DE10123398B4

DE10123398B4 - Spiralkompressor

Info

Publication number: DE10123398B4
Application number: DE10123398A
Authority: DE
Inventors: Jiro Iizuka
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2000-05-16
Filing date: 2001-05-14
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2021-05-15
Also published as: US20010043877A1; JP4424821B2; DE10123398A1; JP2001323883A; FR2809141B1; FR2809141A1; US6379134B2

Abstract

Spiralkompressor mit
einer ersten Spiralbaugruppe (4),
die eine gehäusefeste Spirale (1) mit einer Stirnplatte (1a) und einem von der Stirnplatte (1a) vorstehenden Spiralkörper (1b) und
eine umlaufende Spirale (2) mit einer Stirnplatte (2a) und einem von der Stirnplatte (2a) vorstehenden Spiralkörper (2b) aufweist;
einer zweiten Spiralbaugruppe (24),
die eine gehäusefeste Spirale (21) mit einer Stirnplatte (21a) und einem von der Stirnplatte (21a) vorstehenden Spiralkörper (21b) und
eine umlaufende Spirale (22) mit einer Stirnplatte (22a) und einem von der Stirnplatte (22a) vorstehenden Spiralkörper (22b) aufweist;
wobei jeweils die gehäusefeste Spirale (1, 21) und die umlaufende Spirale (2, 22) einer jeden Spiralbaugruppe (4, 24) zum Bilden einer Mehrzahl von Arbeitskammern (3, 23) dazwischen ineinanergreifen zum Komprimieren von Gas in den Arbeitskammern (3, 23);
die beiden Baugruppen (4, 24) mit den Rückseiten der Stirnplatten (1a, 21a) der gehäusefesten Spiralen (1, 21) einander gegenüber angeordnet sind;...

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Spiralkompressoren.

Spiralkompressoren sind im Stand der Technik bekannt. Zum Beispiel ist aus JP 59-65586-A ein Spiralkompressor bekannt, der paarweise feste und bewegliche Spiralen umfaßt, wobei die feste Spirale jedes Paares eine Stirnplatte besitzt, die mit einem Spiralkörper versehen ist, der über die Stirnplatte vorsteht, während die bewegliche Spirale jedes Paares eine Stirnplatte besitzt, die mit einem Spiralkörper versehen ist, der über die Stirnplatte vorsteht, wobei die bewegliche Spirale und die feste Spirale ineinander greifen, um mehrere Arbeitskammern zwischen ihnen zu bilden, und wobei sich die bewegliche Spirale bezüglich der festen Spirale dreht, um Gas in den Arbeitskammern zu komprimieren, wobei zwei Paare aus festen und beweglichen Spiralen mit den Rückseiten der Stirnplatten der festen Spiralen entgegengesetzt zueinander angeordnet sind, eine Hauptantriebswelle zum Drehen der beweglichen Spiralen durch die zwei Paare der festen und beweglichen Spiralen verläuft und mit den beweglichen Spiralen funktional in Eingriff ist, und eine Auslaßkammer zwischen den Stirnplatten der festen Spiralen angeordnet ist.

In diesem bekannten Spiralkompressor ist die Hauptantriebswelle an entgegengesetzten Enden durch ein Gehäuse unterstützt, das die zwei Paare aus festen und beweglichen Spiralen aufnimmt. In diesem Spiralkompressor, der ein Paar aus festen und beweglichen Spiralen und eine Hauptantriebswelle umfaßt, die sich an ihrem einen Ende funktional mit der beweglichen Spirale in Eingriff befindet, wird die Hauptantriebswelle an ihrem anderen Ende durch ein Gehäuse unterstützt, das die feste Spirale, die bewegliche Spirale und die Hauptantriebswelle unterbringt. Deshalb besitzt der Spiralkompressor gemäß JP 59-65586-A gegenüber dem normalen Spiralkompressor Vorteile, einschließlich der Tatsachen, daß die Drallbewegung der Hauptantriebswelle begrenzt ist und daß die Schwingungen und Geräusche, die durch eine derartige Drallbewegung der Hauptantriebswelle verursacht werden, begrenzt sind.

Der Spiralkompressor gemäß JP 59-65586-A besitzt jedoch die folgenden Nachteile.

1. Die beweglichen Spiralen sind voneinander unabhängig. Deshalb sind Rotationssperr-Mechanismen, die zwischen den Stirnplatten der beweglichen Spiralen und dem Gehäuse, das die Spiralen aufnimmt, angeordnet sind, einer Axialbelastung ausgesetzt, die durch die Kompression des Gases in den Kompressionskammern verursacht wird, und die deren Verschleiß verursacht und die Lebensdauer des Kompressors verkürzt. Die Verkleinerung des Kompressors ist schwierig, weil die Verkleinerung der Rotationssperr-Mechanismen, die der Axialbelastung ausgesetzt sind, schwierig ist.
2. Ebenfalls aufgrund der Tatsache, daß die zwei beweglichen Spiralen unabhängig voneinander sind, muß die Einstellung des axialen Raums zwischen der festen Spirale und der beweglichen Spirale von einem der zwei Paare aus festen und beweglichen Spiralen unabhängig von der Einstellung des axialen Raums zwischen der festen und der beweglichen Spirale des anderen der zwei Paare aus festen und beweglichen Spiralen ausgeführt werden.
3. Die Hauptantriebswelle befindet sich an den zentralen Abschnitten der Spiralkörper mit den beweglichen Spiralen funktional in Eingriff. Deshalb ist die durch die an den Punkten des Eingriffs angeordneten Lager erzeugte Wärme schwer zu verteilen. Im Ergebnis neigen die Lager zu einer Erwärmung, wobei sich die Lebensdauer der Lager verkürzt.
4. Zwischen den Lagern an den entgegengesetzten Enden der Hauptantriebswelle und den Einlaßkammern ist keine Zwischenwand angeordnet. Außerdem ist keine Zwischenwand zwischen den Lagern an den Punkten des Eingriffs und an den Einlaßkammern angeordnet. Deshalb wird das in die Einlaßkammern gesaugte Gas mit dem Schmieröl in den Lagern verunreinigt, wobei das ausströmende Gas mit Schmieröl verunreinigt ist. Deshalb ist der Spiralkompressor für die Kompression von Reingas nicht geeignet.
5. Ebenfalls aufgrund der Tatsache, daß keine Zwischenwand zwischen den Lagern an den entgegengesetzten Enden der Hauptantriebswelle und den Einlaßkammern angeordnet ist, und daß keine Zwischenwand zwischen den Lagern an den Punkten des Eingriffs und an den Einlaßkammern angeordnet ist, wird das Gas, das durch die heißen Lager erwärmt ist und dessen spezifisches Volumen vergrößert ist, in die Arbeitskammern gesaugt. Im Ergebnis ist die Strömungsgeschwindigkeit des aus dem Spiralkompressor ausströmenden Gases tatsächlich niedrig.
6. Die Lager an den entgegengesetzten Enden der Hauptantriebswelle und die Lager an den Punkten des Eingriffs sind in im wesentlichen geschlossenen Räumen angeordnet. Deshalb ist es schwer, die von den Lagern erzeugte Wärme zu verteilen, die Lager neigen zu einer Erwärmung und die Lebensdauer der Lager wird verkürzt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Spiralkompressor mit einer ersten und einer zweiten Spiralbaugruppe zu schaffen, bei dem die Erwärmung der Lager verringert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Spiralkompressor nach Anspruch 1.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Im folgenden wir anstelle von umlaufenden Spiralen auch von beweglichen Spiralen gesprochen, und anstelle von gehäusefesten Spiralen wird auch von festen Spiralen gesprochen.

