DE1628357A1

DE1628357A1 - Wirbelkompressor mit steuerbarem Ausgangsdruck

Info

Publication number: DE1628357A1
Application number: DE19661628357
Authority: DE
Inventors: Gunther Zoehfeld
Original assignee: Rotron Manufacturing Co Inc
Current assignee: Rotron Manufacturing Co Inc
Priority date: 1965-12-29
Filing date: 1966-09-19
Publication date: 1970-12-10
Also published as: NL6614443A; US3395853A; GB1116753A

Description

Rotron Manufacturing Company, Inc., Hasbrouck Lane, Woodstock, New York, V.St.A-.

Wirbelkompressor mit steuerbarem Ausgangsdruck,

Die Erfindung betrifft Wirbelverdichter oder Wirbelpümperi. Solche Wirbelmaschinen· werden als Verdichter für Flüssigkeiten, Dampfmischungen und Gase, vor allem Luft, allgemein dann verwendet, wenn ein hoher Druck und massiger Durchfluß verlangt werden. Auch dienen sie als wirksame ünterdruckquellen für Staubsauger, Steuersysteme usw. .."._■

Bei Drehung des Schaufelrades in einer Wirbelmaschine bewirkt die auf ein Fördergut ausgeübte Zentrifugalkraft einen Druckunterschied im Fördergut zwischen dem näher an der Drehachse gelegenen Fuß einer Radsehaufel und der Spitze der Schaufel. Dieser Druckunterschied verursacht eine Wirbelströmung im Fördergut, die im wesentlichen senkrecht zur Drehebene des Schaufelrades verläuft. Wachsende Wirbelströmungen verursachen aber ein Wachsen

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der inneren Reibung in der Maschine und ein entsprechendes. Absinken des Wirkungsgrades.

Um eine Wirbelmaschine bei einem bestimmten Punkt ihrer Druck-Durchsatz-Kennlinie zu betreiben, war es bisher allgemein üblich, den Durchsatz zu drosseln oder zu begrenzen. Mit abnehmendem Durchsatz wächst jedoch bei dieser Art von Maschinen der Leistungsbedarf, während der Wirkungsgrad entsprechend vermindert wird.

Es wurden bereits verschiedene Versuche unternommen, diese Schwierigkeiten zu überwinden. Beispielsweise können die Arbeitsbedingungen dadurch beeinflußt werden, daß bei Verdichtern ein Teil des Ausstoßes zurück in die Eingangsleitung geführt und erneut umgewälzt wird. Dieses Verfahren ist zwar bis zu einem gewissen Maß wirkungsvoll, weist jedoch den wesentlichen Nachteil auf, daß die wiederholte Umwälzung dem Durchfluß fortwährend Energie zuführt und unter gewissen Umständen eine Überhitzung auftreten kann.

Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Steuern des Ausgangsdruckes eines Verdichters bzw. des Eingangsdruckes einer Pumpej, um den Arbeitswirkungsgrad zu verbessern, ohne daß die oben erwähnten Nachteile auftreten.

Die Erfindung geht aus von einem Wirbelverdichter oder einer Wirbelpumpe mit einem StänderteiL mit Einlaß- und Auslaßkammern und einem Schaufelrad, welches ein flüssiges oder gasförmiges

