DE10064711A1 - Asymmetrischer Schneckenverdichter - Google Patents
Asymmetrischer SchneckenverdichterInfo
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Abstract
Es wird ein asymmetrischer Schneckenverdichter offenbart. Der Verdichter enthält eine umlaufende Schnecke, die eine Windung aufweist, die eine Involutionskurvenform hat, einen Oldham-Ring, der an einer unteren Oberfläche der umlaufenden Schnecke angeordnet ist, um eine Gegendrehung der umlaufenden Schnecke zu verhindern, und eine feststehende Schnecke mit einer Windung, die eine Involutionskurvenform aufweist und mit der Windung der umlaufenden Schnecke derart in Eingriff steht, daß durch die Drehbewegung der umlaufenden Schnecke Verdichtungskammern zwischen den Windungen der umlaufenden Schnecke und der feststehenden Schnecke definiert werden. Die Windung der feststehenden Schnecke erstreckt sich im Bereich von 180 DEG in die Richtung, in welche die Involutionskurve verläuft, weiter als die Windung der umlaufenden Schnecke. Ein Mittelpunkt des Grundkreises der Windung der umlaufenden Schnecke ist in einem Bereich angeordnet, der peripher zwischen 30 DEG in eine Richtung, in welche die bestehende Windung der umlaufenden Schnecke aufgewickelt ist, und 60 DEG in eine Richtung, in welche die bestehende Windung der umlaufenden Schnecke verläuft, reicht, gemessen von einer geraden Linie, die einen Mittelpunkt eines Grundkreises der bestehenden Windung der umlaufenden Schnecke mit einem äußeren Ende der bestehenden Windung der umlaufenden Schnecke verbindet, und radial vom 0,1-fachen bis zum 0,5-fachen eines Drehradius der Windung der umlaufenden Schnecke.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen asymmetrischen
Schneckenverdichter, und insbesondere betrifft die
vorliegende Erfindung einen asymmetrischen
Schneckenverdichter, der ein Gegendrehmoment einer
umlaufenden Schnecke minimieren kann, eine Richtung einer
Kraft, die auf einen Oldham-Ring wirkt, konstant halten
kann, um eine Umkehr des Drehmoments der umlaufenden
Schnecke zu verhindern, und eine unausgeglichene Kraft
von ausströmenden Gas, die bei einem Entladungshub
erzeugt wird, auf ein Minimum reduzieren kann.
Im allgemeinen dient ein Verdichter als Maschine zum
Verdichten eines Fluids wie Luft, Kühlgas oder
dergleichen. Der Verdichter besteht aus einem
leistungserzeugenden Abschnitt zum Erzeugen einer
Antriebskraft, und einem Verdichtungsmechanismusabschnitt
zum Verdichten von Gas unter Nutzung der Antriebskraft,
die von dem leistungserzeugenden Abschnitt übertragen
wird. Verdichter werden im allgemeinen in
Rotationsverdichter, Kolbenverdichter und
Schneckenverdichter unterteilt, abhängig von der Form der
Verdichtungsmechanismusabschnitte.
Fig. 1 zeigt einen Verdichtungsmechanismusabschnitt eines
Schneckenverdichters. Wie in Fig. 1 enthält ein
Verdichtungsmechanismusabschnitt eines
Schneckenverdichters einen Rahmen 1. Eine umlaufende
Schnecke 4, die eine Windung 4a in Involutionskurvenform
hat, sitzt auf einer oberen Oberfläche des Rahmens 1.
Eine feststehende Schnecke 3 ist mit der umlaufenden
Schnecke 4 derart gekoppelt, daß sie die umlaufende
Schnecke 4 bedeckt. Die feststehende Schnecke 3 ist an
ihrer unteren Oberfläche mit einer Windung 3a
ausgebildet, die eine Involutionskurvenform hat, und ist
an ihrem mittleren Abschnitt mit einer Auslaßöffnung 3b
versehen. Die feststehende Schnecke 3 und die umlaufende
Schnecke 4 wirken zusammen, um dazwischen
Verdichtungskammern P zu definieren. Ein rundes
vorstehendes Teil 4b, das vorspringend an einer unteren
Oberfläche der umlaufenden Schnecke 4 ausgebildet ist,
ist mit einem exzentrischen Teil 2a einer Drehwelle 2
verbunden, das seinerseits mit einem leistungserzeugenden
Abschnitt (nicht dargestellt) verbunden ist.
Ein Oldham-Ring 30, der die Drehung der umlaufenden
Schnecke 4 verhindert, ist zwischen dem Rahmen 1 und der
umlaufenden Schnecke 4 angeordnet.
Fig. 2 zeigt ein Kupplungsverhältnis des Oldham-Rings 30
ausführlicher. Wie in Fig. 2 dargestellt, hat der Oldham-
Ring 30 eine ringförmige Gestalt. Ein erster und zweiter
Keil 32 und 33, die jeweils eine quadratische Säulenform
aufweisen, sind vorstehend an einer oberen Oberfläche des
Oldham-Rings 30 ausgebildet und entlang einer ersten
geraden Linie angeordnet. Ein dritter und vierter Keil 34
und 35, die jeweils eine quadratische Säulenform
aufweisen, sind vorstehend an der unteren Oberfläche des
Oldham-Rings 30 ausgebildet und entlang einer zweiten
geraden Linie angeordnet, die orthogonal zu der ersten
geraden Linie liegt, auf welcher sich der erste und
zweite Keil 32 und 33 befinden.
Die untere Oberfläche der umlaufenden Schnecke 4 ist
entlang der ersten geraden Linie mit einer ersten und
zweiten Keilnut 4c und 4d derart versehen, daß der erste
und zweite Keil 32 und 33 des Oldham-Rings 30 in der
ersten bzw. zweiten Keilnut 4c und 4d sitzen. Ebenso ist
die obere Oberfläche des Rahmens 1 entlang der zweiten
geraden Linie mit einer dritten und vierten Keilnut 1a
und 1b derart versehen, daß der dritte und vierte Keil 34
und 35 des Oldham-Rings 30 in der dritten bzw. vierten
Keilnut 1a und 1b sitzen.
Der Oldham-Ring 30 ist derart zwischen dem Rahmen 1 und
der umlaufenden Schnecke 4 angeordnet, daß der erste und
zweite Keil 32 und 33 in der ersten bzw. zweiten Keilnut
4c und 4d der umlaufenden Schnecke 4 sitzen, und der
dritte und vierte Keil 34 und 35 in der dritten bzw.
vierten Keilnut 1a und 1b des Rahmens 1 sitzen.
Wenn in dem Verdichtungsmechanismusabschnitt
Antriebskraft von dem leistungserzeugenden Abschnitt zu
der Drehwelle 2 übertragen wird, kreist die umlaufende
Schnecke 4, die an der Drehwelle 2 befestigt ist, in
einem Zustand, in dem die umlaufende Schnecke 4 mit der
feststehenden Schnecke 3 in Eingriff steht und durch den
Oldham-Ring 30 an einer Drehung gehindert wird. Durch die
kreisende Bewegung der umlaufenden Schnecke 4 wird die
relative Bewegung der Windungen 3a und 4a, die an der
feststehenden Schnecke 3 bzw. der umlaufenden Schnecke 4
ausgebildet sind und jeweils die Involutionskurvenform
aufweisen, herbeigeführt, wodurch es möglich ist,
kontinuierlich Gas aufzunehmen, zu verdichten und
abzugeben.
In der Folge wird ein Verdichtungsprinzip des
Schneckenverdichters mit Bezugnahme auf Fig. 3
beschrieben. Durch die Tatsache, daß die feststehende
Schnecke 3, welche die Windung 3a mit
Involutionskurvenform aufweist, und die umlaufende
Schnecke 4, welche die Windung 4a mit
Involutionskurvenform aufweist, miteinander in einem
Zustand in Eingriff stehen, in dem die Windungen 3a und
4a zueinander eine Phasendifferenz von 180° aufweisen,
entstehen jeweils halbmondförmige Verdichtungskammern P
an gegenüberliegenden Positionen. Wenn in dieser
Situation die umlaufende Schnecke 4 in bezug auf die
feststehende Schnecke 3 kreist, die an dem Rahmen 1 in
einem Zustand befestigt ist, in dem die umlaufende
Schnecke 4 durch den Oldham-Ring 30 an einer Drehung
gehindert wird, werden, wenn die Verdichtungskammern P zu
einer Mitte des Schneckenverdichters bewegt werden, die
Volumina der entsprechenden Verdichtungskammern P
verringert, und dadurch wird eine Verdichtungsfunktion
des Schneckenverdichters ausgeführt.
