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Die Erfindung betrifft Kompressoren und insbesondere einen rotierenden Flügelzellen-Kompressor, der eine verbesserte strukturelle Stärke der Rille aufweist und Wellen- bzw. Achsenbruch vermeidet und die Gasausgabekapazität erhöht.
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Ein herkömmlicher rotierender Flügelzellen-Kompressor (siehe 9 und 10) weist bekanntlich einen Druckluft-Zylinder 10, eine Welle 20 auf, die exzentrisch in den Druckluft-Zylinder 10 montiert ist, und hat eine Vielzahl von radial sich erstreckenden Gleit-Nuten 201 und eine Vielzahl von Flügeln 30, die an die Gleitnuten 201 gekoppelt sind und sich darin hin und her bewegen. Der Rotation der Welle 20 durch einen Motor 50 folgend, werden die Flügel 30 nach außen entlang der Gleit-Nuten 201 gezwungen wegen des Effektes der Zentrifugalkraft und werden in festem Kontakt mit der Zylinderwand des Druckluft-Zylinders 10 gehalten mittels einer Öl-Membran, sodass eine Reihe von Kompressionskammern 101 verschiedener Volumen zwischen jeweils benachbarten Flügeln 30 ausgebildet werden. Somit tritt Luft durch das Ansaugrohr 102 ein, um mit Schmieröl sich zu mischen und wird aufgrund des schmäler werdenden Volumens einer jeden Kompressionskammer 101 das Luft- und Schmierölgemisch komprimiert und aus der Luft-Auslassöffnung 103 gezwungen.
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Bei dem zuvor genannten Stand der Technik-Aufbau ist die Welle 20 mit der Ausgangswelle des Motors 50 mittels einer Kupplung 40 verbunden. Gemäß den Eigenschaften der Kupplung 40 ist der Durchmesser der Welle 20 begrenzt und deshalb ist die Tiefe der Gleit-Nuten 201 begrenzt. In der Konsequenz sind die Längen der Flügel 30 und das maximale Volumen einer jeden Kompressions-Kammer 101 begrenzt. Wird die Steigerung des Gas-Ausstoßes gewünscht, so muss die Größe des Druckluft-Zylinders 10, der Welle 20 und der verschiebbaren Flügel 30 relativ vergrößert werden. In diesem Falle wird die gesamte Abmessung des Druckluft-Kompressors sehr stark anwachsen.
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Darüber hinaus wird während eines Hochgeschwindigkeitsbetriebs des zuvor genannten herkömmlichen rotierenden Flügelzellen-Kompressors der Druckluft-Zylinder 10 viel Verlustwärme aufgrund Reibung erzeugen. Deshalb ist es notwendig, eine ordentliche Menge an Schmieröl in das Innere des Druckluft-Zylinders 10 zu sprühen, um Überhitzung zu vermeiden. Dadurch wird das ausgegebene Gas winzige Öltröpfchen enthalten oder andere Verunreinigungen. Um die Beeinflussung der komprimierten Gasmasse mit der normalen Funktion des Druckluft-Kompressors zu vermeiden, wird normalerweise eine Öl-Gas-Abtrennvorrichtung 60 eingesetzt und in der Gas-Ausstoß-Öffnung des Druckluft-Zylinders 10 montiert. Die Öl-Gas-Abtrennvorrichtung 60 weist ein darin installiertes Luftfilter-Element auf, um die Öltröpfchen und andere Verunreinigungen von dem durchgeleiteten Gas zu entfernen. Da das Luftfilter-Element direkt mit heißkomprimiertem Öl gesättigten Gas zusammentrifft während des Betriebes der Öl-Gas-Abtrennvorrichtung 60, verschleißt diese schnell. Darüber hinaus werden die verschiebbaren Flügel 30 schnell sich deformieren, wenn sie unter einer Hoch-Temperatur-Bedingung arbeiten, was eine laterale Leckage bewirkt und weiter zur Reduktion des Gas-Ausstoßes und zur Energie-Verschwendung führt. Schlimmer noch können die verschiebbaren Flügel 30 in den Gleitnuten 201 der Welle 20 stecken bleiben.
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Deshalb ist es wünschenswert, einen rotierenden Flügelzellen-Kompressor vorzuschlagen, der die zuvor genannten Nachteile beseitigt.
