DE10064711B4

DE10064711B4 - Asymmetrischer Spiralverdichter

Info

Publication number: DE10064711B4
Application number: DE10064711A
Authority: DE
Inventors: Se Heon Choi; Young Il Chang; Byeong Chul Lee; Yang Hee Cho
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2009-09-03
Anticipated expiration: 2020-12-23
Also published as: CN1311164C; CN1598317A; US20010006604A1; CN1301923A; CN1178004C; CN1598318A; CN100366907C; US6478556B2; DE10064711A1

Abstract

Asymmetrischer Spiralverdichter, umfassend:
einen Rahmen (1);
eine feststehende, an dem Rahmen (1) befestigte Spirale (10), wobei die feststehende Spirale (10) eine erste Spiralwindung (11) mit Evolventenform aufweist;
eine umlaufende, zwischen den Rahmen (1) und die feststehende Spirale (10) eingesetzte Spirale (20), wobei die umlaufende Spirale (20) eine Endplatte (22) und eine Lagerhülse (23), die zueinander konzentrisch angeordnet sind, und eine zweite Spiralwindung (21), die an der oberen Oberfläche der Endplatte (22) geformt ist und eine Evolventenform besitzt, aufweist, und wobei die erste Spiralwindung (11) der feststehenden Spirale (10) mit der zweiten Spiralwindung (21) der umlaufenden Spirale (20) derart in Eingriff steht, daß während einer Umlaufbewegung der umlaufenden Spirale (20) Verdichtungskammern zwischen den beiden Spiralwindungen definiert sind; und
einen Oldham Ring (30), der zwischen dem Rahmen (1) und der umlaufenden Spirale (20) angeordnet ist, um eine Drehung der umlaufenden Spirale (20) zu verhindern;
wobei sich die...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen asymmetrischen Spiralverdichter oder Schneckenverdichter, und insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen asymmetrischen Schneckenverdichter, der ein Gegendrehmoment einer umlaufenden Spirale oder 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.
Beschreibung der verwandten Technik
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.
1 zeigt einen Verdichtungsmechanismusabschnitt eines Schneckenverdichters. Wie in 1 enthält ein Verdichtungsmechanismusabschnitt eines Schneckenverdichters einen Rahmen 1. Eine umlaufende Spirale oder Schnecke 4, die eine Spiralwand 4a in Evolventenkurvenform hat, sitzt auf einer oberen Oberfläche des Rahmens 1. Eine feststehende Spirale oder 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 Spiralwand 3a ausgebildet, die eine Evolventenkurvenform 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.
2 zeigt ein Kupplungsverhältnis des Oldham-Rings 30 ausführlicher. Wie in 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 Spiralwände 3a und 4a, die an der feststehenden Schnecke 3 bzw. der umlaufenden Schnecke 4 ausgebildet sind und jeweils die Evolventenkurvenform aufweisen, herbeigeführt, wodurch es möglich ist, kontinuierlich Gas aufzunehmen, zu verdichten und abzugeben.
In der Folge wird ein Verdichtungsprinzip des Schneckenverdichters mit Bezugnahme auf 3 beschrieben. Durch die Tatsache, daß die feststehende Schnecke 3, welche die Spiralwand 3a mit Evolventenkurvenform aufweist, und die umlaufende Schnecke 4, welche die Spiralwand 4a mit Evolventenkurvenform aufweist, miteinander in einem Zustand in Eingriff stehen, in dem die Spiralwände 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 4 leicht erkennbar ist, ist andererseits bei einem asymmetrischen Schneckenverdichter, aufgrund der Tatsache, daß eine Spiralwand 5a einer feststehenden Schnecke 5 so geformt ist, daß sie um 180° oder weniger, länger als eine Spiralwand 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 5 wird indessen bei einem Schneckenverdichter ein Drehmoment der umlaufenden Schnecke durch folgende Gleichung berechnet: Mt = Ft X {β/εcos(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, ε eine Exzentrizität zwischen einem Mittelpunkt einer Endplatte der umlaufenden Schnecke und einem Mittelpunkt eines Grundkreises einer Evolventenkurve der Spiralwand der umlaufenden Schnecken ist, θ ein Verdrehungswinkel ist, und δe ein exzentrischer Winkel ist, der an einem äußeren Ende der Spiralwand in eine Richtung gemessen wird, in welche die Spiralwand aufgewickelt ist.