Genauer gesagt strömt in diesem Verdichtungsvorgang
Kühlgas, das in den Schneckenverdichter eingeleitet wird,
durch eine Einlaßöffnung (nicht dargestellt), die durch
eine Seitenwand der feststehenden Schnecke 3 definiert
ist, in die feststehende Schnecke 3.
Zu diesem Zeitpunkt fließt ein Teil des aufgenommenen
Gases in eine erste Verdichtungskammer P1, die neben der
Einlaßöffnung der feststehenden Schnecke 3 definiert ist,
und dann wird ein Verdichtungsvorgang ausgeführt.
Gleichzeitig fließt der andere Teil des aufgenommenen
Gases entlang eines Führungsdurchlasses, der durch die
feststehende Schnecke 3 definiert ist, in eine zweite
Verdichtungskammer P2, die direkt gegenüber der ersten
Verdichtungskammer P1 definiert ist, so daß sie in einem
Abstand von 180° zu der ersten Verdichtungskammer P1
angeordnet ist, und dann wird ein Verdichtungsvorgang
ausgeführt. Wenn die umlaufende Schnecke 4 kreist, wird
das in den Verdichtungskammern P vorhandene Kühlgas,
wobei dieses Kühlgas symmetrisch und gleichzeitig
verdichtet wird, weiter verdichtet, während es zu der
Mitte des Schneckenverdichters bewegt wird, und wird dann
durch die Auslaßöffnung 3b, die im mittleren Abschnitt
der feststehenden Schnecke 3 definiert ist, abgegeben.
Wie aus Fig. 4 leicht erkennbar ist, ist andererseits bei
einem asymmetrischen Schneckenverdichter, aufgrund der
Tatsache, daß eine Windung 5a einer feststehenden
Schnecke 5 so geformt ist, daß sie um 180° oder weniger,
länger als eine Windung 6a einer umlaufenden Schnecke 6
ist, die Aufnahme einer größeren Menge an Kühlgas in
demselben Volumen im Vergleich zu einem herkömmlichen
symmetrischen Schneckenverdichter möglich, wodurch ein
Hubvolumen vergrößert wird. Da es auch möglich ist, eine
Erwärmung des in die Verdichtungskammern P aufgenommenen
Kühlgases zu verhindern, kann eine Aufnahmemenge des
Kühlgases weiter erhöht werden.
Mit Bezugnahme auf Fig. 5 wird indessen bei einem
Schneckenverdichter ein Drehmoment der umlaufenden
Schnecke durch folgende Gleichung berechnet:
Mt = Ft × {β - rcos(δe - θ)}
Mt = Ft × {β - rcos(δe - θ)}
wobei Ft die Gaskraft ist, die in einer tangentialen
Richtung wirkt, β eine Strecke von einem Mittelpunkt der
umlaufenden Schnecke zu einem Ausübungspunkt der Gaskraft
Ft ist, r eine Exzentrizität zwischen einem Mittelpunkt
einer Endplatte der umlaufenden Schnecke und einem
Mittelpunkt eines Grundkreises einer Involutionskurve der
Windung der umlaufenden Schnecken ist, θ ein
Verdrehungswinkel ist, und δe ein exzentrischer Winkel
ist, der an einem äußeren Ende der Windung in eine
Richtung gemessen wird, in welche die Windung
aufgewickelt ist.
Im Falle eines herkömmlichen symmetrischen
Schneckenverdichters wirkt aufgrund δer Tatsache, daß die
Drücke in zwei Verdichtungskammern identisch sind, da β
mit 1/2ε (das heißt, eine Hälfte eines Umlaufradius)
konstant ist und r = 0, das Drehmoment in eine konstante
Richtung und dadurch wird das Verhalten der umlaufenden
Schnecke stabilisiert.
Im Gegensatz dazu bewegt sich bei einem herkömmlichen
asymmetrischen Schneckenverdichter bei unveränderter
Gaskraft Ft aufgrund der Asymmetrie in den Drücken der
Verdichtungskammern der Wert von β in eine positive oder
negative Richtung, wobei die Asymmetrie durch eine
Differenz in einer aufgenommenen Gasmenge verursacht
wird. Somit bewegt sich auch das Drehmoment Mt in die
positive oder negative Richtung, während die umlaufende
Schnecke kreist. Dadurch vibriert die umlaufende Schnecke
in vor- und rückwärts gehende Umlaufrichtungen.
Fig. 6 ist ein Diagramm, welches ein Verhältnis zwischen
einer Kraft, die auf die umlaufende Schnecke wirkt, und
den Keilen des Oldham-Rings in dem zuvor beschriebenen
Zustand zeigt. Fig. 7 ist eine Graphik, die ein
Drehmoment zeigt, das auf die umlaufende Schnecke
ausgeübt wird, während die umlaufende Schnecke in dem
zuvor beschriebenen Zustand kreist, und Fig. 8 ist eine
Graphik, welche die Kraft zeigt, die auf die Keile des
Oldham-Rings aufgrund des Drehmoments der umlaufenden
Schnecke ausgeübt wird.
Wie in den Fig. 6 bis 8 dargestellt ist, wird durch
die Tatsache, daß das Drehmoment und das Gegendrehmoment
auf die umlaufende Schnecke in die positive und negative
Richtung wirken, da einer oder beide der Keile 32 und 33
des Oldham-Rings eine Kontaktkraft auf deren beide Seiten
ausüben, das Verhalten der umlaufenden Schnecke 6 und des
Oldham-Rings 30 instabilisiert. Aufgrund der Tatsache,
daß die Keile 32 und 33 des Oldham-Rings 30 mit der
umlaufenden Schnecke 6 in einem Zustand in Kontakt
gebracht werden, in dem sie in den Keilnuten 6b bzw. 6c,
die in der umlaufenden Schnecke 6 definiert sind, sitzen,
werden des weiteren ein Vibrationsgeräusch und ein
Kontaktabrieb erzeugt. Durch die Vibration der
umlaufenden Schnecke 6 in die vor- und rückwärtige
Umlaufrichtung werden des weiteren Spalten in den
Verdichtungskammern erzeugt und dadurch ein Druckverlust
verursacht.
Da im Falle des symmetrischen Schneckenverdichters beide
Verdichtungskammern denselben Druck haben, sind
zusätzlich die volumetrischen Verhältnisse (d. h., die
Verdichtungsverhältnisse) beider Verdichtungskammern bei
einem Entladungshub gleich. Da im Falle des
asymmetrischen Schneckenverdichters jedoch beide
Verdichtungskammern unterschiedliche Drücke aufweisen,
tritt zunehmend ein Druckabgang von einer
Verdichtungskammer mit hohem Druck zu der anderen
Verdichtungskammer mit geringem Druck auf.
Selbst in dem Fall, in dem die volumetrischen
Verhältnisse beider Verdichtungskammern so festgelegt
sind, daß sie gleich sind, sind folglich zu dem
Zeitpunkt, zu dem der Entladevorgang tatsächlich
stattfindet, die Drücke beider Verdichtungskammern
unterschiedlich. Dadurch wird aufgrund der Tatsache, daß
eine Verdichtungskammer übermäßig komprimiert wird und
die andere Verdichtungskammer unzureichend komprimiert
wird, ein Fluidverlust im Entladehub hervorgerufen, und
demnach wird das Ungleichgewicht in der Gaskraft
vertieft. Somit entsteht ein Problem, da das Verhalten
der umlaufenden Schnecke instabil wird.
Daher wurde die vorliegende Erfindung in dem Bemühen
gemacht, die Probleme zu lösen, die nach dem Stand der
Technik auftreten, und eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist die Bereitstellung eines asymmetrischen
Schneckenverdichters, der ein Gegendrehmoment, das auf
eine umlaufende Schnecke wirkt, derart minimieren kann,
daß das Verhalten der umlaufenden Schnecke stabilisiert
wird, eine Richtung einer Kraft, die auf einen Oldham-
Ring wirkt, derart konstant halten kann, daß das
Verhalten des Oldham-Rings stabilisiert wird, und die
unausgewogene Kraft des ausströmenden Gases, das bei
einem Entladehub erzeugt wird, auf ein Minimum reduzieren
kann.
