DE2240018C3

DE2240018C3 - Ein- oder mehrstufiger Flügelzellen- oder Schraubenkolbenverdichter

Info

Publication number: DE2240018C3
Application number: DE2240018A
Authority: DE
Inventors: Antonio Dipl.-Ing. Zuerich Zweifel (Schweiz)
Original assignee: AIRFINA ETS VADUZ
Current assignee: AIRFINA ETS VADUZ
Priority date: 1971-12-01
Filing date: 1972-08-14
Publication date: 1979-01-25
Also published as: JPS4864509A; GB1402435A; DE2240018A1; US3820923A; JPS5653112B2; DE2240018B2; ES409115A1; CA962645A; FR2164224A5

Description

Die Erfindung betrifft einen ein- oder mehrstufigen Flügelzellen- oder Schraubenkolbenverdichter mit Einspritzung von Kühlflüssigkeit in den Kompressionsraum durch Einspritzöffnungen, die über die Zellenvolumenlänge verteilt in der Förderraumumfangswand angeordnet sind.

Bei bekannten Verdichtern dieser Art, bei denen öl oder eine andere Flüssigkeit zur Kühlung in den Kompressionsraum eingespritzt wird (siehe z. B. die GB-PS 6 58 351), ist meist eine verhältnismäßig kleine Anzahl von Düsen vorgesehen, durch die die Kühlflüssigkeit möglichst vor dem Verdichtungsvorgang oder in dessen Anfangsberejch eingespritzt wild, damit eine große Druckdifferenz zwischen dem öl und der Luft zum Einspritzen ausgenutzt werden kann. Man ging dabei von der Überzeugung aus, daß sich ein ölnebel bilden würde, der dank seiner intimen Vermischung mit der Luft und der kleinen Tropfengröße die während der Kompression der Luft erzeugte Wärme aufnehmen sollte.

Bei einem bekannten Schraubenverdichter (siehe die US-PS 31 38 320) sind in der Förderraumumfangswand, beiderseits der druckseitigen Verschneidungskante der ineinander schneidenden Zylinderräume für die beiden Schraubenrotoren auf je einer zu dieser Kante parallelen Geraden Einspritzöffnungtn für Schmier- und Kühlflüssigkeit vorgesehen, die sich in Längsrichtung über den größten Teil der Förderraumlänge erstrecken und deren letzte schon fast am Rand der halb radial, halb axial angeordneten Auslaßöffnung des Förderraums liegen. Damit wird über den größten Teil der Rotorlänge Flüssigkeit in die zwischen den Schraubengängen der Schraubenrotoren und der Förderraumwand entstehenden Verdrängerzellen eingespritzt und, wie aus einigen zeichnerischen Darstellungen der PS zu schließen ist, auch noch Flüssigkeit in die Verdrängerzellen eingespritzt, wenn diese schon mit der Auslaßöffnung in Verbindung stehen. Auch Einspritzöffnungen in der druckseitigen Stirnwand des Förderraums sind bei diesem bekannten Verdichter vorgesehen, so daß die Einspritzöffnungen auf einem großen Bereich der Förderraumwand verteilt angeordnet sind. Die Einspritzöffnungen sollen unter einem bestimmten Winkel in Strömungsrichtung gerichtet sein. Jedoch sind in der betreffenden PS keine Angaben und Hinweise enthalten, daß etwa der Anordnung von Einspritzöffnungen in einem bestimmten Bereich in bezug auf die Auslaßöffnung oder sonst an einer bestimmten Stelle im druckseitigen Teil der Förderraumwand eine besondere Bedeutung zukommen könnte.

Es wurde nun aber erkannt, daß durch eine solche Einspritzung der gewünschte Ölnebel nicht entsteht, sondern daß der größte Teil der FlUssigkeitsmenge in relativ grobe Tropfen übergeht, welche der Luftbewe-

gung nur schlecht zu folgen vermögen und daher sofort ausgeschieden werden. Wenn die Kühlflüssigkeit nur am Anfang der Kompression eingespritzt wird, befindet sich an der Stelle, wo höhere Drücke herrschen und somit infolge höherer Lufttemperatur ein intensiver Wärmeaustausch möglich ist, praktisch keine Vermischung von öl und Luft mehr. Die Lufttemperatur am Austritt ist bei den bekannten Verdichtern daher verhältnismäßig hoch, und der Wirkungsgrad der Einspritzkühlung gering.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlung bei Einspritzung der Kühlflüssigkeit in den Förderraum des Verdichters dadurch wirkungsvoller zu machen, daß die Einspritzung von Kühlflüssigkeit in den Bereich des Rotorumlaufs erfolgt, in dem sie richtig erforderlich und wirksam ist, was dann schließlich zu einer Verbesserung des gesamten Wirkungsgrads des Verdichten führen soll. Durch Steigerung der Kühlwirkung sollen größere Druckverhältnisse ermöglicht werden, so daß die Stufenzahl verringert werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind nach der Erfindung die Einspritzöffnungen so in der Förderraumi;mfangswand angeordnet, daß das kleinste Zellenvolumen, in das noch Kühlflüssigkeit eingespritzt wird, größer als das 0,6fache und kleiner als das l,6fache des kleinsten noch geschlossenen Zellenvolumens des Verdichters ist.

