DE2027272C2

DE2027272C2 - Rotationskolbenverdichter

Info

Publication number: DE2027272C2
Application number: DE19702027272
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 3250 Hameln Krüger; Walter 4924 Barntrup Simonsmeier
Original assignee: Aerzener Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Aerzener Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 1970-06-03
Filing date: 1970-06-03
Publication date: 1983-11-03
Also published as: CH529924A; GB1350636A; DE2027272A1; FR2095846A5

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Rotationskolbenverdichter, insbesondere nach Art eines Rootsgebläses oder Flügelzellenverdichters, dessen durch die Verdrängerorgane und die Förderraumumfangswand gebildeten rotierenden Verdrängerzellen jeweils vor einer Öffnung zum Druckstutzen zeitweise mit einem Voreinlaß für ein unter höherem Druck als dem Druck im Saugstutzen stehendes Strömungsmedium in Verbindung stehen.

Rotationskolbenverdichter zum Zwecke der Kühlung und zur Verminaerung von Gasschwingungen mit Voreinlässen auszustatten ist also bekannt So sind beispielsweise durch die DE-PS 5 64 152 (Fig. 1) und die FR-PS 1022 111 Flügelzellenverdichter mit plattenförmagen Arbeitsschiebern als Flügel bekannt, bei denen je durch einen Voreinlaß die soeben von der eigentlichen (ersten) Einlaßöffnung abgeschlossene Verdrängerzelle mit der Außenluft in Verbindung gebracht werden soll. Im ersten Fall mündet der Verbindungskanal zur Außenluft über je eine öffnung in jeder der Stirnwände des Verdichterförderraums in diesen aus, im zweiten Fall ist eine wohl schlitzförmige Voreinlaßöffnung in der Umfangswand des Förderraums vorgesehen.

Durch die GB-PS 6 25 490 (Fig. 8 und 9) ist ein Rootsgebläse für die Förderung heißer Gase mit zwei zweizahnigen Rootsdrehkolben bekannt, bei dem, im Querschnitt durch das Gebläse und die Rotoren gesehen, beiderseits des Druckstutzens bzw. der Auslaßöffnung je ein relativ enger Einlaßschlitz, also eine Voreinlaßöffnung, für kühles Gas angebracht ist, welche Voreinlaßöffnungen sich jeweils sehr nahe ?m Gebläseauslaßstutzen und somit hinsichtlich des Umfangsweges der Rotoren weit vom Gebläseeinlaß entfernt befinden. Ganz ähnlich verhält es sich bei einem anderen bekannten Rootsgebläse mit zwei zweizahnigen Rootsdrehkolben — siehe die DE-PS 11 33 500 — bei dem ebenfalls im Förderraumwandbereich jedes Rootskolbens eine schlitzförmige Voreinlaßöffnung vorgesehen ist. weiche Öffnungen nicht weit vom Auslaßkanal des Gebläses entfernt sind, wobei diese Voreinlaßöffnungen intermittierend die Verbindung mit einem Resonanzraum herstellen, der um den ersten Teil des Auslaßkanals angeordnet und mit diesem über Rohrstückchen verbunden ist, somit also unter Förderdruck steht.

Die Praxis zeigt daß mit derartigen Voreinlässen. sofern im Förderraum nicht gerade ein besonders heißes Gas sich befindet und durch den Voreinlaß kühle Außenluft oder ein gekühltes Gas eintreten kann, nur eine geringfügige Kühlwirkung erzielbar ist Auch der Gaspulsationen verringernde Effekt ist nur geringfügig. Der relativ geringe Kühleffekt ist im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß die jeweilige Verdrängerzelle vor ihrer öffnung zum Druckstutzen des Verdichters nur eine relativ kurze Zeit mit dem Voreinlaß in Verbindung steht Eine Verlängerung dieser Zeit ist jedoch nicht möglich, da der Voreinlaß mit der Verdrängerzelle erst dann in Verbindung gelangen darf, wenn die Verdrängerzelle gegenüber dem Saugstutzen abgeschlossen ist Diese Maßnahme ist nach bisher bei Fachleuten wohl vorherrschender Meinung zur Verhinderung eines zeitweisen Kurzschlusses zwischen dem Voreinlaß und dem Saugstutzen des Verdichters unbedingt notwendig. Somit bleibt für die Verbindung des Voreinlasses mit der Verdrängerzelle lediglich die Zeit vom Abschlu.'¹· der Verdrängerzelle zum Saugstutzen bis zur öffnung der Verdrängerzelle zum Druckstutzen. In dieser kurzen Zeitspanne kann jedoch keine nennenswerte Füllung durch den Voreinlaß in die Verdrängerzelle gelangen.

