DD245929A5 - Verfahren zum komprimieren von gasfoermigen foerdermedium sowie roots-kompressor zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft das Komprimieren von gasfoermigem Foerdermedium mit einem Roots-Kompressor, bei dem abwechselnd in die jeweils von dem jeweiligen Rootskolben und der zugeordneten Foerderraumwand gebildeten Foerderkammern nach dem Abschliessen gegenueber der Saugseite Foerdermedium aus der Druckseite gesteuert eingespeist wird. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, ein neuartiges, effektives Verfahren zum Komprimieren von gasfoermigem Foerdermedium sowie einen kostenguenstigen Roots-Kompressor mit hohen Gebrauchswerteigenschaften zu schaffen, mit dem ein Abbau der druckseitigen Pulsation fuer jede Drehzahl des Kompressors in der gleichen Groessenordnung realisierbar ist, wobei der absolute Wert des Abbaues ueber den optimalen, bisher erreichbaren Werten liegen soll. Die Aufgabe wird erfindungsgemaess derart geloest, dass die Einspeisung derart gesteuert wird, dass in der druckseitigen Foerderkammer ein Unterdruckimpuls erzeugt wird, und dass die auf Grund des Unterdruckimpulses erzeugte Welle die auf Grund des Ueberdruckimpulses beim Eintauchen des Kolbenkopfes des einen Kolbens in den Taillenbereich des anderen Kolbens erzeugten Welle ausloescht. Fig. 1
Description
Hierzu 3 Seiten Zeichnungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Komprimieren von gasförmigem Fördermedium mit einem Roots-Kompressor, bei dem abwechselnd in diejeweilsvon dem jeweiligen Rootskolben und der zugeordneten Förderraumwand gebildete Förderkammern nach dem Abschließen gegenüber der Saugseite Fördermedium aus der Druckseite gesteuert eingespeist wird. Die Erfindung betrifft ferner einen Rootskompressor zur Durchführung des Verfahrens.
Bei Roots-Kompressoren besteht allgemein das Problem, daß ein Teil des bereits komprimierten Fördermediums beim Öffnen der Förderkammer zur Druckseite in die Förderkammer zurückschlägt. Diese Strömungsumkehr führt zu starken Schwingungserscheinungen sowohl im bzw. am Roots-Kompressor als auch im nachgeschalteten druckseitigen Rohrleitungssystem.
Zwar ist bereits versucht worden, diese Schwingungserscheinungen dadurch herabzumindern, daß Fördermedium aus der Druckseite in die Förderkammern vorderen Öffnen zur Druckseite eingespeist wird (vgl. beispielsweise DE-PS 11 33500, DE-AS 1258543; Bulletin of JSME, Vol. 24, Nr. 189, März 1981, Seiten 547 bis 554). Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen kann jedoch ein Zurückschlagen des Fördermediums aus der Druckseite in die Förderkammer nicht vollständig vermieden werden, so daß mit diesen bekannten Vorschlägen allenfalls eine Minderung der Schwingungsanregung möglich ist. Ferneristes aus der US-PS 4215977 bereits bekannt, daß die bei der Kompression von gasförmigem Fördermedium durch Roots-Kompressoren auftretenden Pulsationen bzw. Schwingungserscheinungen in der druckseitigen Förderleitung noch weiter reduziert werden können, wenn von dem auf die Druckseite geförderten Fördermedium vor dem Einspeisen in die Förderleitung der jeweils für die Verdichtung erforderliche Anteil des Fördermediums stets gleichmäßig entnommen wird. Hierzu ist es allerdings erforderlich, die Betriebsbedingungen äußerst exakt einzuhalten, was überwiegend in der Praxis nicht möglich ist. Eine nachträgliche Anpassung an die in der Praxis vorliegenden Betriebsbedingungen ist jedoch mit Kompressoren dieser Art nicht möglich.
. Ein Roots-Kompressor, mit dem ohne großen technischen Aufwand und aufwendige Umstellarbeiten eine Anpassung an unterschiedliche Betriebsbedingungen möglich ist, ist aus der DE-OS 3238015 bekannt. Bei diesem Roots-Kompressor werden leistenartige Einstellschieber in Ausnehmungen von den Stirnflächen des Förderraumes her eingeschoben. Mit einer derartigen Konstruktion kann auf einfache Weise unter Beibehaltung der über den Drehwinkel festgelegten Öffnungscharakteristik in
Dadurch kann ein- und dieselbe Maschine ohne großen technischen Aufwand und ohne aufwendige Umstellarbeiten unterschiedlichen Betriebsbedingungen ohne weiteres angepaßt werden. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn eine Anpassung des Kompressors an die speziellen Bedingungen des Betreibers erforderlich ist, weil die Bestelldaten mit den Betriebsdaten — wie in der Praxis häufig — nicht übereinstimmen.
