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Drehkolbenverdichter Die Erfindung betrifft einen Drehkolbenverdichter
mit einem trommelförmigen Förderrotor, von dem zwei Zahnkolben radial abstehen,
und zwei zum Förderrotor achsparallelen, ebenfalls im wesentlichen zylindrischen
Dichtungsrotoren, welche mit ihren Außenumfangsflächen diejenige des Trommelteiles
des Förderrotors fast berühren und ferner zwei Ausnehmungen aufweisen, in denen
sich die Zahnkolben des Förderrotors ähnlich wie bei einem Zahneingrift während
der Umdrehung dichtend hindurchbewegen, wobei hauptsächlich der den Förderrotor
umgebende Teil des aus drei den Rotoren angepaßten, ineinanderschneidenden Zylindern
bestehenden Gehäusehohlraums bzw. Rotorarbeitsraumes als Förderraum des Verdichters
dient.
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Bei einer bekannten Maschine dieser Art liegen die Drehachsen des
Förderrotors und der Dichtungsrotoren, welche aber jeweils nur eine Ausnehmung für
den Eingriff der Zahnkolben des Förderrotors aufweisen, in einer Ebene. Zwei in
der Umfangswand des dem Kopfkreis der Zahnkolben angepaßten und den Förderrotor
aufnehmenden Gehäusehohlraums angebrachte öffnungen, von denen jede neben einem
Dichtungsrotor gelegen ist, dienen als Einlaßöffnungen. Ein zentrisch sich in den
als Hohlkörper ausgebildeten Trommelteil des Förderrotors hineinerstreckender Gehäuseringraum
dient als auslaßseitiger Sammelraum für das Fördergas, wobei zwei Öffnungen in der
Umfangswand dieses Ringraumes, die zeitweise mit einer Öffnung im Trommelteil des
Förderrotors und einer Ausnehmung in jedem Zahnkolben in überdeckung kommen, zusammen
mit diesen Rotoröffnungen als Auslässe aus dem Förderraum dienen. Dabei findet schon
eine gewisse geringe Vorverdichtung innerhalb der Verdrängerräume zwischen den Rotoren
und der Gehäusewand statt, bevor das Gas in den Auslaßweg gelangt.
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Ferner ist eine Maschine der eingangs erwähnten Art bekannt, die als
Expansionsmaschine, hauptsächlich für Dampf, dienen soll, bei der ebenfalls die
Drehachsen des Förderrotors und der beiden Dichtungsrotoren, welch letztere jeweils
zwei Abmessungen aufweisen, in einer Ebene liegen. Die Einlaßöffnungen sind dabei
in einer Stirnwand und die Auslaßöffnungen in der Umfangswand des den Förderrotor
aufnehmenden Gehäusehohlraums angeordnet und so vorgesehen, daß die Maschine in
beiden Drehrichtungen arbeiten kann.
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Bei einer nach einem ähnlichen Verdrängerprinzip arbeitenden Expansionsmaschine,
bei der jedoch der Förderrotor nur einen Zahnkolben aufweist und nur ein Dichtungsrotor
vorhanden ist, ist der Einlaß in dem den Dichtungsrotor umgebenden Teil der Umfangswand
des Gehäusehohlraumes angebracht, so daß er vom Dichtungsrotor gesteuert wird, während
der Auslaß in dem den Förderrotor umgebenden Teil der Umfangswand dieses Gehäusehohlraumes
angeordnet ist. In Anbetracht der bekannten, meist möglichen Umkehrbarkeit von Drehkolbenmaschinen
ist es naheliegend, daß eine solche Maschine als Verdichter verwendet werden kann,
wenn die Einlaßöffnung und die Auslaßöffnung vertauscht werden und die Drehrichtung
der Rotoren umgekehrt wird. Dann findet im Arbeitsraum des Förderrotors zwischen
diesem, der Gehäusewand und dem Dichtungsrotor eine Verdichtung des gasförmigen
Mediums statt, bevor dieses zum Auslaß gelangen kann; denn der Auslaß ist während
des größeren Teils der Rotorumdrehung vom Dichtungsrotor versperrt. Durch Verbindungskanäle
in den Stirnwänden des Gehäusehohlraumes bzw. Arbeitsraumes der Maschine wird auch
schon eine kurzzeitige Zwischenverbindung zwischen dem Druckbereich des Arbeitsraumes
und der Ausnehmung des Dichtungsrotors zwecks Voraufladung derselben hergestellt,
wenn diese schon vom Auslaß abgeschlossen ist und noch nicht mit dem Einlaß in Verbindung
steht.