In diesem Spiralkompressor tragen die zwei einstückig miteinander verbundenen beweglichen Spiralen die Axialbelastung, die die Kompression des Gases in den Arbeitskammern begleitet. Deshalb tragen die Rotationssperr-Mechanismen, die zwischen den Stirnplatten der beweglichen Spiralen und einem die Spiralen und die Hauptantriebswelle aufnehmenden Gehäuse angeordnet sind, die Axialbelastung nicht. Im Ergebnis ist der Verschleiß der Rotationssperr-Mechanismen minimiert, so daß auch die Verkürzung der Lebensdauer des Kompressors minimiert ist. Da sie frei von der Axialbelastung sind, können die Rotationssperr-Mechanismen verkleinert werden. Im Ergebnis kann der Kompressor verkleinert werden.

In diesem Spiralkompressor sind die zwei beweglichen Spiralen einstückig miteinander verbunden. Deshalb können die axialen Räume zwischen den festen Spiralen und den beweglichen Spiralen der zwei Spiralbauelemente in einem einzigen Vorgang eingestellt werden.

Wenn sich die Hauptantriebswelle nach Anspruch 2 mit den beweglichen Spiralen an den Rückseiten der Stirnplatten der beweglichen Spiralen im Eingriff befindet, befinden sich die Punkte des Eingriffs nahe bei dem Gehäuse, das die zwei Paare aus festen und beweglichen Spiralen aufnimmt. Deshalb kann die durch die Lager an den Punkten des Eingriffs erzeugte Wärme zur Außenseite des Kompressors verteilt werden. Im Ergebnis wird die Erwärmung der Lager an den Punkten des Eingriffs unterdrückt, wodurch die Verkürzung der Lebensdauern der Lager minimiert wird.

Die Rotationssperr-Mechanismen und die Lager der Hauptantriebswelle sind zwischen den Rückseiten der Stirnplatten der beweglichen Spiralen und den Abschnitten eines Gehäuses gegenüber den Rückseiten der Stirnplatten angeordnet. Wenn die beweglichen Spiralen nach Anspruch 3 über Dichtungselemente an den Umfangsabschnitten der Rückseiten der Stirnplatten an die Abschnitte des Gehäuses grenzen, sind zwischen den Einlaßwegen des Kompressors, die auf der Seite der Spiralkörper der beweglichen Spiralen gebildet sind, und den Rotationssperr-Mechanismen, den Lagern der Hauptantriebswelle und den Lagern an den Punkten des Eingriffs Zwischenwände gebildet. Deshalb werden das Pulver aus abgeschliffenen Werkstoffen der Rotationssperr-Mechanismen und der Lager, Schmiermittel usw. an einem Eindringen in die Arbeitskammern gehindert, wodurch die Verunreinigung des aus dem Kompressor ausströmenden Gases durch Pulver aus abgeschliffenen Werkstoffen der Rotationssperr-Mechanismen und der Lager, Schmiermittel usw. verhindert wird. Im Ergebnis kann der Spiralkompressor gemäß der Erfindung zur Kompression von Reingas verwendet werden.

Zwischen den Einlaßwegen des Kompressors, die auf seiten der Spiralkörper der beweglichen Spiralen gebildet sind, und den Rotationssperr-Mechanismen, den Lagern der Hauptantriebswelle und den Lagern an den Punkten des Eingriffs sind Zwischenwände gebildet. Deshalb wird verhindert, daß das Gas in die Arbeitskammern eintritt, das durch die Rotationssperr-Mechanismen und die Lager erwärmt wird und dessen spezifisches Volumen zu vergrößern ist. Im Ergebnis wird verhindert, daß die Strömungsgeschwindigkeit des aus dem Kompressor ausströmenden Gases wesentlich verkleinert wird.

Wenn nach Anspruch 4 zwischen den Spiralkörpern der festen Spiralen eine Phasenwinkeldifferenz von 180° vorhanden ist, wird zwischen den Pulsationen der aus den zwei Paaren aus festen und beweglichen Spiralen ausströmenden Gase eine Phasenwinkeldifferenz von 180° erzeugt. Deshalb heben sich die Pulsationen der ausströmenden Gase gegenseitig auf, wobei die Erzeugung von Geräuschen verhindert wird, die auf die Pulsation des ausströmenden Gases zurückzuführen sind. Außerdem wird zwischen den Pulsationen der einströmenden Gase in die zwei Paare aus festen und beweglichen Spiralen eine Phasenwinkeldifferenz von 180° erzeugt. Deshalb heben sich die Pulsationen der einströmenden Gase einander auf, wobei die Erzeugung des Geräusches verhindert wird, das auf die Pulsation des einströmenden Gases zurückzuführen ist.

