DE2165849A1

DE2165849A1 - Ventil für Kreiselverdichter

Info

Publication number: DE2165849A1
Application number: DE19712165849
Authority: DE
Inventors: Emmett George Louisville Ky. Gardiner (V.StA.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1971-01-04
Filing date: 1971-12-31
Publication date: 1972-07-20
Also published as: FR2121252A1; ES398550A1; IT946284B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kreiselverdichter mit einer hohlen zylinderförmigen Kompressionskammer, in der ein Rotor enthalten ist und mit der strömungsmässig ein Einlaßraum für ein Strömungsmittel verbunden ist, der einen im allgemeinen vertikal angeordneten Strömungsmitteleinlaß aufweist, und mit Ventilmitteln.

Ein bekannter Kreiselverdichter umfasst einen Block, der eine Bohrung und ein Paar Stirnplatten aufweist, die eine hohle zylinderförmige Kompressionskammer umgrenzen, einen Rotor, der innerhalb der Kompressionskammer exzentrisch

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angebracht ist, und einen Flügel bzw. eine Schaufel, die für· eine radiale Bewegung und einen Eingriff mit dem Rotorumfang in der Kammerwand gleitend angebracht ist, um die Kammer in eine Hochdruckseite und eine Niederdruckseite zu unterteilen. Beim Betrieb eines derartigen Verdichters zieht die Rotation des Rotors in einer erstenbder Vorwärtsrichtung Strömungsmittel nach innen durch einen Strömungsmitteleinlaß hindurch und in die Niederdruckseite der Kammer hinein und drückt das komprimierte Strömungsmittel durch eine Auslaß- oder Ausstoßöffnung hinaus, die strömungsmässig mit der Hochdruckseite der Kammer auf der der Niederdruckseite gegenüberliegenden Seite des Flügels bzw. der Schraube verbunden ist. Wenn ein derartiger Verdichter intermittierend arbeitet, wie es beispielsweise der Fall ist, wenn er Teil eines hermetischen Kühlsystems ist, müssen Ventilmittel vorgesehen sein, um eine umgekehrte oder nach aussen gerichtete Strömung des Kühlmittels durch den Strömungsmitteleinlaß hindurch zu verhindern. Der Grund hierfür ist neben anderen Gründen der, dass eine solche umgekehrte Strömung, fills sie nicht unterbrochen wird, eine umgekehrte Rotation des Rotors bewirken kann und somit zur Zerstörung der Lager der Rotorantriebswelle führt, die zur Aufnahme einer Vorwärtsdrehung des Rotors ausgelegt sind.

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere auf die Schaffung verbesserter Einlaßventilmittel für einen Kreiselverdichter der oben beschriebenen Art gerichtet, die in einer minimalen Zeit nach einer Unterbrechung der nach innen gerichteten Strömungsmittelströmung schliessen, um somit die oben erwähnte unerwünschte Rückwärtsdrehung der Rotorantriebswelle und die Lagerbeschädigung auf ein Minimum herabzusetzen, und die eine einfachere und billigere Konstruktion als bekannte Ventileinrichtungen aufweisen.

Die vorliegende Erfindung schafft einen Kreiselverdichter des Typs mit einer hohlen zylinderförmigen Kompressionskammer,

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die einen Rotor mit einer neuartigen Kugeleinlaßventileinrichtung enthält. Die neuartige Ventileinrichtung umfasst hauptsächlich eine Kugel, die bewegbar innerhalb eines Einlaßraumes für das Strömungsmittel angebracht ist, der strömungsmässig zwischen der Kompressionskammer des Verdichters und dem Strömungsmitteleinlaß angeordnet ist. Die Kugel hat eine solche Grosse und Masse, dass sie, wenn kein Strömungsmittel durch den Einlaß hindurch in den Einlaßraum strömt, durch die Schwerkraft nac\ unten bewegt wird, um den Einlaß abzuschliessen, aber auf eine nach innen gerichtete Strömungsmittelströmung nach oben bewegt wird, um den Einlaß zu öffnen ,und dadurch innerhalb des Einlaßraumes schwebend gehalten wird, wobei sie weder den Boden noch das Kopfende des Einlaßraumes berührt.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Fig. 1 ist eine teilweise im Querschnitt gezeigte Teildarstellung eines hermetischen Strömungsmittelverdichters, der die vorliegende Erfindung verkörpert.

Fig. 2 ist eine vergrösserte Teildarstellung nach einem Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1.

Fig. 3 ist eine Teildarstellung nach einem Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2.

Fig. 4 ist eine Detaildarstellung der erfindungsgemäss verwendeten Kugelhaltemittel.

