 which bear against the ends of the rotor bodies 32 and 34. These walls have intersecting ring portions 138, 140 and 142, 144 (Figures 2, 6 and 9). These enclose the shaft parts 146, 148 and 150, 152 of the rotors in order to close the ends of the grooves in the rotors. The walls are each provided with an interior space 154 and 156 for the coolant.
The end wall 134, which covers the high pressure end of the rotors, has an inner and an outer tubular portion 158 and 160, respectively, of substantially figure 8-shaped cross-section. They are united with one another by means of a disk 162 which is cut out in an 8-shape. The inner tube part 158 has an outer flange 164 at the end facing away from the rotors and a plate washer 166 which unites the flange with the corresponding end of the outer tube part 160. In the 8-shaped annular space 154, which is formed in this way in the end wall 134, coolant is supplied through the openings 168 (FIG. 4) in the plate disk 166 on the upper part.
The coolant is discharged through the same openings 170 in the lower part of the plate disk 166. The coolant side surfaces of the inner tube part 158 and the disc 162 are seen with cooling fins 172 ver. The formation of these cooling fins corresponds approximately to the formation of the cooling fins on the inner lining in order to obtain a high ratio between the heat exchange surfaces and to counteract the emergence of insulating layers.
An important feature of the formation of the end wall 134 at the high pressure end is that a line groove 174 for the working fluid in the working chambers of the rotors is provided at the top of a central part of the housing. The inlet groove 174 consists of a bulged part 176 which is in connection with the inlet funnel 54 for the working medium and which rests against a part 178 of the rotor ends.
The end wall 134 is connected to the inner lining of the housing by a weld between the inner lining 38 and the outer tubular part 160 of the end wall, except by bolts 180, which are fixed in the inner tube part 158 of the end wall and in a cover ring 182 . The latter ring is connected to the flange 66 of the housing by bolts.
The coolant is supplied to the cooling space 154 of the end wall 134 from the chamber 88 to distribute it, and is then routed around the working fluid outlet in the cooling space 100 in the following manner: the cover ring 182, the end wall 134 and the transition pieces 70 delimit an 8-shaped annular space 184 around the rotor shafts 146, 148 at the inlet end of the machine, and the coolant enters this space through an opening 186 at the upper cut between the two ring parts forming the transition part 70.
From the sem space 184, the coolant is passed into the cooling space 154 of the end wall 134 through openings 168 (FIG. 4) and from here via openings 170 in lines 188 which separate the outlets 170 from the space 184 and the coolant in Guide openings 190 which are provided in the transition part 70 next to the outlets 170.
The coolant is transferred through these openings into the space 192, which lies between the lower part of the transition part 70 and a plate 194, the latter of which the curvature of the transition part is essentially up to the horizontal plane of symmetry of the housing follows, where the plate 194 is attached to the inner surface of the outer housing part. The space <B> 192 </B> stands with the inner cooling space 102 around the working medium outlet through the opening 196 between the partition 98 in the cooling space <B> 100 </B> and the adjacent part of the transition part 70 in FIG Connection.
Since the cooling space 100 is connected to the two outlet lines 110 for the coolant, the result is that the coolant flow through the end wall 134 runs parallel to the coolant flow through the housing.
The space 198 under the plate 194 is connected via the recesses 11 2 (FIGS. 3, 7) in the ribs 36 of the outer housing part 20 to the various annular cooling spaces 48 of the housing. In order to prevent the coolant from flowing over the cooling space 192 of the end wall 134, the space 192 is cut off by means of two radial walls 200 from the direct connection with the space 184 around the rotor shafts 146, 148.
In order to continue to make the cooling effective, the rotary piston bodies 32, 34 are provided with cooling channels 202 and 204, which are as close as possible to the surfaces. The surfaces of the rotor shafts 146, 148 are provided with a number of grooves 206 (Fig. 1) distributed over the circumference, which are connected at one end to the space 184 around the rotor shafts, while at the other end with a annular distribution groove 208 at the high pressure end of the rotary piston body 32, 34 are in connection.
From this groove 208 distribute radial lines 210 and 212 (Fig. 1, 12 and 14) in the rotor bodies 32 and 34, the coolant to the channels 202, 204, and the coolant is derdruckende from the channels 202 and 204 at the Nie The rotor body is transferred into radial lines 214, which guide it into annular grooves 216 which bear against outlet openings 218 which are provided in the rotor shafts 150, 152. The rotor shafts 150, 152 are hollow, as are the rotor bodies 32, 34 and the abutting parts of the rotor shafts 146, 148 of the high pressure side.