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Schließlich sei noch eine Zahnradpumpe mit drei Förderzahnrädern im
Außeneingriff erwähnt, deren Drehachsen nicht in einer Ebene liegen. Zwei Einlaßöffnungen
und zwei Auslaßöffnungen sind so in der Umfangswand des die Förderzahnräder aufnehmenden
Gehäusehohlraumes angeordnet, daß durch
eine der beiden Auslaßöffnungen
mehr Förderflüssigkeit ausströmt als durch die andere.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Maschine der eingangs erwähnten
Art so auszubilden, daß bei der an sich bekannten Verdichterwirkung innerhalb der
Verdrängerkammem an den Auslässen der beiden Verdrängerkammern zwei Förderströme
unterschiedlicher Drücke und Menge geliefert werden. Diese beiden Förderströme sollen
dann entweder zu getrennten Verbrauchsstellen geleitet oder gegebenenfalls zu einem
gemeinsamen Förderstrom vereint werden können, wobei der Förderstrom des zweiten
Auslasses den Förderstrom des ersten Auslasses wirksam im Sinne eines weitgehend
stoßfreien Arbeitens der Maschine ergänzen soll.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Verdichter der eingangs
erwähnten Art dadurch gelöst, daß der Rotorarbeitsraum zwei an Verschneidungskanten
von Umfangswänden der Gehäusezylinder für die Dichtungsmotoren mit dem Gehäusezylinder
für den Förderrotor gelegene Einlaßöffnungen und zwei jeweils in einer der Umfangswände
der Gehäusezylinder für die beiden Dichtungsrotoren nahe dem Förderraum gelegene
Auslaßöffnungen aufweist, so daß nur durch die Ausnehmungen der Dichtungsrotoren
intermittierend die Ausströmwege für das geförderte gasförmige Medium freigegeben
werden, und daß die Drehachsen der Dichtungsrotoren und des Förderrotors nicht in
einer Ebene liegen, so daß die Kompressionswege der Zahnkolben von den Einlaßöffnungen
bis zu den beiden Auslaßöffnungen ungleich groß sind und damit bei diesen Auslässen
ungleiche Förderdrücke entstehen.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ist der praktische Gebrauchswert
der Maschine bedeutend erhöht. Dank der Erfindune, können mit ein und derselben
Maschine zwei Förderströme unterschiedlicher Menge und unterschiedlicher Drücke
geliefert werden. Je nach der Winkelversetzung zwischen dem Förderrotor und den
Dichtungsrotoren können erfindungsgemäß ausgebildete Drehkolbenverdichter mit dem
jeweiligen Mengen- und Druckverhältnis der beiden Förderströme gebaut werden. Ferner
wird durch die Erfindung die Abdichtung zwischen Förderraum und Auslaßöffnungen
verbessert, da zwischen jeder Auslaßöffnung, und dem Arbeitsraum ein WandungsteiI
des Gehäusezylinders für den Dichtungsrotor liegt, der nur intermittierend von den
Ausnehinungen in den Dichtungsrotoren freigegeben wird und ansonsten von den Dichtungsrotoren
abgedichtet ist.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung wird noch vorgeschlagen, daß
ein Druckkanal den zum kürzeren Kompressionsweg gehörenden Auslaß mit dem Gehäusezylinder
des zum längeren Kompressionsweg gehörenden Dichtungsrotors verbindet und in diesem
Gehäusezylinder durch eine öffnung an einer Stelle einmündet, die so angeordnet
ist, daß jede Ausnehmung dieses letzteren Dichtungsrotors mit der Einmündungsöffnung