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines Kühlsystems, das einen die Erfindung verkörpernden Verdichter aufweist.

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In den Figuren 1 und 2 ist ein hermetisiciies Gehäuse 1 für einen Strömungsmittelverdichter gezeigt, in dem. ein Kreiselverdichter* 2 angeordnet ist, der über eine hohle Antriebswelle 3 mit einem. Elektromotor 4· verbunden ist.

Der Verdichter 2 umfasst einen zyiinderfSmiigen. Wandteil oder Ebck 5 , der eine im allgemeinen vertikal angeordnete, zylinderformige Innenwand oder Bohrung 8 aufweist, die_s zusammen mit den oberen „und unteren Stirnplattenteilen 8 bzw. 9, die die oberen und unteren Enden des Blockes 5 auf entsprechende Weise Oberlappen, eine ringförmige, hohle zylinderformige Kompressionskammer 10 umgrenzt, die einen Rotor 11 enthält. Der Rotor 11 wird von einem Exzenter 12 angetrieben, der auf der Antriebswelle 3 ausgebildet ist. Eine Schaufel bzw. ein Flügel lh ist innerhalb einer radialen Nut 15 gleitend angebracht, die durch die zylinderförmige Wand 6 der Kompressionskammer 10 hindurchführt. Die radial innen gelegene Kante der Schaufel IM- ist durch nachgebende Mittel, wie z.B. eine Feder 16, die zwischen der radialen Aussenkante der Schaufel 14 und der Aussenkante der radialen Nut 15 angeordnet ist, in einen kontinuierlichen Eingriff mit dem Rotorumfang vorgespannt, um die Kompressionskammer in eine Niederdruckseite 17 und eine Hochdruckseite 18 zu unterteilen. Wie am besten aus Fig. 1 hervorgeht, ist die Rotorantriebswelle 3 drehbar in Lagern gelagert, die ein unteres Wellenlager 9B, das in der unteren Stirnplatte 9 angebracht ist, und ein oberes Wellenlager 8B aufweisen, das in der oberen Stirnplatte 8 befestigt ist.

Ein hermetischer Verdichter, wie der Verdichter 2, ist besonders geeignet, um in ein. Kühlsystem, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, für einen intermittierenden Betrieb eingefügt zu werden, in dem der Motor 4 periodisch erregt wird, um die Antriebswelle 3 und infolgedessen den Rotor 11 in einer ersten oder Vorwärtsrichtung (im Gegenuhrzeigersinn, wie es durch den Pfeil 11A in Fig. 2 gezeigt ist) zu drehen, um so Niederdruck- oder gasförmiges Kühlmittel von einem Verdampfer 19 durch eine Saugleitung 20 hindurch zu ziehen, und faochdruck-Kühlmittel durch eine

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Ausgangsleitung 21 hindurch zu einem Kondensor 2 2 auszustossen. Genauer gesagt: wird das Niederdruck-Kühlmittel zur Niederdruckseite 17 der Kompressionskammer 10 durch einen im allgemeinen vertikal angeordneten Einlass 2 3 geleitet, der eine durch xlie untere Stirnplatte 9 hindurch führ ende öffnung aufweist und mit dem Auslaßende der Saugleitung verbunden ist, die nach innen durch das Gehäuse 1 führt. Das Hochdruck-Kühlmittel wird von,der Hochdruckseite 18 der Kompressionskammer 10 durch ein Paar mit Blättfederventilen versehene Öffnungen 24 in eine Ausgangskammer 25 für das Kühlmittel und von dort in den oberen Innenraum des Gehäuses 1 und über einen durch die obere Stirnplatte 8 hindurchführenden Durchlaß 26 zur Ausgangsleitung 21 herausgeleitet.

Wenn ein Kreiselverdichter, wie beispielsweise der Kompressor 2, einem oben erwähnten intermittierenden Betrieb unterworfen ist, drückt das komprimierte Strömungsmittel, das innerhalb der Hochdruckseite 18 der Kompressionskammer 10 . zwischen den mit Federventilen versehenen Ausgang$öffnungen 2 4 und dem Rotor 11 eingefangen ist, bei einer Abschaltung des Motors den antriebslosen Rotor 11 in einer umgekehrten Richtung (nunmehr im Uhrzeigersinn, wie es in Fig. 2 gezeigt ist) und bemüht sich, in die Niederdruckseite 17 der Kompressionskammer zu gelangen und nach aussen oder in einer umgekehrten Richtung durch den Kompressoreinlaß 2 3 hindurchzuströmen. Eine derartige Rückwärtsdrehung des Rotors 11 kann zu einer Zerstörung der Rotorwellenlager 8B und 9B führen, die zur Aufnahme einer Vorwärtsdrehung des Rotors 11, d.h. im Gegenuhrzeigersinn, we es in Fig. 2 dargestellt ist, ausgelegt sind.