Wenn nach Anspruch 5 r₀ > r gilt, werden Störungen zwischen den Spiralkörpern der festen Spiralen und den Spiralkörpern der beweglichen Spiralen verhindert, wobei die durch derartige Störungen verursachte Erzeugung von Pulver aus abgeschliffenen Elementen verhindert wird. Wenn r > (r₀ – 0,3 mm) gilt, wird die Abnahme des Kompressionswirkungsgrades verhindert.

Wenn nach Anspruch 6 das Gehäuse mit Luftlöchern gegenüber den Rückseiten der Stirnplatten der beweglichen Spiralen versehen ist, stehen die zwischen den Rückseiten der Stirnplatten der beweglichen Spiralen und dem Gehäuse gebildeten Räume durch die Luftlöcher mit der Atmosphäre in Verbindung. Deshalb wird die durch die in den Räumen angeordneten Rotationssperr-Mechanismen, Lager usw. erzeugte Wärme durch die Luftlöcher in der Atmosphäre verteilt. Im Ergebnis wird die Verkleinerung des Kompressionswirkungsgrades, die auf die thermische Deformation der beweglichen Spiralen zurückzuführen ist, verhindert, wobei eine Verkürzung der Lebensdauer der Rotationssperr-Mechanismen, Lager usw. verhindert wird, die auf den Verlust des Schmiermittels, die thermische Deformation usw. zurückzuführen ist.

Wenn nach Anspruch 7 die Stirnplatten der beweglichen Spiralen an ihren Rückseiten mit Kühlrippen versehen sind, ist der Kühlwirkungsgrad der beweglichen Spiralen, der Rotationssperr-Mechanismen und der Lager verbessert.

Wenn nach Anspruch 8 oder 9 die Ausgleichsgewichte mit Axiallüftern oder Radiallüftern versehen sind, ist der Kühlwirkungsgrad der beweglichen Spiralen, der Rotationssperr-Mechanismen und der Lager verbessert.

Wenn nach Anspruch 10 die Radiallüfter mit Abweisern versehen sind, die die ausströmende Luft parallel zur Hauptantriebswelle lenken, vergrößert sich die Strömungsgeschwindigkeit der Luft, die mit den Stirnplatten der beweglichen Spiralen kollidiert, wobei der Kühlwirkungsgrad der beweglichen Spiralen verbessert ist.

Die Stirnplatten der festen Spiralen werden durch die Luftströmung gekühlt, die in der Kühlkammer nach Anspruch 11 hervorgerufen wird. Im Ergebnis ist die thermische Deformation der festen Spiralen begrenzt, wodurch die Abnahme des Kompressionswirkungsgrades, die auf eine derartige thermische Deformation der festen Spiralen zurückzuführen ist, unterdrückt wird.

Die Stirnplatten der festen Spiralen und der beweglichen Spiralen sind normalerweise Scheiben. Die Abschnitte der Scheiben radial außerhalb der Spiralkörper üben keine Funktion aus. Das teilweise Abschneiden der funktionslosen Abschnitte der Scheiben nach Anspruch 12 ermöglicht die Verkleinerung des Kompressors.