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Fördergut aus der Einlaß-,in die Auslaßkammer befördert und. dabei im Falle des Verdichters in der Auslaßkammer einen Überdruck-erzeugt im Falle der Pumpe dagegen in der Einlaßkammer einen Unterdruck hervorruft. Die oben beschriebenen Schwierigkeiten bei der Steuerung von Wirbelmaschinen werden gemäß der Erfindung dadurch behoben, daß zur Beeinflussung der Arbeitskennlinie diejenige Kammer, in welcher der gewünschte Über- bzw. Unterdruck erzeugt wird, bei einem Verdichteijalsö die .Auslaßkammer, "bei einer Pumpe dagegen die Einlaßkammer, durch ein verstellbares Drosselventil mit der Umgebung des- Verdichters bzw. der Pumpe verbunden ist. Mit einem solchen Drosselventil kann bei einem Verdichter ein Teil des komprimierten Fördergutes in die Umgebung der Maschine abgeleitet oder abgezapft bzw. bei einer Pumpe der Eingangsdruck erhöht werden. Der Leistungsbedarf einer Wirbelmaschine für einen bestimmten Druck wird dadurch bedeutend geringer als der entsprechende Bedarf bei der Verwendung von Drosselmitteln» Da das abgeleitete Fördergut nicht wieder umgewälzt wird» wird außerdem das bei bekannten Vorrichtungen mit Abzapfventilen auftretende Überhitzungsproblem vermieden. Dient die Maschine als Verdichter* so befindet sich das Drosselventil auf der Hochdruckseite, wird er als Unterdruckquelle verwendet, so muß es auf der Unterdrückseite vorgesehen werden.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung führt von der Außenseite der Maschine in die entsprechende Kammer oder, wenn die Maschine wechselweise als Verdichter oder Unterdruekquelle

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verwendbar sein äoll, in beide Kammern je eine Bohrung,, in die ein Drosselventil derart einsetzbar istf/^dalßr es-je nach seiner Stellung die Durchlaßf lache, vergrößert oder verkleinert' und somit den Fluß des Fördergutes zwischen den Kammern und .der die Maschine umgebenden Atmosphäre steuert» Das Ventil kann einen in die Bon-*, rung hineinragenden kegelförmigen ventilkörpei? besitzen,-Vorzugs« weise weist das. Ventil einen Gewindebolzen auf, welcher von einem mittels Tragstützen über der Bohrung auf dem Ständerteil be-* festigten Steg gehalten ist und .achsgleich mit der Bohrung in diese hineinragt, und auf welchen der Ventilkörper derart aufgeschraubt ist, daß dieser durch Verdrehen in Richtung der Achse der Bohrung verschiebbar ist. Eine andere Ausführungsform sieht vor, daß eine Einsatzhülse, die als Ventilsitz mit dem Ventil*· körper zusammenwirkt, derart in die Bohrung hineingeschraubt ist, daß sie durch Verdrehen axial verschiebbar und durch ihre axiale Lage die Durchlauflache des Ventils bestimmt ist*

Die Erfindung soll anschließend anhand der Zeichnung zweier AusfÜhrungäbeispiele näher erläutert werden* Die Zeichnung zeigt

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Fig. i einen Schnitt nach der Ebene 1-1 der Fig* £ dufcn einen erfinäüngsgemäßen Wirbelkömpressor mit einem Äb^apfventil,

Fig. 2 einen Schnitt durch Fig* 1 nach der Ebene i«g>

:,.> Fig. 3 eine-Schnittaiisicht des Abzapfventils nach der Ebe;ne,;3-3 der, Fig. 2_;und , . - , ,. " ..-,.-·, -, _t ·

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Fig»-4 einen teilweisen. Querschnitt durch eine andere Ausführungsform des Abzapfventils« .

Der in den Fig. 1 und 2 der Zeichnung dargestellte Wirbelkompressor 10 weist ein Gehäuse auf, das im wesentlichen aus einer Deckplatte 11, einem Rahmen 12 und einer deckelartigen Schutzkappe 15 besteht, welche die dem Schaufelrad zugekehrte Rückseite des Rahmens 12 umgibt undauf diesem durch Preßsitz oder andere geeignete Mittel befestigt ist.

Der Rahmen 12 besteht aus einer kreisförmigen Scheibe 14 auf seiner dem Schaufelrad zugekehrten Rückseite, einem äußeren zylindrischen Teil 15 sowie einem inneren zylindrischen Teil 16. Beide Teile 15 und 16 erstrecken sich konzentrisch von der dem Schaufelrad abgewandten Oberfläche der Scheibe 14 und sind dieser angeformt. Durch die beiden zylindrischen Teile 15 und 16 wird eine ringförmige Kammer 18 begrenzt, während die Innenfläche des inneren Teiles l6 eine zentrale zylindrische Aushöhlung 20 bildet.

