DE1109704B

DE1109704B - Schraubenradmaschine

Info

Publication number: DE1109704B
Application number: DES61939A
Authority: DE
Inventors: Hans Robert Nilsson
Original assignee: Svenska Rotor Maskiner AB
Current assignee: Svenska Rotor Maskiner AB
Priority date: 1958-02-27
Filing date: 1959-02-26
Publication date: 1961-06-29
Also published as: US2975963A; DK98144C; BE576046A; CH375474A; GB851262A; AT211945B; FR1224330A

Description

Schraubenradmaschine Die Erfindung betrifft eine Schraubenradmaschine zur Kompression oder Expansion gasförmiger Medien in zwei oder mehreren Druckstufen, die mit zusammenwirkenden männlichen und weiblichen Rotoren ausgestattet ist, wobei der männliche Rotor schraubenförmig verlaufende konvexe Kämme und dazwischenliegende Nuten und der weibliche Rotor schraubenförmig verlaufende konkave Kämme und dazwischenliegende Nuten und jeder Rotor eine der Stufenanzahl entsprechende Anzahl von Abschnitten aufweist.
Anders als bei Flüssigkeitsförderpumpen ergibt sich bei mehrstufigen Schraubenradverdichtern insofern eine Schwierigkeit, als infolge der Kompressibilität des gasförmigen Fördermediums das Ansaugvolumen jeder nachgeschalteten Stufe jeweils geringer ist als das Ansaugvolumen der vorhergehenden Verdichterstufe. Da die einzelnen Abschnitte der Schraubenräder auf gemeinsamen Wellen befestigt sind, müssen sowohl die Drehzahlen als auch die Wellenabstände der Schraubenradabschnitte und damit auch deren Teilungsdurchmesser in allen Verdichterstufen die gleichen sein.
Dem unterschiedlichen Ansaugvolumen hat man bisher dadurch Rechnung getragen, daß in den verschiedenen Stufen zwar gleiche Rotorprofile, jedoch unterschiedliche Steigungswinkel verwendet wurden. Hierbei muß aber die erste Stufe verhältnismäßig lange Rotorabschnitte erhalten. Hierdurch werden aber nicht zuletzt die Einström- und Leckverluste groß.
Eine andere Möglichkeit zur Lösung des Poblems besteht darin, die beiden miteinander zusammenarbeitenden Rotoren eines Schraubenradverdichters konisch auszubilden. Solche Rotoren sind aber wesentlich schwieriger herzustellen.
Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß die einzelnen Abschnitte ein gemeinsames mehrgängiges Grundprofil und einen gemeinsamen Steigungswinkel haben, wobei der männliche Rotor in der Stufe niederen Druckes mit tieferen Nuten versehen ist als in der Stufe höheren Druckes und der weibliche Rotor in der Stufe niederen Druckes mit höherem Kopfteil versehen ist als in der Stufe höheren Druckes.
Mit dieser Konstruktion ist es möglich, das Ansaugvolumen der ersten Stufe gegenüber dem Ansaugvolumen der zweiten Stufe zu erhöhen, ohne daß dabei die Drehzahlen, Wellenabstände oder Teilungsdurchmesser der einzelnen Schraubenradabschnitte verändert werden. Damit ist es auch möglich, die Länge der einzelnen Schraubenradabschnitte so zu wählen, daß die Verluste klein sind. Besonders vorteilhaft ist es, wenn zwischen dem männlichen und dem weiblichen Rotor ein Spiel vorgesehen ist, das bei vollem Eingriff der Kämme in die Nuten sowohl im Hochdruckabschnitt als auch im Niederdruckabschnitt 0,08 bis 0,11 mm beträgt, und die Rotoren mit einem gemeinsamen Synchronisiergetriebe für die Rotorabschnitte ausgestattet sind.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt Fig. 1 einen senkrechten Axialschnitt durch einen zweistufigen Kompressor gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine Draufsicht auf die Rotoren des Kompressors nach Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt der Rotoren in der Hochdruckstufe nach der Linie 3-3 in Fig. 1 und Fig. 4 einen Querschnitt durch die Rotoren in der Niederdruckstufe nach der Linie 4-4 in Fig. 1.
