DE1928763C3 - Druckausgleichs anordnung für eine Steuerwelle eines Radialkammeraggregates - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckausgleichsanordnung für eine Steuerwelle eines Radialkammeraggregats mit mehreren axial hintereinanderliegenden, mit gleichem Druck beaufschlagten Arbeitskammergruppen von Rotationskolbenmaschinen, wobei die Steuerwelle axial verlaufende Zu- und Abführkanäle für das Arbeitsmittel und an ihrem Umfang angeordnete, mit den Arbeitskammer-Einlaßöffnungen bzw. -Auslaßöffnungen zusammenwirkende Steuermündungen aufweist und wenigstens eine diesen Steuennündungen gegenüberliegend axial versetzt und mit einer Steuermündung über zumindest einen Kanal verbundene, als Druckausgleichsfeld wirkende Ausnehmung vorgesehen ist.

Eine derartige Druckausgleichsanordnung für eine Steuerwelle eines Radia'.kammeraggregats ist in der deutschen Offenlegungsschrift 1 901 757 vorgeschlagen.

Bei einer derartigen Druckausgleichsanordnung sind mindestens zwei Hochdrucksteuermündungen nötig und folglich mindestens zwei Paare von Druckausgleichsfeldern, so daß in solchen Aggregaten mindestens zwölf Leckageströme in axialer Richtung im zylindrischen Steuerspalt zwischen Rotor und Steuerwelle entstehen. Obwohl die Leckage bei der vorgeschlagenen Anordnung infolge von mit gleichem Druck beaufschlagbaren Kammern vermindert ist, trägt sie noch immer zu einer unerwünschten Wirkungsgradverringerung bei. Darüber hinaus ist die Gefahr einer Durchbiegung der Steuerwelle infolge der axial relativ weit voneinander entfernten Druckausgleichsfeldern gegeben.

Eine Druckausgleichsanordnung, bei der für jede Steuermündung zwei gegenüberliegend angeordnete Ausgleichsfelder vorgesehen sind, ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 403 789 bekannt. Diese

ίο Anordnung weist demgemäß die bereits erläuterten Nachteile hinsichtlich der auftretenden Leckageströme und der damit verbundenen Wirkungsgradiverschlechterung auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Druckaus-

gleichsanordnung der eingangs erwähnten Art derart weiterzubilden, daß durch einfache Maßnahmen die Leckageströme und damit die Verluste verringert und der Wirkungsgrad des Radialkammeraggregats erhöht wird, wobei gleichzeitig der hydrostatische Druckaus-

ao gleich an der schwimmenden Steuerwelle voll aufrechterhalten bleiben soll.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jeweils nur zwei axial hintereinanderliegenae Arbeitskammergruppen mit gleichem Druck

as beaufschlagt werden und wenigstens eine Ausnehmung, die als Druckausgleichsfeld für mindestens eine gegenüberliegende, axial versetzte Steuermündung wirkt, zwischen den Steuermündungen in der Steuerwelle angeordnet ist.

Durch die paarweise Zusammenfassung von Arbeitskammergruppen und die Zuordnung jeweils eines speziell angeordneten Druckausgleichsfeldes zu einem Steuermündungspaar wird nicht nur ein einfacherer Aufbau und eine beträchtliche Verringerung der Leckageverluste, sondern gleichzeitig erreicht, daß sich die Steuerwelle im Vergleich zu bekannten Anordnungen wenigstens durchbiegt, da die bisher üblichen, axial relativ weit voneinander entfernten Druckausgleichsfelder pro Steuermündung nicht mehr vorhanden sind. Dies trägt auch zur Erhöhung der Betriebssicherheit bei, da die Steuerwelle stets mit sehr enger Passung in der Rotorbohrung schwimmen muß und jegliches Durchbiegen der Steuerwelle zur Verklemmung führen kann.

Vorzugsweise ist das Druckausgleichsfeld einem Steuermündungspaar gemeinsam zugeordnet und mit diesem verbunden.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß jeder Steuer-

jo mündung des Steuermündungspaares wenigstens ein Druckausglcichsfeld gegenüberliegend axial versetzt zugeordnet ist.

Der Erfindungsgegenstand wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielcn unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Radialkammeraggregats mit schwimmender Steuerwelle,

F i g. 2 einen Querschnitt entsprechend der Schnittlinie H-H in Fig. 1 und

Fig. 3 die Üteuerwelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit Druckausgleichsfeldern zwischen den Steuermündungen.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 31 der Rotor

6_S eines mehrgruppigen Radialkammeraggregats bezeichnet. Axial voneinander distanziert befinden sich im Rotot 31 die sich radial periodisch beim Rotorumlauf vergrößernden und verkleinernden, die eigentli-

chen Arbeitskammern darstellenden Radialkammern, die ζ. B. Radialzylinder oder Kolbenschieberschlitze sein können. Alle in einem Querschnitt liegenden, über den Umfang verteilten Kammern werden als eine Kammergruppe bezeichnet.