In die der Kammer 18 abgewandte Oberfläche der Scheibe 14 ist eine ringförmige Auskehlung 22 mit halbkreisförmigem Durchmesser eingeformt. Diese Auskehlung wirkt mit einer Reihe von Radschaufeln 25 zusammen, die auf dem Schaufelrad 26 vorgesehen sind.

Die Deckplatte 11 ist auf dem zylindrischen Teil ΐβ des Rahmens 12 festgeschraubt*· Die ringförmige Kammer 18 ist mittels zweier radialer Platten 28 und 29,-die Jeweils an den zylindrischen

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Teilen 15 und 16 befestigt sind, in getrennte Einlaßr und Auslaßkammern l8a bzw. l8b aufgeteilt, wie aus Fig. 2 zu erkennen 1st.

Das Fördergut fließt aus einer Einlaßleitung 31 in die ringförmige Einlaßkammer l8a und wird dann durch eine in der Scheibe 14 vorgesehene Öffnung (nicht dargestellt) in die Auskehlung 22 des Kompressors geleitet. Eine weitere Öffnung 33 verbindet die Auskehlung mit der Auslaßkammer l8b und empfängt den Hochdruckausstoß des Schaufelrades 26. Aus der Auslaßkammer l8b wird das komprimierte Fördergut durch eine in der Deckplatte 11 vorgesehene Auslaßleitung 35 herausgeführt. Zweckmäßig sind innerhalb der ringförmigen Kammer 18 geeignete Schalldämpfungsmittel 37 und gelochte Verankerungsplatten 38 vorgesehen.

In der zylindrischen Aushöhlung 20 ist in Achsrichtung eine Welle 40 angeordnet und drehbar in Lagern 41 und 42 befestigt, welche in die Scheibe 14 des Rahmens 12 bzw. in die Deckplatte 11 eingesetzt sind. Damit die Lager 41 und 42 auf die Welle 40 ausgeübte Axialkräfte aufnehmen können, sind auf der Welle an den Lagern anliegende Stützringe 44 befestigt.

Innerhalb der Aushöhlung 20 befindet sich ein Elektromotor 49, der aus einem auf die Welle 40 aufgeschobenen Läufer 50 und einem auf beliebige Weise an der Innenfläche des zylindrischen Teiles befestigten Ständer 5I besteht, Der Elektromotor 49 treibt die Welle 40 an, welche sich bis über die Scheibe 14 hinaus erstreckt und das von der Kappe 13 umgebene Schaufelrad 26 trägt. Das

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Schaufelrad«!st auf de? Welle mittels einer -Schraube §#■ befestigt und .!durch, einen lEeil 55,:der- in' gleiehart ige -und entspr eöhende ■·. -.·. SohHtze im Schaufelrad und in der Welle eingreift, gesichert.

. Die» schaufeln- 25 des Schaufeifades S6 sind .-so im.d£P Mhe der ortsfesten; Auskehlung 22 angeordnet·, daß/sie mit dieser 2U§ammen« wirken können* Wird die Welle 40 ^om.Elektröinotor-4g gedreht> so verursacht das sich mitdrehende.Schaufelrad 26 .Wirbelströme infolge des Druckünterschiedes zwischen.der Spitze uiid dettifuiB eines jeden Radfitigels25» Das Flügelrad saugt durch die Einlaßleitung 51 das Fördergut, z.B. Luft, in die Einlaßkammer l8a hinein^ Der Druck des Fördergutes wird daraufhin durch die Drehbewegung.des Flügelrades erhöht, durch -die· öffnung $3:in^^ die Auslaßkammer l8b , Übertragehund von dort durch die Auslaßleitung 5$.weitergeieitet* Somit entsteht an der Eingangsleitung Jl ein niederer^ Druck, an der Auslaßleitung jedoch ein. hoher Druck«

Ein als Drosselventil wirkendes Abzapfventil ST* yrelGhes .ge«- maß Fig..-2 ein fester Bestandteil.desί Kompressorg 10.i.st> ist in der Auslaßkammer I8b über einer zylindrischen-Bohrung.53. vorge-, sehen, welche von der Auslaßkammer durch die Deckplatte 11 hindurch aus dem Kompressor herausführt» Das Ventil wird von zwei getrennten, auf der Deckplatte Il "ängeformten und sich in die Auslaßkämmer l8b erstreckenden Tragstützen 60 und 61 gehalten* An einem flächen, auf-den freien Enden der Tragstützen 60 und 61 festgeschraubten Steg 65 ist ein Gewindebolzen 66 befestigt, welcher mit seinem freien Ende achsgleich mit der Bohrung 58 in diese hineinragt.

