DE1428274C - Mit Einspritzung von Dicht und Kühlflüssigkeit arbeitender außenachsi ger Drehkolbenverdichter - Google Patents

Description

förmige Arbeitsmittel hindurch, so daß ein Rest an Wärmeübertragung zum Arbeitsmittel niemals verhindert werden kann, und weiterhin muß das gasförmige Arbeitsmittel in radialer Richtung entgegen der Zentrifugalkraft in die Rotornuten bzw. Zwischenräume der Schraubenrippen eintreten, wodurch die Masse des tatsächlich in die V-förmigen Arbeitskammern gelangenden Arbeitsmittels noch mehr vermindert wird.

Bei trocken arbeitenden Drehkolbenverdichtern der eingangs genannten Bauart (s. die deutschen Patentschriften 971 505 und 1 122 664 und die britische Patentschrift 588 287) ist es auch mehrfach bekannt, die Einlaßöffnung ganz in der niederdruckseitigen Gehäusestirnwand anzuordnen, so daß das Arbeitsmittel in axialer Richtung in die Nuten und Zwischenräume der Rotoren einströmt, bevor die Arbeitskammern durch Eingriff der Rippen und Nuten vom Einlaß abgetrennt werden. Wenn bei einer solchen Maschine mit Einspritzung von Dicht- und Kühlflüssigkeit gearbeitet wird, ist der mit Wärme behaftete Flüssigkeitsanteil der Leckströmung der Richtung des in die Arbeitskammer einströmenden Arbeitsmittels genau entgegengerichtet, wodurch die Wärme der Flüssigkeit besonders intensiv an das Arbeitsmittel abgegeben wird und der volumetrische Wirkungsgrad entsprechend sinkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen mit Einspritzung von Dicht- und Kühlflüssigkeit arbeitenden außenachsigen Drehkolbenverdichter der ,eingangs genannten Art, bei dem sich der Einlaß für das zu verdichtende Arbeitsmittel in der einen Gehäusestirnwand befindet, derart auszubilden, daß bei möglichst geringen Verwirbelungsverlusten die Abgabe von Flüssigkeitswärme an das in die Arbeitskammern einströmende Arbeitsmittel auf ein Kleinstmaß herabgedrückt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß in an sich bekannter Weise die Umfangswände der die Rotoren aufnehmenden Gehäusebohrungen in dem an die Einlaßöffnung anschließenden Bereich, den die in den Schraubennuten und zwischen den Schraubenrippen entstehenden Arbeitskammern bis zu ihrem Abschluß von der Einlaßöffnung überstreichen, in einem größeren Abstand von den Rotoren zurückversetzt sind und dann unter Bildung von zwei in ihrem Verlauf den in dieser Abschlußstellung die Trennung der Arbeitskammern von der Einlaßöffnung bewirkenden Kopfkanten der Schraubenrippen bzw. Schraubennuten der Rotoren angepaßten schulterförmigen Wandabstufungen in den die Rotoren dichtend umgebenden übrigen Wandbereich der Gehäusebohrungen übergehen, und daß ferner der zurückversetzte Teil der Umf angswände der Gehäusebohrungen an der Einlaßöffnung mit einer zur Rotorstirnfläche etwa bündigen, dichtend bis an die Rotorumgangskreise heranreichenden Prallrippe versehen ist.

Das Zurückspringen der an die Einlaßöffnung anschließenden Wandteile der Gehäusebohrungen in dem Bereich, den die Schraubennuten und die zwischen den Schraubenrippen befindlichen Zwischenräume vor dem Kämmeingriff überstreichen, ist zwar bei einer Schraubenpumpe (s. die britische Patentschrift 906430) für sich bereits bekannt. Auch sind in einer entsprechenden Darstellung eventuell durch die Bearbeitung bedingte, in der Nähe der einlaßseitigen Stimenden der Rotoren gegen diese vorspringende, schneidenförmig auslaufende Rippen gezeigt. In der zur Darstellung gehörigen Beschreibung sind diese Rippen und ihre Zwecke nicht erwähnt. Die vorbekannte Schraubenpumpe dient außerdem ausschließlich der Förderung inkompressibler Medien, d. h. also der Förderung von Flüssigkeiten, wobei in den sich über einen Umschlingungswinkel von mehr als 360° erstreckenden Nuten und Zwischenräumen der Rotoren keine innere Verdichtung stattfindet. Demzufolge fehlt es auch an einer Rückströmung von erwärmter Flüssigkeit und somit einer Prallwirkung der dortigen Rippen. Die zurückversetzten Abschnitte derBohrungswandnungen haben vielmehr die alleinige Aufgabe, den Öffnungsquerschnitt der Rippen und Zwischenräume im Einlaßbereich zu vergrößern und hierdurch die Füllung zu beschleunigen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Drehkolbenverdichter mit den Merkmalen nach der Erfindung, teilweise im Längsschnitt nach Linie I-I in F i g. 2 mit zum Teil weggebrochenen Rotoren, und