Messungen haben nun ergeben/daß mit der bekannten Lösung nach der DE-OS 3238015 die mit den Einstellschiebern erzielbaren Wirkungen hinsichtlich des Abbaues der druckseitigen Pulsation — über den Drehzahlbereich des Kompressors betrachtet — stark unterschiedlich sind, d.h. nicht für jede Drehzahl ein Pulsationsabbäu gleicher Größenordnung erzielbar ist.
Ziel der Erfindung ist es, die Gebrauchswerteigenschaften von Roots-Kompressoren der gattungsgemäßen Art auf kostengünstige Weise zu erhöhen und ein effektives Komprimieren von gasförmigem Fördermedium zu erreichen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein neuartiges Verfahren zum Komprimieren von gasförmigem Fördermedium sowie einen Roots-Kompressor zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit dem ein Abbau der druckseitigen Pulsation für jede Drehzahl des Kompressors in der gleichen Größenordnung realisierbar ist, wobei der absolute Wert des Abbaues über den optimalen bisher erreichbaren Werten liegen soll.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einspeisung derart gesteuert wird, daß in der druckseitigen Förderkammer ein Unterdruckimpuls erzeugt wird, und daß die auf Grund des Unterdruckimpulses erzeugte Welle die auf Grund des Überdruckimpulses beim Eintauchen des Kolbenkopfes des einen Kolbens in den Taillenbereich des anderen Kolbens erzeugte Welle auslöscht.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß als Ursache für die Pulsation und Schwingungserscheinungen auf der Druckseite nicht nur das Zurückschlagen von bereits komprimiertem Fördermedium in die sich zur Druckseite hin öffnenden Förderkammern zu sehen ist, sondern auch der beim Eintauchen des Kolbenkopfes des einen Kolbens in den Taillenbereich des anderen Kolbens erzeugte Überdruckimpuls. Um die durch diesen Überdruckimpuls erzeugte Welle zu eliminieren, erfolgt die Einspeisung erfindungsgemäß derart, daß eine „Gegenwelle" erzeugt wird, die hinsichtlich Wellenlänge, Amplitude, Schwingungsrichtung und Gangunterschied derart gestaltet ist, daß sich Welle und „Gegenwelle" auslöschen. Auf Grund dieser Ausgestaltung wird zum einen eine Reduzierung der druckseitigen Pulsationen und Schwingungserscheinungen in einer bisher nicht erreichten Größenordnung erzielt. Zum anderen können erstmalig die Pulsationen und Schwingungserscheinungen nicht nur über einen eng begrenzten, sondern über den gesamten Drehzahlbereich optimal abgebaut werden.
_ Versuche haben gezeigt, daß sich das erfindungsgemäße Verfahren in besonders vorteilhafter Weise mit Roots-Kompressoren mit dreiflügeligen Rootskolben realisieren läßt. So kann unter anderem die Steuerung der „Gegenwelle" in bezug auf die Phasenlage und die Amplitude praktisch ohne Einfluß auf die Querschnitte im Saug- und Druckstutzen optimale vorgenommen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Einspeisung im Bereich des'einen Rootskolbens gegenüber der Einspeisung im Bereich des anderen Rootskolbens zeitlich versetzt vorgenommen. Durch diese „Asymmetrie" der Einspeisung eröffnen sich besondere Steuerungsmöglichkeiten, die beispielsweise zur Korrektur von Fertigungstoleranzen, zur Korrektur von Ablagerungen im Kompressorgehäuse oder dergleichen dienen können. Das erfindungsgemäße Verfahren wird in besonders vorteilhafter Weise mit einem Roots-Kompressor realisiert, der dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Steuerung des Unterdruckimpulses mit den Rootskolben über einen Spalt zusammenwirkende feststehende und/oder bewegliche Elemente vorgesehen sind, die in der Förderraumwand angeordnet sind und über die der Spalt in axialer und radialer Richtung veränderbar ist.
Die Elemente können grundsätzlich in verschiedener Weise gestaltet sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Elemente zur axialen Veränderung als von den Stirnflächen her in den Förderraum einschiebbare leistenartige Einstellschieber und die Eiern snte zur radialen Veränderung als koaxiale Drehschieber ausgebildet sind. Auf diese Weise ist eine stufenlose Einstellung sowohl in radialer als auch in axialer Richtung möglich, ohne daß hierfür große Montage- und Umstellarbeiten an den Steuerelementen erforderlich sind. , · .