Zum Erreichen der obengenannten Zielsetzung wird gemäß
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein
asymmetrischer Schneckenverdichter bereitgestellt,
umfassend eine umlaufende Schnecke mit einer Endplatte
und einem runden vorstehenden Teil, die konzentrisch
ausgebildet sind, und die eine Windung aufweist, die an
einer oberen Oberfläche der Endplatte ausgebildet ist und
eine Involutionskurvenform aufweist, einen Oldham-Ring,
der an einer unteren Oberfläche der umlaufenden Schnecke
derart angeordnet ist, daß eine Drehung der umlaufenden
Schnecke verhindert wird, und eine feststehende Schnecke,
die einen oberen Abschnitt der umlaufenden Schnecke
bedeckt und eine Windung aufweist, die eine
Involutionskurvenform aufweist und mit der Windung der
umlaufenden Schnecke derart in Eingriff steht, daß
Verdichtungskammern zwischen den Windungen der
umlaufenden und feststehenden Schnecken durch die
Drehbewegung der umlaufenden Schnecke definiert sind,
wobei die Windung der feststehenden Schnecke im Bereich
von 180° weiter in eine Richtung, in welche sich eine
Involutionskurve erstreckt, als die Windung der
umlaufenden Schnecke verläuft, wobei ein Mittelpunkt
eines Grundkreises der umlaufenden Schnecke in einem
Bereich angeordnet ist, der peripher von 30° in eine
Richtung, in welche sich die bestehende Windung der
umlaufenden Schnecke erstreckt, bis 60° in eine Richtung,
in welche die bestehende Windung der umlaufenden Schnecke
aufgewickelt ist, reicht, gemessen von einer geraden
Linie, die einen Mittelpunkt eines Grundkreises der
bestehenden Windung der umlaufenden Schnecke, wobei der
Mittelpunkt einem Mittelpunkt der Endplatte und des
runden vorstehenden Teils entspricht, mit einem äußeren
Ende der bestehenden Windung der umlaufenden Schnecke
verbindet, und radial vom 0,1-Fachen bis zum 0,5-Fachen
eines Umlaufradius der Windung der umlaufenden Schnecke.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung
wird ein asymmetrischer Schneckenverdichter
bereitgestellt, umfassend eine umlaufende Schnecke mit
einer Endplatte und einem runden vorstehenden Teil, die
konzentrisch ausgebildet sind, und die eine Windung
aufweist, die an einer oberen Oberfläche der Endplatte
ausgebildet ist und eine Involutionskurvenform aufweist,
einen Oldham-Ring, der an einer unteren Oberfläche der
umlaufenden Schnecke derart angeordnet ist, daß eine
Drehung der umlaufenden Schnecke verhindert wird, und
eine feststehende Schnecke, die einen oberen Abschnitt
der umlaufenden Schnecke bedeckt und eine Windung
aufweist, die eine Involutionskurvenform aufweist und mit
der Windung der umlaufenden Schnecke derart in Eingriff
steht, daß Verdichtungskammern zwischen den Windungen der
umlaufenden und feststehenden Schnecken durch die
Umlaufbewegung der umlaufenden Schnecke definiert sind,
wobei die Windung der feststehenden Schnecke im Bereich
von 180° weiter in eine Richtung, in welche sich die
Involutionskurve erstreckt, als die Windung der
umlaufenden Schnecke verläuft, wobei einer von Keilen,
die an einer oberen Oberfläche des Oldham-Rings
ausgebildet sind, in einem Bereich angeordnet ist, der um
den Umfang von 10° in eine Richtung, in welche die
Windung der umlaufenden Schnecke verläuft, und 80° in
eine Richtung, in welche die Windung der umlaufenden
Schnecke aufgewickelt ist, reicht, gemessen von einer
geraden Linie, die einen Mittelpunkt eines Grundkreises
der Windung der umlaufenden Schnecke mit einem äußeren
Ende der Windung der umlaufenden Schnecke verbindet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung
wird ein asymmetrischer Schneckenverdichter
bereitgestellt, umfassend eine umlaufende Schnecke mit
einer Endplatte und einem runden vorstehenden Teil, die
konzentrisch ausgebildet sind, und die eine Windung
aufweist, die an einer oberen Oberfläche der Endplatte
ausgebildet ist und eine Involutionskurvenform aufweist,
einen Oldham-Ring, der an einer unteren Oberfläche der
umlaufenden Schnecke derart angeordnet ist, daß eine
Drehung der umlaufenden Schnecke verhindert wird, und
eine feststehende Schnecke, die einen oberen Abschnitt
der umlaufenden Schnecke bedeckt und eine Windung
aufweist, die eine Involutionskurvenform aufweist und mit
der Windung der umlaufenden Schnecke derart in Eingriff
steht, daß Verdichtungskammern zwischen den Windungen der
umlaufenden und feststehenden Schnecken durch die
Drehbewegung der umlaufenden Schnecke definiert sind,
wobei die Windung der feststehenden Schnecke im Bereich
von 180° weiter in eine Richtung, in welche sich die
Involutionskurve erstreckt, als die Windung der
umlaufenden Schnecke verläuft, wobei, unter der Annahme,
daß ein volumetrisches Verhältnis ein Verhältnis zwischen
Aufnahmevolumen und einem Volumen bei Ausführung einer
Entladung bezeichnet, ein erstes volumetrisches
Verhältnis einer ersten Verdichtungskammer, die zwischen
einer inneren Oberfläche der Windung der feststehenden
Schnecke und einer äußeren Oberfläche der Windung der
umlaufenden Schnecke definiert ist, größer ist als ein
zweites volumetrisches Verhältnis einer zweiten
Verdichtungskammer, die zwischen einer äußeren Oberfläche
der Windung der feststehenden Schnecke und einer inneren
Oberfläche der Windung der umlaufenden Schnecke definiert
ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung
ist das erste volumetrische Verhältnis der ersten
Verdichtungskammer um mindestens 0,1 größer als das
zweite volumetrische Verhältnis der zweiten
Verdichtungskammer.