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Die vorliegende Erfindung wurde unter den betrachteten Umständen zuwege gebracht. Der rotierende Flügelzellen-Kompressor der vorliegenden Erfindung enthält einen Druckluft-Zylinder, eine Zylinder-Welle, die exzentrisch in den Druckluft-Zylinder montiert ist und durch einen Motor rotierbar ist, enthält verschiebbare Flügel, die mit den Gleitnuten verbunden und vor- sowie zurück-bewegbar entlang der Gleitnuten sind, und enthält eine Öl-Gas-Abtrenn-Vorrichtung, die in der Luft-Auslassöffnung des Druckluft-Zylinders montiert ist, wobei die Welle eine axiale Bohrung aufweist, die an einem ersten Ende davon angeordnet ist und direkt mit der Ausgangswelle des Motors verbunden ist, um die Welle in die Lage zu versetzen, mit der Ausgangswelle des Motors synchron gedreht zu werden. Da die axiale Bohrung der Welle direkt an die Ausgangswelle des Motors ohne Einsatz jeglicher Kupplungsmittel angeschlossen ist, wird der Energieverlust während der Übertragung der rotorischen Antriebskraft von dem Motor zum Maschinenkopf minimiert. Diese Anordnung ermöglicht es, dass die zwei gegenüberliegenden Enden der Welle maximiert werden und somit die Tiefe der Gleitnuten maximiert wird, um die verschiebbaren Flügel aufzunehmen, welche eine relativ größere Abmessung aufweisen, wenn sie mit ähnlichen Stand der Technik-Ausführungsformen für hohen Gasausstoß verglichen werden.
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Darüber hinaus weist jeder verschiebbare Flügel ein metallisches Trägermaterial bzw. -substrat auf, welches gleichmäßig verteilte Durchgangsbohrungen aufweist, und weist ein Überzugsmaterial auf, das auf der Oberfläche des metallischen Trägermaterials ausgeformt ist und die Durchgangsbohrungen auffüllt. Weiterhin weist das Überzugsmaterial eine Vielzahl von Entlastungs- bzw. Ablaufnuten auf, die an mindestens einer von zwei gegenüber liegenden Seiten davon angeordnet sind. Dadurch haben die verschiebbaren Flügel eine hohe strukturelle Stärke und eine hohe Präzision in ihrer Abmessung, um beste Leistung zu erzielen ohne irgendeinen Schaden an dem Druckluft-Zylinder zu verursachen. Unter einer akkuraten Kontrolle des thermischen Expansions-Koeffizienten arbeiten der Druckluft-Zylinder und die Welle synchron, um Luft zu komprimieren. Deshalb weist die Erfindung hohe Präzision- und geringe Kostenmerkmale auf und vermeidet einen zweitrangigen Verarbeitungsprozess.
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Darüber hinaus ist eine zyklon-artige Öl-Gas-Abscheidungsvorrichtung in der Luftauslass-Öffnung des Druckluft-Zylinders montiert, um Öl-Partikel aus dem komprimierten Gas, das durch die Luft-Auslassöffnung ausströmt, zu entfernen. Wenn heiß komprimiertes ölgesättigtes Gas aus der Gas-Ausgangsöffnung des Druckluft-Zylinders in die Öl-Gas-Abscheide-Vorrichtung austritt, fließt es entlang eines unförmigen Gasdurchgangs bzw. einer Passage mit hoher Geschwindigkeit, um eine Zentrifugalkraft zu erzeugen, die relativ große Ölpartikel dazu zwingt, von dem Gasfluss weg zur Außenseite der Öl-Gas-Abscheide-Vorrichtung zu treten, und es dem Gasfluss ermöglicht, relativ kleinere Ölpartikel zu enthalten, die danach durch ein Luftfilter-Element in der Öl-Gas-Abscheide-Vorrichtung ausgefiltert werden. Dadurch kann die Lebensdauer des Luftfilter-Elements stark ausgeweitet werden, der Materialverbrauch reduziert und die Wartungskosten verringert werden.
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Darüber hinaus weist die Welle eine Keil-Nut- bzw. -Aussparung in der axialen Bohrung davon auf, zum Eingriff einer Klappe oder Pass-Feder an der Ausgangswelle des Motors, um eine synchrone Rotation der Welle mit der Ausgangswelle des Motors zu ermöglichen, wodurch Energieverluste während der Übertragung der rotorischen Antriebskraft von dem Motor zur Maschine minimiert werden.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines rotierenden Flügelzellen-Kompressors gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Teils des rotierenden Flügelzellen-Kompressors gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei der Aufbau des Druckluft-Zylinders, der Welle und der verschiebbaren Flügel dargestellt werden.
