DE1503603C3

DE1503603C3 - Regelbarer Schraubenverdichter mit einem Schraubenrippenrotor, einem Schraubennutenrotor und einem axial verstellbaren Ventilschieber

Info

Publication number: DE1503603C3
Application number: DE1503603A
Authority: DE
Inventors: Lauritz Benedictus Saltsjoe-Duvnaes Schibbye (Schweden)
Original assignee: Svenska Rotor Maskiner AB
Current assignee: Svenska Rotor Maskiner AB
Priority date: 1964-03-20
Filing date: 1965-03-19
Publication date: 1981-01-08
Also published as: FI47925B; DE1628385A1; CS161832B2; NL6503596A; DE1628385B2; DE1503603A1; FI45685B; DK116955B; CH450610A; DE1628385C3; AT265500B; DE1503603B2; GB1108570A; US3314597A; FI47925C; AT269333B; FI45685C; GB1108569A; CS158183B2; NL147514B

Description

Die Erfindung betrifft einen regelbaren Schraubenverdichter mit Kämmeingriff zwischen einem Schraubenrippenrotor und einem Schraubennutenrotor, deren Rippen bzw. Nuten zur Bildung V-förmiger Verdichtungskammern aus je einem Rippenzwischenraum und einer Nut Umschlingungswinkel von weniger als 360° aufweisen, innerhalb eines von zwei achsparallelen, sich schneidenden Bohrungen gebildeten und stirnseitig von Endwänden begrenzten Arbeitsraums in einem Gehäuse mit von den Rotoren steuerbaren Ein- und Auslaßöffnungen, die im wesentlichen auf verschiedenen Seiten einer die Bohrungsachsen enthaltenden Ebene teils axial in der Niederdruck- bzw. Hochdrukkendwand und teils radial in der Mantelwand des Gehäuses angeordnet sind und die Verbindung mit einem Niederdruck- bzw. Hochdruckkanal herstellen, wobei der radiale Teil der Auslaßöffnung und eine auf der gleichen Seite der die Bohrungsachse enthaltenden Ebene liegende und von dort zum Niederdruckkanal führende Rückströmöffnung von den Endkanten eines in der Mantelwand des Gehäuses axialverstellbaren Ventilschiebers von solcher Länge begrenzt sind, daß in der Vollaststellung, in welcher der Ventilschieber die Rückströmöffnung verschließt, der radiale Teil der Auslaßöffnung wesentlich früher als der axiale Teil derselben von den Rotoren aufgesteuert wird.

Bei einem bekannten Verdichter dieser Art (siehe die US-PS 23 58 815 oder die CH-PS 188 949). ist der

40 Ventilschieber nur zwischen der Endstellung maximaler Förderleistung und einer zweiten Endstellung verstellbar, in welcher der von dem Ventilschieber begrenzte radiale Teil der Auslaßöffnung und der axiale Teil der Auslaßöffnung gleichzeitig aufgesteuert werden. Zu Beginn der Verminderung der Förderleistung sinkt das Verdichtungsverhältnis sofort ab, weil das Volumen der V-förmigen Verdichtungskammern bei der Absperrung vom Einlaßkanal bzw. vom Rückströmkanal sofort erheblich abnimmt, während das Volumen der V-förmigen Verdichtungskammern beim öffnen in den Hochdruckkanal praktisch konstant ist. Mit zunehmender Verstellung des Ventilschiebers in Öffnungsrichtung der Rückströmöffnung nimmt das Volumen beim öffnen in den Hochdruckkanal um den gleichen Betrag ab wie bei der Absperrung vom Rückströmkanal, was bedeutet, daß das innere Verdichtungsverhältnis erneut ansteigt und sehr bald das innere Verdichtungsverhältnis bei maximaler Förderleistung erreicht. Mit der bei dem bekannten Verdichter benutzten Regelungsart läßt sich deshalb eine nur sehr begrenzte Herabsetzung der Förderleistung erzielen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von einem Schraubenverdichter mit einem Ventilschieber der eingangs genannten Art den Einstellbereich der Förderleistung ohne wesentliche Verminderung des Wirkungsgrades beträchtlich zu erhöhen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst,

daß der Ventilschieber aus der Vollaststellung über eine Zwischenstellung hinaus verschieblich ist, in welcher der axiale und der radiale Teil der Auslaßöffnung gleichzeitig aufgesteuert werden.

Durch die erfindungsgemäße Vergrößerung des Verstellbereichs für den Ventilschieber über eine Stellung hinaus, in welcher der axiale und der radiale Teil der Auslaßöffnung gleichzeitig aufgesteuert werden, wird ein Einstellbereich für die Förderleistung hinzugewonnen, in welchem das Endvolumen der V-förmigen Verdichtungskammern trotz weiterer Verminderung des Anfangsvolumens am Beginn des Verdichtungsvorgangs konstant gehalten wird, so daß das innere Verdichtungsverhältnis von dieser Zwischenstellung an wieder absinkt und demzufolge den Wirkungsgrad nicht nachteilig beeinflußt. Das Ergebnis ist eine Vergrößerung des Einstellbereichs bis praktisch zur Förderleistung Null, so daß in dieser Stellung des Ventilschiebers der Verdichter ohne nennenswerte Verluste auch im Leerlauf betrieben werden kann, ohne daß es wie bisher erforderlich ist, den Verdichter stillzusetzen.