Die obengenannten Aufgaben und andere Merkmale und
Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der
folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit
den Zeichnungen deutlicher hervor, von welchen:
Fig. 1 eine Längsquerschnittsansicht ist, die einen
Verdichtungsmechanismusabschnitt eines herkömmlichen
Schneckenverdichters zeigt;
Fig. 2 eine in Einzelteile aufgelöste, perspektivische
Ansicht zeigt, welche Hauptkomponenten des
Verdichtungsmechanismusabschnitts des herkömmlichen
Schneckenverdichters zeigt;
Fig. 3 querverlaufende Querschnittsansichten zeigt, die
der Reihe nach ein Verdichtungsprinzip eines
symmetrischen Schneckenverdichters erklären;
Fig. 4 eine querverlaufende Querschnittsansicht ist, die
einen Verdichtungsmechanismusabschnitt eines
herkömmlichen asymmetrischen Schneckenverdichters zeigt;
Fig. 5 ein teilweise vergrößertes Diagramm ist, das ein
Verhältnis der Kraft zeigt, die auf den herkömmlichen
asymmetrischen Schneckenverdichters wirkt;
Fig. 6 ein Diagramm ist, das ein Verhältnis der Kraft
zeigt, die auf eine umlaufende Schnecke in dem
herkömmlichen asymmetrischen Schneckenverdichter wirkt;
Fig. 7 und 8 Graphiken sind, die ein Drehmoment, das auf
die umlaufenden Schnecke wirkt, bzw. die Kraft zeigen,
die auf Keile eines Oldham-Rings in dem herkömmlichen
asymmetrischen Schneckenverdichter wirkt;
Fig. 9 eine Längsquerschnittsansicht ist, die einen
Verdichtungsmechanismusabschnitt in einem asymmetrischen
Schneckenverdichter gemäß einem Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung mit einer Konstruktion zeigt, die
das Entstehen eines Gegendrehmoments verhindert;
Fig. 10 eine querverlaufende Querschnittsansicht ist, die
den Verdichtungsmechanismusabschnitt in dem
asymmetrischen Schneckenverdichter gemäß dem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit der
Konstruktion zeigt, die das Entstehen eines
Gegendrehmoments verhindert;
Fig. 11 eine teilweise vergrößerte, querverlaufende
Querschnittsansicht ist, die eine umlaufende Schnecke in
dem asymmetrischen Schneckenverdichter gemäß dem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
welche die Konstruktion bildet, die das Entstehen eines
Gegendrehmoments verhindert;
Fig. 12 und 13 Graphiken sind, die ein Drehmoment, das
auf die umlaufende Schnecke wirkt, bzw. die Kraft, die
auf Keile eines Oldham-Rings wirkt, in dem asymmetrischen
Schneckenverdichter gemäß dem Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 14 eine Längsquerschnittsansicht ist, die einen
Verdichtungsmechanismusabschnitt in einem asymmetrischen
Schneckenverdichter gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer
verhaltensstabilisierenden Konstruktion zeigt,;
Fig. 15 eine querverlaufende Querschnittsansicht ist, die
den Verdichtungsmechanismusabschnitt in dem
asymmetrischen Schneckenverdichter gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit der
verhaltensstabilisierenden Konstruktion zeigt;
Fig. 16 eine Graphik ist, welche die Kraft zeigt, die auf
Keile eines Oldham-Rings in dem asymmetrischen
Schneckenverdichter gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wirkt;
Fig. 17 und 18 eine Längs- bzw. querverlaufende
Querschnittsansicht sind, die einen
Verdichtungsmechanismusabschnitt mit einer
Gasentladekonstruktion in einem asymmetrischen
Schneckenverdichter gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 19 und 20 querverlaufende Querschnittsansichten
sind, welche die Gasentladekonstruktion in dem
asymmetrischen Schneckenverdichter gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 21 querverlaufende Querschnittsansichten sind, die
der Reihe nach den Betrieb der Gasentladekonstruktion in
dem asymmetrischen Schneckenverdichter gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
zeigen; und
Fig. 22 eine Graphik ist, die einen Druck des
asymmetrischen Schneckenverdichters gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Es wird nun ausführlicher auf ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel der Erfindung Bezug genommen, von dem
ein Beispiel in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt
ist. Wenn möglich, werden dieselben Bezugszeichen in den
Zeichnungen und der Beschreibung zur Bezugnahme auf
dieselben oder ähnliche Teile verwendet.
Fig. 9 und 10 zeigen einen
Verdichtungsmechanismusabschnitt eines asymmetrischen
Schneckenverdichters gemäß einem Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung. Mit Bezugnahme auf Fig. 9 und 10
besteht der asymmetrische Schneckenverdichter aus einem
leistungserzeugenden Abschnitt und einem
Verdichtungsmechanismusabschnitt. Der
Verdichtungsmechanismusabschnitt enthält eine
feststehende Schnecke 10, die an einem Rahmen 1 befestigt
ist, und eine umlaufenden Schnecke 20, die zwischen dem
Rahmen 1 und der feststehenden Schnecke 10 derart
eingesetzt ist, daß sie kreisen kann.
Die feststehende Schnecke 10 hat einen Körper 12, der so
geformt ist, daß er eine vorbestimmte Form aufweist. Eine
Windung 11, die eine Involutionskurvenform aufweist, ist
an einer unteren Oberfläche des Körpers 12 ausgebildet,
und eine Auslaßöffnung 13 ist in einem mittleren
Abschnitt des Körpers 12 der feststehenden Schnecke 10
definiert.
Die umlaufende Schnecke 20 hat eine Endplatte 22, die
eine vorbestimmte Dicke und Fläche aufweist. Eine Windung
21, die ebenfalls eine Involutionskurvenform aufweist,
ist an einer oberen Oberfläche der Endplatte 22 derart
ausgebildet, daß die Windung 21 der Drehschnecke 20 mit
der Windung 11 der feststehenden Schnecke 10 in Eingriff
steht. Ein rundes vorstehendes Teil 23, das mit einem
exzentrischen Teil 2a einer Drehwelle 2 verbunden ist,
ist an einer unteren Oberfläche der Endplatte 22
ausgebildet.
Aufgrund der Tatsache, daß das exzentrische Teil 2a der
Drehwelle 2, das mit dem leistungserzeugenden Abschnitt
gekoppelt ist, in das runde vorstehende Teil 23 der
umlaufenden Schnecke 20 eingesetzt ist, ist die
umlaufende Schnecke 20 mit der Drehwelle 2 verbunden.
Zwischen der Windung 11 der feststehenden Schnecke 10 und
der Windung 21 der umlaufenden Schnecke 20 sind
Verdichtungskammern P definiert.
Die feststehende Schnecke 10 und die umlaufende Schnecke
20 sind derart geformt, daß die Windung 21 der
umlaufenden Schnecke die Involutionskurvenform und eine
vorbestimmte Länge aufweist, und die Windung 11 der
feststehenden Schnecke sich um einen Involutionswinkel
von 180° oder weniger weiter als die Windung 21 der
umlaufenden Schnecke in einem Zustand erstreckt, in dem
die Windung 11 der feststehenden Schnecke mit der Windung
21 der umlaufenden Schnecke in Eingriff steht.
Des weiteren ist, wie in Fig. 11 dargestellt, ein
Mittelpunkt O2 eines Grundkreises einer Windung 21' der
umlaufenden Schnecke in einem Bereich angeordnet, der
peripher von 30° in eine Richtung, in welche die
vorhandene Windung 21 der umlaufenden Schnecke verläuft,
bis 60° in eine Richtung, in welche die bestehende
Windung 21 der umlaufenden Schnecke aufgewickelt ist,
reicht, gemessen von einer geraden Linie, die einen
Mittelpunkt O1 eines Grundkreises der bestehenden Windung
21 der umlaufenden Schnecke, wobei dieser Mittelpunkt
einem Mittelpunkt der Endplatte 22 und des runden
vorstehenden Teils 23 entspricht, mit einem äußeren Ende
der bestehenden Windung 21 der umlaufenden Schnecke
verbindet, und radial vom 0,1-Fachen bis zum 0,5-Fachen
eines Umlaufradius der Windung 21 der umlaufenden
Schnecke.
In der Folge werden die Betriebsweisen des asymmetrischen
Schneckenverdichters gemäß diesem Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wenn zunächst eine Antriebskraft von dem
leistungserzeugenden Abschnitt durch die Drehwelle 2 auf
die umlaufende Schnecke 20 übertragen wird, während die
umlaufende Schnecke 20 durch den Oldham-Ring 30, der an
die Endplatte 22 der umlaufenden Schnecke gekoppelt ist,
an einer Drehung gehindert wird, kreist die umlaufende
Schnecke 20 in einem Zustand, in dem die Windung 11 der
feststehenden Schnecke und die Windung 21 der umlaufenden
Schnecke miteinander in Eingriff stehen. Durch die
kreisende Bewegung der umlaufenden Schnecke 20 wird
Kühlgas in den Verdichtungskammern P aufgenommen, die
zwischen der Windung 11 der feststehenden Schnecke und
der Windung 21 der umlaufenden Schnecke definiert sind,
verdichtet und dann durch die Auslaßöffnung 13 abgegeben,
die in der feststehenden Schnecke 10 definiert ist.
Wie zuvor erwähnt, wird ein Drehmoment, das auf die
umlaufenden Schnecke wirkt, durch eine Gleichung, wie in
der Folge angegeben, berechnet:
Mt = Ft × {β - rcos(δe - θ)}
wobei Ft die Gaskraft ist, die in einer tangentialen
Richtung wirkt, β eine Strecke von einem Mittelpunkt der
umlaufenden Schnecke zu einem Ausübungspunkt der Gaskraft
Ft ist, r eine Exzentrizität zwischen dem Mittelpunkt der
Endplatte der umlaufenden Schnecke und dem Mittelpunkt
des Grundkreises einer Involutionskurve der Windung der
umlaufenden Schnecke ist, θ ein Verdrehungswinkel ist, und
δe ein exzentrischer Winkel ist, der am äußeren Ende der
Windung in eine Richtung gemessen wird, in welche die
Windung verläuft.