Es folgt die Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
1 eine seitliche Schnittansicht eines Spiralkompressors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine perspektivische Ansicht einer Hälfte eines Spiralkompressors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
3 eine perspektivische Ansicht einer Hälfte eines Spiralkompressors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 wird ein Spiralkompressor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Ein Spiralkompressor gemäß der Ausführungsform ist mit einer ersten Spiralbaugruppe 4 versehen, die eine feste Spirale 1, die eine Stirnplatte 1a und einen Spiralkörper 1b besitzt, der von der Stirnplatte 1a vorsteht, und eine bewegliche Spirale 2, die eine Stirnplatte 2a und einen Spiralkörper 2b besitzt, der von der Stirnplatte 2a vorsteht, umfaßt. Die bewegliche Spirale 2 und die feste Spirale 1 greifen ineinander, um dazwischen mehrere Arbeitskammern 3 zu bilden.
Der Spiralkompressor ist außerdem mit einer zweiten Spiralbaugruppe 24 versehen, die eine feste Spirale 21, die eine Stirnplatte 21a und einen Spiralkörper 21b besitzt, der von der Stirnplatte 21a vorsteht, und eine bewegliche Spirale 22, die eine Stirnplatte 22a und einen Spiralkörper 22b besitzt, der von der Stirnplatte 22a vorsteht, umfaßt. Die bewegliche Spirale 22 und die feste Spirale 21 greifen ineinander, um dazwischen mehrere Arbeitskammern 23 zu bilden.
Die Rückseite der Stirnplatte 1a der festen Spirale 1 der ersten Spiralbaugruppe 4 liegt der Rückseite der Stirnplatte 21a der festen Spirale 21 der zweiten Spiralbaugruppe 24 gegenüber. Die Stirnplatte 1a der festen Spirale 1 der ersten Spiralbaugruppe 4 ist in ihrer Mitte mit einer Ausströmöffnung 1c versehen, während die Stirnplatte 21a der festen Spirale 21 der zweiten Spiralbaugruppe 24 in ihrer Mitte mit einer Ausströmöffnung 21c versehen ist.
Die Stirnplatten 1a, 21a der festen Spiralen 1, 21 und die Stirnplatten 2, 22a der beweglichen Spiralen 2, 22 sind Platten, deren Umfangabschnitte radial außerhalb der Spiralkörper 1b, 21b, 2b und 22b teilweise bogenförmig abgeschnitten sind.
Zwischen der Stirnplatte 1a der festen Spirale 1 der ersten Spiralbaugruppe 4 und der Stirnplatte 21a der festen Spirale 21 der zweiten Spiralbaugruppe 24 ist ein Mittelblock 5 angeordnet. Die feste Spirale 1, der Mittelblock 5 und die feste Spirale 21 sind durch mehrere Schrauben 6 einstückig miteinander verbunden. Zwischen dem Spiralkörper 1b der festen Spirale 1 und dem Spiralkörper 21b der festen Spirale 21 besteht eine Phasenwinkeldifferenz von 180°.
Der Mittelblock 5 ist mit einem Paar bogenförmiger Aussparungen 5a versehen. Die bewegliche Spirale 2 und die bewegliche Spirale 22 sind durch mehrere hohle Distanzhülsen 7, die beweglich durch die bogenförmigen Aussparungen 5a gehen, und mehrere Schrauben 8, die durch die Distanzhülsen 7 gehen, einstückig verbunden. Zwischen dem Spiralkörper 2b der beweglichen Spirale 2 und dem Spiralkörper 1b der festen Spirale 1 der ersten Spiralbaugruppe 4 besteht eine Phasenwinkeldifferenz von 180°. Zwischen dem Spiralkörper 22b der beweglichen Spirale 22 und dem Spiralkörper 21b der festen Spirale 21 der zweiten Spiralbaugruppe 24 besteht eine Phasenwinkeldifferenz von 180°.
Ein vorderes Gehäuse 9 grenzt an den Mittelblock 5. Das vordere Gehäuse 9 wirkt mit dem Mittelblock 5 zusammen, um ein Gehäuse zu bilden, das die Spiralbaugruppe 4 aufnimmt.
Ein hinteres Gehäuse 29 grenzt gegenüberliegend an den Mittelblock 5. Das hintere Gehäuse 29 wirkt mit dem Mittelblock 5 zusammen, um ein Gehäuse zu bilden, das die Spiralbaugruppe 24 aufnimmt.
Das vordere Gehäuse 9, der Mittelblock 5 und das hintere Gehäuse 29 sind durch mehrere Schrauben 10 einstückig miteinander verbunden.
Ein ringförmiges Dichtungselement 11a ist in einem Umfangsabschnitt 2a₁ der Stirnplatte 2a der beweglichen Spirale 2 der ersten Spiralbaugruppe 4 eingebettet. Das Dichtungselement 11a steht über den Umfangsabschnitt 2a₁ hervor und grenzt an das vordere Gehäuse 9, so daß es gleiten kann.
Ein ringförmiges Dichtungselement 31a ist in einem Umfangsabschnitt 22a₁ der Stirnplatte 22a der beweglichen Spirale 22 der zweiten Spiralbaugruppe 24 eingebettet. Das Dichtungselement 31a steht über den Umfangsabschnitt 22a₁ hervor und grenzt an das hintere Gehäuse 29, so daß es gleiten kann.
Das vordere Gehäuse 9 ist in seinem der Rückseite der Stirnplatte 2a der beweglichen Spirale 2 der ersten Spiralbaugruppe 4 gegenüberliegenden Abschnitt mit den Luftlöchern 9a und 9b versehen. Das hintere Gehäuse 29 ist in seinem der Rückseite der Stirnplatte 22a der beweglichen Spirale 22 der zweiten Spiralbaugruppe 24 gegenüberliegenden Abschnitt mit den Luftlöchern 29a und 29b versehen.
Die Stirnplatten 2a und 22a der beweglichen Spiralen 2 und 22 sind an ihren Rückseiten mit mehreren sich radial erstreckenden Kühlrippen 2c und 22c versehen.
Ein erstes Wellenstück 12 erstreckt sich in das vordere Gehäuse 9 und verläuft durch dieses. Das Wellenstück 12 besitzt einen ersten Abschnitt 12a mit großem Durchmesser, der sich in das vordere Gehäuse 9 erstreckt. Der erste Abschnitt 12a mit großem Durchmesser wird durch das vordere Gehäuse 9 durch ein Lager 13a gestützt, so daß er drehbar ist.
Ein zweites Wellenstück 32 erstreckt sich in das hintere Gehäuse 29 und verläuft durch dieses. Das Wellenstück 32 besitzt einen zweiten Abschnitt 32a mit großem Durchmesser, der sich in das hintere Gehäuse 29 erstreckt. Der zweite Abschnitt 32a mit großem Durchmesser wird durch das hintere Gehäuse 29 durch ein Lager 33a so gestützt, daß er drehbar ist.