F i g. 2 einen Querschnitt durch den Verdichter nach der Linie II-II in F i g. 1.

Der in der Zeichnung dargestellte Drehkolbenverdichter hat ein an der einlaßseitigen Stirnseite offenes Gehäuse bzw. Gehäuseteil 10, das dort durch einen Verschlußteil 12 abgeschlossen ist. In dem Gehäuse sind zwei parallelachsige und einander schneidende Bohrungen 14 und 16 (F i g. 2) vorgesehen, die je einen Schraubenrotor 18 bzw. 20 aufnehmen. Die von dem Verschlußteil 12 abgedeckte Gehäuseöffnung bildet eine axial gerichtete Einlaßöffnung 22 für das zu verdichtende Fordermedium, das durch einen im Verschlußteil angeordneten Einlaßstutzen 24 zugeführt wird. Ferner ist das Gehäuse 10 am entgegengesetzten Ende mit einer Hochdrucköffnung 26 versehen, die einen teils radial und teils axial gerichteten Auslaß für das verdichtete Medium bildet. Die Strömungsrichtung des Fördermediums ist in F i g. 1 durch Pfeile 28 und 30 angedeutet.

Der Rotor 18 ist mit vier hauptsächlich außerhalb seines (nicht dargestellten) Teilkreises liegenden Schraubenrippen 18 a versehen, die bis dicht an die Bohrungswand des Gehäuses heranreichen. Der andere Rotor 20 weist demgegenüber sechs hauptsächlich innerhalb seines Teilkreises liegende Schraubennuten 20a auf, in welche die Schraubenrippen des Rotors 18 bei der Drehung der Rotoren eingreifen. Die zwischen den Schraubenrippen 18 α befindlichen Zwischenräume des Schraubenrippenrotors 18 und die Nuten 20 a des Schraubennutenrotors 20 bilden paarweise V-förmige Arbeitskammern, deren Basisenden an der hochdruckseitigen Stirnwand des Gehäuses 10 liegen und deren Scheitel durch die Eingriffsstelle zwischen der dem vorerwähnten Zwischenraum nacheilenden Spiralrippe und der zugehörigen Spiralnut des anderen Rotors bestimmt ist. Diese Eingriffsstell'i bewegt sich bei der Drehung der Rotoren in axialer Richtung vom Niederdruckende zum Hochdruckende der Gehäusebohrungen, wodurch sich das Volumen der V-förmigen Arbeitskammer verringert.

Der Hauptteil der Einlaßöffnung bzw. des Einlasses 22 liegt beim dargestellten Ausführungsbeispiel auf der Oberseite einer die Rotorachsen enthaltenden Ebene, während der Hauptteil des Hochdruckauslas-

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ses 26 auf der entgegengesetzten Seite, also der Un- schränkt mit dem Ergebnis, daß die von der Flüssigterscite dieser Ebene angeordnet ist. Dabei befinden keit mit ihrer im Vergleich zum gasförmigen Arbeitssich die V-förmigen Arbeitskammern im wesentlichen medium wesentlich größeren Viskosität hervorgeru-. unterhalb der vorgenannten Ebene, und ihre Scheitel- fencn Verwirbelungsverluste auf ein Minimum herenden wandern von links nach rechts in bezug auf 5 abgesetzt werden.

