DE19708953A1

DE19708953A1 - Seitenkanalverdichter mit modifiziertem Unterbrecher

Info

Publication number: DE19708953A1
Application number: DE19708953A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr Ing Basteck
Original assignee: Busch K GmbH
Current assignee: Busch K GmbH
Priority date: 1997-03-05
Filing date: 1997-03-05
Publication date: 1998-09-17

Description

Die Erfindung betrifft einen Seitenkanalverdichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei bekannten Seitenkanalverdichtern der gattungsgemäßen Art (DE-PS 9 02 074, DE-PS 21 31 952, DE-PS 44 24 629), die im Vakuumbetrieb oder im Kompressorbetrieb arbeiten können, ist die grundsätzliche Ausgestaltung derart, getroffen, daß die Innenwände des Seitenkanals und des Laufrades um die Verdichterachse einen ringförmigen Rotationshohlraum bil den. Dieser ist im Seitenkanal zwischen Gaseinlaßöffnung und Gasauslaßöffnung unterbrochen, d. h. mit einem Unterbre cher versehen. Das zu verdichtende Gas durchströmt den Ro tationshohlraum zwischen der Gaseinlaßöffnung und Gasaus laßöffnung in schraubenförmiger Bewegung um eine Mittelli nie des Ringes; hierbei tritt das Gas mehrfach aus dem Sei tenkanal in das Laufrad ein und mehrfach aus dem Laufrad wieder in den Seitenkanal hinaus. Durch die Massenkräfte des kreisenden Gases und die Schleppkraft der Laufradschau feln nimmt hierbei der Druck längs der Umfangserstreckung des Seitenkanals zu. Im speziellen wächst dieser Druck vom Saugdruck auf derjenigen Seite der Unterbrechung des Sei tenkanals, an der sich die Gaseinlaßöffnung befindet, in Drehrichtung des Laufrades bis auf den Austrittsdruck auf der anderen Seite des Unterbrechers bei der Gasauslaßöff nung.

Es ist nun bekannt, daß in Seitenkanalverdichtern der zur Rede stehenden Art Druck- und Leckverluste auftreten. Hier bei sind besonders hervorzuheben die Spaltverluste zwi schen Laufrad und Seitenkanalgehäuse sowie die im Unterbre cher auftretenden Verluste. Diese können bis zu 10% des Fördervolumens betragen.

Die im Unterbrecher auftretenden Strömungsverluste beruhen darauf, daß das Gas, das die Laufradzellen auf der der Aus laßöffnung zugewandten Seite des Unterbrechers ausfüllt, unter dem hohen Austrittsdruck steht und demgemäß aufgrund der großen Druckdifferenz, die über dem Unterbrecher zwi schen der Gasauslaßöffnung und der Gaseinlaßöffnung herrscht, mit dem sich drehenden Laufrad zu der der Gasein laßöffnung zugewandten Seite des Unterbrechers transpor tiert wird. Infolge des dort herrschenden niedrigen Ein trittsdruckes entspannt sich das Gas und stört dabei die Zuströmung des neu eintretenden Gases. Außerdem stellt diese auf Druck gebrachte, jedoch nicht geförderte Gasmenge einen Verlust dar, der den Wirkungsgrad mindert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Seiten kanalverdichter der gattungsgemäßen Art zur Beseitigung der geschilderten Nachteile derart auszugestalten, daß der dichtebehaftete Volumenstrom über den Unterbrecher redu ziert wird, um somit bei großen Druckdifferenzen das Aus füllen des Saugbereichs durch den vom Unterbrecher kommen den Volumenstrom zu vermeiden und eine Reduzierung der Spaltströmungen zwischen Laufrad und Seitenkanalgehäuse zu erreichen.

Die Merkmale der zur Lösung dieser Aufgabe geschaffenen Er findung ergeben sich aus Anspruch 1. Vorteilhafte Ausge staltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen be schrieben.

Der erfindungsgemäß ausgestaltete Seitenkanalverdichter weist einen modifizierten Unterbrecher auf, nämlich dahin gehend, daß dieser mit einem wenigstens zusätzlichen Aus laßkanal bzw. zumindest einer zusätzlichen Öffnung versehen ist, um hierdurch wenigstens einen Teil des über den Unter brecher strömenden Volumenstroms abzuleiten.

Durch diese erfinderische Maßnahme wird auf äußerst vor teilhafte Weise der im Unterbrecher herrschende Druck redu ziert und der dichtebehaftete Volumenstrom verringert.