In einer Vielzahl von Anwendungsfällen ist es nicht erforderlich, in axialer oder in radialer oder in beiden Richtungen stufenlos ' einzustellen, zumal hierzu ein gewisser technischer Aufwand erforderlich ist. In diesen Fällen ist es vorteilhaft, eine Ausgestaltung derart zu wählen, daß die Elemente zur axialen Veränderung als Einsätze und die Elemente zur radialen Veränderung als koaxiale Drehschieber ausgebildet sind, oder daß die Elemente zur axialen Veränderung als von den Stirnflächen her in den,Förderraum einschiebbare leistenartige Einstellschieber und die Elemente zur radialen Veränderung als Einsätze ausgebildet sind, oder daß sowohl die Elemente zur axialen Veränderung als auch die Elemente zur radialen Veränderung als Einsätze ausgebildet sind.
Die oben beschriebenen Möglichkeiten beziehen sich auf eine Steuerung im Bereich von Kolbenkopf und Zylinderwandung. Es sind jedoch erfindungsgemäß auch Steuerungsmöglichkeiten im Bereich der Stirnseite des Kolbens sowie des Kolbengehäuses realisierbar.
Gemäß der vorteilhaften Ausführungsform sind die Elemente zur radialen Veränderung als parallel zur Kolbenachse verlaufende Leisten ausgebildet, die im wesentlichen in radialer Richtung ein- und ausfahrbar inderZylinderwaridung gelagert sind. Durch eine derartige Ausbildung werden zwar die für die Steuerung in Abhängigkeit vom Drehwinkel jeweils erforderlichen Flächen nur angenähert realisiert. Der dabei erzielte Effekt ist jedoch — wie Versuche gezeigt haben :—trotz der lediglich angenäherten Flächenausbildung noch erheblich.
Im folgenden sind zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der Erfindung drei Ausführungsbeispiele von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Roots-Kompressoren unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
Um den für den erfindungsgemäßen Auslöscheffekt erforderlichen Unterdruckimpuls erzeugen und steuern zu können, sind bei allen drei Ausführungsbeispielen Elemente im Bereich der „Überströmstelle" der Förderraumwand angeordnet, mit denen der zwischen Rootskolben und Förderraumwand wirksame Spalt in axialer und radialer Richtung veränderbar ist, d. h. in beiden Richtungen gezielt eine Veränderung vorgenommen werden kann
Es zeigen:
Fig. 1: schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem sowohl zur axialen als auch zur radialen Veränderung bewegliche
Elemente vorgesehen sind; Fig. 2: schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem zur radialen Veränderung bewegliche und zur axialen
Veränderung feststehende Elemente eingesetzt werden; Fig.3: schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem zur radialen Veränderung spezielle, lediglich ein angenähertes Ergebnis liefernde Elemente und zur axialen Veränderung feststehende Elemente vorgesehen sind.
Bei allen drei Ausführungsbeispielen ist die Schnittebene jeweils derart gelegt, daß der Schnitt auf der rechten Seite etwa durch die Mitte und der Schnitt auf der linken Seite etwa durch den Randbereich derfür die Steuerung des Unterdruckimpulses vorgesehenen Elemente verläuft.
Bei allen drei Ausführungsbeispielen weist der Roots-Kompressor zwei in bekannter Weise miteinander kämmende Rootskolben 1 auf, die in einem Zylinder 2 gelagert sind. Der Zylinder 2 weist eine den Rootskolben jeweils zugeordnete Zylinderwand 3 auf, an die jeweils stirnseitig Stirnflächen 4 anschließen. Der Zylinder ist in an sich bekannter Weise mit einem Saugstutzen 5 und einem Druckstutzen 6 ausgestattet, die jeweils die Saugseite Sund die Druckseite D definieren.
In allen drei Ausführungsbeispielen ist die Zylinderwand 3 im Bereich ihrer der Druckseite D zugewandten Hälfte mit Fenstern F ausgestattet, die nach außen jeweils mittels eines Deckels 7 verschlossen sind. Im Bereich dieses Fensters F sind die erwähnten feststehenden und/oder beweglichen Elemente zur Steuerung des Unterdruckimpulses angeordnet, auf die im einzelnen im Zusammenhang mit dem jeweiligen Ausführungsbeispiel noch eingegangen werden wird.