Da in dieser kurzen Zeit der Unterdruck in der Verdrängerzelle nicht völlig aufgefüllt werden kann, strömt außerdem unmittelbar nach dem öffnen der Verdrängerzelle zum Druckstutzen aus dem Druckstitzen heißes Gas in die Verdrängerzelle zurück. Dabei ist nicht zu vermeiden, daß dieses zurückströmende Gas zum Teil in den Voreinlaß des Verdichters hineinströmt, wodurch beim nächsten Arbeitstakt eine bestimmte Menge vorgewärmten Gases aus dem Voreinlaß in die Verdrängerzelle gelangt. Damit wird der Kühleffekt des Voreinlasses jedoch weiter vermindert Dieses Zurückschlagen von Gas aus dem Druckstutzen des Verdichters in die durch den Voreinlaß noch nicht völlig aufgefüllte Verdrängerzelle erbringt außerdem unerwünschte Gasschwingungen, die in den meisten Fällen durch zusätzliche Maßnahmen gedämpft werden müssen.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es. einen Rotationskolbenverdichter der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, daß mit möglichst geringem technischen Aufwand eine erheblich verbesserte Kühlwirkung sowie eine wesentliche Verringerung der Gasschwingungen erzielt wird.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Voreinlaß derart in der Förderraumwand angeordnet

ist, daß die Verdrangerzellen jeweils schon vor ihrem Abschluß gegenüber dem Saugstutzen mit dem Voreinlaß in Verbindung gelangen.

Durch die erfindungsgemäße, bei schnellaufenden Verdichtern zum Teil erhebliche Verlagerung des Voreinlasses zur Saugseite hin wird erreicht, daß die jeweilige Verdrängerzelle wesentlich langer mit dem Voreiniaß in Verbindung steht, als dies bei Verdichtern der bekannten Art der Fall :st. Dies hat den Vorteil, daß eine größere Menge kalten Gases in die jeweilige Verdrängerzelle einfließen kann und der dann herrschende Unterdruck fast vollständig aufgefüllt wird. Dies führt zu einer erheblichen Verbesserung des Kühleffektes. Durch die fast vollständige Auffüllung des Unterdruckes in der jeweiligen Verdrängerzelle wird die Druckdifferenz zwischen Verdrängerzelle und Druckstutzen erheblich verringert und damit nach dem Öffnen der Verdrängerzelle zum Druckstutzen ein Zurückschlagen von Gas aus dem Druckstutzen in die Verdrängerzeile stark gemindert. Auch wird durch die Verlagerung des Voreinlasses zur Saugseite des Verdichters hin die Zeit, in der ein direkter Durchgang vom Druckstutzen zum Voreinlaß besteht, erhebiirh verringert, da der Voreinlaß vom nachrolgenden Kolbenkopf bzw. der nachfolgenden Dichtleiste erheb- 2s Hch früher gegenüber dem Druckstutzen abgeschlossen wird.

Versuche haben ergeben, daß die nach bisheriger Meinung von Fachleuten wegen der Gefahr eines Kurzschlusses zwischen dem VoreinlaG und dem χ Saugstutzen unbedingt zu vermeidende Verlagerung des Voreinlasses zur Saugseite des Verdichters hin keine nennenswerte Verringerung der Förderleistung zur Folge hat, dagegen eine erhebliche Verbesserung des Kühleffektes und eine Verminderung der Gasschwin- ji gungen erbringt.

Insbesondere bei nach dem Rootsprinzip arbeitenden Verdichtern mit zwei 2zahnigen Rootskolben ist es vorteilhaft, daß je ein Voreinlaß an den beiden zu den Drehkolben gehörenden Förderraumwandteilen derart angeordnet ist. daß er in einem Winkelbereich bis zu 60° vor Abschluß der jeweiligen Verdrängerzelle gegenüber dem Saugstutzen mit dieser Verdrängerzelle in Verbindung gelangt.

Wenn Verdichter mit den erfindungsgemäßen Merkmalen als Vakuumpumpen arbeiten, ist es zweckmäßig und am einfachsten, wenn der bzw. jeder Voreinlaß mit der Außenatmosphäre in Verbindung steht. Dadurch kann atmosphärische Luft durch den Voreinlaß in die Förderkammer einströmen, sofern es nicht nachteilig ist. in das zu fördernde Gas mi! Luft zu vermischen.