Weitere Merkmale zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Schraubenverdichters werden nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Verdichterausführung nach der Linie 1-1 in F i g. 2,

F i g. 2 einen Querschnitt nach der Linie 2-2 in F i g. 1 mit teilweise weggebrochenen Rotoren,

F i g. 3 einen Längsschnitt nach der Linie 3-3 in F i g. 1,

Fig.4 einen Längsschnitt durch eine andere Verdichterausführung nach der Linie 4-4 in F i g. 5,

F i g. 5 einen Querschnitt nach der Linie 5-5 in F i g. 4 mit teilweise weggebrochenen Rotoren,

F i g. 6 einen Längsschnitt nach der Linie 6-6 in F i g. 4 und

F i g. 7 in einem Diagramm den Verlauf der inneren Verdichtung bei der jeweiligen Stellung des Ventilschiebers.

Der in den F i g. 1 bis 3 gezeigte Schraubenverdichter hat ein Gehäuse 10 mit einer Niederdruckendwand 22. Das Gehäuse 20 umschließt einen Arbeitsraum 24 in Form zweier einander durchdringender achsparalleler Bohrungen gleichen Durchmessers. Die Niederdruckendwand 22 enthält einen Niederdruckkanal 26, der in den Arbeitsraum 24 über eine axial gerichtete Einlaßöffnung 28 mündet, die sich in der Trennebene zwischen der Niederdruckendwand 22 und dem Gehäuse 20 befindet. Weiterhin ist im Gehäuse 20 ein Hochdruckkanal 30 vorgesehen, der an den Arbeitsraum 24 über eine axiale Auslaßöffnung 32 in einer mit dem Gehäuse bzw. Gehäusehauptteil 20 einstückigen Hochdruckendwand 56 anschließt. Zwei miteinander kämmende Rotoren, und zwar ein Schraubenrippenrotor 34 und ein Schraubennutenrotor 36 sind koaxial zu den Bohrungsachsen im Arbeitsraum 24 angeordnet. Der Schraubenrippenrotor 34 ist mit vier von Zwischenräumen 40 getrennten Schraubenrippen 38 versehen, die einen Umschlingungswinkel von etwa 300° aufweisen. Die Rippen 38 besitzen konvexe Flanken, die größtenteils außerhalb des Teilkreises 42 des zugehörigen Rotors angeordnet sind. Der Schraubennutenrotor 36 ist mit sechs von Stegen 44 getrennten Schraubennuten 46 versehen, die einen Umschlingungswinkel von etwa 200° aufweisen. Die Nuten 46 haben einen Querschnitt von im wesentlichen der Form eines Kreissegments und sind mit konkaven Flanken ausgebildet, die größtenteils innerhalb des zugehörigen Teilkreises 48 verlaufen.

Die Rotoren 34, 36, sind durch Synchronisierzahnräder 50, 52 miteinander gekuppelt und innerhalb einer Lagerkammer 53 der Niederdruckendwand 22 in Zylinderrollenlagern 54 und innerhalb einer Lagerkammer 57 der Hockdruckendwand 56 in zwei gegeneinander gesetzten Schrägkugellagern 58 gelagert. Der Schraubenrippenrotor 34 hat eine aus der Niederdruckendwand 22 herausragende Stummelwelle 60 (Fig.3) zum Anschluß an eine (nicht gezeigte) Antriebsmaschine.

Der größte Teil der Einlaßöffnung 28 liegt auf der Oberseite der die Bohrungsachsen enthaltenden Horizontalebene, während die Auslaßöffnung 32 vollständig auf der unteren Seite dieser Ebene angeordnet ist.
Die die Bohrungen umschließende Mantelwand 62 des Gehäuses 20 ist mit einer zylindrischen zum Arbeitsraum 24 offenen Ausnehmung 64 versehen, die sich von der Hochdruckendwand 56 bis zur Niederdruckendwand 22 erstreckt. Die Ausnehmung 64 und der Arbeitsraum 24 schneiden einander längs zweier gerader Kanten 66, 68 (Fig.2), die parallel zu den Bohrungsachsen des Arbeitsraums und symmetrisch zu einer vertikalen Längsmittelebene des Gehäuses in einem Abstand zueinander verlaufen, der etwa 75% des Abstandes der Bohrungsachsen voneinander beträgt.