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3 entspricht einer schematischen abschnittsweisen Montageansicht eines Teils des rotierenden Flügelzellen-Kompressors gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die in dem Druckluft-Zylinder positionierte und mit dem Motor verbundene Welle dargestellt wird.
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4 entspricht einer Schnittansicht eines verschiebbaren Flügels gemäß der vorliegenden Erfindung.
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5 entspricht einer abschnittsweisen Ansicht eines verschiebbaren Flügels gemäß der vorliegenden Erfindung.
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6 entspricht einer abschnittsweisen Ansicht eines Teils der vorliegenden Erfindung, wobei die Bewegung der verschiebbaren Flügel relativ zu der Welle während der Rotation der Welle in dem Druckluft-Zylinder veranschaulicht wird.
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7 entspricht einer schematischen abschnittsweisen Ansicht eines Teils der vorliegenden Erfindung, wobei die Anordnung der Ölgas-Abscheide-Vorrichtung in dem Druckluft-Zylinder veranschaulicht wird.
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8 entspricht einer schematischen abschnittsweisen Aufriss-Darstellung der Öl-Gas-Abscheidungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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9 stellt die strukturelle Anordnung des rotierenden Flügel-Zellen-Kompressors nach dem Stand der Technik dar.
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10 entspricht einer abschnittsweisen Ansicht eines Teils des rotierenden Flügel-Zellen-Kompressors nach dem Stand der Technik.
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Wie in 1 und 2 gezeigt, enthält ein rotierender Flügel-Zellen-Kompressor gemäß der vorliegenden Erfindung einen Druckluft-Zylinder 1, eine Welle 2, die exzentrisch in dem Druckluft-Zylinder 1 montiert ist, und weist eine Vielzahl von radial verlaufenden Gleitnuten 21 auf, eine Vielzahl von verschiebbaren Flügeln 3, die mit den Gleitnuten verbunden und vor und zurück bewegbar entlang der Gleitnuten 21 sind, und weist eine Öl-Gas-Abscheide-Vorrichtung 4 auf, die in der Luft-Auslassöffnung (nicht dargestellt) des Druckluftzylinders 1 montiert ist. Die Welle 2 weist zwei entfernte Enden auf, die jeweils drehbeweglich mit einer vorderen Kappe 11 und einer hinteren Kappe 12 bzw. Überwurf an den Vorder- bzw. Hinterseiten des Druckluft-Zylinders 1 gekoppelt sind und jeweils mit einer vorderen Endkappe 115 und einer hinteren Endkappe 121 abgedeckt sind.
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Die Hauptmerkmale der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend dargelegt.
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Die Welle 2, wie in 2 und in 3 gezeigt wird, ist drehbeweglich in dem Druckluft-Zylinder 1 montiert, der eine axiale Bohrung 22 an seinem einen Ende zum Anschluss an einen Motor 5 aufweist und eine Keilnut 221 in der axialen Bohrung 22 zum Eingriff eines Längskeils (nicht dargestellt) an der Ausgangswelle 51 des Motors 5 aufweist. Mittels der axialen Bohrung 22 und der Keilnut 221 ist die Welle 2 mit der Ausgangswelle 51 des Motors 5 (siehe 3) verbunden. Somit ist der Durchmesser der zwei gegenüberliegenden Enden der Welle 2 relativ größer als nach dem üblichen Aufbau, und die Gleitnuten 21 können relativ tiefer ausgeführt werden als die Gleitnuten 201 der Welle 20 nach dem Aufbau des Stands der Technik. Darüber hinaus sind zwei axiale Lagerbuchsen 23 jeweils an den zwei gegenüber liegenden Enden der Welle 2 in der vorderen Kappe 11 bzw. der hinteren Kappe 12 montiert, und erlauben eine sanfte Rotation der Welle 20 in dem Druckluft-Zylinder 1. Die axialen Lagerbuchsen 23 sind aus einem verschleißfesten Material gefertigt (Aluminium-Oxid, Zirkonium-Oxid oder einer Weißmetall-Legierung), das beschaffen ist, die safte Rotation der Welle 2 in der vorderen Kappe 11 und der hinteren Kappe 12 bereitzustellen und das Reibungshitze ertragen kann, welche während der Rotation der Welle 2 erzeugt wird.