Der erste Abschnitt 12a mit großem Durchmesser ist durch ein versetztes Wellenstück 14 mit dem zweiten Abschnitt 32a mit großem Durchmesser einstückig verbunden. Das versetzte Wellenstück 14 verläuft durch die festen Spiralen 1 und 21 und die beweglichen Spiralen 2 und 22. Das Wellenstück 12, das versetzte Wellenstück 14 und das Wellenstück 32 wirken zusammen, um die Hauptantriebswelle zu bilden.
Eine Buchse 15 sitzt mit Gleitpassung auf dem versetzten Wellenstück 14, so daß sie um das versetzte Wellenstück 14 gleiten kann. Die Buchse 15 ist durch ein Lager 13b in einer Nabe 2d aufgenommen, die in der Rückseite der Stirnplatte 2a der beweglichen Spirale 2 gebildet ist. Das versetzte Wellenstück 14 steht durch die Buchse 15, das Lager 13b und die Nabe 2d mit der beweglichen Spirale 2 in Eingriff.
Eine Buchse 35 sitzt mit Gleitpassung auf dem versetzten Wellenstück 14, so daß sie um das versetzte Wellenstück 14 gleiten kann. Die Buchse 35 ist durch ein Lager 33b in einer Nabe 22d aufgenommen, die in der Rückseite der Stirnplatte 22a der beweglichen Spirale 22 gebildet ist. Das versetzte Wellenstück 14 steht durch die Buchse 35, das Lager 33b und die Nabe 22d mit der beweglichen Spirale 22 in Eingriff.
Ein Rotationssperr-Mechanismus 16 der ersten Spiralbaugruppe 4 ist zwischen der beweglichen Spirale 2 und dem vorderen Gehäuse 9 gegenüber der beweglichen Spirale 2 angeordnet. Der Rotationssperr-Mechanismus 16 umfaßt mehrere Lager und eine Hilfskurbel.
Ein Rotationssperr-Mechanismus 36 der zweiten Spiralbaugruppe 24 ist zwischen der beweglichen Spirale 22 und dem hinteren Gehäuse 29 gegenüber der beweglichen Spirale 22 angeordnet. Der Rotationssperr-Mechanismus 36 umfaßt mehrere Lager und eine Hilfskurbel.
Der Rotationssperr-Mechanismus 16 ist von dem Rotationssperr-Mechanismus 36 um etwa 90° in Umfangsrichtung versetzt.
Die Beziehung r₀ > r > (r₀ – 0,3 mm) gilt zwischen einem Radius r des Umlaufes der beweglichen Spiralen 2 und 22, der durch die Rotationssperr-Mechanismen 16 und 36 bestimmt ist, und einem Radius r₀ des Umlaufes der beweglichen Spiralen 2 und 22, der durch die Spiralkörper 1b und 21b der festen Spiralen 1 und 21 und die Spiralkörper 2b und 22b der beweglichen Spiralen 2 und 22 bestimmt ist.
Ein erstes Ausgleichsgewicht 17 ist an dem ersten Abschnitt 12a mit großem Durchmesser des Wellenstücks 12 angebracht. Das erste Ausgleichsgewicht 17 ist mit einem ersten Radiallüfter 18 versehen. Der erste Radiallüfter 18 ist mit einem Abweiser 18a versehen, der die ausströmende Luft parallel zur Hauptantriebswelle und zu Stirnplatte 2a der beweglichen Spirale 2 lenkt.
Ein zweites Ausgleichsgewicht 37 ist an dem zweiten Abschnitt 32a mit großem Durchmesser des Wellenstücks 32 angebracht. Das zweite Ausgleichsgewicht 37 ist mit einem zweiten Radial lüfter 38 versehen. Der zweite Radiallüfter 38 ist mit einem Abweiser 38a versehen, der die ausströmende Luft parallel zur Hauptantriebswelle und zur Stirnplatte 22a der beweglichen Spirale 22 lenkt.
Die Stirnplatte 1a der festen Spirale 1 der ersten Spiralbaugruppe 4 ist mit einer Nabe 1d versehen, die das versetzte Wellenstück 14 umgibt. Ein Dichtring 11b ist in die Stirnfläche der Nabe 1d eingebettet. Der Dichtring 11b steht über die Stirnfläche der Nabe 1d hervor und grenzt an die Stirnplatte 2a der beweglichen Spirale 2, so daß er gleiten kann.
Die Stirnplatte 21a der festen Spirale 21 der zweiten Spiralbaugruppe 24 ist mit einer Nabe 21d versehen, die das versetzte Wellenstück 14 umgibt. Ein Dichtring 31b ist in die Stirnfläche der Nabe 21d eingebettet. Der Dichtring 31b steht über die Stirnfläche der Nabe 21d hervor und grenzt an die Stirnplatte 22a der beweglichen Spirale 22, so daß er gleiten kann.
Der Mittelblock 5 ist mit einer Einlaßöffnung 5b versehen, die mit der bogenförmigen Aussparung 5a in Verbindung steht. Der Mittelblock 5 ist mit einer Nabe 5c versehen, die den versetzten Wellenabschnitt 14 umgibt. Der Mittelblock 5 ist mit einem Zylinder 5d versehen, der sich radial außerhalb der Nabe 5c befindet. Der Zylinderabschnitt 5d ist einstückig mit der Nabe 5c ausgebildet, wobei er sich koaxial mit der Nabe 5c erstreckt. Der Mittelblock 5 ist mit einer Auslaßkammer 5e zwischen der Nabe 5c und dem Zylinder 5d versehen. Die Auslaßkammer 5e steht mit der Ausströmöffnung 1c der festen Spirale 1 der ersten Spiralbaugruppe 4 und der Ausströmöffnung 21c der festen Spirale 21 der zweiten Spiralbaugruppe 24 in Verbindung. Der Mittelblock 5 ist mit einer Auslaßöffnung 5f versehen. Die Auslaßkammer 5e steht durch einen zylindrischen Abschnitt 5g mit der Auslaßöffnung 5f in Verbindung. Der Mit telblock 5 ist mit einer Kühlkammer 5h versehen, die sich radial außerhalb des Zylinders 5d und zwischen der Stirnplatte 1a der festen Spirale 1 der ersten Spiralbaugruppe 4 und der Stirnplatte 21a der festen Spirale 21 der zweiten Spiralbaugruppe 24 befindet. Die Kühlkammer 5h steht durch ein Luftloch 5i mit dem Raum außerhalb des Mittelblocks 5 in Verbindung.
Der Anstoßpunkt der Nabe 5c gegen die Stirnplatte 1a der festen Spirale 1 der ersten Spiralbaugruppe 4 ist durch das Dichtungselement 11c abgedichtet, während der Anstoßpunkt der Nabe 5c gegen die Stirnplatte 21a der festen Spirale 21 der zweiten Spiralbaugruppe 24 durch das Dichtungselement 31c auch abgedichtet ist.
Im Betrieb wird das Wellenstück 12 um die zentrale Achse X durch eine in den 1 bis 3 nicht gezeigte Antriebseinrichtung gedreht. Das versetzte Wellenstück 14 dreht sich um die Achse X. Die Drehung des versetzten Wellenstücks 14 wird durch die Buchsen 15 und 35 zu den beweglichen Spiralen 2 und 22 übertragen, die sich mit dem versetzten Wellenstück 14 in Eingriff befinden. Folglich laufen die beweglichen Spiralen 2 und 22, die miteinander einstückig verbunden sind, um die Achse X um. Durch die Einlaßöffnung 5b wird Gas in den Kompressor und dann in die Arbeitskammern 3 und 23 gesaugt. Die Arbeitskammern 3 und 23 nähern sich dem Zentrum der festen Spiralen 1 und 21, wobei ihr Volumen allmählich abnimmt. Folglich wird das Gas in den Arbeitskammern 3 und 23 komprimiert. Das komprimierte Gas strömt durch die Ausströmöffnungen 1c und 21c der Stirnplatten 1a und 21a der festen Spiralen 1 und 21 in die Auslaßkammer 5e, wobei es durch die Auslaßöffnung 5f aus dem Kompressor strömt.