Die Ausnehmung 64 wird von einer Mantelwandung 80 umgeben, deren Innenumfangsfläche 88 Kreisprofil hat. Die Ausnehmung 64 setzt sich in der Hochdruckendwand 56 bis in den Hochdruckkanal 30 hinein fort, wozu in der Hochdruckendwand 56 eine der Ausnehmung 64 entsprechende Bohrung vorgesehen ist. Infolge dieser Bohrung wird der axial an die Bohrungen des Arbeitsraums 24 anschließende Teil der Auslaßöffnung 32, von den Enden der Verschneidungskanten 66, 68 ausgehend, zunächst von Kantenabschnitten 65, 67 an der Hochdruckendwand begrenzt, die als Kreisbogenstücke konzentrisch zu der Achse der Ausnehmung 64 verlaufen. Wie F i g. 2 weiter zeigt, schließen an die Kanten 65 bzw. 67 Kantenabschnitte 61, 63 an, die sich mit den Endkanten der nacheilenden Flanken einer Rotorrippe bzw. eines Nutenstegs in einer bestimmten Stellung der Rotoren decken. Wie F i g. 2 zeigt, enden die Kantenabschnitte 61, 63 an konzentrisch zu den Bohrungsachsen mit Radialabstand verlaufenden Kantenabschnitten 69,71, die durch einen Mittelabschnitt 73 verbunden sind, der wiederum der Form der axialen Endkante einer nacheilenden Flanke des Schraubenrippenrotors 34, jedoch in einer anderen Rotorstellung angepaßt ist. Die axial gerichtete Auslaßöffnung 32 hat somit eine Querschnittsfläche, die sich zwischen zwei symmetrisch in bezug auf die senkrechte Längsmittelebene der Maschine liegenden Begrenzungsebenen befindet, deren jede eine der beiden geraden Verschneidungskanten 66 bzw. 68 der Ausnehmung 64 mit dem Arbeitsraum 24 einschließt.

Die Ausnehmung 64 nimmt im oberen Bereich ihres Querschnitts einen an die Niederdruckendwand 22 anschließenden Einsatz 70 von solchem Querschnitt dichtend auf, daß dieser Einsatz die Mantelwand 62 des Arbeitsraums 24 bis zur unteren Verschneidungskante 114 der Gehäusebohrungen ergänzt. Der Einsatz 70 hat ferner eine 'Endkante 72, die, wie aus F i g. 1 und 3 hervorgeht, aus zwei im Winkel aufeinanderstoßenden Kantenabschnitten besteht, welche im wesentlichen

parallel zu den Scheitellinien einer Rotorrippe 38 und eines Nutenstegs 44 verlaufen und die Ausnehmung 64 axial begrenzen. Die Endkante 72 befindet sich in einem solchen Abstand von der Niederdruckendwand 22, daß die Volumina eines Rippenzwischenraums 40 und einer Nut 46 der Rotoren beim Eintritt des nacheilenden Stegs 44 bzw. der nacheilenden Rippe 38 des jeweils anderen Rotors noch nicht wesentlich abgenommen haben, wenn die vorauseilende Rippe 38 bzw. der vorauseilende Steg 44 die Stirnkante 72 überstreichen.

Die Ausnehmung 64 steht mit dem Niederdruckkanal 26 über einen Axialkanal 74 im Einsatz 70 (F i g. 3) und über radiale öffnungen 76, 78 in ihrer Mantelwand 80 sowie anschließende Kanäle 82, 84 im Gehäuse 20 in Verbindung.

In der Ausnehmung 64 ist ein Ventilschieber 86 verschieblich und dichtend aufgenommen, der außerhalb der Ausnehmung 64 einen solchen Querschnitt aufweist, daß er die Mantelwand 62 des Arbeitsraums 24 bis zur bereits erwähnten Verschneidungskante 114 der Gehäusebohrungen ergänzt. Der Ventilschieber 86 hat eine niederdruckseitige Endkante 90, die der ortsfesten Endkante 72 des Gehäuseeinsatzes 70 entspricht, und weist am entgegengesetzten Ende eine Endkante 92 auf, die im wesentlichen gleichsam parallel zu seiner niederdruckseitigen Endkante 90 verläuft und damit dem Verlauf der Scheitellinien einer Rotorrippe 38 und einer Rotornut 44 in einer bestimmten Rotorstellung entspricht.

Sofern sich der Ventilschieber 86 nicht in seiner linken Endstellung befindet, in welcher seine Endkante 90 dichtend gegen die ortsfeste Endkante 72 des Einsatzes 70 anliegt, bildet der Zwischenraum zwischen diesen Endkanten eine Rückströmöffnung 94 für den Arbeitsraum 24, die über den Axialkanal 74 zum Niederdruckkanal 26 führt, während der zwischen der Arbeitsraumstirnebene 56a der eigentlichen Hochdruckendwand 56 und der rechten Endkante 92 des Ventilschiebers 86 befindliche Abschnitt der Ausnehmung 64 eine radial gerichtete Auslaßöffnung bildet, die zu der sonst axial gerichteten Außlaßöffnung 32 hinzugefügt wird und unmittelbar in den Hochdruckkanal 30 mündet. Die die Führungsbahn für den Ventilschieber 86 bildende Ausnehmung 64 ragt nach rechts über die Arbeitsraumstirnebene 56a hinaus weit in den Hochdruckkanal 30 hinein, so daß der Ventilschieber weit in den Hochdruckkanal 30 verschieblich ist, wobei dann seine rechte Endkante 92 bis zur Verschneidungskante 114 weit außerhalb der Ebene 56a sich befindet.