Die Beschädigung der Rotorwellenlagep 8B und 9B, die durch die Rückwärtsdrehung der Rotorantriebswelle 3 hervorgerufen wird, kann durch momentane Ausfälle der elektrischen Leistung stark erhöht werden, wobei die erneute Erregung des Motors 4 bei

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Wiederaufnahme von Leistung häufig zu einer angetriebenen Fortsetzung der unerwünschten Rückwärtsdrehung des Rotors 11 und seiner Antriebswelle 3 führt, die von der erwähnten umgekehrten Strömung des Strömungsmittels aus dem Kompressoreinlaß 2 3 heraus während der antriebslosen Periode eingeleitet wird.

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere auf die Schaffung einer verbesserten, allgemin mit 30 bezeichneten Einlaßventileinrichtung für einen Kreiselverdichter der oben beschriebenen Art gerichtet, wie er beispielsweise als Verdichter 2 dargestellt ist. Die erfindungsgemässe Ventileinrichtung schliesst den Kompressoreinlaß 2 3 in einer minimalen Zeit nach Unterbrechung einer nach innen gerichteten Strömung durch den Kompressoreinlaß 2 3 hindurch, um somit das erwähnte Problem der unerwünschten Rückwärtsdrehung des Rotors 11 und eine Beschädigung der Rotorlager 8B und 9B zu verhindern oder zumindest auf ein Minimum herabzusetzen. Die Ventileinrichtung gemäas der Erfindung besitzt eine einfachere und billigere Konstruktion als bekannte Ventxlexnrichtungen, die bisher für diesen Zweck verwendet wurden.

Zu diesem Zweck und gemäss einem derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Kompressorblock 5 mit einem im allgemeinen vertikal angeordneten Einlaßraum 31 für das Strömungsmittel versehen, der in einem Stück mit und nahe neben der zylinderförmigen Wand oder Bohrung 6 gebildet ist, aber hierzu radial versetzt ist. Dieser Einlaßraum 31 ist in strömungsmässiger Verbindung zwischen der Kompressionskammer 10 des Verdichters und dem Strömungseinlaß 2 3 angeordnet, und sein unteres oder Einlaßende ist vorzugsweise vertikal fluchtend über der Öffnung durch die untere Stirnplatte 9 hindurch angeordnet, die den Kompressoreinlaß 2 3 bildet, und seine radial innen liegende Wand ist von einem radialen Auslaßdurchgang 32 geschnitten, der in einen Abschnitt der Bohrung 6 mündet, welcher einen Teil der Niederdruckseite 17 der KompressLonskammer 10

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bildet. Dieses derzeit bevorzugte Ausführungsbeispiel der Einlaßventileinrichtung umfasst ferner eine runde Kugel 33, die innerhalb des Einlaßraumes 31 bewegbar angebracht ist. ßemäss einem besonderen Merkmal der vorliegenden Erfindung ist diese Kugel 33 in einer solchen Grosse und Masse hergestellt, dass, wenn kein Strömungsmittel durch den Kompressoreinlaß 2 3 hindurch in den Einlaßraum 31 strömt, die Kugel 33 durch die Schwerkraft nach unten bewegt wird, um den Einlaß 23 abzudichten, wie es in Fig. 3 gestrichelt dargestellt ist. Die Kugel 33 wird aber zur Öffnung des Einlasses 2 3 nach oben bewegt, wenn das Strömungsmittel durch den Kompressoreinlaß 2 3 hindurch in den Einlaßraum 31 hineinströmt, und wird durch eine derartige Einwärtsströmung innerhalb des Einlaßraumes schwebend gehalten, wobei sie wieder den Boden noch das Kopfende des Raumes 31 berührt. Diese Lage ist in Fig. 3 in ausgezogenen Linien dargestellt. Auch wenn die Erfindung selbstverständlich nicht auf spezifische Abmessungen beschränkt ist, so sei doch ein Beispiel angegeben, mit dem gute Ergebnisse erhalten wurden. Dabei wurde für die Kugel 33 eine Stahlkugel mit einem Durchmesser von 15,9 mm (5/8 Zoll) benutzt, die innerhalb des Einlaßraumes 31 eines Verdichters, wie beispielsweise dem Verdichter 2, bewegbar angebracht ist. Dieser Verdichter soll etwa 140 l/min (4,96 cfm) gasförmiges Kühlmittel von einem Einlaß-

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druck von etwa 4,84 kg pro cm (69 psig) auf einen Ausgangs-

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druck von etwa 21 kg/cm (300 psig) verdichten.