Bei Verdichtern, die im Liberdruckbetrieb arbeiten, bzw. bei Vakuumpumpen für bestimmte fordermctüen. die nicht mit unreiner Luft vermischt werden sollen ist es zweckmäßig, daß der bzw. jeder Voreinlaß unter -,> Zwischenschaltung einer Kühleinrichtung mit einer am Druckstutzen angeschlossenen Druckleitung in Verbindung steht. Eine derartige Ausgestaltung ist bei einem Verdichter mit zwei 3zahnigen Rootsdrehkolben bereits bekannt (vgl. fig. 3 der GB-PSb 25 4%). 6(1

Bei der im vorhergehenden dargelegten Anordnung des Yureinlusscs soll bei enisprcchcndgr Bemessung der Einlaßöffnungen zum Förderrraum immer noch gewährleistet sein, daß der Drehwinkel der Rootsdrehkolben. innerhalb dem diese auf ihrem Weg von t>5 Saugstutzen zum Druckstutzen gegenüber der Förderraumwand abdichten, größer als 180 ist.

Im folgenden sind Aiisführiingsbeispicle der !Erfing zum besseren Verständnis auch anhand einer Gegenüberstellung mit dem Stand der Technik (F i g. 1) anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 schematisch im Querschnitt einen nach dem Rootsprinzip mit 2zahnigen Rootskolben arbeitenden Rotationskolbenverdichter mit Voreinlaß der bekannten Art.

Fig.2 schematisch im Querschnitt einen erfindungsgemäßen nach dem Rootsprinzip arbeitenden Rotationskolbenverdichter mit 2zahnigen Rootskolben und Voreinlaß, und

F i g. 3 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel des ernndungsgemäßen Rotationskolbenverdichters mit zwischengeschalteter Kühleinrichtung.

Die in den Fig. 1, 2 und 3 schematisch dargestellten Verdichter bestehen aus einem Gehäuse mit Saugstutzen 1 bzw. la und Druckstutzen 2 bzw. 2a. in dem ein Paar 2zahniger Rootsdrehkolben 3 bzw. 3a, im folgenden kurz »Kolben« genannt, in bekannter Weise gegenläufig rotieren und zusammenarbeiten. Zur besseren Unterscheidung sind in F i g. 1, die sich auf den Stand der Technik bezieht, alle Bez- . sziffem mit dem Zusatz 3 versehen

Der in F i g. 1 dargestellte Verdichter der bekannten Art weist im Bereich des Druckstutzens 2a auf jeder Seite je einen Voreinlaß 4a auf. der mit dem vom Gehaust umgrenzten Innenraum, in dem die 2zahnigen Kolben 3a rotieren, verbunden ist Jeder Voreinlaß 4a steht mit der Außenatmosphäre in Verbindung, !n F i g. 1 ist eine Stellung der Kolben dargestellt, in der ein direkter Durchgang von der Außenatt.iosphäre durch den Voreinlaß 4a in den Druckstutzen 2a besteht. Betrachtet man den linken Kolben 3a so stellt man fest, daß dessen oberer Kolbenkopf 6a gerade eine Steuerkante 7a am Ende des Saugstutzens la überstreicht. Es wird daher in diesem Moment von dem linken Kolben 3a und dem Gehäuse eine in sich geschlossene Verdrängerzelle 8a gebildet, in der derselbe Unterdruck herrscht, wie irr. Saugstutzen la. Dreht sich nun der linke Kolben 3a weit;τ, so überstreicht sein unterer Kolbenkopf 9a den Voreinlaß 4a. so daß die Verdrängerzelle 8a mit dem Voreinlaß 4a in Verbindung gelangt. Da in der Verdrängerzelle 8a Unterdruck herrscht, wird nun atmosphärische Luft über den Voreinlaß 4a in die Verdrängerzelle 8a einströmen. Dieses Einströmen von atmosphärischer Luft wird in dem Moment unterbrochen, in dem der untere Kolbenkopf 9a eine Steuerkante 10a am Druckstutzen 2a überstreicht und somit die Verdrängerzelle 8a mit dem Druckstutzen 2a in Verbindung bringt. Der in der Verdrängerzelle 8a herrschende geringere Druck wird nun. da er über den Voreinlaß 4;i wegen der Kürze der zur Verfügung stehenden Zeit nicht aufgefüllt werden konnte, mit einem Schlag durch aus dem Druck¹', uzen 2a in die Veidrängerzelle 8a zurückströmende Luft ausgeglichen. Bei diesem Rückströnivorgiing gelangt warrre Luft aus dem Druckstutzen 2/ durch den Voreinlaß 4;/ in die VorcinUi3zuleitung 5.;. Dies hat zur folje. daß beim folgenden Arbeitstakt, sobald der tintc^re Kolbenkopf 9a den Voreinlaß 4./ überstreicht, die V'erdrangerzelle 8a mit bereits vorgewärmter Lu^fi angefüllt wird, wodurch der mit dem Voreinlaß erzielte Kühleffekt wesentlich gerindert wird.