Eine koaxial zur Ausnehmung 64 gerichtete Verstellspindel 98 ist drehbar, aber axial unverschieblich im Gehäuse 20 gelagert und arbeitet mit einer Schloßmutter 100 der Kugelumlaufbauart zusammen, die in dem Ventilschieber 86 befestigt ist. Durch Verdrehen der Verstellspindel 98 ist der Ventilschieber 86 zwischen zwei Endstellungen über eine im folgenden noch erläuterte besondere Zwischenstellung hinweg verschiebbar. In der linken Endstellung liegt, wie bereits erwähnt, die Endkante 90 des Ventilschiebers 86 dicht gegen die ortsfeste Endkante 72 des Einsatzes 70 an und verschließt die Rückströmöffnung 94, während der radial gerichtete Teil der Auslaßöffnung seinen größten Querschnitt hat In diesem Zustand ist der Verdichter auf maximalen Durchsatz, d. h. maximale Förderleistung eingestellt.

Die Weite der Öffnung der Ausnehmung 64 zwischen den Kanten 66,68 und die Länge des Ventilschiebers 86 einerseits und die Lage der Kantenabschnitte 61,63 des axialen Teils der Auslaßöffnung 32 andererseits, sind so gewählt, daß in der linken Endstellung des Ventilschiebers 86 die Endkante 92 des Schiebers von den Scheitelkanten der in Drehrichtung vorderen Rippenflanke bzw. Nutenstegflanke des entsprechenden Rotors erheblich früher als die Kantenabschnitte 61,62 von der entsprechenden Flanke der Rippe bzw. des Nutenstegs aufgesteuert wird. Auf diese Weise wird das öffnen der Verdiclitungskammern gegen den Hochdruckkanal nur von der Endkante 92 des Ventilschiebers bestimmt. Bei der Bewegung des Ventilschiebers nach rechts wird nicht nur die Rückströmöffnung 94 geöffnet, sondern auch der radiale Teil der Auslaßöffnung 32 verkleinert und die Aufsteuerung dieser öffnung zu einem Zustand kleineren Volumens der Verdichtungskammer mithin verschoben. In der erwähnten besonderen Zwischenstellung des Ventilschiebers 86 werden der radiale und der axiale Teil der Auslaßöffnung 32 gleichzeitig geöffnet, indem die Endkante 92 und die Kantenabschnitte 61, 63 von den Scheitelkanten bzw. den Flanken derselben Rippe bzw. desselben Nutenstegs gleichzeitig aufgesteuert werden. Bei weiterer Bewegung des Ventilschiebers wird das Aufsteuern der Auslaßöffnung von den Kantenabschnitten 61, 63 bestimmt und erfolgt somit bei konstantem Volumen der Verdichtungskammern. Das innere Verdichtungsverhältnis hat demzufolge in der genannten Zwischenstellung ein Maximum und fällt bei Verstellung des Ventilschiebers sowohl nach der einen als auch der anderen Richtung von diesem Maximalwert ab. In der rechten Endstellung des Schiebers befindet sich hingegen dessen linke Endkante 90 im wesentlichen in der Mitte, d. h. gleichsam über dem Boden eines Rippenzwischenraums 40 und einer Rotornut 46, wenn sich diese gegen die Auslaßöffnung 32 zu öffnen beginnen. In diesem Zustand ist der Verdichter auf minimale Förderleistung eingestellt, die praktisch gleich Null sein kann, ohne daß dadurch die Drücke im Hockdruckkanal 30 und im Niederdruckkanal 26 gegenüber den Drücken bei maximaler Förderleistung wesentlich geändert sind. Bei der Bewegung des Ventilschiebers 86 aus der linken Endstellung in die rechte Endstellung nimmt die Größe der Rückströmöffnung 94 gleichmäßig zu, während die Größe des radialen Teils der Hochdrucköffnung zunächst gleichförmig bis auf Null abnimmt und daraufhin der Arbeitsraum 24 nur noch über den axialen Teil 32 der Auslaßöffnung zu dem Hochdruckkanal 30 offen ist.
In der Niederdruckendwand 22 ist koaxial zur Achse der Ausnehmung 64 ein Rohr 102 befestigt, das sich durch den axialen Kanal 74 in eine Kammer 103 innerhalb des Ventilschiebers 86 erstreckt (F i g. 3). Das Rohr 102 steht mit einer nicht gezeigten Druckflüssigkeitsquelle, vorzugsweise einer Schmierölquelle, in Verbindung und hat an seinem sich in die Kammer 103 erstreckenden Ende eine Erweiterung von ausreichender Größe, um die Schloßmutter 100 ohne wesentliche Drosselung aufzunehmen. Die Erweiterung des Rohrs 104 ist ferner so bemessen, daß sie bis an die zylindrische Wand 104 der Kammer 103 reicht, und enthält in einer Ringnut einen gegen diese zylindrische Wand 104 dichtenden O-Ring 106. Auf diese Weise wird in allen Stellungen des Ventilschiebers 86 die Versorgung der Kammer 103 mit Druckflüssigkeit sichergestellt, um über nicht gezeigte Einspritzbohrungen, die an der Verschneidungskante 114 des Schiebers 86 enden, Dicht- und Kühlflüssigkeit in den Arbeitsraum 24 einspritzen zu können. Der Ventilschieber 86 hat hierzu

am rechten Ende eine Endwand 108, welche die Kammer 103 abschließt.