Weiterhin sind erfindungsgemäss Haltemittel vorgesehen, um zu verhindern, dass die Kugel 33 in die Kompressionskammer 10 eintritt. Wie aus den Fig. 2 und 3 und insbesondere Fig. 4 ersichtlich ist, umfassen diese Haltemittel eine Halteplatte 34, die herausnehmbar über den radialen Auslaßdurchgang 32 zwischen dem Einlaßraum 31 und der Niederdruckseite 17 der Kompressionskammer eingesetzt werdenjkann. Wie am besten aus den Fig. 2 bis 4 hervorgeht, ist diese Halteplatte 34 vorzugsweise von einer langgestreckten, bogenähnlichen Öffnung 35 durchbrochen, durch die das Strömungsmittel eine Verbindung zwischen dem Einlaßraum

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31 und der Kompressionskammer 10 erhält, und die Umfangsfläche 36 dieser bogenähnlichen öffnung 35, die dem EinlaJSj?aum 31 zugewendet ist, ist abgeschrägt und biXdet eine Führungsfläche für die bewegbare. Kugel 33, wie es; in Fig. 3 durch ausgezogene Linien dargestellt ist.

GeiocLss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Öffnung: durch die untere Stirnplatte 9 hindurch, die den Kompressor-einlaß 23 bildet, vorzugsweise mit einem Ventilsitz 37 zwo- Aufnahme derühterseite der Kugel 33 versehen und die damit eine Dichtung bildet, wenn kein Strömungsmittel durch den Einlaß 2 3 hindurch in den Einlaföraum 31 eintritt. Das dargestälte Ausführungsbeispiel des Ventilsitzes 37j der am besten in Fig. 3 gezeigt ist, umfasst eine mit einer Schulter versehene Stahlhülse 38, deren unteres Ende in das mit einer Schulter versehene obere oder Auslaßende der Saugleitung 20 für das Kühlmittel gepresst ist, um diese zwischen der Stahlhülse und den vertikalen Seitenwänden der öffnung durch die untere Stirnplatte 9 hindurch einzufassen, die den Kompressoreinlaß 23 bildet. Das obere Ende der Hülse 38 ist selbstverständlich mit einem konkaven inneren Umfangsrand 39 versehen, der fein bearbeitet ist, um die Unterseite der Kugel 33 abdichtend aufzunehmen, wenn kein Strömungsmittel durch die Bohrung der Hülse 3 8 hindurch in den Einlaßraum 31 hineinströmt, wie es in Fig. 3 gestrichelt gezeigt ist.

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Claims

Patentansprüche

Iw Kreiselverdichter mit einer hohlen zyllnderförmigen Kompressionskammer, In der ein Rotor enthalten ist und mit der strömungsmässlg ein Einlaßraum für ein Strömungsmittel verbunden ist, der einen im allgemeinen vertikal angeordneten Strömungsmitteleinlaß aufweist, und mit Ventilmitteln, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (30) eine innerhalb des Einlaßraumes (31) bewegbar angebrachte Kugel (33) aufweist, die eine derartige Grosse und Masse besitzt, dass sie durch die Schwerkraft zur Abdichtung des Einlasses (23) nach unten bewegbar ist, wenn kein Strömungsmittel in den Einlaßraum (31) hineinströmt, dass sie aber bei einer nach innen gerichteten Strömung zur Öffnung des Einlasses (23) nach oben bewegbar ist und dadurch in dem Einlaßraum (31) schwebend haltbar ist, wobei sie weder den Boden noch das Kopfende des Einlaßraumes (31) berührt,
2. Kreiselverdichter nach Anspruch 1,- dadurch gekennzeichnet , dass der Einlaßraum (31) in einem Stück mit der Kompressionskammer (10) gebildet ist.
3. Kreiselverdichter nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass der Einlaßraum (31) gegenüber der Kompressionskammer (10) radial versetzt ist.
4. Kreiselverdichter nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dass Haltemittel (34, 35, 36) vorgesehen sind, durch die ein Eintritt der-Kugel (33) in die Kompressionskammer (10) verhindert ist.
5. Kreiselverdichter nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 4, dadurch gek en nzeichne t, dass der Strömungsmitteleinlaß (23) zum Einlaßraum (31)

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mit einem Ventilsitz (37) zur Aufnahme der Kugel (33) versehen ist.

Kreiselverdichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (2) eine Stirnplatte (9) aufweist, die die Bodenwand der Kompressionskammer (10) und des Einlaßraumes (31) bildet, und der Strömungsmitteleinlaß (23) von einer durch die Stirnplatte (9) hindurchführenden öffnung gebildet ist.