Der zweistufige Kompressor besteht aus einem Gehäuse, das aus einer Niederdruckstimwand 10, einem Gehäuseoberteil 12, einem Gehäuseunterteil 14 und einer Hochdruckstirnwand 16 zusammengesetzt ist. In der Niederdruckstimwand 10 und in dein Gehäuseunterteil 14 ist ein Niederdruckeinlaß 18, im Gehäuseoberteil 12 ein Mitteldruckauslaß 20, im Gehäuseunterteil 14 ein Mitteldruckeinlaß 22 und im Gehäuseoberteil 12 und in der Hochdruckstirnwand 16 ein Hochdruckauslaß 24 angeordnet. Gehäuseoberteil 12 und Gehäuseunterteil 14 umschließen zwei Arbeitskammern, die durch zwei parallele einander schneidende zylindrische Bohrungen gebildet sind, in welchen je ein männlicher Rotor 26 bzw. ein weiblicher Rotor 28 angeordnet ist. Diese Rotoren sind in der Niederdruckstirnwand 10 und in der Hochdruckstirnwand 16 gelagert. Jeder Rotor besteht aus einem Niederdruckabschnitt 30 bzw. 34, einem Hochdruckabschnitt 32 bzw. 36 und einem dazwischenliegenden glatten Wellenteil 38 bzw. 40, der abgedichtet im Gehäuseoberteil 12 und Gehäuseunterteil 14 geführt ist. Der Hochdruckabschnitt 32 des männlichen Rotors 26 ist mit vier schraubenförmig verlaufenden konvexen Kämmen oder Wülsten 42 versehen, die zum überwiegenden Teil außerhalb des Teilkreises 44 liegen und zwischen sich Nuten 46 einschließen. Der Hochdruckabschnitt 36 des weiblichen Rotors 28 weist sechs schraubenförmige konkave Kämme 48 auf, die zum überwiegenden Teil innerhalb des Teilkreises 50 liegen und zwischen sich Nuten 52 einschließen (Fig. 3). Der Niederdruckabschnitt 30 des männlichen Rotors 26 ist in ähnlicher Weise mit vier schraubenförmigen konvexen Kämmen 54 ausgerüstet, die zum überwiegenden Teil außerhalb des Teilkreises 44 liegen und zwischen sich Nuten 56 einschließen, von denen aber jede eine innerhalb des Teilkreises 44 liegende Nutvertiefung 58 aufweist. Der Niederdruckabschnitt 34 des weiblichen Rotors 28 besitzt wieder sechs schraubenförmige, im wesentlichen konkave Kämme 60 mit dazwischenliegenden Nuten 64, wobei die Kämme 60 zum überwiegenden Teil innerhalb des Teilkreises 50 liegen, aber mit Ansatz- oder Kopfteilen 62 versehen sind, die außerhalb des Teilkreises 50 liegen.
Die Querschnitte des männlichen Rotors 26 im Niederdruckabschnitt 30 (Fig. 4) und im Hochdruckabschnitt 32 (Fig. 3) sind, abgesehen von den in den Nuten des Niederdruckabschnitts vorgesehenen Nutvertiefungen 58 gleich. Ebenso gleichen sich die Querschnitte des weiblichen Rotors 28 im Niederdruckabschnitt 34 (Fig. 4) und im Hochdruckabschnitt 36 (Fig. 3), abgesehen von den im Niederdruckabschnitt 34 vorhandenen Kopfteilen 62. Ferner ist der Steigungswinkel in beiden Abschnitten jedes Rotors gleich groß. Durch diese gleiche Ausführung ist eine Vereinfachung bei der Herstellung des Rotors möglich, weil beide Abschnitte eines Rotors nicht nur mit dem gleichen Vorschub, sondern auch mit den gleichen Werkzeugen bearbeitet werden können, was zu einer entsprechenden Verminderung der Herstellungskosten führt. Um den günstigsten Wirkungsgrad zu erreichen, ist der männliche Rotor 26 so ausgebildet, daß im Niederdruckabschnitt 30 jeder schraubenförmige Kamm etwa 300J des Rotorumfanges umschlingt und das Verhältnis zwischen Abschnittslänge und Abschnittsdurchmesser etwa 1,25 beträgt; im Hochdruckabschnitt 32 beträgt dieser Umschlingungswinkel für jeden Kamm etwa 170=, und das Verhältnis zwischen Abschnittslänge und Abschnittsdurchmesser liegt bei etwa 0,7.