An der Unterseite des Ventilschiebers 86 ist eine zum niederdruckflüssigen Stirnende des Schiebers offene Führungsnut 132 vorgesehen, in die ein Führungskörper 134 eingreift, der exzentrisch an einem innerhalb einer Bohrung des Gehäuses 20 verdrehbaren Stehbolzen 140 angeordnet ist. Durch Verdrehen des Stehbolzens 140 läßt sich der Schieber 86 derart in der Ausnehmung 64 einstellen, daß die Verschneidungskante 114 des Schiebers mit der entsprechenden 'Kante des Gehäuseeinsatzes 70 fluchtet Damit läßt sich sicherstellen, daß die Rotoren ungehindert drehen. Die den Stehbolzen 140 aufnehmende Bohrung wird alsdann von einer Schraube 142 verschlossen.

Der gezeigte und beschriebene Schraubenverdichter arbeitet wie folgt:

Zum Anfahren wird der Ventilschieber 86 in die rechte Endstellung verschoben, in der die Rückströmöffnung 94 voll geöffnet ist, so daß die Verdichtungsarbeit auf ein Minimum herabgesetzt ist. Nach Erreichen der Normaldrehzahl wird der Ventilschieber 86 in seine linke Endstellung umgestellt, in der die Rückströmöffnung 94 geschlossen ist und der radial gerichtete Teil der Auslaßöffnung seinen größten Wert hat. In dieser Stellung strömt das zu verdichtende Fördermedium bzw. Fördergas durch den Niederdruckkanal 26 und die Einlaßöffnung 28 in den Arbeitsraum 24, wo es in diejenigen Rippenzwischenräume 40 und Nuten 46 der Rotoren eingesaugt wird, die zur Einlaßöffnung hin offen sind. Mit fortschreitender Drehung der Rotoren werden je ein solcher Rippenzwischenraum und eine solche Nut zu einer V-förmigen Arbeitskammer vereinigt und durch den Eingriff des der betrachteten Nut vorauseilenden Nutenstege in den Rippenzwischenraum und den daraufhin erfolgenden Eingriff der den betrachteten Rippenzwischenraum nacheilenden Rippe in die Nut von der Einlaßöffnung abgetrennt. Da die freien Enden der vom Rippenzwischenraum und der Nut gebildeten Schenkel dieser V-förmigen Verdichtungskammer an der Hochdruckendwand liegen und dort verbleiben, während die Spitze der Verdichtungskammer mit zunehmender Drehung der Rotoren sich in Richtung auf die Hochdruckendwand verlagert, wird das Volumen der V-förmigen Verdichtungskammer mit der weiteren Drehung der Rotoren fortgesetzt verkleinert, was bedeutet, daß das darin eingeschlossene Arbeitsmedium einer inneren Verdichtung unterworfen wird. Wenn schließlich die vorauseilende Rippe und der vorauseilenden Nutensteg die Endkante 92 des Ventil-Schiebers 86 passiert haben, wird die V-förmige Verdichtungskammer zum Hochdruckkanal 30 hin geöffnet, und das Fördermedium wird unter weiterer Volumenverminderung der V-förmigen Verdichtungskammer in den Hochdruckkanal gedrückt.