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Ein kegelförmiger Ventilkörper 70 erstreckt sich mit seiner sich verjüngenden Oberfläche Tl in die Bohrung 58 und wirkt mit einer entsprechenden konischen, den Ventilsitz bildenden Fläche 73 am inneren Rand der Bohrung zusammen.

Durch den ringförmigen Durchlaß 74, der zwischen den Oberflächen 71 und 72 des Ventilkörpers 70 bzw. der Bohrung 58 entsteht, kann ein Teil des komprimierten Fördergutes unter Umgehung der Auslaßleitung J55 aus der Auslaßkammer 18b abgeleitet werden, wobei der durch die Auslaßleitung abgegebene Druck vermindert wird. Die Stellung des Ventilkörpers 70 innerhalb der Bohrung 58 kann durch Einsetzen eines Schraubenziehers in einen im stumpfen Vorderteil des konischen Ventilkörpers vorgesehenen Schlitz 75 und Drehen des Ventilkörpers verändert werden, wobei sich dieser längs der Achse des Gewindebolzens 66 vor- oder zurückbewegt. Wird der Ventilkörper in die Bohrung 58 hineingedreht, so wird die Fläche des ringförmigen Durchlasses 74 verringert und der Ausgangsdruck des Kompressors 10 wächst, während dieser sinkt, wenn der Ventilkörper zurückgedreht wird.

In Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform eines Abzapfventils gemäß der Erfindung dargestellt. Es besteht im wesentlichen aus einem kegelförmigen Ventilkörper 70 mit einer konischen Ober-, fläche 71, einem Steg 6j5 sowie einem Gewindebolzen 66 und entspricht insofern dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3· In die Bohrung 5.8' in der Deckplatte 11 ist jedoch nun ein Gewinde geschnitten und eine mit einem Außengewinde versehene Einsatzhülse

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84 hineingeschraubt. Die Einsatzhülse 84 besitzt die Bohrung 86 und besitzt an ihrem inneren Ende eine' kegelstumpfförmige Fläche 87, während in ihrem äußeren Ende ein Schlitz 85 vorgesehen ist, in den ein Schraubenzieher einsetzbar ist, mittels welchem die Einsatzhülse verdreht und relativ zum Ventilkörper 70 vor- oder zurückbewegt werden kann. Der Durchlaßquerschnitt des· von den Flächen 71 und 87 begrenzten ringförmigen Durchlasses 74 wird verringert, wenn sich die Einsatzhülse der konischen Fläche 7I nähert, dagegen wird er größer und der Aüsgangsdruek in der Auslaßleitüng 35 wächst, wenn die Hülse sich von dem Ventilkörper 70 entfernt. ■

Soll das Abzapfventil in der Einlaßkammer 18a verwendet werden und die beschriebene Maschine als Pumpe statt als Kompressor dienen, so kann ein gemäß Fig. J5 oder 4 konstruiertes Ventil in gleicher Weise über der in der Deckplatte 11 vorgesehenen öffnung 90 befestigt werden. Andernfalls kann' diese öffnung mit einem Stöpsel oder dergleichen verschlossen werden.

Mit Hilfe.des in einem Kompressor vorgesehenen Abzapfventils ist es möglich, einen definierten Anteil des Kompressordurchsatzes in die umgebende Atmosphäre abzuleiten* Um einen gewünschten Arbeitspunkt auf der Druek-Durchsatz-Kennlinie des Kompressors zu erhalten, kann dieser somit so ausgelegt werden, daß sich der gewünschte Druck für jeden den niedrigsten Leistungsve'rbrauch ergebenden Volumenliefergrad einstellt. Der Kompressor liefert das Fördergut mit optimalem Wirkungsgrad für den gewünschten Druck.