Die beweglichen Spiralen 2 und 22 können umlaufen, sie werden aber durch die Rotationssperr-Mechanismen 16 und 36 an der Rotation gehindert.
Im Spiralkompressor dieser Ausführungsform nehmen die beweglichen Spiralen 2 und 22, die einstückig miteinander verbunden sind, die Axialbelastung, die die Kompression des Gases in den Arbeitskammern 3 und 23 hervorruft, auf. Deshalb trägt der Rotationssperr-Mechanismus 16 der ersten Spiralbaugruppe 4, der zwischen der Stirnplatte 2a der beweglichen Spirale 2 und dem vorderen Gehäuse 9 gegenüber der Stirnplatte 2a angeordnet ist, die Axialbelastung nicht. Ähnlich trägt der Rotationssperr-Mechanismus 36 der zweiten Spiralbaugruppe 24, der zwischen der Stirnplatte 22a der beweglichen Spirale 22 und dem hinteren Gehäuse 29 gegenüber der Stirnplatte 22a angeordnet ist, die Axialbelastung nicht. Im Ergebnis ist der Verschleiß der Rotationssperr-Mechanismen 16 und 36 minimiert, wodurch die Verkürzung der Lebensdauer des Kompressors verhindert wird. Da sie frei von der Axialbelastung sind, können die Rotationssperr-Mechanismen 16 und 36 verkleinert werden. Im Ergebnis kann der Kompressor verkleinert werden.
Im Spiralkompressor dieser Ausführungsform sind die festen Spiralen 1 und 21 einstückig miteinander verbunden, ferner sind die beweglichen Spiralen 2 und 22 einstückig miteinander verbunden. Deshalb können der axiale Abstand zwischen der festen Spirale 1 und der beweglichen Spirale 2 und der axiale Abstand zwischen der festen Spirale 21 und der beweglichen Spirale 22 durch einen einzigen Vorgang des Einstellens der Länge der Distanzhülsen 7, die die beweglichen Spiralen 2 und 22 einstückig verbinden, oder des Einstellens der Dicke der Unterlegplatten, die zwischen die Stirnflächen der Distanzhülsen 7 und die beweglichen Spiralen 2 und 22 eingefügt sind, eingestellt werden.
Im Spiralkompressor der Ausführungsform sind die Buchsen 15 und 35, die Lager 13b und 33b und die Naben 2d und 22d, die die Punkte des Eingriffs zwischen dem versetzten Wellenstück 14 und den beweglichen Spiralen 2 und 22 bilden, auf den Rückseiten der Stirnplatten 2a und 22a der beweglichen Spiralen 2 und 22 angeordnet. Folglich befinden sich diese Elemente nahe beim vorderen Gehäuse 9 und nahe beim hinteren Gehäuse 29. Deshalb verteilt sich die von den Lagern 13b und 33b an den Punkten des Eingriffs erzeugte Wärme leicht durch das vordere Gehäuse 9 und das hinteren Gehäuse 29 auf die Außenseite des Kompressors. Im Ergebnis ist die Erwärmung der Lager 13b und 33b minimiert, so daß die Abnahme der Lebensdauer der Lager 13b und 33b verringert wird.
Im Spiralkompressor der Ausführungsform grenzen die Stirnplatten 2a und 22a an den Umfangsabschnitten 2a₁ und 22a₁ ihrer Rückseiten durch die Dichtungselemente 11a und 31a an das vordere Gehäuse 9 und das hintere Gehäuse 29 an. Folglich sind zwischen den Einlaßwegen des Kompressors, die auf der Seite der Spiralkörper 2b und 22b der beweglichen Spiralen 2 und 22 gebildet sind, und den Rotationssperr-Mechanismen 16 und 36 und den Lagern 13a, 33a, 13b und 33b Zwischenwände. gebildet. Deshalb wird verhindert, daß Pulver von abgeschliffenen Werkstoffen der Rotationssperr-Mechanismen 16 und 36 und der Lager 13a, 33a, 13b und 33b, Schmiermittel usw. in die Arbeitskammern 3 und 23 eintreten, wobei verhindert wird, daß aus dem Kompressor ausströmendes Gas durch das Pulver der abgeschliffenen Werkstoffe, Schmiermittel usw. verunreinigt wird. Im Ergebnis kann der Spiralkompressor der Ausführungsform zur Kompression von Reingas verwendet werden.
Zwischen den Einlaßwegen des Kompressors, die auf der Seite der Spiralkörper 2b und 22b der beweglichen Spiralen 2 und 22 gebildet sind, und den Rotationssperr-Mechanismen 16 und 36 und den Lagern 13a, 33a, 13b und 33b sind Zwischenwände gebildet. Deshalb wird verhindert, daß das von den Rotationssperr-Mechanismen 16 und 36 und den Lagern 13a, 33a, 13b und 33b erwärmte Gas, dessen spezifisches Volumen zu vergrößern ist, in die Arbeitskammern 3 und 23 eintritt. Im Ergebnis wird verhindert, daß die Strömungsgeschwindigkeit des aus dem Kompressor ausströmenden Gases wesentlich abnimmt.
Im Spiralkompressor der Ausführungsform grenzen die Naben 1d und 21d der festen Spiralen 1 und 21 durch die Dichtungringe 11b und 31b an die Stirnplatten 2a und 22a der beweglichen Spiralen 2 und 22 an. Deshalb tritt das Schmiermittel in den Lagern 13a, 33a, 13b und 33b nicht entlang des versetzten Wellenstücks 14 in die Arbeitskammern 3 und 23 ein und verunreinigt das aus dem Kompressor ausströmende Gas somit nicht.
Die Berührungspunkte zwischen der Nabe 5c des Mittelblocks 5 und den Stirnplatten 1a und 21a der festen Spiralen 1 und 21 werden durch die Dichtungselemente 11c und 31c abgedichtet. Deshalb tritt das Schmiermittel. in den Lagern 13a, 33a, 13b und 33b entlang der versetzten Welle 14 in die Auslaßkammer 5e nicht ein und verunreinigt daher das aus dem Kompressor ausströmende Gas nicht.