Ferner sind die Rotoren 26, 28 so ausgebildet, daß, wie die Fig. 3 und 4 zeigen, die Profile der Kämme und der Kopfteile und Nutenvertiefungen aus Kreisbögen zusammengesetzt sind, welche beim männlichen und weiblichen Rotor mit Ausnahme eines Spiels in der Größe von 0,08 bis 0,11 mm zwischen den Rotoren sowohl im Hochdruck- als auch im Niederdruckabschnitt einander entsprechen. Das Spiel hat die Aufgabe einen direkten Kontakt zwischen den Rotoren zu vermeiden und damit die Gefahr des Festfressens auszuschalten. Der männliche Rotor 26 wird von einem Motor angetrieben, während der weibliche Rotor 28 in an sich bekannter Weise mit Hilfe eines Synchronisiergetriebes vom männlichen Rotor angetrieben wird.
Der Kompressor arbeitet wie folgt: Durch den Niederdruckeinlaß 18 wird Niederdruck-gas angesaugt, das im Niederdruckabschnitt 30, 34 der Rotore 26, 28 auf Mitteldruck komprimiert und durch den Mitteldruckauslaß 20 abgeleitet wird. Daraufhin wird dieses Gas durch den Mitteldruckeinlaß 22 in den Hochdruckabschnitt 32, 36 der Rotore 26, 28 eingesaugt, wo es auf hohen Druck komprimiert und sodann durch den Hochdruckauslaß 24 abgeleitet wird. Durch unterschiedliche Bemessung der Querschnitte der Rotorabschnitte 30, 32 bzw. 34, 36 ist es möglich, in den beiden Abschnitten gewichtsmäßig die gleiche Gasmenge kontinuierlich zu verarbeiten, obwohl sich das Volumen mit Druck und Temperatur ändert und der Steigungswinkel der Rotorkämme in den beiden Abschnitten gleich groß ist. Die Größe der Kopfteile 62 und der -lutenvertiefungen 58 im Niederdruckabschnitt 30, 34 der Rotore 26, 28 ist im Querschnitt vorzugsweise so bemessen, daß jeder der beiden Kompressorabschnitte, d. h. die Niederdruckstufe und die Hochdruckstufe, die gleiche Gewichtsmenge Gas pro Zeiteinheit verarbeitet, so daß kein zusätzlicher Sammelbehälter zwischen den beiden Druckstufen vorgesehen werden muß. Es sei noch erwähnt, daß eine Ausführungsform des Kompressors mit einem zwischen den beiden Druckstufen angeordneten Zwischenkühler Vorteile bieten kann. Die Abkühlung muß dann jedoch bei der Dimensionierung des Querschnittes der Kopfteile und der mit diesen zusammenarbeitenden Nutenvertiefungen berücksichtigt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann konstruktiv verschiedenartig abgewandelt werden. Die in der Beschreibung gewählten Ausdrücke und Bezeichnungen dienen nur dem Zweck der Erläuterung und begrenzen die Erfindung nicht.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Schraubenradmaschine zur Kompression oder Expansion gasförmiger Medien in zwei oder mehreren Druckstufen, die mit zusammenwirkenden männlichen und weiblichen Rotoren ausgestattet ist, wobei der männliche Rotor schraubenförmig verlaufende konvexe Kämme und dazwischenliegende Nuten und der weibliche Rotor schraubenförmig verlaufende konkave Kämme und dazwischenliegende Nuten und jeder Rotor eine der Stufenanzahl entsprechende Anzahl von Abschnitten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Abschnitte ein gemeinsames mehrgängiges Grundprofil und einen gemeinsamen Steigungswinkel haben, wobei der männliche Rotor (30) in der Stufe niederen Druckes mit tieferen Nuten (58) versehen ist als in der Stufe höheren Druckes, und der weibliche Rotor (34) in der Stufe niederen Druckes mit höheren Kopfteilen versehen ist als in der Stufe höheren Druckes.
2. Schraubenradmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem männlichen und dem weiblichen Rotor ein Spiel vorgesehen ist, das bei vollem Eingriff der Kämme in die Nuten sowohl im Hochdruckabschnitt (32/36) als auch im Niederdruckabschnitt (30/34) 0,08 bis 0,11 mm beträgt, und die Rotoren mit einem gemeinsamen Synchronisiergetriebe für die Rotorabschnitte ausgestattet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 903 500, 934 605, 723 315; britische Patentschrift Nr. 384 355; USA.-Patentschrift Nr. 1317 370.