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Ein Abzapfventil in der Einlaßkammer gestattet eine entsprechende Steuerung bei Verwendung der Maschine als Unterdruckquelle.

Die Trimmwirkung des Ventils ermöglicht daneben einen günstigen Betrieb der Maschine unabhängig von der Dichte des Fördergutes sowie der Frequenz des Motors ürid gleicht auch wechselnde Leckverluste des angeschlossenen Systems aus.

Die Nachteile der herkömmlichen Steuereinrichtungen mit. Drosselmitteln, bei denen der Durchsatz vermindert und der Arbeitspunkt auf einen höheren Druckwert der Kennlinie verschoben und folglich der L.eistungsverbrauch erhöht wird, treten bei der erfindungsgemäßen Wirbelmaschine nicht auf. Auch werden Überhitzungsprobleme von Systemen, bei denen das Fördergut wiederholt umgewälzt wird, vermieden.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. So ist es z.B. möglich, mit Hilfe eines Servo-Motors oder anderer mechanischer Mittel automatisch gesteuerte Ventile vorzusehen. '

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Claims

P a te η t a ns prti c he

1.V Wirbelyerdiehter oder Wirbelpumpe, bestehend aus einem Ständerteil mit Einlaß- und Aüslaßkammern (l8a bzw. l8b)und einem Schaufelrad (26), welches ein flüssiges oder gasförmiges Fördergut aus der Einlaßkammer in die Auslaßkammer befördert und dabei im Falle des Verdichters in der Auslaßkammer einen Überdruck erzeugt, im Falle der Pumpe dagegen in der Eihlaßkammer einen Unterdruck hervorruft, da d u r c h g e k e η η ze ic h-n e t , daß zur Beeinflussung der Arbeitskennlinie diejenige Kammer (l8b bzw. l8a), in welcher der gewünschte Überbzw. Unterdruck erzeugt wird, bei einem Verdichter also die Auslaßkammer (l8b), bei einer Pumpe dagegen die Einläßkammer " (ISa)VdUrCh ein verstellbares Drosselventil (57)^;-"in£t der Umgebung des Verdichters bzw. der Pumpe -verbunden ist.

2.) Wirbelverdichter oder Wirbelpumpe nach Anspruch 1, da du r c h ge k e η η ζ ei c h net, daß von der Außenseite des Verdichters bzw. der Pumpe in die entsprechende Kammer (l8b bzw. 18a) eine Bohrung (58bzw. 9Q) führt, indie ein Drosselventil (57) derart einsetzbar ist, daß es je nach seiner Stellung die Durchlaßfläche vergrößert oder verkleinert.

^.) Wirbelverdichter oder Wirbelpumpe nach den Ansprüchen 1 und 2, dad u r c h ge k e η η z"e ich η et , daß das Drossel-

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ventil (57) einen in die Bohrung (58 bzw. 90) hineinragenden kegelförmigen Ventilkörper (70) aufweist.

4.) Wirbelverdiehter oder Wirbelpumpe nach den Ansprüchen 1 bis j5, dadurch gekennzeichnet, daß von einem mittels Tragstützen (6o> 61) über der Bohrung (58 bzw. 90) auf dem Ständerteil befestigten Steg (63) ein Gewindebolzen (66) gehalten ist, welcher achsgleich mit der Bohrung in diese hineinragt und auf welchen der Ventilkörper (70) derart aufgeschraubt ist, daß dieser durch Verdrehen in Richtung der Achse der Bohrung verschiebbar ist.

5,) Wirbelverdichter oder Wirbelpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzei chnet * daß eine Einsatzhülse (84), die als Ventilsitz mit dem Ventilkörper (70) zusammenwirkt, derart in die Bohrung (58 bzw. 90) hineingeschraubt ist, daß sie durch Verdrehen axial verschiebbar und durch ihre axiale Lage die Durchlaßfläche des Ventils bestimmt ist.

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