In der obengenannten Gleichung hat eine
Drehmomentkomponente, die durch Ft × β dargestellt ist,
welches von den Gliedern, die zur Bestimmung des gesamten
Drehmoments der umlaufenden Schnecke verwendet werden,
ein Glied ist, das durch die Gaskraft bedingt ist, die in
die tangentiale Richtung wirkt, die in Fig. 5
dargestellte Tendenz, die von einem Verdrehungswinkel θ
abhängt. Da δe immer konstant ist, hat Ft × r × cos(δe - θ),
welches ein Glied ist, das durch eine Exzentrizität der
Windung bedingt ist, die Form einer Sinuswelle.
Durch richtige Einstellung der Exzentrizität r und des
exzentrischen Winkels δe ist es daher möglich, eine
Gegendrehung der umlaufenden Schnecke zu minimieren. Mit
anderen Worten, durch die Tatsache, daß der Mittelpunkt O2
des Grundkreises der Windung der umlaufenden Schnecke
innerhalb des Bereichs angeordnet ist, der peripher von
30° in die Richtung, in welche die vorhandene Windung 21
der umlaufenden Schnecke verläuft, bis 60° in die
Richtung, in welche die bestehende Windung 21 der
umlaufenden Schnecke aufgewickelt ist, reicht, gemessen
von der geraden Linie, die den Mittelpunkt O1 des
Grundkreises der bestehenden Windung der umlaufenden
Schnecke, wobei dieser Mittelpunkt dem Mittelpunkt der
Endplatte und des runden vorstehenden Teils entspricht,
mit einem äußeren Ende der bestehenden Windung der
umlaufenden Schnecke verbindet, und radial vom 0,1-Fachen
bis zum 0,5-Fachen des Drehradius ε der Windung der
umlaufenden Schnecke (das heißt, der Mittelpunkt O2 ist
von dem Mittelpunkt O1 um eine Strecke versetzt, die der
Exzentrizität r entspricht), wird das Gegendrehmoment,
das auf die umlaufenden Schnecke 20 wirkt, minimiert.
Fig. 12 und 13 sind Graphiken, welche Ergebnisse von
Berechnungen zeigen, wenn in dem asymmetrischen
Schneckenverdichter gemäß diesem Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung eine Konstruktion verwendet wird,
welche die Erzeugung eines Gegendrehmoments verhindert.
Durch Minimierung des Gegendrehmoments, das auf das
Umlaufmoment wie zuvor beschrieben wirkt, kann eine
Richtung, entlang welcher Kraft auf den Oldham-Ring
ausgeübt wird, um eine Drehung der umlaufenden Schnecke
zu verhindern, konstant aufrechterhalten werden, wodurch
das Verhalten der umlaufenden Schnecke und des Oldham-
Rings stabilisiert wird.
In der Folge wird ein asymmetrischer Schneckenverdichter
gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben.
Fig. 14 und 15 zeigen einen
Verdichtungsmechanismusabschnitt des asymmetrischen
Schneckenverdichters gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Mit
Bezugnahme auf Fig. 14 und 15 wird zunächst in dem
Verdichtungsmechanismusabschnitt des asymmetrischen
Schneckenverdichters eine feststehende Schnecke 50, die
mit einer Windung 51 in Involutionskurvenform ausgebildet
ist, mit einem Rahmen 1 gekoppelt, der eine vorbestimmte
Form aufweist. Eine umlaufende Schnecke 60 wird zwischen
der feststehenden Schnecke 50 und dem Rahmen 1 derart
eingesetzt, daß die umlaufende Schnecke 60 in bezug auf
die feststehende Schnecke 50 kreisen kann.
Ein Oldham-Ring 70, der dazu dient, eine Drehung der
umlaufenden Schnecke 60 zu verhindern, ist zwischen dem
Rahmen 1 und der umlaufenden Schnecke 60 eingesetzt. Der
Oldham-Ring 70 ist derart angeordnet, daß einer von
Keilen, die an einer oberen Oberfläche des Oldham-Rings
70 ausgebildet sind, in einem Bereich angeordnet ist, der
peripher von 10° in eine Richtung, in welche eine Windung
61 der umlaufenden Schnecke verläuft, und 80° in eine
Richtung, in welcher die Windung 61 der umlaufenden
Schnecke aufgewickelt ist, reicht, gemessen von einer
geraden Linie, die einen Mittelpunkt des Grundkreises der
Windung 61 der umlaufenden Schnecke mit einem äußeren
Ende der Windung 61 der umlaufenden Schnecke verbindet.
Zwischen der Windung 51 der feststehenden Schnecke 50 und
der Windung 61 der umlaufenden Schnecke 60 sind
Verdichtungskammern P definiert. Die Windung 51 der
feststehenden Schnecke ist in einem Zustand, in dem die
Windung 51 der feststehenden Schnecke mit der Windung 61
der umlaufenden Schnecke in Eingriff steht, um einen
Involutionswinkel von 180° oder weniger länger als die
Windung 61 der umlaufenden Schnecke.
Der Oldham-Ring 70 hat eine Ringform. Ein erster und
zweiter Keil 72 und 73, die jeweils eine quadratische
Kastenform aufweisen, sind vorstehend an einer oberen
Oberfläche des Oldham-Rings 70 ausgebildet und entlang
einer ersten geraden Linie angeordnet. Ein dritter und
vierter Keil 74 und 75, die jeweils auch eine
quadratische Kastenform aufweisen, sind vorstehend an
einer unteren Oberfläche des Oldham-Rings 70 ausgebildet
und entlang einer zweiten geraden Linie angeordnet, die
zu der ersten geraden Linie, entlang welcher der erste
und zweite Keil 72 und 73 angeordnet sind, orthogonal
liegt.
Die untere Oberfläche der umlaufenden Schnecke 60 ist
entlang der ersten geraden Linie mit einer ersten und
zweiten Keilnut (nicht dargestellt) derart versehen, daß
der erste und zweite Keil 72 und 73 des Oldham-Rings 70
in der ersten bzw. zweiten Keilnut sitzen. Ebenso ist die
obere Oberfläche des Rahmens 1 entlang der zweiten Linie
mit einer dritten und vierten Keilnut (nicht dargestellt)
derart versehen, daß der dritte und vierte Keil 74 und 75
des Oldham-Rings 70 in der dritten bzw. vierten Keilnut
sitzen.
Der Oldham-Ring 70 ist zwischen dem Rahmen 1 und der
umlaufenden Schnecke 60 derart angeordnet, daß der erste
und zweite Keil 72 und 73 in der ersten bzw. zweiten
Keilnut der umlaufenden Schnecke 60 sitzen und der dritte
und vierte Keil 74 und 75 in der dritten bzw. vierten
Keilnut des Rahmens 1 sitzen.
Wie zuvor beschrieben, sind von dem ersten und zweiten
Keil 72 und 73 des Oldham-Rings 70 und der ersten und
zweiten Keilnut der umlaufenden Schnecke 60, in welchen
der erste bzw. zweite Keil 72 und 73 sitzt, ein Keil und
eine Keilnut, in welcher der eine Keil sitzt, in dem
Bereich angeordnet, der peripher von 10° in eine
Richtung, in welche die Windung der umlaufenden Schnecke
verläuft, und 80° in eine Richtung, in welche die Windung
der umlaufenden Schnecke aufgewickelt ist, reicht,
gemessen von einer geraden Linie, die den Mittelpunkt des
Grundkreises der Windung der umlaufenden Schnecke mit dem
äußeren Ende der Windung der umlaufenden Schnecke
verbindet. Die übrigen Keile des Oldham-Rings und die
übrigen Keilnuten sind dann derart angeordnet, daß alle
Keile und Keilnuten 90° zueinander beabstandet sind.
Aufgrund der Tatsache, daß ein exzentrisches Teil 2a
einer Drehwelle 2, die mit einem leistungserzeugenden
Abschnitt gekoppelt ist, in ein rundes vorstehendes Teil
64 eingesetzt ist, das an einer unteren Oberfläche der
umlaufenden Schnecke 60 ausgebildet ist, wird eine
Antriebskraft von dem leistungserzeugenden Abschnitt
durch die Drehwelle 2 zu der umlaufenden Schnecke 60
übertragen.
In der Folge wird die Betriebsweise des asymmetrischen
Schneckenverdichters gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
beschrieben.