Wenn die geförderte Menge an Arbeitsmedium verringert werden soll, wird der Ventilschieber 86 nach rechts in Richtung zur Hochdruckendwand verstellt. Dadurch wird die Rückströmöffnung 94 geöffnet, und ein Teil des in den Rippenzwischenraum 40 und die Nut 46 eingesaugten Arbeitsmediums wird bei der Weiterdrehung der Rotoren aus der bereits gebildeten und zur Einlaßöffnung 28 hin durch den gegenseitigen Eingriff abgeschlossenen V-förmigen Verdichtungskammer über die Rückströmöffnung 94 in den Niederdruckkanal zurückgeleitet, ohne daß eine Verdichtung stattfindet. Das der nachfolgenden Verdichtung unterworfene Anfangsvolumen verringert sich mit dem öffnen der Rückströmöffnung 94 somit schlagartig von einer Größe, welche die V-förmigen Verdichtungskammern zu Beginn des Eingriffs der nacheilenden Rotorrippe in die mit dem davorliegenden Zwischenraum verbundenen Nut und damit bei Abschluß von Zwischenraum und Nut gegenüber der axialen Einlaßöffnung besitzt, auf diejenige Größe, welche die V-förmige Verdichtungskammer beim Überstreichen der nacheilenden Rippe und des nacheilenden Nutenstegs über die linke Endkante 90 des Ventilschiebers 76 besitzt. In der Praxis wird jedoch zu Beginn des Aufsteuerns der Rückströmöffnung die Verminderung des Anfangsverdichtungsvolumens keine entsprechende Verminderung der Menge an zu verdichtendem Arbeitsmedium aufgrund der Drosselwirkung der Rückströmöffnung mit sich bringen. Da andererseits mit dem öffnen der Rückströmöffnung 94 der Zeitpunkt des öffnens der V-förmigen Verdichtungskammern zum radialen Teil des Auslasses praktisch unverändert bleibt, wird das eingebaute Volumenverhältnis des Verdichters bzw. die innere Verdichtung, die gleich dem Kehrwert zwischen den Volumina zu Anfang und zu Ende des Verdichtungsvorgangs ist und das innere Druckverhältnis bestimmt, abnehmen, so daß der restliche Teil der Verdichtung auf den Enddruck erst erfolgt, während die Enden der V-förmigen Verdichtungskammern schon zum Hochdruckkanal geöffnet sind und das Fördermedium aus der V-förmigen Verdichtungskammer herausgedrückt wird.

Wenn der Ventilschieber 86 weiter nach rechts, gemäß F i g. 1 und 3, verschoben wird, wird das der Verdichtung unterworfene Anfangsvolumen in der V-förmigen Verdichtungskammer weiter vermindert, gleichzeitig aber auch das Endvolumen, mit welchem die V-förmigen Verdichtungskammern beim Überfahren der rechten Endkante 92 des Ventilschiebers zum Hochdruckkanal 30 hin öffnen, um den gleichen Volumenbetrag verkleinert. Dies hat zur Folge, daß das Verhältnis zwischen Anfangsvolumen und Endvolumen und damit das innere Druckverhältnis wieder zunehmen.

Bei geschlossener Rückströmöffnung 94 öffnen die V-förmigen Verdichtungskammern zunächst nur über den radialen Teil der Auslaßöffnung in den Hochdruckkanal, während die Öffnung auch über den axialen Teil 32 der Auslaßöffnung erst später erfolgt Es leuchtet ein, daß mit zunehmendem Verschieben des Ventilschiebers 86 nach rechts und damit immer späterem Übersteuern der Endkante 92 dieser Unterschied immer kleiner wird. Wenn der Schieber 86 eine bestimmte Zwischenstellung, die weiter oben schon gebildet ist, erreicht hat, wird die V-förmige Verdichtungskammer gleichzeitig durch den radial gerichteten Teil und den axial gerichteten Teil der Auslaßöffnung mit dem Hochdruckkanal 30 verbunden. In dieser Stellung hat das Verdichtungsvolumen der V-förmigen Verdichtungskammern seinen Minimalwert erreicht und bleibt im Zuge einer weiteren Bewegung des Ventilschiebers 86 nach rechts konstant, während das Anfangsverdichtungsvolumen weiterhin abnimmt. Das innere Verdichtungsverhältnis wird sich deshalb von der vorerwähnten Stellung an wieder bei gleichzeitig weiterem Absinken der Förderleistung vermindern. Bei einer bestimmten Förderleistung wird das innere Verdichtungsverhältnis jedoch immer beträchtlich größer sein als dann, wenn der axiale Teil 32 der Auslaßöffnung eine Größe gehabt hätte, die derjenigen des radialen Teils der Auslaßöffnung bei dessen Größtwert entspricht, so daß der Wirkungsgrad des Verdichters bei Teillast beträchtlich höher liegen wird als bei einem Verdichter mit einer axialen

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Auslaßöffnung herkömmlicher Ausführung. Der die Größe des axialen Teils 32 der Auslaßöffnung bestimmende Faktor besteht darin, daß das bei Teillast maximal erreichbare innere Verdichtungsverhältnis begrenzt werden muß und dasjenige Verdichtungsverhältnis, das der maximalen Förderleistung entspricht, nicht übersteigen darf. Ein Verdichter gemäß der Erfindung erlaubt jedoch die Erzielung eines inneren Verdichtungsverhältnisses von solcher Größe, daß auch bei Teillast das Druckverhältnis so hoch gehalten werden kann, daß ein annehmbarer Wirkungsgrad erreicht wird. Der Verdichter kann bis zu einem Verdichtungsverhältnis von 1 :1 herab arbeiten, was einer Förderleistung von nur 15 bis 20% der vollen Leistung entspricht, während mit einem Verdichter, der eine axiale Auslaßöffnung herkömmlicher Ausführung enthält, dieses Druckverhältnis schon bei einer Förderleistung von etwa 50% erreicht würde. Es hat sich sogar in der Praxis gezeigt, daß es möglich ist, den Verdichter auch bei noch niedrigeren Druckverhältnissen als 1 :1 ohne Absinken des Wirkungsgrads zu betreiben.