Im Falle eines herkömmlichen symmetrischen Schneckenverdichters wirkt aufgrund der Tatsache, daß die Drücke in zwei Verdichtungskammern identisch sind, da β mit 1/2ε (das heißt, eine Hälfte eines Umlaufradius) konstant ist und ε = 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.
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. 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 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 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 instabil. 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.
Aus der deutschen Patentschrift DE 34 41 286 C2 ist ein Spiralverdichter mit einer feststehenden und einer umlaufenden Spirale bekannt, die jeweils eine kreisförmige Endplatte aufweisen, von der ein Spiralelement axial absteht, wobei beide Spiralelemente mit einer winkelmäßigen und radialen Versetzung ineinander eingreifen, um eine Mehrzahl von Linienkontakten zum Umgrenzen von zumindest einem Paar von abgedichteten, volumenveränderlichen Fluidtaschen zu bilden, einer mit der umlaufenden Spirale wirkungsmäßig verbundenen Antriebsvorrichtung zum Bewirken einer Umlaufbewegung und einer Rotationsverhinderungseinrichtung zum Verhindern des Rotierens während der Umlaufbewegung, wobei die Spirallänge eines Spiralelements länger ausgebildet ist als die Spirallänge des anderen Spiralelements, so dass sich eine asymmetrische Gasdruckverteilung in den Fluidtaschen in Bezug auf den Mittelpunkt der beiden Spiralelemente ergibt.
Die deutsche Patentschrift DE 38 28 090 C2 offenbart eine Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise mit einem zylindrischen Gehäuse, einem stationären Spiralelement und einem umlaufenden Spiralelement, wobei die Differenz des Evolventenwinkels des Außenendes der Spiralwand an dem stationären Spiralelement und des Evolventenwinkels des Außenendes der Spiralwand an dem umlaufenden Spiralelement im Bereich zwischen 60° und 120° liegt.
Die deutsche Patentschrift DE 693 03 008 T2 offenbart einen Spiralverdichter, wobei eine umlaufende Spirale ineinandergreifend mit einer stationären Spirale angebracht ist, und wobei die beiden Spiralteile um 180° zueinander phasenversetzt sind, d. h. das eine ist das Spiegelbild des anderen. Erfindungsgemäß ist dort eine Entlastungs bohrung vorgesehen, so dass in den Arbeitskommern unterschiedliche Drücke entstehen und dadurch Vibrationen reduziert werden.
Die europäische Patentanmeldung EP 0 716 231 A1 offenbart einen asymmetrischen Spiralverdichter mit einer ersten Verdichtungskammer und einer zwischen Verdichtungskammer, wobei zum Ausgleichen der verschiedenen Kompressionsverhältnisse der ersten und zweiten Verdichtungskammer ein Ausgleichsöffnung an einer der Spiralwänden vorgesehen ist, so dass der Entladezeitpunkt der ersten Verdichtungskammer gegenüber dem der zweiten Verdichtungskammer vorverlegt wird und damit beide Verdichtungskammern das gleiche Kompressionsverhältnis aufweisen.
Die US Patentschrift US 4,417,863 offenbart einen Spiralverdichter mit einer ersten und zweiten Verdichtungskammer, welche auf der Aussenseite bzw. der Innenseite einer Spiralwindung liegen, wobei zur Kompensation eines unterschiedlichen Entladedruckes der ersten und zweiten Verdichtungskammer der Endabschnit der Spiralwand der umlaufenden Spiralwindung abgeschnitten wird, so dass der Entladezeitpunkt der ersten Verdichtungskammer vorverlegt wird und damit der Entladedruck der beiden Kammern ausgeglichen wird.