Wenn zunächst eine Antriebskraft von dem
leistungserzeugenden Abschnitt durch die Drehwelle 2 auf
die umlaufende Schnecke 60 übertragen wird, während die
umlaufende Schnecke 60 durch den Oldham-Ring 70 an einer
Drehung gehindert wird, kreist die umlaufende Schnecke 60
in einem Zustand, in dem die Windung 51 der feststehenden
Schnecke und die Windung 61 der umlaufenden Schnecke
miteinander in Eingriff stehen. Durch die kreisende
Bewegung der umlaufenden Schnecke 60 wird Kühlgas in den
Verdichtungskammern P aufgenommen, die zwischen der
Windung 51 der feststehenden Schnecke und der Windung 61
der umlaufenden Schnecke definiert sind. Wenn die
Verdichtungskammern P, in welche das Kühlgas eingeleitet
wird, zu einem Mittelpunkt des Schneckenverdichters
bewegt werden, verringern sich die Volumina der
Verdichtungskammern P und dadurch wird das Kühlgas
verdichtet. Schließlich wird das verdichtete Kühlgas
durch eine Auslaßöffnung 52 abgegeben, die in der
feststehenden Schnecke 50 definiert ist.
In dem zuvor beschriebenen Vorgang kreist die umlaufende
Schnecke 60 mit einem vorbestimmten Umlaufradius um einen
Mittelpunkt der feststehenden Schnecke 50 in einem
Zustand, in dem die umlaufenden Schnecke 60 durch den
Oldham-Ring 70 an einer Drehung gehindert wird.
Hier beinhalten die wichtigsten Elemente von den
Gliedern, die zur Bestimmung der Reaktionskraft verwendet
werden, die auf den Oldham-Ring 70 durch die
Umlaufbewegung der umlaufenden Schnecke 60 ausgeübt wird,
so daß sie gegen eine Verhinderung der Drehung der
umlaufenden Schnecke 60 wirkt, den Einfluß durch das
Drehmoment und die Verschlußkraft, das heißt, die Kraft,
welche die umlaufende Schnecke 60 gegen die feststehende
Schnecke 50 preßt.
Zwischen den beiden wichtigsten Elementen wird das
Drehmoment durch die Schneckenformen bestimmt und die
Verschlußkraft wird durch eine Position des Oldham-Rings
bestimmt.
Die Verschlußkraft wird durch die Bewegungsgleichung der
umlaufenden Schnecke berechnet. Die Zentrifugalkraft Fc
und die tangentiale Gaskraft Fr sind Hauptelemente, die
sich auf die Verschlußkraft auswirken. Werte einer
trigonometrischen Funktion mit einer konstanten
Korrelation entsprechend dem umkreisten Winkel, werden
mit der Zentrifugalkraft Fc und der tangentialen Gaskraft
Fr multipliziert. Somit wird die Bewegungsgleichung der
umlaufenden Schnecke als Sinuskurve dargestellt. Der
umkreiste Winkel hat eine konstante Korrelation zu dem
Winkel des Oldham-Rings.
Aufgrund der Tatsache, daß von den Keilen des Oldham-
Rings einer der Keile, die in den Keilnuten der
umlaufenden Schnecke sitzen, in dem Bereich angeordnet
ist, der sich peripher zwischen angemessenen Winkeln
erstreckt, das heißt, zwischen 10° in die Richtung, in
welche die Windung der umlaufenden Schnecke verläuft, und
80° in die Richtung, in welche die Windung der
umlaufenden Schnecke aufgewickelt ist, gemessen von der
geraden Linie, die den Mittelpunkt des Grundkreises der
Windung der umlaufenden Schnecke mit dem äußeren Ende der
Windung der umlaufenden Schnecke verbindet, wird folglich
die Umkehr der Reaktionskraft, die auf den Oldham-Ring 70
ausgeübt wird, minimiert, wodurch das Verhalten des
Oldham-Rings 70 und der umlaufenden Schnecke 60
stabilisiert wird.
Fig. 16 ist eine Graphik, welche die Kraft, die auf den
Oldham-Ring ausgeübt wird, als Ergebnis einer Berechnung
unter Verwendung dieses Ausführungsbeispiels der
Erfindung zeigt. Wie aus der Graphik sofort erkennbar
ist, wird die Umkehr der Reaktionskraft, die auf die
Keile des Oldham-Rings 70 ausgeübt wird, minimiert, und
das Drehmoment, das auf den Oldham-Rings 70 ausgeübt
wird, ist minimiert.
In der Folge wird ein asymmetrischer Schneckenverdichter
gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben.
Fig. 17 und 18 zeigen den asymmetrischen
Schneckenverdichter gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Mit
Bezugnahme auf Fig. 17 und 18 besteht der asymmetrische
Schneckenverdichter zunächst aus einem
leistungserzeugenden Abschnitt zum Erzeugen einer
Antriebskraft und einem Verdichtungsmechanismusabschnitt
zum Empfangen der Antriebskraft von dem
leistungserzeugenden Abschnitt und somit zum Verdichten
von Kühlgas. Der Verdichtungsmechanismusabschnitt enthält
eine feststehende Schnecke 80, die an einem Rahmen 1
befestigt ist, und eine umlaufende Schnecke 90, die
zwischen dem Rahmen 1 und der feststehenden Schnecke 80
derart eingesetzt ist, daß sie kreisen kann.
Die feststehende Schnecke 80 hat einen Körper, der so
geformt ist, daß er eine vorbestimmte Form aufweist. Eine
Windung 81, die eine Involutionskurvenform aufweist, ist
an einer unteren Oberfläche des Körpers ausgebildet, und
eine Auslaßöffnung 83 ist durch einen mittleren Abschnitt
des Körpers der feststehenden Schnecke 80 definiert.
Die umlaufende Schnecke 90 hat eine Endplatte 92, die
eine vorbestimmte Dicke und Fläche aufweist. Eine Windung
91, die ebenfalls eine Involutionskurvenform aufweist,
ist an einer oberen Oberfläche der Endplatte 92 derart
ausgebildet, daß die Windung 91 der umlaufenden Schnecke
90 mit der Windung 81 der feststehenden Schnecke 80 in
Eingriff steht. Ein rundes vorstehendes Teil 93, das mit
einem exzentrischen Teil 2a einer Drehwelle 2 verbunden
ist, ist an einer unteren Oberfläche der Endplatte 92
ausgebildet.
Die Windung 91 der umlaufenden Schnecke steht mit der
Windung 81 der feststehenden Schnecke derart in Eingriff,
daß die umlaufende Schnecke 90 kreisen kann. Die Windung
81 der feststehenden Schnecke ist derart ausgebildet, daß
sie sich um 180° weiter erstreckt als die Windung 91 der
umlaufenden Schnecke.
Ein erstes volumetrisches Verhältnis einer ersten
Verdichtungskammer P1, die zwischen einer inneren
Oberfläche der Windung 81 der feststehenden Schnecke und
einer äußeren Oberfläche der Windung 91 der umlaufenden
Schnecke definiert ist, ist größer als ein zweites
volumetrisches Verhältnis einer zweiten
Verdichtungskammer P2, die zwischen einer äußeren
Oberfläche der Windung 81 der feststehenden Schnecke und
einer inneren Oberfläche der Windung 91 der umlaufenden
Schnecke definiert ist.
Hier ist ein volumetrisches Verhältnis (das heißt,
Verdichtungsverhältnis) mit einem Wert bezeichnet, der
durch Dividieren eines Volumens von Kühlgas, das in eine
Verdichtungskammer bei Beendigung eines Aufnahmevorgangs
aufgenommen ist, durch ein Volumen von Kühlgas, das
abgegeben werden soll, erhalten wird. Das heißt, das
volumetrische Verhältnis ist durch ein Verhältnis
zwischen einem Aufnahmevolumen und einem Volumen bei der
Abgabe dargestellt. Hier ist bevorzugt, daß das erste
volumetrische Verhältnis der ersten Verdichtungskammer P1
um mindestens 0,1 größer als das zweite volumetrische
Verhältnis der zweiten Verdichtungskammer P2 ist.