Die Verstellbarkeit des Verdichters herab bis zur Förderleistung Null macht es möglich, ihn mit vertretbaren Verlusten im Leerlauf zu betreiben, ohne ihn von der Antriebsmaschine abzutrennen.

Durch Einspritzung von Flüssigkeit werden in bekannter Weise eine unmittelbare Kühlung und eine verbesserte Abdichtung erzielt. In dem Verdichter nach F i g. 1 bis 3 wird außerdem eine wirksame Abdichtung gegen Leckverluste entlang der Außenumfangsfläche des Schiebers 86 in der Ausnehmung 64 des Gehäuses 20 geschaffen. Weiterhin wird ein bestimmter Ausgleich der gegen den Schieber 86 wirkenden Axialkräfte aufgrund der Tatsache erhalten, daß die Stirnfläche des Rohrs 102 an dessen Mündung in den Schieber beträchtlich größer ist als die Querschnittsfläche der Verstellspindel 98, so daß es möglich ist, den Schieber auch bei großen Druckunterschieden zwischen dem Hochdruckkanal 30 und dem Niederdruckkanal 26 zu verstellen.

Der in den Fig.4 bis 6 gezeigte Verdichter hat im wesentlichen den gleichen Aufbau, und die entsprechenden Einzelteile sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Das Gehäuse bzw. Gehäusehaup.tteil ist jedoch mit 20a und die Hochdruckendwand mit 256 bezeichnet, die hier ein vom Gehäuse 20a getrenntes Bauteil darstellt. Der einzige wesentliche Unterschied gegenüber dem Verdichter nach F i g. 1 bis 3 besteht in der Querschnittsform der Ausnehmung für den Schieber und dessen Verstelleinrichtung.

Das Gehäuse 20a ist mit einer zum Hochdruckkanal 30 hin offenen Ausnehmung 144 versehen, die sich von der Hochdruckendwand 256 bis zur Niederdruckendwand 22 erstreckt Die Ausnehmung 144 und die Mantelwandung 62 des Arbeitsraums schneiden einander längs zweier gerader Kanten 146,148, die parallel zu den Bohrungsachsen verlaufen. Die Ausnehmung 144 hat einen Querschnitt in der Form zweier aneinandergrenzender rechter Winkel oder eines nach oben offenen rechteckigen Führungsbettes. Der Abstand zwischen den geraden Kanten 146,148 ist so groß, daß der axiale Teil 32 der Hochdrucköffnung vollständig zwischen zwei von den Bohrungsachsen zu diesen Kanten gezogenen Radien liegt.

Die Ausnehmung 144 nimmt nahe der Niederdruckendwand 22 einen Einsatz 150 auf. Der Einsatz 150 hat eine ortsfeste Endkante 152, die in einem solchen Abstand zur Niederdruckendwand 22 verläuft, daß das Volumen einer V-förmigen Verdichtungskammer infolge des gegenseitigen Eingriffs von Rippe und Nutensteg praktisch noch nicht vermindert ist, wenn die voraus-

eilende Rippe 38 und der vorauseilende Nutensteg 44 die Endkante 152 überstreichen. Die Ausnehmung 144 steht mit dem Niederdruckkanal 26 über einen Axialkanal 154 im Einsatz 150 und über öffnungen 156, 158 in den Seitenwandungen 160,162 der Ausnehmung 144 sowie Kanäle 164, 166 im Gehäuse 20a in Verbindung. Der Boden 168 und die Seitenwandungen 160, 162 der Ausnehmung 154 erstrecken sich am anderen Ende in den Hochdruckkanal 30 innerhalb der Hochdruckendwand 56 hinein.

Die Ausnehmung 144 nimmt einen im Querschnitt entsprechend gestalteten Ventilschieber 170 dichtend und axial verschieblich auf. Die Endkanten 172 und 174 des Schiebers verlaufen gleichsam parallel zu der ortsfesten Endkante 152 des Einsatzes 150 und damit im wesentlichen parallel zu den Scheitellinien der Rippen 38 bzw. Nutenstege 44 der Rotoren.

Der Spalt zwischen der ortsfesten Endkante 152 des Einsatzes'150 und der niederdruckseitigen Endkante 172 des Ventilschiebers 170 bildet eine mit dem Niederdruckkanal 26 verbundene Rückströmöffnung 176, während der zwischen der hochdruckseitigen Endkante 174 des Schiebers 170 und der Hochdruckendwand 256 liegende Abschnitt der Ausnehmung 144 einen radial gerichteten Teil der zum Hochdruckkanal 30 führenden Auslaßöffnung bildet. An dem Ventilschieber 160 ist eine Betätigungsstange 178 befestigt, die sich durch den Axialkanal 154 und die Niederdruckendwand 22 erstreckt und mit Hilfe einer nicht gezeigten Betätigungsvorrichtung an der Außenseite des Gehäuses 20a

axial verstellbar ist. Eine Verstellung des Ventilschiebers 170 in Richtung zur Hochdruckendwand 256 vermindert die Größe des radialen Teils der Auslaßöffnung und vergrößert zugleich die Rückströmöffnung 176 und umgekehrt.