Diese aus jeweils mehreren Radialkammern gebildeten Arbeitskammergruppei: sind durch die Kammern 7, 8 in Fig. 1 prinzipiell dargestellt. Von ihnen aus gehen die Rotorkanäle 24 radial einwärts und munden in die Rotorzentralbohrung, in die der Steuertei! der betreffenden Steuenvelie 1 eingepaßt ist. Diese Einpassung erfolgt dergestalt, daß der Rotor relativ zur Steuerwelle umlaufen kann, aber zwischen der Steuerweüenaußenfläche und der Rotorbohrungsinnenfläche eine enge, weitgehend dichtende Passung vorhanden ist. Die radiale Durchmesserdifferenz der Rotorbohrungsinnenflache und der Steuerwellenaußenfläche beträgt etwa 0,0002 bis 0,0016 des Steuerwellendurchmessers bei guten Hochdruckaggregaten.

Es ist bekannt, die Steuerwelie in einem kardanisehen Ring 13 mittels Kardanbolzen 10 so aufzuhängen, daß sie radial und auch sphärisch beweglich, aber gegen Drehung um ihre Achse gesichert ist. Dadurch kann die Steuerwelle Rotorrundlauffehlern folgen, ohne daß ein Heißlaufen in der Rotorbohrung erfolgt. Die Abdichtungen 22 zwischen Arbeitsmittelanschlüssen und der Steuerwelle sind für diesen Zweck ebenfalls radial beweglich. Durch den Anschluß 20 fließt Arbeitsmittel durch den Steuerwellenkanal 9 und durch Steuermündungen 3 oder 4 una durch die betreffenden Rotorkanäle 24 in die Arbeitskammern 7, 8, und zwar bei deren Vergrößerung, und das Arbeitsmittel strömt aus den betreffenden Arbeitskammern bei deren Verkleinerung, und zwar über die Steuerwellenkanäle 10 und den Anschluß 21 wieder aus dem Aggregat heraus. Die Richtung der Arbeitsmittelströmung kann auch umgekehrt sein.

Bei bisher bekannten Anordnungen herrschte zwischen den benachbarten Steuermündungen 3 und 4 der gleiche Druck wie in diesen Steuermündungen. Dadurch wurde eine hohe radiale Kraft von den in den Steuermündungen herrschenden Drücken her auf die Steuerwelle 1 ausgeübt, welche zum einen die Steuerwelle in Radialrichtung gegen die Rotorbohrungswand preßte oder zum anderen die Steuerwelle zwischen den äußeren Arbeitsmitteldruckausgleichsmündungen radial etwas durchbog, so daß die Achse der Steuerwelle keine Gerade mehr war. Bei einer Achsdurchbiegung um einige Tausendstel Millimeter tritt jedoch bereits ein Klemmen der Steuerwelie in der Rotorbohrung auf, wi.Jurch das Aggregat völlig unbrauchbar wird.

Nach der Erfindung wird nun durch die mittleren Druckausgleichsfclder, die diametral zu den Steuermündungen und zwischen Steuermündungspaaren liegen, eine radial entgegengesetzt Kraft aufgebaut, so daß die bisherige einseitige Beaufschlagung der Steuerwelle ausgeglichen werden und ein Durchbiegen der Steuerwelle nicht mehr auftreten kann. Auf diese Weise wird das Radialkammeraggregat besonders betriebssicher.

Den Rotorkanälen 24 des mehrgruppigen Radialkammeraggrcgats nach den Fig. 1 und 2 ist das ihnen gemeinsame Druckausgleichsfeld 5 zugeordnet, das ihnen diametral gegenüberliegt und sich zwischen ihnen befindet. Dieströinungsmittelmäßige Verbindung erfolgt über Verbindungen 17, 18. In entsprechender Weise ist im gleichen Aggregat dem Steuermündungspaar 3, 4 das ihnen gemeinsame Druckausgleichsfeld 6 zugeordnet, das sich zwischen ihnen und diametral gegenüber befindet. Die druckmittelmäßige

Verbindung erfolgt über Bohrungen 15, 16.

Die Druckausgleichsfelder 5 und 6 sind derart bemessen, daß durch sie die Kräfte aus den Steuermündungen und dem Arbeitsmittelfilmin ihrer Umgebung radial ausgeglichen werden, da diese Kräfte gleich

ίο groß, aber entgegengesetzt gerichtet sind. Jegliche weiteren Druckausgleichsfelder werden damit überflüssig und somit eingespart. Die strömungsmitielmäßigen Verbindungen können durch die Steuerwelle oder durch deren Oberfläche gelegt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fi g. 1 und 2 ist die Gesamtzahl der Leckageströme auf sechs beschränkt, was einen wesentlichen Vorteil zu bekannten Anordnungen darstellt.

Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 stellt die für mehrgruppige Radialkammeraggregate mit gleichen Drucken in den verschiedenen Arbeitskammergruppen einfachste, sicherste und wirkungsgradmäßig günstigste Ausführungsform dar.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 ist jedoch eben-

3$ falls im Hinblick auf den zu erzielenden Wirkungsgrad als sehr günstig zu bezeichnen und arbeitet mit äußerst geringer Leckagemenge.

Im oberen und unteren Teil dieser Fig. 3 sind verschiedene Ausführungsformen dargestellt.

Im oberen Teil ist jeder Steuermündung ein zwischen dem Steuermündungspaar und diametral gegenüberliegend angeordnetes Druckausgleichsfeld vorgesehen. Der Steuermündung 233 ist ein Druckausgleichsfeld 253 zugeordnet und durch den Kanal

257 mit ihm verbunden. Der Steuermündung 234 ist das Druckausgleichsfeld 254 zugeordnet und durch den Kanal 260 mit ihm verbunden. Durch den Steg zwischen den Druckausgleichsfeldern 253 und 254 bleiben diese und damit die verschiedenen Arbeitsmittel-Druckströme voneinander getrennt.

Im unteren Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist der Steuermündung 243 das Druckausgleichsfeld diametral gegenüberliegend angeordnet, und es befindet sich zwischen den Steuermündungen 243 und 244.

Der Steuermündung 244 sind die Druckausgleichsfelder 255 und 256 zugeordnet, und zwar je eines diesseits und jenseits des Druckausgleichsfeldes 251 und diametral gegenüber den Steuermündungen 243 und 244 und zwischen diesen. Die Druckausgleichsfelder 255 und 256 sind entsprechend schmal gehalten, während das Druckausgleichsfeld 251 entsprechend weit ausgebildet ist. Die Verbindungen erfolgen wie folgt: Kanal 258 verbindet Steuermündung 243 mit Druckausgleichsfeld 251; Kanal 260 verbindet Steuermündung 234 mit Druckausgleichsfeld 254; Kanal 257 verbindet Steuermündung 233 mit Druckausgleichsfeld 253, und die Kanäle 259 und 261 verbinden die Steuermündungen 244 mit den Druckausgleichsfeldern 255 und 256.

Die mittleren Druckausgleichsfelder, die zwischen den Steuermündungspaaren und diametral gegenüberliegend angeordnet sind, müssen so breit ausgebildet sein, daß sie und ihre unmittelbare, noch vom Arbeitsmittel beaufschlagte Umgebung den radialen Druckausgleich gegenüber dem zugeordneten Steuermündungspaar voll aufrechterhalten können. Das Aggregat arbeitet dann völlig zuverlässig, rationell und ist für hohe Arbeitsmitteldrucke geeignet.

Die vom Arbeitsmittelfilm zwischen Rotor und Steuerwelle herrührenden Kräfte müssen bei Bemessung der Steuermündungen und der ihnen zugeordneten Druckausgleichsfelder berücksichtigt werden. Das einem Steuermündungspaar zugeordnete Druckausgleichsfeld ist gegebenenfalls weiter zu bemessen als jede der Steuermündungen. Dies gilt insbesondere für die Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2. C Ausführungsform zeichnet sich vor allem dadurch daß ihr Leckagestrom so gering ist wie bei einem s gleich bemessenen und ausgeführten eingrupp Radialkammeraggregat. Das mehrgruppige Aggi nach der Erfindung hat demgemäß bei gleichem kageverlust etwa die doppelte Leistung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Druckausgleichsanordnung für eine Steuerwelle eines Radialkammeraggregats mit mehreren axial hintereinanderliegenden, mit gleichem Druck beaufschlagten Arbeitskammergruppen von Rotationskolbenmaschinen, wobei die Steuerwelle axial verlaufende Zu- und Abführungskanäle für das Arbeitsmittel und an ihrem Umfang angeordnete, mit den Arbeitskammer-Einlaßöffnungen bzw. -Auslaßöffnungen zusammenwirkende Steuermündungen gegenüberliegend axial versetzt und mit einer Steuermündung über zumindest einen Kanal verbundene, als Druckausgleichsfeld wirkende Ausnehmung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils nur zwei axial hintereinanderliegende Arbeitskammergruppen (7, 8) mit gleichem Druck beaufschlagt werden und wenigstens eine Ausnehmung (5), die als Druckausgleichsfeld für mindestens eine gegenüberliegende, axial versetzte Steuermündung wirkt, zwischen den Steuermündungen (3, 4) in der Steuerwelle (1) angeordnet ist.

2. Druckausgleichsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckausgleichsfeld (5 oder 6) einem Steuermündungspaar (3, 4) gemeinsam zugeordnet und mit diesem verbunden ist.

3. Druckausgleichsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Steuermündung (243, 244, 233, 234) des Steuermündungspaares wenigstens ein Druckausgleichsfeld (253, 254, 251, 255 oder 256) gegenüberliegend axial versetzt zugeordnet ist.