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Die verschiebbaren Flügel 3 sind steife plattenförmige Elemente, die in ihrer Weite in die Gleit-Nuten 21 passen, wobei jeder Flügel ein metallisches Trägersubstrat 31 aufweist, das als Trägermaterial dient (siehe 4 und 5) und ein Überzugsmaterial 32 aufweist, das einem gemischten Kunststoffmaterial entspricht, welches direkt auf der Oberfläche des metallischen Substrats 31 durch Umspritztechnik ausgeformt ist. Das metallische Substrat bzw. Trägermaterial 31 weist gleichmäßig verteilte Durchgangsbohrungen 311 auf. Während des Umspritzens füllt das Überzugsmaterial 32 die Durchgangsbohrungen 311 auf, wobei die Verbindungsfestigkeit zwischen dem metallischen Substrat 31 und dem Überzugsmaterial 32 erhöht wird, und wobei eine Vielzahl von Ablaufnuten 321 an mindestens einer von zwei gegenüber liegenden Seiten des Überzugsmaterials 32 ausgebildet sind. Diese Entlastungs- bzw. Ablaufnuten 321 dienen als Schmierungskanäle und Druckkanäle während des Gleitens der verschiebbaren Flügel 3 in den Gleitnuten 21.
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Mittels der zuvor genannten Anordnung kann die axiale Öffnung 22 und Keil- bzw. Längsnut 221 der Welle 2 direkt an die Ausgangswelle 51 des Motors 5 angekoppelt werden, ohne ein Kupplungsmittel zu verwenden, wobei Energieverluste während der Übertragung der motorischen Antriebskraft von dem Motor 5 auf den Maschinenkopf minimiert wird. Da der Durchmesser der zwei gegenüberliegenden Enden der Welle 2 maximiert wird, kann die Tiefe der Gleitnuten 21 maximiert werden, um die verschiebbaren Flügel 3 aufzunehmen, die eine relativ größere Abmessung aufweisen im Vergleich zu ähnlichen Ausführungen nach dem Stand der Technik (siehe 9) für einen hohen Gasausstoß.
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Darüber hinaus umfasst die Öl-Gas-Abscheide-Vorrichtung 4, wie in 7 und 8 gezeigt, ein zylindrisches Gehäuse 41, das einen Lufteinlass 411 und einen Luftauslass 412 aufweist, ein Luftfilter-Element 42 aufweist, das in dem zylindrischen Gehäuse 41 angeordnet ist und zwischen dem Lufteinlass 411 und dem Luftauslass 412 angeordnet ist, eine Abtrennungskammer bzw. -tafel 43, die in dem zylindrischen Gehäuse 41 angeordnet ist, um den Innenraum des zylindrischen Gehäuses 41 in eine Ablaufführungskammer 44 und eine Filterkammer 45 zu unterteilen, und weist eine ringförmige Ablenkplatte 46, ein Führungsrohr 47 und eine Öl-Abflussbohrung 48 auf, die in der Ablaufführungskammer 44 angeordnet ist. Die Filterkammer 45 nimmt das Luftfilterelement 42 auf, wobei das Luftfilterelement 42 in Verbindung mit dem Lufteinlass 411 und dem Luftauslass 412 gehalten wird. Die ringförmige Ablenkplatte 46 hat ihr eines Ende fest verbunden mit der Abtrennungskammer 43 und hat ihr anderes Ende beabstandet von dem zylindrischen Gehäuse 41 in einer Distanz angeordnet, und somit wird eine ringförmige Gas-Passage bzw. ein Durchgang 441 zwischen der äußeren Wandung der ringförmigen Ablenkplatte 46 und der inneren Wandung des zylindrischen Gehäuses 41 ausgebildet. Das Führungsrohr 47 ist zwischen dem Lufteinlass 411 und der ringförmigen Gas-Passage 441 ausgebildet. Die Abtrennungskammer 43 weist einen Luftdurchlass 431 auf, der an der Innenseite der ringförmigen Ablenkplatte 46 angeordnet ist in Verbindung mit dem Innenraum des Luftfilterelementes 42 in der Filterkammer 45.
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Wenn heiß komprimiertes Öl-gesättigtes Gas aus der Gas-Ausgangsöffnung des Druckluftzylinders 1 austritt durch das Führungsrohr 47 hinein in die Öl-Gas-Abscheide-Vorrichtung 4, so fließt es entlang der ringförmigen Gaspassage 441 mit einer hohen Geschwindigkeit, um eine Zentrifugalkraft zu erzeugen, die relativ große Ölpartikel dazu veranlasst, von dem Gasfluss zur Außenseite der Flussführungskammer 44 durch das Öl-Ablaufloch 48 zu zwingen. Der Gasfluss, der relativ kleine Ölpartikel enthält, wird durch den nachfolgenden Gastfluss gezwungen, kontinuierlich in die ringförmige Gaspassage 441 hinein zu fließen, um an der ringförmigen Ablenkplatte 46 vorbei in das Luftfilterelement 42 in der Filterkammer 45 über den Luftdurchlass 431 zu passieren, wobei das Luftfilterelement 42 die verbleibenden Ölpartikel entfernt bis zu einem Niveau unterhalb von 1 ppm. Somit kann die Lebensdauer des Luftfilterelements 42 deutlich erweitert werden, wobei Materialaufwand und Wartungskosten reduziert werden.