Im Spiralkompressor dieser Ausführungsform besteht zwischen den Spiralkörpern 1b und 21b der festen Spiralen 1 und 21 eine Phasenwinkeldifferenz von 180°. Folglich wird zwischen der Pulsation des aus dem Paar aus der festen Spirale 1 und der beweglichen Spirale 2 der ersten Spiralbaugruppe 4 ausströmenden Gases und der Pulsation des aus dem Paar aus der festen Spirale 21 und der beweglichen Spirale 22 der zweiten Spiralbaugruppe 24 ausströmenden Gases eine Phasenwinkeldifferenz von 180° erzeugt. Deshalb heben sich die Pulsationen der zwei ausströmenden Gase einander auf, wobei die Erzeugung des auf die Pulsation des ausströmenden Gases zurückzuführenden Geräusches verhindert wird. Außerdem wird zwischen der Pulsation des in das Paar aus der festen Spirale 1 und der beweglichen Spirale 2 der ersten Spiralbaugruppe 4 einströmenden Gases und der Pulsation des in das Paar aus der festen Spirale 21 und der beweglichen Spirale 22 der zweiten Spiralbaugruppe 24 einströmenden Gases eine Phasenwinkeldifferenz von 180° erzeugt. Deshalb heben sich die Pulsationen der zwei einströmenden Gases einander auf, wobei die Erzeugung des auf die Pulsation des einströmenden Gases zurückzuführenden Geräusches verhindert wird.
Im Spiralkompressor dieser Ausführungsform besteht zwischen einem Radius r der Umdrehung der beweglichen Spiralen 2 und 22, der durch die Rotationssperr-Mechanismen 16 und 36 bestimmt ist, und einem Radius r₀ der Umdrehung der beweglichen Spiralen 2 und 22, der durch die Spiralkörper 1b und 21b der festen Spiralen 1 und 21 und die Spiralkörper 2b und 22b der beweglichen Spiralen 2 und 22 bestimmt ist, die Beziehung r₀ > r. Im Ergebnis werden die Störungen zwischen den Spiralkörpern 1b und 21b der festen Spiralen 1 und 21 und den Spiralkörpern 2b und 22b der beweglichen Spiralen 2 und 22 verhindert, wobei die Erzeugung von Pulver von abgeschliffenen Elementen verhindert wird, die auf derartige Störungen zurückzuführen ist. Außerdem gibt es die Beziehung r > (r₀ – 0,3 mm) zwischen den Radien r und r₀ der Umdrehung. Im Ergebnis wird die Abnahme des Kompressionswirkungsgrades verhindert.
Im Spiralkompressor dieser Ausführungsform stehen die zwischen den Rückseiten der Stirnplatten 2a und 22a der beweglichen Spiralen 2 und 22 und dem vorderen Gehäuse 9 und dem hinteren Gehäuse 29 gebildeten Räume durch die Luftlöcher 9a, 9b, 29a und 29b mit der Atmosphäre in Verbindung. Deshalb verteilt sich die von den Rotationssperr-Mechanismen 16 und 36 und den Lagern 13a, 13b, 33a und 33b erzeugte Wärme durch die Luftlöcher 9a, 9b, 29a und 29b in der Atmosphäre. Im Ergebnis wird die Abnahme des Kompressionswirkungsgrades, die auf die thermische Deformation der beweglichen Spiralen 2 und 22 zurückzuführen ist, verhindert, wobei die Verkürzung der Lebensdauer der Rotationssperr-Mechanismen 16 und 36 und der Lager 13a, 13b, 33a und 33b verhindert wird, die auf den Verlust von Schmiermittel oder die thermische Deformation zurückzuführen ist.
Im Spiralkompressor dieser Ausführungsform sind die Stirnplatten 2a und 22a der beweglichen Spiralen 2 und 22 an ihrem Rückseiten mit Kühlrippen 2c und 22c versehen. Im Ergebnis werden die Kühlwirkungsgrade der beweglichen Spiralen 2 und 22, der Rotationssperr-Mechanismen 16 und 36 und der Lager 13a, 13b, 33a und 33b verbessert.
Im Spiralkompressor dieser Ausführungsform sind die Ausgleichsgewichte 17 und 37 mit Radiallüftern 18 und 38 versehen. Deshalb wird durch die Luftlöcher 9a, 9b, 29a und 29b Außenluft in das vordere Gehäuse 9 und das hintere Gehäuse 29 gesaugt. Im Ergebnis werden die Kühlwirkungsgrade der beweglichen Spiralen 2 und 22, der Rotationssperr-Mechanismen 16 und 36 und der Lager 13a, 13b, 33a und 33b verbessert.
Im Spiralkompressor der Ausführungsform wird die aus den Radiallüftern 18 und 38 ausströmende Luft durch die Abweiser 18a und 38a zu den Stirnplatten 2a und 22a der beweglichen Spiralen 2 und 22 gelenkt. Im Ergebnis werden die Strömungsgeschwindigkeiten der Luft, die mit den Stirnplatten 2a und 22a der beweglichen Spiralen 2 und 22 kollidiert, vergrößert, wobei die Kühlwirkungsgrade der beweglichen Spiralen 2 und 22 verbessert werden.
Die Ausgleichsgewichte 17 und 37 können anstatt mit den Radiallüftern 18 und 38 mit Axiallüftern versehen sein.
Im Spiralkompressor dieser Ausführungsform ist die Kühlkammer 5h, die mit dem Raum außerhalb des Gehäuses des Kompressors in Verbindung steht, zwischen den Stirnplatten 1a und 21a der festen Spiralen 1 und 21 angeordnet. Deshalb werden die Stirnplatten 1a und 21a der festen Spiralen 1 und 21 durch die Luftströmung gekühlt, die in die Kühlkammer 5h gesaugt wird. Im Ergebnis werden die thermischen Deformationen der festen Spiralen 1 und 21 eingedämmt, wobei die Abnahme des Kompressionswirkungsgrades unterdrückt wird, die auf derartige thermische Deformationen der festen Spiralen 1 und 21 zurückzuführen ist.
Im Spiralkompressor der Ausführungsform sind die funktionslosen Abschnitte der scheibenförmigen Stirnplatten 1a und 21a der festen Spiralen 1 und 21 radial außerhalb der Spiralkörper 1b und 21b teilweise bogenförmig abgeschnitten. Im Spiralkompressor der Ausführungsform sind die funktionslosen Abschnitte der scheibenförmigen Stirnplatten 2a und 22a der beweglichen Spiralen 2 und 22 radial außerhalb der Spiralkörper 2b und 22b teilweise bogenförmig abgeschnitten. Im Ergebnis kann der Spiralkompressor der Ausführungsform verkleinert werden.
In der obigen Ausführungsform muß die Phasenwinkeldifferenz zwischen den Spiralkörpern 1b und 21b der festen Spiralen 1 und 21 nicht streng 180° betragen. Er kann bis zu einem gewissen Ausmaß größer oder kleiner als 180° sein.
In der obigen Ausführungsform muß die Phasenwinkeldifferenz zwischen den Spiralkörpern 2b, 22b der beweglichen Spiralen 2, 22 und den Spiralkörpern 1b, 21b der festen Spiralen 1, 21 nicht streng 180° betragen. Er kann bis zu einem gewissen Ausmaß größer oder kleiner als 180° sein.
In der obigen Ausführungsform muß die Zahl in der Beziehung zwischen r und r₀ nicht streng 0,3 sein. Sie kann ein wenig von 0,3 abweichen.