Fig. 1, wenn sich die Rotoren in den in Fig.2 mit Während des Verdichtungsvorganges innerhalb

den Pfeilen 32 und 34 angedeuteten Richtungen dre- der vom Einlaß- und vom Auslaß abgeschlossenen hen. V-förmigen Arbeitskammern hat das darin befind-

Zur Einspritzung von Dicht- und Kühlflüssigkeit liehe gasförmige Arbeitsmittel zwei Wege, um aus sind längs der unteren Verschneidungslinie 38 der io diesen Arbeitskammern zu entweichen. Der eine Weg Gehäusebohrungen Einspritzöffnungen 36 vorgesehen. ist die Hochdrucköffnung 26, und der andere Weg ist

Zur wirksamen Abdichtung der paarweise von den durch die Laufspalte zwischen den Rotoren längs deNuten 20 a des Nutenrotors und den Zwischenräu- ren Eingriffslinie sowie die Laufspalte zwischen den men zwischen den Rippen 18 a des Rippenrotors 18 Rotoren und dem Gehäuse bestimmt. Bei einem mit gebildeten Arbeitskammern gegeneinander muß zwi- 15 Flüssigkeitseinspritzung arbeitenden Drehkolbenverschen den Eingriffflächen der Rotoren sowie zwi- dichter setzt sich die durch diese Laufspalte entweischen den Rotoren und dem Gehäuse ein möglichst chende Leckströmung aus einer Mischung von gasenger Laufspalt aufrechterhalten werden, der bei förmigem komprimiertem Arbeitsmittel und eingetrocken arbeitenden Verdichtern vorzugsweise in der spritzter Dicht- und Kühlflüssigkeit zusammen. Da Größenordnung von 1 °/o des Rotorradius beträgt. 20 der Verdichtungsvorgang mit Wärmeerzeugung ver-Bei mit Dicht- und Kühlflüssigkeit arbeitenden Dreh- bunden ist, hat die mit der Leckströmung aus den kolbenverdichtern kann die Spaltweite kleiner gehal- Arbeitskammern entweichende Flüssigkeit eine höten werden. Die die Laufspalte zwischen dem Ge- here Temperatur als das Arbeitsmittel im Bereich des häuse und den Rotoren bildenden Wandbereiche 41 Einlasses 22 der Maschine. Aus Fig.2 ist ersichtdcr Gehäusebohrungen 14, 16 sind im wesentlichen 25 lieh, daß bei der im Ausführungsbeispiel vorliegenauf den Bereich beschränkt, der von den Nuten und den Anordnung der Arbeitskammern unterhalb der Rippenzwischenräumen der Rotoren bzw. den Ar- die Rotorachse enthaltenden Ebene und folglich der beitskammern während des Abschlusses derselben Anordnung der Niederdruckzone oberhalb dieser vom Einlaß und Auslaß bestrichen wird. Die verblei- Ebene die Leckströmung aus den Arbeitskammern benden Abschnitte 40 der Bohrungswände sind in 30 durch den Eingriffsbereich der Rotoren von deren einem bestimmten Abstand in radialer Richtung von Eingriffslinie aus nach aufwärts gerichtet ist und geden Bereichen 41 der Bohrungswände und damit von gen den oberen zurückspringenden Wandabschnitt den äußeren Umfangskreisen der Rotoren zurückver— 40 der Bohrungen stößt. Die in der Leckströmung setzt. Dieser Abstand ist um ein Vielfaches größer - enthaltene Flüssigkeit neigt dazu, nachdem sie abgeals der von den Laufspalten gebildete Abstand und 35 bremst und abgelenkt ist, auf Grund der Strömungsgröß genug, um zwischen den relativ zueinander be- richtung des gasförmigen Arbeitsmittels von der Einweglichen Teilen '— selbst unter dem Einfluß der griffsstelle zwischen den Rotoren her in axialer Rich-Dicht- und Kühlflüssigkeit— eine merkliche Dicht- tung längs der zurückspringenden Wandfläche zum wirkung auszuschließen. Der an den zurückspringen- Einlaßstutzen 24 hin und in diesen hinein zu ströden Bohrungswandteilen 40 gebildete Zwischenraum 40 men. Um dies zu verhindern, erstreckt sich von den bzw. Spalt kann mindestens 3 bis 6 mm breit sein. zurückspringenden Abschnitten 40 der . Bohrungs-