Fig. 19 und 20 zeigen Formen von inneren Enden der
Windung 81 der feststehenden Schnecke und der Windung 91
der umlaufenden Schnecke in einem Bereich der
Auslaßöffnung 83, so daß die herkömmlichen Konstruktionen
und die vorliegenden Konstruktionen vergleichend erklärt
werden. Wie aus Fig. 19 und 20 sofort erkennbar ist, ist
als ein Beispiel für eine Ausführung, in welcher das
erste volumetrische Verhältnis der ersten
Verdichtungskammer P1 größer als das zweite volumetrische
Verhältnis der zweiten Verdichtungskammer P2 ist, das
innere Ende der Windung 91 der umlaufenden Schnecke der
vorliegenden Erfindung mit einem verlängerten Abschnitt
92 ausgebildet und reicht somit weiter als das innere
Ende der herkömmlichen Windung der umlaufenden Schnecke,
so daß die Abgabe bei der ersten Verdichtungskammer P1
verzögert wird oder die Abgabe bei der zweiten
Verdichtungskammer P2 vorgezogen wird.
In der Folge werden die Betriebsweisen des asymmetrischen
Schneckenverdichters gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
beschrieben.
Wenn zunächst eine Antriebskraft von dem
leistungserzeugenden Abschnitt durch die Drehwelle 2 auf
die umlaufende Schnecke 90 übertragen wird, während die
umlaufende Schnecke 90 durch den Oldham-Ring 3, der an
die Endplatte 92 der umlaufenden Schnecke 90 gekoppelt
ist, an einer Drehung gehindert wird, kreist die
umlaufende Schnecke 90 in einem Zustand, in dem die
Windung 81 der feststehenden Schnecke und die Windung 91
der umlaufenden Schnecke miteinander in Eingriff stehen.
Durch die kreisende Bewegung der umlaufenden Schnecke 90
wird Kühlgas in den Verdichtungskammern P1 und P2
aufgenommen, verdichtet und dann durch die Auslaßöffnung
83 abgegeben, die in der feststehenden Schnecke 80
definiert ist.
Genauer gesagt, strömt in diesem Verdichtungsvorgang
Kühlgas, nachdem es durch ein Einlaßrohr in den
asymmetrischen Schneckenverdichter geleitet und das erste
Mal verdichtet wurde, neben dem äußeren Ende der Windung
91 der umlaufenden Schnecke derart zwischen die äußere
Oberfläche der Windung 91 der umlaufenden Schnecke und
die innere Oberfläche der Windung 81 der feststehenden
Schnecke, daß die erste Verdichtungskammer P1 definiert
wird. Während die umlaufende Schnecke 90 kreist, wird
dann ein Volumen der ersten Verdichtungskammer P1
verringert, und gleichzeitig wird ein Verdichtungsvorgang
ausgeführt. Gleichzeitig strömt das Kühlgas derart
zwischen die äußere Oberfläche der Windung 81 der
feststehenden Schnecke und die innere Oberfläche der
Windung 91 der umlaufenden Schnecke, daß die zweite
Verdichtungskammer P2 definiert wird.
Da die umlaufende Schnecke 92 ständig kreist, werden des
weiteren die erste und zweite Verdichtungskammer P1 und
P2, die gemeinsam ein Paar in einem Zustand definieren,
in dem sie einander gegenüberliegend angeordnet sind, zu
einem Mittelpunkt des Schneckenverdichters bewegt.
Dadurch verringern sich die Volumina der ersten und
zweiten Verdichtungskammer P1 und P2. Wenn die erste und
zweite Verdichtungskammer P1 und P2 in dem Bereich der
Auslaßöffnung 83, die an dem mittleren Abschnitt der
feststehenden Schnecke 80 definiert ist, vereint werden,
wird infolgedessen das verdichtete Kühlgas durch die
Auslaßöffnung 83 abgegeben.
In dem obengenannten Vorgang wird aufgrund der Tatsache,
daß die Windung 81 der feststehenden Schnecke derart
ausgebildet ist, daß sie um 180° oder weniger länger als
die Windung 91 der umlaufenden Schnecke ist, eine Menge
an Kühlgas, die in die erste Verdichtungskammer P1
aufgenommen wird, größer als eine Menge an Kühlgas, die
in die zweite Verdichtungskammer P2 aufgenommen wird,
wodurch ein Druck der ersten Verdichtungskammer P1 höher
wird als ein Druck der zweiten Verdichtungskammer P2.
Im allgemeinen muß in dem
Verdichtungsmechanismusabschnitt der asymmetrischen Art,
wie sofort aus Fig. 22 erkennbar ist, zur Sicherstellung
der Tatsache, daß das Verhalten der umlaufenden Schnecke
90 stabilisiert ist, wenn Kühlgas, das in der ersten und
zweiten Verdichtungskammer P1 und P2 verdichtet wurde,
auf einmal durch die Auslaßöffnung 83 abgegeben wird, ein
erstes volumetrisches Verhältnis (oder ein erstes
Verdichtungsverhältnis) des Kühlgases, das verdichtet
wird, während die erste Verdichtungskammer P1 zu dem
Mittelpunkt des Schneckenverdichters bewegt wird, und
dann durch die Auslaßöffnung 83 abgegeben wird, gleich
einem zweiten volumetrischen Verhältnis (oder einem
zweiten Verdichtungsverhältnis) des Kühlgases sein, das
verdichtet wird, während die zweite Verdichtungskammer
P2, die sich gegenüber der ersten Verdichtungskammer P1
befindet, zu dem Mittelpunkt des Schneckenverdichters
bewegt wird, und dann durch die Auslaßöffnung 83
abgegeben wird.
Während die ersten und zweite Verdichtungskammer P1 und
P2 zu der Auslaßöffnung 83 komprimiert werden, sind hier,
wenn ein Druck der ersten Verdichtungskammer P1 aufgrund
eines Druckunterschiedes zwischen der ersten und zweiten
Verdichtungskammer P1 und P2 in die zweite
Verdichtungskammer P2 übergeht und dann durch die
Auslaßöffnung 83 abgegeben wird, die Drücke des
ausströmenden Gases der ersten und zweiten
Verdichtungskammer P1 und P2 voneinander unterschiedlich,
wodurch das Verhalten des gesamten Schneckenverdichters
aufgrund des Ungleichgewichts in der Gaskraft instabil
wird.
In diesem Zusammenhang wird in dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgrund
der Tatsache, daß das erste volumetrische Verhältnis der
ersten Verdichtungskammer P1 größer als das zweite
volumetrische Verhältnis der zweiten Verdichtungskammer
P2 ist, obwohl ein Druckabgang eintritt, während die
erste und zweite Verdichtungskammer P1 und P2 komprimiert
werden, bedingt durch die Größe des ersten volumetrischen
Verhältnisses der ersten Verdichtungskammer P1 im
Vergleich zu dem zweiten volumetrischen Verhältnis der
zweiten Verdichtungskammer P2, ein Unterschied zwischen
dem Druck der ersten Verdichtungskammer P1 und dem Druck
der zweiten Verdichtungskammer P2 minimiert, wenn das
Kühlgas durch die Auslaßöffnung 83 abgegeben wird. Mit
anderen Worten, da das erste volumetrische Verhältnis der
ersten Verdichtungskammer P1 und der Druck der zweiten
Verdichtungskammer P2 im wesentlichen gleich sind, wird
ein Gleichgewicht in der Gaskraft erhalten, wenn das
Kühlgas, das in der ersten und zweiten Verdichtungskammer
P1 und P2 verdichtet wurde, auf einmal durch die
Auslaßöffnung 83 abgegeben wird, wodurch das Verhalten
der umlaufenden Schnecke 90 stabilisiert wird.
Selbst in dem Fall, in dem als anderes Verfahren das
zweite volumetrische Verhältnis der zweiten
Verdichtungskammer P2 kleiner als das erste volumetrische
Verhältnis der ersten Verdichtungskammer P1 ist, kann
andererseits dieselbe Funktionsweise erreicht werden. In
dem Verdichtungsmechanismusabschnitt des asymmetrischen
Typs gibt es eine Reihe von Faktoren, welche die
volumetrischen Verhältnisse oder Verdichtungsverhältnisse
der Verdichtungskammern P1 und P2 beeinflussen.
Zum Beispiel kann im Falle der ersten Verdichtungskammer
P1 eine Länge und Form des äußeren Endes der Windung 91
der umlaufenden Schnecke, eine Kontur der Auslaßöffnung
83 oder dergleichen, einen Einfluß auf das erste
volumetrische Verhältnis haben. Im Falle der zweiten
Verdichtungskammer P2 kann eine Länge und eine Form des
äußeren Endes der Windung 81 der feststehenden Schnecke,
eine Kontur einer Einlaßnut (nicht dargestellt), die an
einem mittleren Abschnitt der Endplatte 92 der
umlaufenden Schnecke 90 definiert ist, oder dergleichen,
einen Einfluß auf das zweite volumetrische Verhältnis
ausüben.