Claims

Spiralkompressor mit einer ersten Spiralbaugruppe (4), die eine gehäusefeste Spirale (1) mit einer Stirnplatte (1a) und einem von der Stirnplatte (1a) vorstehenden Spiralkörper (1b) und eine umlaufende Spirale (2) mit einer Stirnplatte (2a) und einem von der Stirnplatte (2a) vorstehenden Spiralkörper (2b) aufweist; einer zweiten Spiralbaugruppe (24), die eine gehäusefeste Spirale (21) mit einer Stirnplatte (21a) und einem von der Stirnplatte (21a) vorstehenden Spiralkörper (21b) und eine umlaufende Spirale (22) mit einer Stirnplatte (22a) und einem von der Stirnplatte (22a) vorstehenden Spiralkörper (22b) aufweist; wobei jeweils die gehäusefeste Spirale (1, 21) und die umlaufende Spirale (2, 22) einer jeden Spiralbaugruppe (4, 24) zum Bilden einer Mehrzahl von Arbeitskammern (3, 23) dazwischen ineinanergreifen zum Komprimieren von Gas in den Arbeitskammern (3, 23); die beiden Baugruppen (4, 24) mit den Rückseiten der Stirnplatten (1a, 21a) der gehäusefesten Spiralen (1, 21) einander gegenüber angeordnet sind; die umlaufenden Spiralen (2, 22) ein einstückiges Bauelement bilden; eine Hauptantriebswelle (12, 14, 32) zum Antreiben der umlaufenden Spirale (2, 22) durch die beiden Spiralbaugruppen (4, 24) verläuft und mit den umlaufenden Spiralen (2, 22) in Eingriff steht; und eine Auslaßkammer (5e) zwischen den Stirnplatten (1a, 21a) der gehäusefesten Spiralen (1, 21) angeordnet ist.
Spiralkompressor nach Anspruch 1, bei dem die Hauptantriebswelle (12, 14, 32) mit den umlaufenden Spiralen (2, 22) an den Rückseiten der Stirnplatten (2a, 22a) der umlaufenden Spiralen (2, 22) in Eingriff steht.
Spiralkompressor nach Anspruch 2, bei dem die umlaufenden Spiralen (2, 22) über Dichtungselemente (11a, 31a) an den Umfangsabschnitten (2a₁ , 22a₁ ) der Rückseiten ihrer Stirnplatten (2a, 22a) an ein Gehäuse (9, 29) grenzen, das die beiden Spiralbaugruppen (4, 24) aufnimmt.
Spiralkompressor nach Anspruch 1, bei dem zwischen den Spiralkörpern (1b, 21b) der gehäusefesten Spiralen (1, 21) eine Phasenwinkeldifferenz von 180° vorhanden ist.
Spiralkompressor nach Anspruch 1, bei dem zwischen einem Radius r des Umlaufes der umlaufenden Spiralen (2, 22), der durch Rotationssperr-Mechanismen (16, 36) für die umlaufenden Spiralen (2, 22) bestimmt ist, und einem Radius r₀ des Umlaufes der umlaufenden Spiralen (2, 22), der durch die Spiralkörper (1b, 21b) der gehäusefesten Spiralen (1, 21) und die Spiralkörper (2b, 22b) der umlaufenden Spiralen (2, 22) bestimmt ist, die Beziehung r₀ > r > (r₀ – 0,3 mm) besteht.
Spiralkompressor nach Anspruch 1, bei dem ein Gehäuse (9, 29) gegenüber den Rückseiten der Stirnplatten (2a, 22a) der umlaufenden Spiralen (2, 22) mit Luftlöchern (9a, 9b, 29a, 29b) versehen ist.
Spiralkompressor nach Anspruch 1, bei dem die Stirnplatten (2a, 22a) der umlaufenden Spiralen (2, 22) an ihren Rückseiten mit Kühlrippen (2c, 22c) versehen sind.
Spiralkompressor nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Hauptantriebswelle (12, 14, 32) mit Ausgleichsgewichten (17, 37) und Axiallüftern versehen ist, die mit Abschnitten (12a, 32a) der Hauptantriebswelle (12, 14, 32) verbunden sind, die sich zwischen den Rückseiten der Stirnplatten (2a, 22a) der umlaufenden Spiralen (2, 22) und dem Gehäuse (9, 29) erstrecken.
Spiralkompressor nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Hauptantriebswelle (12, 14, 32) mit Ausgleichsgewichten (17, 37) und Radiallüftern (18, 38) versehen ist, die mit Abschnitten (12a, 22a) der Hauptantriebswelle (12, 14, 32) verbunden sind, die sich zwischen den Rückseiten der Stirnplatten (2a, 22a) der beweglichen Spiralen (2, 22) und dem Gehäuse (9, 29) erstrecken.
Spiralkompressor nach Anspruch 9, bei dem die Radiallüfter (18, 38) mit Abweisern (18a, 38a) versehen sind, die die ausströmende Luft parallel zur Hauptantriebswelle (12, 14, 32) lenken.
Spiralkompressor nach Anspruch 3, bei dem eine Kühlkammer (5h), die mit dem Raum außerhalb des Gehäuses (9, 29) in Verbindung steht, zwischen den Stirnplatten (1a, 21a) der gehäusefesten Spiralen (1, 21) angeordnet ist.
Spiralkompressor nach Anspruch 1, bei dem die Stirnplatten (1a, 21a, 2a, 22a) der gehäusefesten Spiralen (1, 21) und der umlaufenden Spiralen (2, 22) Scheiben sind, deren funktionslosen Umfangsabschnitte teilweise bogenförmig abgeschnitten sind.