Dic von den Rotoren zurückspringenden und die wände am einlaßseitigen Ende der Rotoren 18, 20 nicht zurückspringenden und somit die Rotoren dich- radial nach einwärts eine Prallrippe 44, deren radial lend umgebenden Wandteile der Gehäüsebohrungen innerer Rand zur Schaffung einer Abdichtung sich sind durch schulterförmige Wandabstufungen 42 45 bis an die Rotorumfangskreise erstreckt, wobei nur (Fig. 1) bzw. 42 a, 426 (Fig. 2) voneinander ge- ein Lauf spalt zwischen der Prallrippe 44 und dem trennt, deren Verlauf den in der Abschlußstellung Außenumfang der Rotoren freigelassen ist. Mit dem die Trennung der Arbeitskammern von der Einlaß- von der Prallrippe 44 zurückgehaltenen Flüssigkeitsöffnung bewirkenden Kopf kanten der Schrauben- strom werden die Größe und das Ausmaß des Wärrippen bzw. Schraubennuten der Rotoren angepaßt 50 metauschs zwischen der erwärmten Leckflüssigkeit ist und die beim dargestellten Ausführungsbeispiel und dem eintretenden gasförmigen Arbeitsmittel verhältnismäßig steil ausgebildet sind. Hierdurch wirksam vermindert, was eine erhebliche Verbessewird die Leckströmung nur auf den zumindest erfor- rung des volumetrischen Wirkungsgrades und somit dcrlichen Bereich der Bohrungswandungen be- der Arbeitsleistung der Maschine zur Folge hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

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Verluste, obgleich bei den mit Flüssigkeitseinsprit-Patentanspruch: zung arbeitenden Verdichtern die Kopfgeschwindigkeit der Rotoren sehr viel niedriger liegt als bei ver-

Mit Einspritzung von Dicht- und Kühlflüssig- gleichbaren Trockenverdichtern. Diese höheren Venkeit arbeitender außenachsiger Drehkolbenver- 5 tilationsverluste werden durch die große Viskosität dichter mit in achsparallelen und einander einer Flüssigkeit im Vergleich zu einem Gas hervorschneidenden Gehäusebohrungen im Kämmein- gerufen und sollen nachfolgend als Verwirbelungsgriff drehenden Schraubenrotoren, von denen der Verluste bezeichnet werden.

eine Rotor hauptsächlich außerhalb seines Teil- Ungeachtet= der Einspritzung von Dicht- oder

kreises liegende Schraubenrippen und der andere io Kühlflüssigkeit beruht die Wirkungsweise der einRotor hauptsächlich innerhalb seines Teilkreises gangs genannten Drehkolbenverdichter bekanntlich liegende Schraubennuten aufweist, wobei sich die darauf, daß von den Nuten des Nutenrotors und den Einlaßöffnung für das zu verdichtende Förderme- Zwischenräumen zwischen den Rippen des Rippendium in der einen Gehäusestirnwand befindet, rotors paarweise V-förmige Arbeitskammem gebildet dadurch gekennzeichnet, daß in an 15 werden, die mit dem Eingriff einer dem vorerwähnsich bekannter Weise die Umfangswände der die ten Zwischenraum nacheilenden Rippe in die zuge-Rotoren (18, 20) aufnehmenden Gehäusebohrun- hörige Nut, infolge einer dann von der hochdruckseigen (14, 16) in dem an die Einlaßöffnung (22) tigen Gehäusestirnwand ausgehenden und zu dieser anschließenden Bereich (40), den die in den wieder zurückkehrenden durchgehenden Dichtlinie Schraubennuten (20 a) und zwischen den Schrau- 20 zwischen der Umfangswand der Gehäusebohrungen benrippen (18 a) entstehenden Arbeitskammem und der Kopfkante dieser nacheilenden Rippe des bis zu ihrem Abschluß von der Einlaßöffnung Rippenrotors bzw. der nacheilenden Kopfkante der ( überstreichen, in einem größeren Abstand von zugehörigen Nut des Nutenrotors, von einer am den Rotoren zurückversetzt sind und dann unter Niederdruckende des Gehäuses angeordneten Einlaß-Bildung von zwei in ihrem Verlauf den in dieser 25 öffnung abgetrennt werden und unter Wanderung Abschlußstellung die Trennung der Arbeitskam- dieser Eingriffsstelle zum hochdruckseitigen Gehäumern von der Einlaßöffnung bewirkenden Kopf- seende hin im abgeschlossenen Zustand ihr Volumen kanten der Schraubenrippen bzw. Schraubennu- verändern, bis bei weiterer Drehung der Rotoren die ten der Rotoren (18, 20) angepaßten schulterför- Nut und der Zwischenraum zu einem Hochdruckausmigen Wandabstufungen (42 a, 42 b) in den die 30 laß im Gehäuse hin öffnen.