Die US Patentschrift US 6,273,691 B1 offenbart einen Bypass für einen Spiralverdichter, wobei Bypassbohrungen in einem paar von symmetrisch komprimierten Verdichtungskammern des Spiralverdichters vorgesehen sind.
Zusammenfassung der Erfindung
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.
Zum Erreichen der obengenannten Zielsetzung wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein asymmetrischer Spiralverdichter oder Schneckenverdichter bereitgestellt, umfassend eine umlaufende Spirale oder Schnecke mit einer Endplatte und einem runden vorstehenden Teil, die konzentrisch ausgebildet sind, und die eine Spiralwindung oder Spiralwand aufweist, die an einer oberen Oberfläche der Endplatte ausgebildet ist und eine Evolventenkurvenform 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 Spirale oder Schnecke, die einen oberen Abschnitt der umlaufenden Schnecke bedeckt und eine Spiralwindung oder Spiralwand aufweist, die eine Evolventenkurvenform aufweist und mit der Spiralwand der umlaufenden Schnecke derart in Eingriff steht, daß Verdichtungskammern zwischen den Spiralwände der umlaufenden und feststehenden Schnecken durch die Drehbewegung der umlaufenden Schnecke definiert sind, wobei die Spiralwand der feststehenden Schnecke im Bereich von 180° weiter in eine Richtung, in welche sich eine Evolventenkurve erstreckt, als die Spiralwand 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 Spiralwand der umlaufenden Schnecke erstreckt, bis 60° in eine Richtung, in welche die bestehende Spiralwand der umlaufenden Schnecke aufgewickelt ist, reicht, gemessen von einer geraden Linie, die einen Mittelpunkt eines Grundkreises der bestehenden Spiralwand der umlaufenden Schnecke, wobei der Mittelpunkt einem Mittelpunkt der Endplatte und des runden vorstehenden Teils entspricht, mit einem äußeren Ende der bestehenden Spiralwand der umlaufenden Schnecke verbindet, und radial vom 0,1-Fachen bis zum 0,5-Fachen eines Umlaufradius der Spiralwand 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 Spiralwand aufweist, die an einer oberen Oberfläche der Endplatte ausgebildet ist und eine Evolventenkurvenform 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 Spiralwand aufweist, die eine Evolventenkurvenform aufweist und mit der Spiralwand der umlaufenden Schnecke derart in Eingriff steht, daß Verdichtungskammern zwischen den Spiralwände der umlaufenden und feststehenden Schnecken durch die Umlaufbewegung der umlaufenden Schnecke definiert sind, wobei die Spiralwand der feststehenden Schnecke im Bereich von 180° weiter in eine Richtung, in welche sich die Evolventenkurve erstreckt, als die Spiralwand 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 Spiralwand der umlaufenden Schnecke verläuft, und 80° in eine Richtung, in welche die Spiralwand der umlaufenden Schnecke aufgewickelt ist, reicht, gemessen von einer geraden Linie, die einen Mittelpunkt eines Grundkreises der Spiralwand der umlaufenden Schnecke mit einem äußeren Ende der Spiralwand der umlaufenden Schnecke verbindet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist einer der zuvor genannten asymmetrischen Schneckenverdichter, 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 auf, die zwischen einer inneren Oberfläche der Spiralwand der feststehenden Schnecke und einer äußeren Oberfläche der Spiralwand der umlaufenden Schnecke definiert ist, welches größer ist als ein zweites volumetrisches Verhältnis einer zweiten Verdichtungskammer, die zwischen einer äußeren Oberfläche der Spiralwand der feststehenden Schnecke und einer inneren Oberfläche der Spiralwand 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.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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:
1 ein Längsschnitt ist, der einen Verdichtungsmechanismusabschnitt eines herkömmlichen Schneckenverdichters zeigt;
2 eine perspektivische Ansicht zeigt, welche Hauptkomponenten des Verdichtungsmechanismusabschnitts des herkömmlichen Schneckenverdichters zeigt;
3 Querschnittsansichten zeigt, die der Reihe nach ein Verdichtungsprinzip eines symmetrischen Schneckenverdichters erklären;
4 eine Querschnittsansicht ist, die einen Verdichtungsmechanismusabschnitt eines herkömmlichen asymmetrischen Schneckenverdichters zeigt;
5 ein teilweise vergrößertes Diagramm ist, das ein Verhältnis der Kraft zeigt, die auf den herkömmlichen asymmetrischen Schneckenverdichters wirkt;