des Druckkanals an der besagten Stelle in und außer Überdeckung kommt, bevor sie
mit dem Auslaß an diesem Dichtungsrotor in Verbindung tritt. Auf diese Weise wird
die Auslaßöffnung des betreffenden Gehäusczylinders zur einzigen bzw. zur Sammelauslaßöffnung
des Verdichters. Die beiden Förderströme werden im wesentlichen stoßfrei zusammengeführt.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung
näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform
eines Verdichters mit den Merkmalen nach der Erfindung, F i g. 2 einen Längsschnitt
nach der Linie x-o.-o.-y in Fig. 1 und F i g. 3 einen Querschnitt
durch eine weitere Ausführungsform, Der Drehkolbenverdichter nach der Zeichnung
besitzt je einen mittleren RotorR, der sich mittels einer WelleC', dreht,
und zwei ZahnkolbenD, und D2 aufweist. Der Rotor R dient als Förderrotor.
Seine Zahnkolben D, und D., gelangen beim Umlauf in AusnehmungenE, und
E, zweier Dichtungsrotoren r, und r2, die achsparallel zu der Achse o." des
Förderrotors R angeordnet sind. Dabei liegen die Achsen ol, o2 und o. der Roteren
nicht in ein und derselben Ebene. Durch diese Anordnung werden ungleich lange Förderwege
für die Zahnkolben in den beiden Verdrängerkammern Q, und
Q2 erhalten.
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In jede der beiden Kammem QI, Q2 des Rotorarbeitsraumes
mündet eine EinlaßöffnungA, B ein. Die beiden Einlaßöffnungen A,
B liegen dabei unmittelbar an einer Verschneidungskante zwischen dem Gehäusezylinder
Z 13 für den FörderrotorA mit dem Gehäusezylinder Z, oder Z2 für den Dichtungsrotor
r. bzw. r", und zwar jeweils an der in Drehrichtung des 'Ihrdichtungsrotors R gesehenen
vorderen Verschneidungskante.
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Die Auslaßöffnungen Sl, S., dagegen münden in die Gehäusezylinder
Z, bzw. Z, für die Dichtungsrotoren r, bzw. r2 ein. Die verbleibenden Wandungsteile
der Gehäusezylinder Z" Z#, für die Dichtungsrotoren umgeben jeweils dichtend
die entsprechenden Umfangsbereiche dieser Dichtungsrotoren ri bzw. r2, Normalerweise
ist dabei der Auslaß Si bzw. S2 gegenüber den Verdrängerkammern Q, bzw.
Q, durch je
eine relativ breite Dichtungsfläche zuverlässig abgedichtet.
Durch die Ausnehmungen El, E, bzw. E., E4
der
Dichtungsrotoren r" r.2 werden die Auslaßöffnungen S, bzw. S, intermittierend
zum Aussehub des komprimierten Mediums mit den Verdrängerkammern QI, Q2
verbunden.
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Der Förderrotor und die Dichtungsrotoren sind mit Labyrinthzähnchen
u versehen, so daß die beiden Verdrängerkammern Ql, Q., möglichst
vollständig gegeneinander abgedichtet sind, was hier nicht weiter erläutert sein
soll.
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Der Kompressionsweg in der Arbeitskammer QI ist bis zur Auslaßöffnung
S, länger als der Konipressionsweg in der Verdrängerkammer Q., bis
zur Auslaßöffnung S2. Dadurch tritt an den Auslaßöffnungen S, und
S, komprimiertes Gas in verschiedener Menge und unter verschiedenen Drücken
aus. Die beiden Förderströme können getrennten Verbrauchern zugeführt werden, wobei
durch entsprechende Winkelanördnung der Rotoren zueinander eine Anpassung an den
jeweils erforderlichen Gasstrom nach Menge und Druck möglich ist.