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Wie in 3 und in 6 gezeigt, sind die verschiebbaren bzw. gleitenden Flügel 3 jeweils an den Gleitnuten 21 der Welle 2 gekoppelt, und sind vor und zurück beweglich entlang der Gleitnuten 21 ausgebildet. Der Rotation der Welle 2 durch einen Motor 5 folgend, werden die verschiebbaren Flügel 3 nach außen entlang der Gleitflügel 21 gezwungen, aufgrund des Effektes der induzierten Zentrifugalkraft und werden in engem Kontakt mit der Zylinderwandung des Druckluft-Zylinders 1 gehalten, so dass eine Reihe von Kompressionskammern 13 verschiedener Volumina zwischen jeweils zwei benachbarten Flügeln bzw. verschiebbaren Flügeln 3 ausgebildet werden. Demnach kann sich die eingelassene Luft mit dem eingesetzten Schmieröl gründlich mischen und infolge der Verringerung des Volumens einer jeden Kompressionskammer 13 wird das Luft- und Schmieröl-Gemisch komprimiert bzw. verdichtet und aus dem Druckluft-Zylinder 1 hinaus gezwungen. Um eine Überhitzung oder eine Blockierung der verschiebbaren Flügel 3 in den Gleitnuten 21 der Welle 2 aufgrund des axialen Versatzes der Welle 2 während seiner Rotation in dem Druckluft-Zylinder 1 zu vermeiden, verwendet die Erfindung verschleißfeste axiale Lagerbuxen 23, um eine sanfte Rotation der Welle 2 in der vorderen Kappe 11 und der hinteren Kappe 12 bereitzustellen und um die Reibungshitze auszuhalten, die während der Rotation der Welle 2 erzeugt wird.
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Weiterhin und weil die verschiebbaren Flügel 3 mittels Umspritzen gefertigt sind, weisen sie eine hohe strukturelle Stärke und eine hohe Präzision in ihrer Abmessung auf, um ein bestes Funktionsverhalten zu erzielen ohne einen Schaden an dem Druckluft-Zylinder 1 zu verursachen. Unter einer genauen Kontrolle des thermischen Ausdehnungs-Koeffizienten arbeiten der Druckluft-Zylinder 1 und die Welle 2 synchron, um die Luft zu komprimieren. Deshalb weist die Erfindung hohe Präzisions- und Niedrigkosten-Eigenschaften auf und vermeidet einen sekundären Verarbeitungsprozess.
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Zusammenfassend wird ein rotierender Flügelzellen-Kompressor offenbart, der einen Druckluft-Zylinder aufweist, eine Welle aufweist, die exzentrisch in den Druckluft-Zylinder montiert und von einem Motor in Drehung versetzt wird, weist verschiebbare Flügel auf, die mit Gleitnuten verbunden sind und vor sowie zurück bewegbar entlang der radial sich erstreckenden Gleitnuten der Welle verbunden sind und weist eine Öl-Gas-Abscheide-Vorrichtung auf, die in der Luftauslass-Öffnung des Druckluft-Zylinders 1 montiert ist. Die Welle weist eine axiale Bohrung auf, die an einem Ende davon angeordnet ist und die mit der Ausgangwelle des Motors verbunden ist und weist zwei axiale Lagerbuchsen auf, die jeweils an den zwei gegenüberliegenden Enden montiert sind. Jeder verschiebbare Flügel weist ein metallisches Trägermaterial auf, das gleichmäßig verteilte Durchgangsbohrungen aufweist, und weist ein Überzugsmaterial auf, das auf der Oberfläche des metallischen Trägermaterials aufgebracht ist und die Durchgangsbohrungen auffüllt und eine Vielzahl von Ablaufnuten aufweist.
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Obwohl eine besondere Ausführungsform der Erfindung im Detail beschrieben worden ist zum Zwecke der Veranschaulichung, können verschiedene Modifizierungen und Abwandlungen ausgeführt werden ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend ist die Erfindung nicht beschränkt außer durch die beigefügten Schutzansprüche.