Rotoren dichtend umgebenden übrigen Wandbe- Hierdurch wird das Arbeitsmittel'bereits im Innereich (41) der Gehäusebohrungen übergehen, und ren der Maschine, d. h. bevor die Arbeitskammem daß ferner der zurückversetzte Teil der Umfangs- zum Hochdruckauslaß öffnen, unter gleichzeitiger wände (im Bereich 40) der Gehäusebohrungen an Erwärmung verdichtet und hat das Bestreben, durch der Einlaßöffnung (22) mit einer zur Rotorstim- 35 die Dichtspalte zwischen den Kopfkanten der Nuten fläche etwa bündigen, dichtend bis an die Rotor- bzw. Rippen der Rotoren und dem Gehäuse zur umgangskreise heranreichenden Prallrippe (44) Stelle niederen Druckes, d. h. zum Einlaß zurückzuversehen ist. strömen. Eine solche Leckströmung wird zwar durch

die Flüssigkeitseinspritzung wesentlich gemindert, 40 läßt sich jedoch nicht völlig ausschließen. Vielmehr

' enthält die Leckströmung auch Flüssigkeit, die von

der Verdichtungswärme innerhalb der V-förmigen Arbeitskammem auf eine höhere Temperatur als die /'I Einlaßtemperatur des zu verdichtenden Arbeitsmit- "*■

Die Erfindung betrifft einen mit Einspritzung von 45 tels erwärmt worden ist. Wenn diese verhältnismäßig Dicht- und Kühlflüssigkeit arbeitenden außenachsi- große Wärmemenge des Flüssigkeitsanteils der Leckgen Drehkolbenverdichter mit in achsparallelen und strömung auf das zu verdichtende gasförmige Areinander schneidenden Gehäusebohrungen im beitsmittel übertragen wird und dieses erwärmt, be-Kämmeingriff drehenden Schraubenrotoren, von de- vor die V-förmigen Arbeitskammern gegen den Einnen der eine Rotor hauptsächlich außerhalb seines 50 laß der Maschine abgeschlossen sind, erfolgt eine erTeilkreises liegende Schraubenrippen und der andere hebliche Verminderung des volumetrischen Wir-Rotor hauptsächlich innerhalb seines Teilkreises lie- kungsgrades der Maschine.

gende Schraubennuten aufweist, wobei sich die Ein- Bei einem bekannten Verdichter der eingangs ge-

laßöffnung für das zu verdichtende Fördermedium in nannten Art (s. die österreichische Patentschrift der einen Gehäusestirnwand befindet. 55 222 269) mit in der Bohrungswandung des Gehäuses

Bei einem derartigen Drehkolbenverdichter be- angeordnetem und somit radial gerichtetem Einlaß, wirkt die in den Verdichter eingeführte Flüssigkeit der das Auftreten von Verwirbelungsverlusten wenigeine geringere Temperatursteigerung als bei trocken stens dort vermeidet, wo die Rotoren noch nicht gearbeitenden Maschinen. Demzufolge ist auch das gen das Gehäuse abzudichten brauchen, ist auch Ausmaß thermischer Deformationen geringer, so daß 60 schon vorgeschlagen worden, im Bereich des Einlassolche Verdichter ohne Beeinträchtigung an Sicher- ses eine Umleiteinrichtung vorzusehen, die ein Aufheit mit engeren Dichtspalten zwischen den Rippen einandertreffen im Gegenstrom der zwischen den Round Nuten der Rotoren und dem umgebenden Ge- toren strömenden erwärmten Flüssigkeit und des in häuse als bei trocken arbeitenden Verdichtem betrie- die V-förmigen Arbeitskammem eintretenden gasförben werden können. Andererseits verursacht der 65 migen Arbeitsmittels verhindert und somit die Wär-Flüssigkeitsfilm in den Dichtspalten Ventilationsver- meübertragung von der Flüssigkeit auf das Arbeite- luste, die wesentlich größer sind als die von dem gas- mittel herabsetzt. Bei der bekannten Ausbildung förmigen Arbeitsmittel hervorgerufenen Ventilations- strömt jedoch die Flüssigkeit ständig durch das gas-