Durch die Erfindung wird ein guter Wärmeaustausch in einem Bereich des Verdichtungsraumes erzielt, ir dem bereits eine höhere Lufttemperatur erreicht ist.

Dieser gute Wirkungsgrad der Kühlung wird noch m wesentlich dadurch verbessert, daß nach dem ersten Unteranspruch die Einspritzöffnungen im Bereich ihrer Anordnung im betreffenden Teil der Förderraumumfangsvvand über seine Fläche gleichmäßig verteilt sind.

In den folgenden Unteransprüchen sind weitere r. Verbesserungen des Gegenstandes des Hauptanspruchs angegeben.

Neben der guten Kühlwirkung hat sich ferner gezeigt, daß bei entsprechender Kühlölmenge dieses an keiner Stelle Zersetzungstemperaturen es reicht, so daß das Öl w über eine lange Zeit im Verdichter verwendet werden kann.

An sich sind als Schraubenverdichter ausgebildete Rotationskolbenverdichter mit einem parallel zur Rotationsachse bewegbaren Steuerschieber bekannt 4-, (DE-OS 18 04 884, US-PS 34 32 0S9), durch den Schmier-, Abdicht- und Kühlflüssigkeit in den Kompressionsraum eingeführt werden kann. Diese Flüssigkeit tritt dabei aus Düsenöffnungen aus, die auf einer parallel zur Rotationsachse liegenden Geraden liegen. Beim ίο Verschieben des Steuerschiebers ändert sich auch die Lage der Düsenöffnungen zum Kompressionsraum, wobei dafür gesorgt ist, daß sie nicht in den Bereich des Enddruckes gelangen, wie es bei der Erfindung vorgesehen ist. γ,

Ausfuhrungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden anschließend anhand der Zeichnung erläutert. Dabei wird Luft als Fördermedium und Öl als eingespritzte Flüssigkeit angenommen, wobei alle Betrachtungen auch auf andere Fördergase bzw. t,o Dämpfe und Kühlflüssigkeiten ausgedehnt werden können. Es zeigt

F i g. 1 in einem schematischen Querschnitt den Aufbau eines Flügelzellenverdichters mit Ölabscheidern im Schnitt nach der Linie l-l in F i g. 3, b5

Fi g. 2 einen weiteren (genaueren) Querschnitt durch den Flügelzellenverdichter nach der Linie II-II in F i g. 3, Fig. 2a einen Teilquerschnitt nach der Linie H-Il in F i g, 3 mit gegenüber der Stellung in F i g. 2 veränderter Stellung des Läufers,

F i g, 2b einen Teilquerschnitt durch die Förderraumwand des Verdichters nach Fig, 1 nach der Linie II-II in Fig.3 mit einem anschließenden Stück der Förderraumwand in perspektivischer Darstellung,

Fig.2c einen Teilquerschnitt nach der Linie II-II in F i g. 3 mit Einspritzschlitzen in der Förderraumwand,

F i g. 2d einen Teilquerschnitt durch die Förderraumwand des Verdichters nach Fig. 1 nach der Linie II-II in F i g. 3 mit einem anschließenden Stück der Wand in perspektivischer Darstellung und mit den Einspritzschlitzen gemäß F i g. 2c,

Fig.3 einen Längsschnitt durch den Flügelzellenverdichter nach der Linie III-III in Fig.2,

Fig.4 einen schematischen Querschnitt durch einen Schraubenverdichter mit ölabscheidern nach der Linie IV-IVin Fig. 7,

F i g. 5 ein Schema zur Anordnung eines Verdrängerverdichters gemäß F i g. 1 oder 4 zusammen mit Zusatzeinrichtungen,

Fig.6 einen Querschnitt durch einen Schraubenverdichter nach F i g. 4 nach der Linie VI-VI in F i g. 9,

Fig.6a einen Teilquerschnitt durch den Schraubenverdichter nach der Linie VI-VI in F i g. 9,

F i g. 6ü einen Teilquerschnitt nach der Linie VI-VI in Fig.9 durch die Förderraumwand des Schraubenverdichters nach Fig.4 mit einem anschließenden Stück der Förderraumwand in perspektivischer Darstellung,

F i g. 6c einen Teilquerschnitt nach der Linie VI-VI in Fig.9 mit Einspritzschlitzen in der Förderraumwand eines Schraubenverdichters,

F i g. 6d einen Teilquerschnitt nach der Linie VI-VI in F i g. 9 durch die Förderraumwand des Schraubenverdichters nach F i g. 4 mit einem anschließenden Stück der Förderraum wand in perspektivischer Darstellung und mit den Einspritzschlitzen gemäß F i g. 6c,

Fig.7 einen Längsschnitt durch den Schraubenverdichter nach F i g. 4 nach der Linie VII-VII in F i g. 6,

Fig.8 und 8a je eine Abwicklung der Läufermantelfläcben des Schraubenverdichters für zwei Läuferstellungen, in der die Lage des Ansaugens, des Komprimierens, der öleinspritzung und des Luftaustritts ersichtlich ist,

Fig. 9 eine Draufsicht auf den Schraubenverdichter gemäß den F i g. 4,6 und 7 mit Ansaugöffnung und einer Ölpumpe,

Fig. 10 eine Seitenansicht des Schraubenverdichters gemäß den Fig. 6 und 7, bezüglich Fig. 7 von hinten, mit dem Auslaß, wobei Einzelheiten der axialen Ölzufuhr sichtbar sind.