6 ein Diagramm ist, das ein Verhältnis der Kraft zeigt, die auf eine umlaufende Schnecke in dem herkömmlichen asymmetrischen Schneckenverdichter wirkt;
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; der
9 ein Längsschnitt ist, der einen Verdichtungsmechanismusabschnitt in einem asymmetrischen Schneckenverdichter gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer Konstruktion zeigt, die das Entstehen eines Gegendrehmoments verhindert;
10 eine 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;
11 eine teilweise vergrößerte 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;
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;
14 ein Längsschnitt ist, der einen Verdichtungsmechanismusabschnitt in einem asymmetrischen Schneckenverdichter gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer verhaltensstabilisierenden Konstruktion zeigt;
15 eine Querschnittsansicht ist, die den Verdichtungsmechanismusabschnitt in dem asymmetrischen Schneckenverdichter gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit der verhaltensstabilisierenden Konstruktion zeigt;
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;
17 und 18 eine Längs- bzw. Querschnittsansicht sind, die einen Verdichtungsmechanismusabschnitt mit einer Gasentladekonstruktion in einem asymmetrischen Schneckenverdichter gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen;
19 und 20 Querschnittsansichten sind, welche die Gasentladekonstruktion in dem asymmetrischen Schneckenverdichter gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen;
21 Querschnittsansichten sind, die der Reihe nach den Betrieb der Gasentladekonstruktion in dem asymmetrischen Schneckenverdichter gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen; und
22 eine Graphik ist, die einen Druck des asymmetrischen Schneckenverdichters gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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.
9 und 10 zeigen einen Verdichtungsmechanismusabschnitt eines asymmetrischen Schneckenverdichters gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Mit Bezugnahme auf 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 Spiralwand 11, die eine Evolventenkurvenform 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 Spiralwand 21, die ebenfalls eine Evolventenkurvenform aufweist, ist an einer oberen Oberfläche der Endplatte 22 derart ausgebildet, daß die Spiralwand 21 der Drehschnecke 20 mit der Spiralwand 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 Spiralwand 11 der feststehenden Schnecke 10 und der Spiralwand 21 der umlaufenden Schnecke 20 sind Verdichtungskammern P definiert.
Die feststehende Schnecke 10 und die umlaufende Schnecke 20 sind derart geformt, daß die Spiralwand 21 der umlaufenden Schnecke die Evolventenkurvenform und eine vorbestimmte Länge aufweist, und die Spiralwand 11 der feststehenden Schnecke sich um einen Evolventenwinkel von 180° oder weniger weiter als die Spiralwand 21 der umlaufenden Schnecke in einem Zustand erstreckt, in dem die Spiralwand 11 der feststehenden Schnecke mit der Spiralwand 21 der umlaufenden Schnecke in Eingriff steht.
Des weiteren ist, wie in 11 dargestellt, ein Mittelpunkt O₂ eines Grundkreises einer Spiralwand 21' der umlaufenden Schnecke in einem Bereich angeordnet, der peripher von 30° in eine Richtung, in welche die vorhandene Spiralwand 21 der umlaufenden Schnecke verläuft, bis 60° in eine Richtung, in welche die bestehende Spiralwand 21 der umlaufenden Schnecke aufgewickelt ist, reicht, gemessen von einer geraden Linie, die einen Mittelpunkt O₁ eines Grundkreises der bestehenden Spiralwand 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 Spiralwand 21 der umlaufenden Schnecke verbindet, und radial vom 0,1-Fachen bis zum 0,5-Fachen eines Umlaufradius der Spiralwand 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 Spiralwand 11 der feststehenden Schnecke und die Spiralwand 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 Spiralwand 11 der feststehenden Schnecke und der Spiralwand 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 X {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 Evolventenkurve der Spiralwand der umlaufenden Schnecke ist, θ ein Verdrehungswinkel ist, und δe ein exzentrischer Winkel ist, der am äußeren Ende der Spiralwand in eine Richtung gemessen wird, in welche die Spiralwand verläuft.