Der Verdichter nach F i g. 4 bis 6 arbeitet im Prinzip in gleicher Weise wie der Verdichter nach F i g. 1 bis 3 mit dem Unterschied, daß keine Flüssigkeit zum Kühlen und Dichten in den Arbeitsraum und zum Ausgleichen, Abdichten und Schmieren des Schiebers zugeführt wird.

Der fehlende axiale Kräfteausgleich am Ventilschieber wird durch Verkleinerung des Schieberquerschnitts kompensiert.

Das Diagramm nach F i g. 7 zeigt noch einmal die Änderung des inneren Verdichtungsverhältnisses ρ ²I_p\

so in Abhängigkeit von der Schieberstellung auf dessen Verschiebeweg 5. Bei geschlossener Rückströmöffnung hat das innere Verdichtungsverhältnis den durch den Punkt 180 angegebenen Wert Mit zunehmender Verstellung des Schiebers in Richtung zur Hochdruckendwand nimmt das innere Verdichtungsverhältnis zunächst, wie oben erläutert, sehr schnell ab und steigt dann entlang der Kurve 182 wieder an. Dies geht solange, bis im Punkt 184 der Öffnungszeitpunkt des radialen und des axialen Teils der Auslaßöffnung zusammenfallen, d. h. die oben erwähnte besondere Zwischenstellung erreicht ist, was bedeutet, daß bei weiterer Bewegung des Schiebers das innere Verdichtungsverhältnis entlang der Kurve 186 wieder abnimmt, weil das Endvolumen der V-förmigen Verdichtungskammern, bei welchem diese zum Hochdruckkanal öffnen, konstant gehalten wird.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Regelbarer Schraubenverdichter mit Kämmeingriff zwischen einem Schraubenrippenrotor und einem Schraubennutenrotor, deren Rippen bzw. Nuten zur Bildung V-förmiger Verdichtungskammern aus je einem Rippenzwischenraum und einer Nut Umschlingungswinkel von weniger als 360° aufweisen, innerhalb eines von zwei achsparallelen, sich schneidenden Bohrungen gebildeten und stirn- ^|0 seitig von Endwänden begrenzten Arbeitsraums in einem Gehäuse mit von den Rotoren steuerbaren Ein- und Auslaßöffnungen, die im wesentlichen auf· verschiedenen Seiten einer die Bohrungsachsen enthaltenden Ebene teils axial in der Niederdruck- bzw. Hochdruckendwand und teils radial in der Mantelwand des Gehäuses angeordnet sind und die Verbindung mit einem Niederdruck- bzw. Hochdruckkanal herstellen, wobei der radiale Teil der Auslaßöffnung und eine auf der gleichen Seite der die Bohrungsachse enthaltenden Ebene liegende und von dort zum Niederdruckkanal führende Rückströmöffnung von den Endkanten eines in der Mantelwand des Gehäuses axial verstellbaren Ventilschiebers von solcher Länge begrenzt sind, daß in der Vollaststellung, in welcher der Ventilschieber die Rückströmöffnung verschließt, der radiale Teil der Auslaßöffnung wesentlich früher als der axiale Teil derselben von den Rotoren aufgesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (86, 170) aus der Vollaststellung über eine Zwischenstellung hinaus verschieblich ist, in welcher der axiale und der radiale Teil der Auslaßöffnung (32) gleichzeitig aufgesteuert werden.

2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsfeste Endkante (72, 152) der Rückströmöffnung (94, 176) derart axial in der Mantelwandung des Gehäuses (20, 20a) angeordnet ist, daß sie wenigstens angenähert mit den Scheitellinien der vorauseilenden Rotorrippe (38) und des entsprechenden Nutensteges (44) der Schraubenrotoren (34, 36) in einer Winkelstellung derselben zusammenfällt, in welcher die Verdichtung in der von diesen Scheitellinien bzw. Steuerkanten begrenzten V-förmigen Arbeitskammer (40, 46) beginnt.

3. Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (86, 170) soweit in die Hochdruckendwand (56, 256) verschieblich ist, daß die V-förmigen Verdichtungskammern (40, 46) noch über die Rückströmöffnung (90, 176) zum Niederdruckkanal (26) geöffnet sind, wenn sie bereits zum Hochdruckkanal (30) über den Auslaß in der Hochdruckendwand (56) öffnen.

4. Verdichter nach einem oder mehreren Jer vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens Teile der Kanten (61 bzw. 63) des axialen Teils der Auslaßöffnung (62) Kurven folgen, die im wesentlichen dem Profil der nacheilenden Steuerkanten der Rotoren (34, 36) entsprechen.

5. Verdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten (61, 63, 65, 67) im axialen Teil der Auslaßöffnung (32) den vorgenannten Kurven von den achsnahen Zonen der Rotoren (34, 36) nach außen bis zu den Scheitellinien derselben folgen.