In jedem Fall ergibt sich aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Vorteil, durch Reduzierung der Dichte im Volumenstrom des Unterbrechers das Saugvolumen zu erhöhen. Durch die Ableitung des Volumenstroms des Unterbrechers in den Zwischenraum zwischen Laufrad und Seitenkanalgehäuse wird das Druckniveau im Zwischenraum erhöht. Hierbei werden das bereits vorhandene Druckgefälle zwischen Unterbrecher und Zwischenraum sowie die am Laufrad im Unterbrecher auftretende Zentrifugalkraft ausgenutzt. Durch beide Kompo nenten ergibt sich ein zweiter Volumenstrom, der den Volu menstrom im Unterbrecher reduziert. Durch die oben erwähnte Druckerhöhung im Zwischenraum wird die Spaltströmung zur Niederdruckseite reduziert.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß im Vakuumbetrieb des Seitenkanalverdichters der Auslaßkanal des Unterbrechers nach innen zum Zwischen raum zwischen Laufrad und Seitenkanalgehäuse führt. Zusätz lich oder statt dessen ist es auch möglich, den Auslaßkanal des Unterbrechers nach außen zu führen. Dies ist insbeson dere im Kompressorbetrieb des Seitenkanalverdichters von Vorteil, da hierdurch wenigstens ein Teil des Volumenstroms des Unterbrechers zwischen Laufrad und Gehäuse nach außen abgeleitet wird. Für Vakuumbetrieb liegt eine gesonderte Verbindung zur Gaseinlaßöffnung vor.

Insgesamt ist es durch die Erfindung auf vorteilhafte Weise möglich, das Saugvolumen um mindestens 10-30% zu stei gern. Außerdem wird eine Erhöhung des Wirkungsgrades er zielt.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform der Elfindung ist die Anordnung derart getroffen, daß der nach außen geführte Auslaßkanal des Unterbrechers in den Gaseinlaßbereich mün det. Aufgrund dieser Umlenkung der ausströmenden Gase in den Saugstutzen wird eine entscheidende Verbesserung der Wirkungsweise des modifizierten Unterbrechers sowie der thermischen Aufheizung im beginnenden Aufheizungsprozeß er zielt.

Entsprechende Untersuchungen haben gezeigt, daß sich eine Wirkungsgradverbesserung von bis zu 6% erreichen läßt.

Im Eingangsbereich des Seitenkanalverdichters findet der Prozeß der Aufheizung des einströmenden Gases statt, wobei sich im Seitenkanal bis zu einem Umfangswinkel von maximal 90° noch keine Drucksteigerung ergibt. In diesem Anfangsbe reich existiert daher eine Überlagerung von wenigstens zwei physikalischen Prozessen, nämlich einerseits dem Aufheizen des einströmenden Gases und andererseits der beginnenden Verdichtung des Gases durch zirkulare Strömungen.

Hier findet die zuletzt erwähnte Ausgestaltung des erfin dungsgemäß abgewandelten Unterbrechers eine außerordentlich vorteilhafte Anwendung, da sich hierdurch eine Entkoppelung der Aufheizungs- und Verdichtungsprozesse im Eingangsbe reich bei gleichzeitiger Erhöhung der Druckdifferenz und des Wirkungsgrades erreichen läßt.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung läßt sich nun folgender maßen beschreiben:

1. Es kann eine Nut im Unterbrecher vorgesehen sein mit einem Auslaß nach außen;
2. der aus der Nut des Unterbrechers herausströmende Volu menstrom wird genutzt, d. h. in den Saugstutzenbereich ein geleitet;
3. die Einleitung bzw. Einströmung des abgeleiteten Volu menstroms erfolgt durch eine Düse in den Saugstutzen, z. B. durch eine Venturidüse, oder durch ein Rohrkonzept, wobei beispielsweise ein den Unterbrecher-Volumenstrom führendes Rohr den Saugstutzen umgibt.

Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung wird erreicht, daß das erwärmte Gas vom Unterbrecher in den Saugstutzen einströmt, wobei durch das angewendete Wirkprinzip einer Düse eine zusätzliche Saugwirkung im Saugstutzen verursacht und somit dem einströmenden Gas eine zusätzliche kinetische Energie übermittelt wird. Hierdurch tritt bereits im Saug stutzen eine Aufheizung des angesaugten Gases ein, so daß bereits im Anfangsbereich des Seitenkanals eine Verdichtung bzw. Druckerhöhung des Gases stattfindet, ohne daß eine große Beeinflussung durch Aufheizen erfolgt, da der Auf heizprozeß bereits überwiegend im Saugstutzen abläuft.

Aufgrund der vorteilhaften Nutzung der Flächen im Saugstut zen läßt sich eine bessere Gesamtkühlleistung im Seitenka nalverdichter erzielen.

Bei der Anwendung der vorstehend beschriebenen Ausgestal tung der Erfindung ist es nicht zwingend erforderlich, zu sätzlich zur Schalldämpfung in Austrittsbereich auch eine Schalldämpfung im Eintrittsbereich vorzusehen.