In der obengenannten Gleichung hat eine Drehmomentkomponente, die durch Ft X ß 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 5 dargestellte Tendenz, die von einem Verdrehungswinkel θ abhängt. Da δe immer konstant ist, hat Ft X r X cos(δe – θ), welches ein Glied ist, das durch eine Exzentrizität der Spiralwand 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 Spiralwand der umlaufenden Schnecke innerhalb des Bereichs angeordnet ist, der peripher von 30° in die Richtung, in welche die vorhandene Spiralwand 21 der umlaufenden Schnecke verläuft, bis 60° in die Richtung, in welche die bestehende Spiralwand 21 der umlaufenden Schnecke aufgewickelt ist, reicht, gemessen von der geraden Linie, die den Mittelpunkt O₁ des Grundkreises der bestehenden Spiralwand der umlaufenden Schnecke, wobei dieser Mittelpunkt dem Mittelpunkt der Endplatte und des runden vorstehenden Teils entspricht, mit einem äußeren Ende der bestehenden Spiralwand der umlaufenden Schnecke verbindet, und radial vom 0,1-Fachen bis zum 0,5-Fachen des Drehradius ε der Spiralwand 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.
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.
14 und 15 zeigen einen Verdichtungsmechanismusabschnitt des asymmetrischen Schneckenverdichters gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Mit Bezugnahme auf 14 und 15 wird zunächst in dem Verdichtungsmechanismusabschnitt des asymmetrischen Schneckenverdichters eine feststehende Schnecke 50, die mit einer Spiralwand 51 in Evolventenkurvenform 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 Spiralwand 61 der umlaufenden Schnecke verläuft, und 80° in eine Richtung, in welcher die Spiralwand 61 der umlaufenden Schnecke aufgewickelt ist, reicht, gemessen von einer geraden Linie, die einen Mittelpunkt des Grundkreises der Spiralwand 61 der umlaufenden Schnecke mit einem äußeren Ende der Spiralwand 61 der umlaufenden Schnecke verbindet.
Zwischen der Spiralwand 51 der feststehenden Schnecke 50 und der Spiralwand 61 der umlaufenden Schnecke 60 sind Verdichtungskammern P definiert. Die Spiralwand 51 der feststehenden Schnecke ist in einem Zustand, in dem die Spiralwand 51 der feststehenden Schnecke mit der Spiralwand 61 der umlaufenden Schnecke in Eingriff steht, um einen Evolventenwinkel von 180° oder weniger länger als die Spiralwand 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 Spiralwand der umlaufenden Schnecke verläuft, und 80° in eine Richtung, in welche die Spiralwand der umlaufenden Schnecke aufgewickelt ist, reicht, gemessen von einer geraden Linie, die den Mittelpunkt des Grundkreises der Spiralwand der umlaufenden Schnecke mit dem äußeren Ende der Spiralwand 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 Spiralwand 51 der feststehenden Schnecke und die Spiralwand 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 Spiralwand 51 der feststehenden Schnecke und der Spiralwand 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 Spiralwand der umlaufenden Schnecke verläuft, und 80° in die Richtung, in welche die Spiralwand der umlaufenden Schnecke aufgewickelt ist, gemessen von der geraden Linie, die den Mittelpunkt des Grundkreises der Spiralwand der umlaufenden Schnecke mit dem äußeren Ende der Spiralwand 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.
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.