The coolant, which gets into the central bores 220 of the rotors, escapes through the open ends of the rotor shafts <B> 150, </B> 152.
The coolant from space 184 is driven into the rotor cooling ducts by means of ribs 222 (FIG. 7). The rib portions 222 lie between grooves 206 on the rotor shafts 146, 148. The ribs act as blades through which the coolant is advanced. In order to increase the efficiency at the inlet, a guide vane 224 is provided.
A relatively large amount of the existing coolant is driven through the cooling channels of the rotor, and there are special inlet openings 226 (FIG. 6) in the transition part 70, apart from the main inlet 186, around the space 184, which contains the coolant supplies in the rotors, to replenish with funds.
In order to cool the ends of the rotor bodies particularly effectively, the radial lines 210, 214 and 212, which guide the coolant into and out of the rotor bodies, are cut in such a way that they have a number of cooling fins 228 and 230 (FIG. 12 to 15) on the inner side surfaces of the lines 210, 214 and 212, which conduct the coolant. The ribs 228 and 230 make it possible for the rotor ends to withstand very high pressure differences without deforming, even if they become very thin-walled.
The rotor bodies 32, 34 consist of a number of individual parts 232 which are connected to one another by means of welding, for example. The individual parts are easy to drill to produce the cooling channels 202 and 204, which run in a substantially helical manner. Each channel part of the rotor body can be produced by drilling the part from one side to about half its depth, then from the other side until the bores meet.
The end wall 136 at the low pressure end of the rotors has two cylindrical inner tube parts 234 (FIGS. 1 and 9) which close the rotor shafts 150, 152. A disk 236 is welded to this at the edge, which lies at the rotor ends. The disk partially closes the outlet ends of the rotor grooves at the upper part of the low pressure end and extends downwards to a little below the center of the space between the tubes 234. An outer tube 238 consists of two cylindrical parts 240 which follow the outline of the inner tubes 234, until they hit the lens 236.
Here they merge into upper and lower parts 242 and 244 and follow the edge contour of the disc. A disk 246, which is cut out essentially in the shape of an 8, is attached directly to the outer tubular part 238. The attachment takes place at the outer edges of the upper and lower parts 242, 244. The outer tubular part 238 is shorter over the cylindrical part 240. A partially 8-shaped disk 248 is attached to the outer edges of the shorter parts 240. This is connected to the disk 246 on its circumference. In this way, the end wall 136 has an inner cooling space 156 which contains an annular, L-shaped part 250 in cross section, as well as a mainly rectangular part 252.
An inlet opening 254 is provided in the latter and two outlet openings 256 are provided in the former for the coolant. The inlet port 254 is connected by a tube 258 to an opening 260 in the end flange 68 of the housing. The opening 260 communicates with the upper parts 90 of the coolant space of the housing which, as mentioned above, receive coolant directly from the coolant inlet.
In the part of the space between the liner 38 and the housing part 20, which is next to the opening 260 on the end flange, a partition plate 262 is set through which the coolant is passed from the part 90 to the opening 260. Since the end wall 136 is attached to the end of the liner 38 by means of the washer 246, the tube 258 is provided with an expandable connection 264 through which the thermal expansion movements of the liner 88 with respect to the housing part 20 are accommodated. The part 252 of the cooling space 156 of the end wall 136 serves as a distributor for the supplied coolant, so that the coolant is distributed into the various cooling channels of the end wall.
The distribution means consist of three suitably curved U-profiles 266, 268 and 270. They are attached to the inside of the disk 246 with their longitudinal edges. The profiles come together at the inlet opening 254 with their open ends, while the ends pointing away from the opening are closed. Passages for distributing the coolant are formed between the profiles and around them. These passages result in effective cooling of the adjacent parts of the end wall 136.
The coolant is discharged through a forked pipe 272 (Fig. 1), the parts of which are provided with expansion joints and are connected to openings 256 (Fig. 9). The tubes and the disks <B> 234, 238 </B> and 236, 248 are provided with internal cooling fins 274 in order to enlarge the cooling surface.
The formation of the cooling fins corresponds to the formation of the cooling fins of the inner lining. It can be seen that the coolant flow through the end wall 136 at the low-pressure end is parallel to the coolant flow through the housing jacket, the rotors and to the front wall 134 at the high-pressure end. In the outlet of the various flow paths, dampers or the like can be provided in order to regulate the distribution of the coolant in the various coolant paths.