Wie bei bekannten Roots-Kompressoren wird auch bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen abwechselnd in die jeweils von dem jeweiligen Rootskolben 1 und der zugeordneten Zylinderwand 3 (einschließlich Stirnflächen 4) gebildeten Förderkammern nach dem Abschließen gegenüber der Saugseite S Fördermedium aus der Druckseite D gesteuert eingespeist. Wie eingangs bereits beschrieben, wird jedoch erfindungsgemäß die Einspeisung derart gesteuert, daß durch den Einspeisvorgang in der druckseitigen Förderkammer ein Unterdruckimpuls erzeugt wird, dessen Welle die auf Grund des Überdruckimpulses beim Eintauchen des Kolbenkopfes des einen Kolbens in den Taillenbereich des anderen Kolbens erzeugte Welle auslöscht.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind sowohl die zur axialen als auch die zur radialen Veränderung vorgesehenen Elemente beweglich angeordnet. Die zur axialen Veränderung vorgesehenen Elemente bestehen dabei aus Einstellschiebern 8, die von der Stirnseite her über Schlitze 8 a in den Stirnflächen 4 in den Förderraum eingeschoben werden. Je nach Einschubtiefe der Einstellschieber 8 kann somit dem Spalt Sp — in axialer Richtung des Kompressors betrachtet — eine bestimmte Breite gegeben werden.
Zur radialen Veränderung des Spaltes Sp ist bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ein sogenannter koaxialer Drehschieber 9 vorgesehen. Dieser Drehschieber 9 besteht aus einer Schieberplatte 10, welche mit ihrer Außenseite 11 auf einem Einsatz 12 konzentrisch zur Zylinderwand 3 verschoben werden kann. Der Einsatz 12 wiederum ruht in dem Fenster Fund wird auf seiner Außenseite mittels des Deckels 7 abgedeckt.
Der Einsatz 12 weist einen Steg 13 mit einem Langloch 14 auf. Zu beiden Seiten des Steges 13 sind Führungslaschen 15 angeordnet, die auf der Außenseite 11 der Schieberplatte 10 befestigt sind. Die Führungslaschen 15 besitzen jeweils untereinander sowie mit dem Langloch 14 fluchtende Bohrungen, in die ein Führungsbolzen 16 eingeschoben ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die dem Rootskolben 1 zugewandte Fläche des leistenartigen Einstellschiebers 8 derart gestaltet, daß sie die Innenkontur der Zylinderwand 3 bis zum Anschluß an die Druckseite D fortsetzt.
Die Außenfläche des Schiebers 8 wiederum ist derart gestaltet, daß sie der Kontur der dem jeweiligen Rootskolben zugewandten Fläche der Schieberplatte 10 in deren ausgefahrener Stellung entspricht. Im Bereich der der Saugseite S zugewandten Seite des.
Fensters Fist der Zylinder 2 mit einer Aussparung 17 ausgestattet, die derart bemessen ist, daß die der Saugseite S zugewandte Seite der Schieberplatte 10 in Richtung des Pfeiles 18 in die Aussparung 17 eingeschoben werden kann. Da die Stärke der Schieberplatte 10 in Richtung zur Druckseite D hin abnimmt, d.h. die Schieberplatte im Querschnitt etwa keilförmig geformt ist, kann durch ein Verschieben in Richtung des Pfeiles 18 aus der in Fig. 1 dargestellten Lage heraus der Spalt Sp in radialer Richtung verändert werden. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist somit eine stufenlose Einstellung sowohl in axialer als auch in radialer Richtung möglich, ohne daß hierfür große Montage- und Umstellarbeiten an den Steuerelementen erforderlich sind.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zur radialen Veränderung bewegliche und zur axialen Veränderung feststehende Elemente vorgesehen. Die beweglichen Elemente sind —wie im Falle der Ausführungsform gemäß Fig. 1 —als Drehschieber 9 ausgebildet. Anstelle der von der Stirnseite her einschiebbaren leistenartigen Einstellschieber 8 wiederum sind feste Einsätze 19 vorgesehen, die — wie jeweils die linke Seite der Fig. 2 zeigt — im Bereich der Enden der Schieberplatte 10 der Drehschieber 9 angeordnet sind. Soll nun die Breite des Spaltes Sp — in axialer Richtung der Rotoren betrachtet — verändert werden, so müssen nach Entfernen des Deckels 7 die Einsätze zusammen mit dem Drehschieber 9 herausgenommen und durch andere, entsprechend der gewünschten Breite dimensionierte Einsätze ersetzt werden. Die Einsätze 19 haben zu diesem Zweck im Falle der Ausführungsform gemäß Fig. 2 dem Querschnitt der Schieberplatte 10 entsprechende Ausnehmungen, die je nach Breite — in axialer Richtung der Drehkolben gesehen — eine unterschiedliche Tiefe aufweisen können. Die dem Rootskolben 1 zugewandte Fläche der Einsätze 19 ist dabei derart gestaltet, daß die Innenkontur der Zylinderwand 3 bis zum Anschluß an die Druckseite D fortsetzt.