In F i g. 2 ist nun ein Rotationskolbenverdichter mit den erfincliingsgcir.iißen Merkmalen dargestellt. Wie aus der figur zu ersehen ist. überstreicht der Kolbcnkopf 11 ties linken Kolbens 3 gerade einen

Vorcinliiß 12. obwohl der gegenüberliegende Kolbenkopf 13 die Steuerkiinte 7 am Saugstutzen I noch nicht erreicht hat. Nach gemäß den genannten Beispielen aus dem Stand der Technik bisher wohl vertretener Auffassung von Fachleuten dürfte der Voreinlaß 12 mit der Verdriinger/ellc 8 erst dann in Verbindung gelangen, wenn der linke Kolben 3 sich gegen den Uhr/eigcrsinn um den Winkel \ weiterbewegt hat. also die Verdrängcrzellc 8 gegenüber dem Saugstutzen I abgeschlossen ist. Versuche haben jedoch gezeigt, daß jene Auffassung — erhebliche Verschlechterung des volumetrischen Wirkungsgrades bei der Verlagerung des Voreinlasses in Richtung des Saugstutzens — nicht zutrifft. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß sogar bei Winkeln λ bis 60^u keine nennenswerte Verringerung der Förderleistung zu verzeichnen ist. Erheblich vergrößert wird jedoch durch die Verlagerung des Voreinlasses 12 die Zeit, in der die Verdrängerzelle 8 mit dem Voreinlaß 12 in Verbindung steht, bevor sie sich gegenüber dem Druckstutzen 2 öffnet. Dies hat zur Folge, daß der in der Verdrängerzelle 8 herrschende Unterdruck schon vor seiner öffnung gegenüber dem Druckstutzen 2 über den Voreinlaß 12 aufgefüllt wird. Somit wird ein Zurückschlagen der Luft oder des Gases aus dem Druckstutzen 2 in den Voreinlaß 12 verhindert. In F i g. 3 ist eine entsprechende erfindungsgemäße Anordnung für Überdruckbetrieb bzw. Vakuumbetrieb dargestellt. Hier strömt beim öffnen des Voreinlasses 14 gekühlte Luft bzw. gekühltes Gas aus der Druckleitung 2 des Verdichters in die Verdrängerzelle 8 und bewirkt somit für Überdruckbetrieb den gleichen Effekt wie vorstehend für den Verdichter im Vakuumbetrieb aufgezeigt. Die Kühlung der Luft oder des Gases wird durch an sich bekannte Kühleinrichiungen 15 bzw. 15,7 bewirkt, die in Form von Gaskühlcrn sowohl in dem Druckstutzen 2 als auch in den Rückflußleitungen 16 angeordnet werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rotationskolbenverdichter, insbesondere nach Art eines Rootsgebläses oder Flügelzellenverdichters, dessen durch die Verdrängerorgane und die Förderraumumfangswand gebildeten rotierenden Verdrängerzellen jeweils vor einer Öffnung zum Druckstutzen zeitweise mit einem Voreinlaß für ein unter höherem Druck als dem Druck im Saugstutzen stehendes Strömungsmedium in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Voreinlaß (12, 14) derart in der Förderraumwand angeordnet ist daß die Verdrängerzellen (8) jeweils schon vor ihrem Abschluß gegenüber dem Saugstutzen (1) mit dem Voreinlaß in Verbindung gelangen.

Z Verdichter nach Anspruch 1, mit zwei 2zahnigen Rootsdrehkolben, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Voreinlaß (12 bzw. 14) an den beiden zu den Drehkolben (3) gehörenden Förderraumwandteilen derart ac^eordnet ist, daß er in einem Winkelbereich bis zu 6(F vor Abschluß der jeweiligen Verdrängerzelle (8) gegenüber dem Saugstutzen (1) mit dieser Verdrängerzelle in Verbindung gelangt

3. Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß der bzw. jeder Voreinlaß (12) mit der Außenatmosphäre in Verbindung steht

4. Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. jeder Voreinlaß (14) unter Zwischenschaltung einer Kühleinrichtung (15, 15a) mit einer am Druckstutzen (2) angeschlossenen Druckleitung (2b) in Verbindung steht.

5. Verdichter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet. d«ß der Drehwinkel der Rootsdrehkolben (3). innerhalb dem diese auf ihrem Weg vom Saugstutzen (1) ζ..τι Druckstutzen (2) gegenüber der Förderraumwand abdichten, größer als 180° ist.