By means of an L-shaped part of the end wall 136, an axial outlet 276 (FIG. 1) of partly double ring shape is created for the working medium which leaves the low-pressure end of the rotor slots. The extension 58 of the inner lining, which forms the outlet of the working medium, has a bulged part 278 for guiding the working medium, which passes from the outlet ring 276 into the outlet 58 of the working medium.
The housing is provided with four feet 280 (Fig.2 to 4) to attach it to a suitable support bed. The standing surfaces of the feet are arranged a little below the horizontal plane through the rotor axes to reduce the height of the rotor axes over the bed compared to machines that rest on the end of the outlet. The machine drives the pump that supplies the coolant for the housing directly.
The height of the compressor axes above their bed is kept sufficiently large compared to the height of the rotor axes of the engine above the bed, since the compressor is less hot than the rotary piston engine. It is chosen so that the rotor axes of both machines are at the same height during operation.
The housing described has a stand area that is not directly exposed to the hot work medium; the feet are cooled by the coolant of the housing on the housing side and are in contact with the surrounding atmosphere on the outer surface.
The inner liner can expand axially when the rotors expand, and the seal between the rotor ends and the end pieces is maintained by allowing relative movement to be arranged between the inner liner and the outer housing part 20. The flexible connection between the rotor ends and the inner liner also helps.
The rotors can be made of heat-resistant, tempered steel with a content of 0.25% C, 1.1 o / c Cr and 0.20% Mo or 0.15% C,
0.80% Cr, 0.6% Mo and 0.4 to 1.0% Mn. These percentages can at least be provided for the rotary lobes.
The inner lining and its attachment, which forms the working fluid outlet, as well as the remaining rotor parts and the closing parts can be made of steel with a content of 0.09% C and 14 / o Cr.
The two inner funnels of the working medium inlet can be made of an austenitic steel with a content of 0.18% C,
25% Cr and 23% Si can be produced. The parts of the housing which form the outer housing part 20 can be made from ordinary sheet iron, for example the outermost inlet funnel for the working medium.
The ribs of the outer housing part 20 used to support the lining can be made of ordinary low carbon steel or ordinary sheet iron, and the end wall on the low pressure side can also be made of low carbon steel.
In the cooling system for the rotary piston machine, the coolant flow is divided into a number of paths that run parallel to one another and also essentially parallel to the flow of the work medium. Here, the temperature difference between the ends of the high and low temperature is balanced out in the best possible way.
The rotor body and the inlet of the working medium are designed and coordinated in such a way that each surface unit of the rotor that is in contact with the supplied working medium at the inlet temperature also comes into contact with the expanding working medium during at least part of each rotation . As a result, each part of the working surfaces of the rotors assumes a temperature which is considerably below the inlet temperature of the working medium, without the high temperature energy being cooled away by the working surfaces.
The cooling channels in the ribs of the rotors are arranged close to the surfaces and result in even cooling of the entire work surface, so that a higher inlet temperature is possible while only the smallest part of the energy of this high temperature is cooled away.
In the temperature diagram of FIG. 16, the solid line represents the temperature drop through the housing at a point which is close to the inlet of the working medium. The temperature of the working fluid in the working chambers, which has to be developed at the beginning, is, for example, 1200 C, while the temperature of the surface of the inner lining of the rotors is for example 500 C. The temperature drop in the liner is about 85 C. The temperature of the coolant which fills the internal cooling space, which is close to the liner, is about 200 C at points where the coolant enters and which are close to the entry of the coolant.
The temperature of the coolant in the outer cooling space is around 400 C and the outer wall temperature of the housing is around 250 C.
The working fluid emerges at a temperature of around 300 C. The dashed line shows the temperatures in a part of the housing in the vicinity of the working medium outlet. The upper surface of the inner lining has a temperature of about 500 C, and the temperature of the cooling means in the inner cooling space on the lining has risen here from a temperature of 200 C, as mentioned above, that the temperatures of the two surfaces of the The partition between the cold room parts are practically the same or 375 C. This is the temperature of the coolant in the outer cold room part. In other words, the coolant has the same temperature in all outer parts of the room.
From the foregoing, it follows that the parts of the housing at the hottest end are cooled by the coolest coolant, while the parts at the coolest end are cooled by the hottest coolant. This is done in order to keep the temperature evenly distributed over the entire housing. The temperatures given are only examples and may vary more or less depending on the design and the various operating conditions.
The invention is not limited to rotary piston devices with only two rotary pistons; the invention can also be used when there is more than just one expansion stage or compression stage.