Zu erwähnen ist noch, daß diejenige Lösungsvariante, bei welcher der vom Unterbrecher abgeleitete Volumenstrom über ein den Saugstutzen umgebendes Rohr in den Eingangsbereich des Verdichters gelangt, mit besonderem Vorteil dann zum Einsatz gelangt, wenn verschmutzte Medien angesaugt bzw. verdichtet werden sollen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 schematisch in Draufsicht teilweise geschnitten einen Seitenkanalverdichter gemäß der Erfindung, bei dem der Unterbrecher mit einem nach außen führenden Auslaßkanal versehen ist, und

Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform des Seitenka nalverdichters, bei dem der Unterbrecher einen nach innen führenden Auslaßkanal aufweist;

Fig. 3 eine weiterhin abgewandelte Ausführungsform des Seitenkanalverdichters, bei welcher der nach außen geführte Auslaßkanal des Unterbrechers über eine Düse in den Saugstutzen mündet, im Schnitt und

Fig. 4 in abgewickelter Darstellung;

Fig. 5 eine weitere abgewandelte Ausführungsform des Seitenkanalverdichters, bei welcher der Auslaß kanal des Unterbrechers über eine den Saugstut zen umgebende Rohrleitung in den Einlaßbereich mündet, im Schnitt und

Fig. 6 in abgewickelter Darstellung.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist der dargestellte Seiten kanalverdichter ein mit Schaufeln 1 versehenes offenes Laufrad 2 auf, das zur Verdichtung von Gasen in einem mit einem Seitenkanal 3 ausgestatteten Gehäuse drehbar ist, und zwar in Richtung des Pfeiles A.

Der Seitenkanal 3 ist an einer Stelle seines Umfangs zwi schen einer Gaseinlaßöffnung 4 (Saugseite) und einer Gas auslaßöffnung 5 (Druckseite) mit einem Unterbrecher 6 ver sehen. Dieser soll verhindern, daß das vom Laufrad 2 in Richtung des Pfeiles A transportierte Gas innerhalb des Seitenkanals 3 von der Auslaßöffnung 5 direkt zur Einlaß öffnung 4 transportiert wird.

Zum Zweck der Massestromreduzierung über den Unterbrecher ist bei der dargestellten Ausführungsform gemäß Fig. 1 der Unterbrecher 6 mit einem zusätzlichen Auslaßkanal 7 verse hen. Dieser leitet wenigstens einen Teil des über den Un terbrecher 6 strömenden Volumenstroms nach außen ab.

Demgegenüber ist bei der abgewandelten Ausführungsform ge mäß Fig. 2 der am Unterbrecher 6 vorgesehene Auslaßkanal 8 nach innen geführt, und zwar zum Zwischenraum zwischen Laufrad 2 und Gehäuse des Seitenkanals 3.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 und 4 weist der Unter brecher 6 in der dargestellten Weise eine Nut 9 auf, von der aus der Auslaßkanal 7 nach außen geführt ist. Der hier aus in Richtung des Pfeils 10 ausströmende Gas-Volumenstrom wird dadurch in den Gaseinlaß 4 (Saugstutzen) eingeleitet, daß der Auslaßkanal 7 mit einer Düse 11 verbunden ist, die konzentrisch zum Gaseinlaß 4 in diesen einmündet. Aufgrund des Wirkprinzips dieser Düse 11 strömt das am Unterbrecher 6 über den Auslaßkanal 7 abgeleitete Gas in den Saugstutzen 4, so daß sich dort eine zusätzliche Saugwirkung ergibt und dem einströmenden Gas eine zusätzliche kinetische Energie vermittelt wird.

Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 5 und 6 ist der vom Unterbrecher 6 nach außen führende Auslaßkanal 7 mit einem Rohr 12 verbunden, das den Gaseinlaß 4 (Saug stutzen) konzentrisch umgibt und somit ebenfalls das vom Unterbrecher 6 abgeleitete Gas in den Saugstutzen 4 einlei tet. Diese Ausführungsform eignet sich besonders gut dann, wenn verschmutzte Medien verdichtet werden müssen.

Hinsichtlich vorstehend im einzelnen nicht näher erläuter ter Merkmale der Erfindung wird im übrigen ausdrücklich auf die Zeichnung und die Patentansprüche verwiesen.

Claims

1. Seitenkanalverdichter mit einem mit Schaufeln (1) versehenen offenen Laufrad (2), das zur Verdichtung von Ga sen in einem mit einem Seitenkanal (3) ausgestatteten Ge häuse drehbar ist, wobei der Seitenkanal (3) an einer Stelle seines Umfangs zwischen einer Gaseinlaßöffnung (4) und einer Gasauslaßöffnung (5) einen Unterbrecher (6) auf weist, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterbrecher (6) mit wenigstens einem zusätzlichen Auslaßkanal (7 bzw. 8) versehen ist, der zumindest einen Teil des über den Unterbrecher (6) strömenden Volumenstroms ableitet.

2. Seitenkanalverdichter nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der bzw. die Auslaßkanäle (8) des Unter brechers (6) nach innen zum Zwischenraum zwischen Laufrad (2) und Gehäuse des Seitenkanals (3) führen.

3. Seitenkanalverdichter nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der bzw. die Auslaßkanäle (7) des Unter brechers (6) nach außen führen.

4. Seitenkanalverdichter nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß der nach außen geführte Auslaßkanal (7) des Unterbrechers 86) in den Gaseinlaß (4) mündet.

5. Seitenkanalverdichter nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß der Auslaßkanal (7) über eine Düse (11) in den Gaseinlaß (4) mündet.

6. Seitenkanalverdichter nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß der Auslaßkanal (7) über ein den Saug stutzen umgebendes Rohr (12) in den Gaseinlaß (4) mündet.