17 und 18 zeigen den asymmetrischen Schneckenverdichter gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Mit Bezugnahme auf 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 Spiralwand 81, die eine Evolventenkurvenform 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 Spiralwand 91, die ebenfalls eine Evolventenkurvenform aufweist, ist an einer oberen Oberfläche der Endplatte 92 derart ausgebildet, daß die Spiralwand 91 der umlaufenden Schnecke 90 mit der Spiralwand 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 Spiralwand 91 der umlaufenden Schnecke steht mit der Spiralwand 81 der feststehenden Schnecke derart in Eingriff, daß die umlaufende Schnecke 90 kreisen kann. Die Spiralwand 81 der feststehenden Schnecke ist derart ausgebildet, daß sie sich um 180° weiter erstreckt als die Spiralwand 91 der umlaufenden Schnecke.
Ein erstes volumetrisches Verhältnis einer ersten Verdichtungskammer P1, die zwischen einer inneren Oberfläche der Spiralwand 81 der feststehenden Schnecke und einer äußeren Oberfläche der Spiralwand 91 der umlaufenden Schnecke definiert ist, ist größer als ein zweites volumetrisches Verhältnis einer zweiten Verdichtungskammer P2, die zwischen einer äußeren Oberfläche der Spiralwand 81 der feststehenden Schnecke und einer inneren Oberfläche der Spiralwand 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.
19 und 20 zeigen Formen von inneren Enden der Spiralwand 81 der feststehenden Schnecke und der Spiralwand 91 der umlaufenden Schnecke in einem Bereich der Auslaßöffnung 83, so daß die herkömmlichen Konstruktionen und die vorliegenden Konstruktionen vergleichend erklärt werden. Wie aus 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 Spiralwand 91 der umlaufenden Schnecke der vorliegenden Erfindung mit einem verlängerten Abschnitt 92 ausgebildet und reicht somit weiter als das innere Ende der herkömmlichen Spiralwand 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 Spiralwand 81 der feststehenden Schnecke und die Spiralwand 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 Spiralwand 91 der umlaufenden Schnecke derart zwischen die äußere Oberfläche der Spiralwand 91 der umlaufenden Schnecke und die innere Oberfläche der Spiralwand 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 Spiralwand 81 der feststehenden Schnecke und die innere Oberfläche der Spiralwand 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 Spiralwand 81 der feststehenden Schnecke derart ausgebildet ist, daß sie um 180° oder weniger länger als die Spiralwand 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 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 Pl 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 Spiralwand 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 Spiralwand 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 Spiralwand 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

Asymmetrischer Spiralverdichter, umfassend: einen Rahmen (1); eine feststehende, an dem Rahmen (1) befestigte Spirale (10), wobei die feststehende Spirale (10) eine erste Spiralwindung (11) mit Evolventenform aufweist; eine umlaufende, zwischen den Rahmen (1) und die feststehende Spirale (10) eingesetzte Spirale (20), wobei die umlaufende Spirale (20) eine Endplatte (22) und eine Lagerhülse (23), die zueinander konzentrisch angeordnet sind, und eine zweite Spiralwindung (21), die an der oberen Oberfläche der Endplatte (22) geformt ist und eine Evolventenform besitzt, aufweist, und wobei die erste Spiralwindung (11) der feststehenden Spirale (10) mit der zweiten Spiralwindung (21) der umlaufenden Spirale (20) derart in Eingriff steht, daß während einer Umlaufbewegung der umlaufenden Spirale (20) Verdichtungskammern zwischen den beiden Spiralwindungen definiert sind; und einen Oldham Ring (30), der zwischen dem Rahmen (1) und der umlaufenden Spirale (20) angeordnet ist, um eine Drehung der umlaufenden Spirale (20) zu verhindern; wobei sich die erste Spiralwindung (11) der feststehenden Spirale (10) bis zu 180° weiter als die zweite Spiralwindung (21) der umlaufenden Spirale (20) in die Richtung erstreckt, in welche sich die Evolvente der ersten Spiralwindung (11) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelpunkt des Grundkreises der zweiten Spiralwindung (21) in einem Bereich liegt, der sich, bezogen auf das Zentrum der Endplatte (22) und eine Linie, die den Mittelpunkt der Endplatte (22) mit dem äußeren Ende der zweiten Spiralwindung (21) verbindet für den Fall, daß der Mittelpunkt des Grundkreises der zweiten Spiralwindung (21) auf den Mittelpunkt der Endplatte (22) gelegt wäre, in Umfangsrichtung 30° in die Richtung, in der sich die zweite Spiralwindung aufweitet und 60° in die Richtung, in der die zweite Spiralwindung aufgewickelt ist, und in radialer Richtung zwischen dem 0,1-fachen und 0,5-fachen Umlaufradius der zweiten Spiralwindung erstreckt.