Bei dem in Fig.3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zur radialen Veränderung in jedem Fenster F zwei .Leisten 20 und 20a vorgesehen, die parallel zur Achse der Rootskolben ausgerichtet und im wesentlichen in radialer Richtung zu diesen ein- und ausfahrbar in Schlitzen 21 eines Einsatzes 22 gelagert sind.
Auf ihrer den Rootskolben abgewandten Seite sind die Leisten 20 und 20a jeweils mit Gewindebolzen 23 ausgestattet, auf die Stellmuttern 24 aufgeschraubt sind, die sich an einem Steg 25 des Einsatzes 22 abstützen. Durch Verdrehen der Stellmuttern können somit die Leisten 20 und 20a den jeweiligen.Erfordernissen entsprechend aus den Schlitzen 21 um einen bestimmten Betrag ausgefahren oder im Bedarfsfalle wieder in die Schlitze hineingezogen werden.
Zur axialen Veränderung wiederum sind — wie die linke Seite der Fig.3 zeigt — feste Einsätze 26 vorgesehen, die mit Aussparungen oder Schlitzen 27 für die Leisten 20 und 20 a ausgestattet sind. Zur Veränderung der Breite des Spaltes — in axialer Richtung der Rootskolben gesehen — müssen somit lediglich feste Einsätze 26 unterschiedlicher Breite eingesetzt werden, wie dies auch im Falle der Ausführungsform gemäß Fig. 2 erforderlich ist.
Die Anzahl der Leisten 20 und 20 a sowie deren Lage im Fenster F richtet sich nach den jeweiligen Gegebenheiten. Dabei wird in Kauf genommen, daß durch eine derartige Ausbildung die für die Steuerung in Abhängigkeit vom Drehwinkel jeweils erforderliche Fläche nur angenähert realisiert wird.
Claims (8)
- Erfindungsanspruch:1. Verfahren zum Komprimieren von gasförmigem Fördermedium mit einem mindestens zweiflügelige, vorzugsweise dreiflügelige Rootskolben aufweisenden Roots-Kompressqr, bei dem abwechselnd in die jeweils von dem jeweiligen Roots-Kolben und der zugeordneten Förderraumwand gebildeten Förderkammern nach dem Abschließen gegenüber der Saugseite Fördermedium aus der Druckseite gesteuert eingespeist wird, gekennzeichnet dadurch, daß die Einspeisung derart gesteuert wird, daß in der druckseitigen Förderkammer ein Unterdruckimpuls erzeugt wird, und daß die auf Grund des Unterdruckimpulses erzeugte Welle die auf Grund des Überdruckimpulses beim Eintauchen des Kolbenkopfes des einen Kolbens in den Taillenbereich des anderen Kolbens erzeugte Welle auslöscht.
- 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Einspeisung im Bereich des einen Rootskolbens gegenüber der Einspeisung im Bereich des anderen Rootskolbens zeitlich versetzt vorgenommen wird.
- 3. Roots-Kompressor zur Durchführung des Verfahrens nach den Punkten 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß zur Steuerung des Unterdruckimpulses mit den Rootskolben (1) über einen Spalt (Sp) zusammenwirkende feststehende und/oder beweg liehe Elemente vorgesehen sind, die in der Förderraumwand angeordnet sind und über die der Spalt (Sp) in axialer und radialer Richtung veränderbar ist.
- 4. Roots-Kompressor nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Elemente zur axialen Veränderung als von den Stirnflächen (4) her in den Förderraum einschiebbare leistenartige Einstellschieber (8) und die Elemente zur radialen Veränderung als koaxiale Drehschieber (9) ausgebildet sind.
- 5. Roots-Kompressor nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Elemente zur axialen Veränderung als Einsätze (19) und die Elemente zur radialen Veränderung als koaxiale Drehschieber (9) ausgebildet sind.
- 6. Roots-Kompressor nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß Elemente zur axialen Veränderung als von den Stirnflächen (4) her in den Förderraum einschiebbare leistenartige Einstellschieber (8) und die Elemente zur radialen Veränderung als Einsätze ausgebildet sind.
- 7. Roots-Kompressor nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß sowohl die Elemente zur axialen Veränderung als auch die Elemente zur radialen Veränderung als Einsätze ausgebildet sind.
- 8. Roots-Kompressor nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Elemente zur radialen Veränderung als parallel zur Kolbenachse verlaufende Leisten (20; 20 a) ausgebildet sind, die im wesentlichen in radialer Richtung ein- und ausfahrbar in der Zylinderwand gelagert sind.
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