Von den zuvor beschriebenen Faktoren kann durch
Vergrößern der Länge des äußeren Endes der Windung 91 der
umlaufenden Schnecke die Abgabezeit der ersten
Verdichtungskammer P1 verzögert werden, wodurch es
möglich ist, das volumetrische Verhältnis der ersten
Verdichtungskammer P1 zu erhöhen.
Da ein Gegendrehmoment einer umlaufenden Schnecke
minimiert ist und ein Drehmoment in eine Richtung auf
einen Oldham-Ring ausgeübt wird, der dazu dient, eine
Drehung der umlaufenden Schnecke zu verhindern, werden
somit durch den asymmetrischen Schneckenverdichter gemäß
der vorliegenden Erfindung Vorteile erzielt, daß das
Verhalten des Oldham-Rings und der umlaufenden Schnecke
stabilisiert wird, wodurch ein anomaler Abrieb und ein
Vibrationsgeräusch verhindert werden. Da ein Lecken von
verdichtetem Gas verhindert wird, wird des weiteren die
betriebliche Zuverlässigkeit des asymmetrischen
Schneckenverdichters verbessert. Aufgrund der Tatsache,
daß Drücke von Verdichtungskammern, die entstehen,
während die umlaufende Schnecke kreist, untereinander
ausgewogen sind, wird ferner ein Ungleichgewicht in der
Kraft des ausströmenden Gases, das durch eine
Auslaßöffnung abgegeben wird, vermieden und dadurch das
Verhalten der umlaufenden Schnecke stabilisiert, wodurch
die betriebliche Zuverlässigkeit des asymmetrischen
Schneckenverdichters weiter verbessert wird.
In den Zeichnungen und der Beschreibung wurden typische
bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung offenbart,
und obwohl spezifische Begriffe verwendet werden, sind
diese nur in einem generischen und beschreibenden Sinn
und nicht zum Zwecke der Einschränkung zu verstehen,
wobei der Umfang der Erfindung in den folgenden
Ansprüchen dargelegt ist.
Claims (4)
1. Asymmetrischer Schneckenverdichter, umfassend eine
umlaufende Schnecke mit einer Endplatte und einem
runden vorstehenden Teil, die konzentrisch
ausgebildet sind, und die eine Windung aufweist, die
an einer oberen Oberfläche der Endplatte ausgebildet
ist und eine Involutionskurvenform aufweist, einen
Oldham-Ring, der an einer unteren Oberfläche der
umlaufenden Schnecke derart angeordnet ist, daß eine
Drehung der umlaufenden Schnecke verhindert wird,
und eine feststehende Schnecke, die einen oberen
Abschnitt der umlaufenden Schnecke bedeckt und eine
Windung aufweist, die eine Involutionskurvenform
aufweist und mit der Windung der umlaufenden
Schnecke derart in Eingriff steht, daß
Verdichtungskammern zwischen den Windungen der
umlaufenden und feststehenden Schnecken durch die
Drehbewegung der umlaufenden Schnecke definiert
sind, wobei die Windung der feststehenden Schnecke
im Bereich von 180° weiter in eine Richtung, in
welche sich eine Involutionskurve erstreckt, als die
Windung der umlaufenden Schnecke verläuft, wobei ein
Mittelpunkt eines Grundkreises der umlaufenden
Schnecke in einem Bereich angeordnet ist, der
peripher von 30° in eine Richtung, in welche sich
die bestehende Windung der umlaufenden Schnecke
erstreckt, bis 60° in eine Richtung, in welche die
bestehende Windung der umlaufenden Schnecke
aufgewickelt ist, reicht, gemessen von einer geraden
Linie, die einen Mittelpunkt eines Grundkreises der
bestehenden Windung der umlaufenden Schnecke, wobei
der Mittelpunkt einem Mittelpunkt der Endplatte und
des runden vorstehenden Teils entspricht, mit einem
äußeren Ende der bestehenden Windung der umlaufenden
Schnecke verbindet, und radial vom 0,1-Fachen bis
zum 0,5-Fachen eines Umlaufradius der Windung der
umlaufenden Schnecke.
2. Asymmetrischer Schneckenverdichter, umfassend eine
umlaufende Schnecke mit einer Endplatte und einem
runden vorstehenden Teil, die konzentrisch
ausgebildet sind, und die eine Windung aufweist, die
an einer oberen Oberfläche der Endplatte ausgebildet
ist und eine Involutionskurvenform aufweist, einen
Oldham-Ring, der an einer unteren Oberfläche der
umlaufenden Schnecke derart angeordnet ist, daß eine
Drehung der umlaufenden Schnecke verhindert wird,
und eine feststehende Schnecke, die einen oberen
Abschnitt der umlaufenden Schnecke bedeckt und eine
Windung aufweist, die eine Involutionskurvenform
aufweist und mit der Windung der umlaufenden
Schnecke derart in Eingriff steht, daß
Verdichtungskammern zwischen den Windungen der
umlaufenden und feststehenden Schnecken durch die
Drehbewegung der umlaufenden Schnecke definiert
sind, wobei die Windung der feststehenden Schnecke
im Bereich von 180° weiter in eine Richtung, in
welche sich eine Involutionskurve erstreckt, als die
Windung der umlaufenden Schnecke verläuft, wobei
einer von Keilen, die an oberen und unteren
Oberflächen des Oldham-Rings ausgebildet sind, in
einem Bereich angeordnet ist, der peripher von 10°
in eine Richtung, in welche die Windung der
umlaufenden Schnecke verläuft, und 80° in eine
Richtung, in welche die Windung der umlaufenden
Schnecke aufgewickelt ist, reicht, gemessen von
einer geraden Linie, die einen Mittelpunkt eines
Grundkreises der Windung der umlaufenden Schnecke
mit einem äußeren Ende der Windung der umlaufenden
Schnecke verbindet.
3. Asymmetrischer Schneckenverdichter, umfassend eine
umlaufende Schnecke mit einer Endplatte und einem
runden vorstehenden Teil, die konzentrisch
ausgebildet sind, und die eine Windung aufweist, die
an einer oberen Oberfläche der Endplatte ausgebildet
ist und eine Involutionskurvenform aufweist, einen
Oldham-Ring, der an einer unteren Oberfläche der
umlaufenden Schnecke derart angeordnet ist, daß eine
Drehung der umlaufenden Schnecke verhindert wird,
und eine feststehende Schnecke, die einen oberen
Abschnitt der umlaufenden Schnecke bedeckt und eine
Windung aufweist, die eine Involutionskurvenform
aufweist und mit der Windung der umlaufenden
Schnecke derart in Eingriff steht, daß
Verdichtungskammern zwischen den Windungen der
umlaufenden und feststehenden Schnecken durch die
Drehbewegung der umlaufenden Schnecke definiert
sind, wobei die Windung der feststehenden Schnecke
im Bereich von 180° weiter in eine Richtung, in
welche sich eine Involutionskurve erstreckt, als die
Windung der umlaufenden Schnecke verläuft, wobei,
unter der Annahme, daß ein volumetrisches Verhältnis
ein Verhältnis zwischen Aufnahmevolumen und einem
Volumen bei Ausführung einer Entladung bezeichnet,
ein erstes volumetrisches Verhältnis einer ersten
Verdichtungskammer, die zwischen einer inneren
Oberfläche der Windung der feststehenden Schnecke
und einer äußeren Oberfläche der Windung der
umlaufenden Schnecke definiert ist, größer ist als
ein zweites volumetrisches Verhältnis einer zweiten
Verdichtungskammer, die zwischen einer äußeren
Oberfläche der Windung der feststehenden Schnecke
und einer inneren Oberfläche der Windung der
umlaufenden Schnecke definiert ist.
4. Asymmetrischer Schneckenverdichter nach Anspruch 3,
wobei das erste volumetrische Verhältnis der ersten
Verdichtungskammer um mindestens 0,1 größer als das
zweite volumetrische Verhältnis der zweiten
Verdichtungskammer ist.
Applications Claiming Priority (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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