Asymmetrischer Spiralverdichter, umfassend: einen Rahmen (1); eine feststehende, an dem Rahmen (1) befestigte Spirale (50), wobei die feststehende Spirale (50) eine erste Spiralwindung (51) mit Evolventenform aufweist; eine umlaufende, zwischen den Rahmen (1) und die feststehende Spirale (50) eingesetzte Spirale (60), wobei die umlaufende Spirale (60) eine Endplatte und eine Lagerhülse (64), die zueinander konzentrisch angeordnet sind, und eine zweite Spiralwindung (61), die an der oberen Oberfläche der Endplatte geformt ist und eine Evolventenform besitzt, aufweist, und wobei die erste Spiralwindung (51) der feststehenden Spirale (50) mit der zweiten Spiralwindung (61) der umlaufenden Spirale (60) derart in Eingriff steht, daß während einer Umlaufbewegung der umlaufenden Spirale (60) Verdichtungskammern zwischen den beiden Spiralwindungen definiert sind; und einen Oldham Ring (70), der zwischen dem Rahmen (1) und der umlaufenden Spirale (60) angeordnet ist, um eine Drehung der umlaufenden Spirale (60) zu verhindern, wobei der Oldham Ring (70) jeweils mit einem Paar von oberen Keilen (72, 73) auf der Oberseite und einem Paar von unteren Keilen (74, 75) auf der Unterseite geformt ist, die in entsprechende Nuten (62, 63) in der umlaufenden Spirale (60) und entsprechende Nuten (1a, 1b) in dem Rahmen (1) eingreifen, und wobei sich die imaginären Verbindungslinien zwischen den oberen Keilen (72, 73) auf der Oberseite und den unteren Keilen (74, 75) auf der Unterseite im Mittelpunkt des Oldham Rings (70) rechtwinklig schneiden; wobei sich die erste Spiralwindung (51) der feststehenden Spirale (50) bis zu 180° weiter als die zweite Spiralwindung (61) der umlaufenden Spirale (60) in die Richtung erstreckt, in welche sich die Evolvente der ersten Spiralwindung (51) erstreckt; gekennzeichnet dadurch, daß eine der Nuten (62) in einem Winkelbereich liegt, der sich, bezogen auf das Zentrum der Endplatte und eine Linie, die den Mittelpunkt der Endplatte mit dem äußeren Ende der zweiten Spiralwindung (61) verbindet, in Umfangsrichtung 10° in die Richtung, in der sich die zweite Spiralwindung (61) aufweitet und 80° in die Richtung, in der die zweite Spiralwindung (61) aufgewickelt ist, erstreckt.
Asymmetrischer Spiralverdichter nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß 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 (P1), die zwischen einer inneren Oberfläche der ersten Spiralwindung (81) und einer äußeren Oberfläche der zweiten Spiralwindung (91) definiert ist, größer gewählt wird als ein zweites volumetrisches Verhältnis einer zweiten Verdichtungskammer (P2), die zwischen einer äußeren Oberfläche der ersten Spiralwindung (81) und einer inneren Oberfläche der zweiten Spiralwindung (91) definiert ist.
Asymmetrischer Spiralverdichter nach Anspruch 3, wobei das erste volumetrische Verhältnis der ersten Verdichtungskammer (P1) um mindestens 0,1 größer als das zweite volumetrische Verhältnis der zweiten Verdichtungskammer (P2) ist.