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Die Wirkungsweise des Drehkolbenverdichters ist aus der Zeichnung
ohne weiteres verständlich: Bei Drehrichtung des Förderrotors im Uhrzeigersinn saugt
der Zahnkolben D 2 aus der Einlaßleitung A
Gas an, welches im weiteren
Verlauf vom nachfolgenden Zahnkolben Di komprimiert und sodann über die Ausnehmuno,
E, des Dichtungsrotors r2 in die CD
Auslaßöffnung
S gedrückt wird, sobald die Ausnehmung E., die Verdrängerkammer
Q2 mit der Auslaßöffnung S2 verbindet. Gleichzeitig saugt der Zahnkolben
D, wiederum Gas aus der Einlaßöffnung A
an, welches nachfolgend von
dem Zahnkolben D2
komprimiert und über die Ausnehmung E4 in die Auslaßöffnung
S, gedrückt wird.
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In entsprechender Weise arbeiten die Zahnkolben D, und D2 auch
mit den Ausnehmungen Ei, E, des 'Dichtungsrotors r. zusammen.
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Statt der getrennten, voneinander unabhängigen Verwendung der beiden
Gasströme können diese auch miteinander vereint werden. Diese Ausbildungsmöglichkeit
ist in F i g. 3 gezeigt. Hierbei ist der Auslaß SJ des zum kürzeren Kompressionsweg
gehörenden Gehäuse- bzw. Dichtungszylinders Zi über einen Druckkanal K mit einem
Bereich p, q des Zylinders Zi verbunden, der der größeren Verdrängerkammer
Q, zugeordnet ist. Dabei ist der Winkelabstand zwischen der Einmündung p-q des Druckkanals
K und der Auslaßöffnung Sl' größer als die Ausdehnung der Ausnehmungen
Ei, E2 in Umfangsrichtung. Daher kommt jede Ausnehmung El, E2 des
Dichtungsrotors r, mit der Einmündungsöffnung p-q des Kanals K in und außer Überdeckung,
bevor sie mit dem Auslaß S, an diesem Dichtungsrotor 1*1 in Verbindung tritt. Die
Einmündung p-q wird also niemals unmittelbar mit dem Auslaß Si' verbunden. Die Ausnehmungen
E, und E., werden also von dem aus der Verdrängerkammer
Q., stammenden Niederdruckstrom aufgeladen bevor sie mit dem Auslaß
S, für die Hochdruckverdrängerkammer Q, in Verbindung treten. Es erfolgt also gleichsam
eine Voraufladung der Ausnehmungen Ei' E., mit schon auf einen bestimmten Druck
gebrachten Fördergas. Die in den Ausnehmungen Ei und E, dann eingeschlossenen
Gasmengen werden zum Auslaß S, gebracht., durch den sie ausströmen. Wenn
dann diese Ausnehmungen die Verbindung der VerdrängerkammerQ, mit dem Auslaß S,
herstellen, trifft die schon auf höheren Druck gebrachte Gasmenge aus der Kammer
Q, mit der unter einem mittleren Druck stehenden Gasmen-e in der AusnehmungE oder
E,2 zusammen. Eine gewisse pulsierende Arbeitsweise des Verdichters ist zwar
auch hier noch gegeben, jedoch ist die Arbeitsweise der Ausführung nach F i
g. 3 wesentlich stoßfreier als diejenige nach F i g. 1 bezüglich der
Auslaßöffnun g S
Gegebenenfalls könnten auch Drehkolbenverdichter mit
mehr als zwei Dichtungsrotoren nach der durch die Erfinduna erreichbaren Arbeitsweise
arbeiten. Auch können die Drehkolbenverdichter nach der Erfindung als Vakuumpumpen
eingesetzt werden, wobei die Absaugleitungen zweckmäßig in den Arbeitskammern ausmünden.