In der schematischen Schnittdarstellung eines Flügelzellenverdichter nach Fig. 1 ist ein Gehäuse zu sehen, welchti Hauptsächlich aus einem Gehäuseunterteil 1, einem Gehäuseoberteil 3 und einem Zylinder 5 besteht. Ein Läufer 8 mit seiner Achse 9 ist exzentrisch zur Zylinderachse 6 gelagert. Der Zylinder 5 ist mit einer oder mehreren Luftansaugöffnungen 11 sowie mit Luftauslaßöffnungen 12 versehen. Der Läufer 8 weist in Schlitzen ungefähr radial gerichtete Schieber 14 auf, welche, bedingt durch die Zentrifugalkraft des sich drehenden Läufers 8, mit ihren Außenkanten an der Innenfläche 7 des Zylinders 5 anliegen.

In der schematischen Darstellung eines Schraubenverdichters ist in Fig 4 ein Gehäuse zu sehen, zu dem ein Gehäuseunterteil 1, ein Gehäuseoberteil 3a und ein Doppelzylinder 105 mit den Achsen 106 und 107 gehören. Im Doppelzylinder 105 laufen ein Hauptläufer

108 um die Achse 106 und ein Nebenläufer 110 um die Achse 107 um. Der Antrieb erfolgt auf den Hauptläufer. Der Nebenläufer wird über Zahnräder 85 (Fig. 7) angetrieben, so daß sich Haupt- und Nebenläufer nicht berühren. Bei entsprechender Schmierung ist auch der Antrieb ohne Zahnräder durch das Ineinandergreifen der Zähne von Haupt- und Nebenläufer möglich. Der Doppelzylinder 105 ist mit einer in diesem Schnitt nicht sichtbaren Luftansaugöffnung und einer Luftaustrittsöffnung 12a versehen.

Sowohl beim Flügelzellen- als auch beim Schraubenverdichter (Fig. I bzw. 4) ist ferner im Gehäuse I, 3 bzw. 3a eine erste Filterscheibe 16, z. B. aus Filz, mit relativ großer Filterfläche und zugehöriger ölgrube 15 ersichtlich, der ein Metallgewebe 18 zum Auffangen großer, an der Scheibe 16 gebildeter Tropfen nachgeschaltet ist. Diesem Filter 18 folgt, in Richtung der strömenden Luft gesehen, eine zweite Filterscheibe, deren Fläche wirkungsmäßig aus einem äußeren Kingteü 20 und einem inneren Kingteil 21 besteht. Die zugehörigen ölgruben 17 bzw. 19 sind ebenfalls ersichtlich. Dem äußeren Ringteil 20 ist ein Metallgewebefilter 22 nachgeschaltet, nach welchem der innere Ringteil 21 der zweiten Filterscheibe zu durchströmen ist, gefolgt von einem Auslaßkanal 24 und einem Rückschlagventil 25 sowie einem Druckluftanschlußstutzen 26. Die ölgrube 15, 17 und 19 sind über eine Rückführleitung 43 (F i g. 3, 5) mit dem Ansaugraum des Kompressors verbunden.

Das vom Kompressor geförderte Öl-Luft-Gemisch gelangt in den Gehäuseunterteil 1, in welchem sich das öl unten absetzt, die geförderte Druckluft jedoch oben abströmt und in den nachgeschalteten Filtern 16, 18,20, 21 und 22 gereinigt wird. Anschließend strömt die Luft durch das Rückschlagventil 25, welches einem Luftkühler 28 (F i g. 5) vorgeschaltet ist. Das Öl dagegen gelangt zur Kühlung in einen Ölkühler 27 und dann über ein kombiniertes Regelventil 33 durch Einspritzöffnungen 54, 55 (Bohrungen oder Schlitze) in den Förder- bzw. Kompressionsraum.

Gemäß F i g. 2 und 6 strömt die angesaugte Frischluft oder das angesaugte Gas über das kombinierte Mehrfachfunktion-Regelventil 33 bzw. 33a in eine Ventilkammer 32.

Am Eintritt zu dieser Ventilkammer 32 befindet sich ein Ventilsitz 34. Zum kombinierten Regelventil 33 bzw. 33a. welches das öffnen und Schließen des Einlasses regelt (es könnte grundsätzlich auch kontinuierlich geregelt werden, durch Drosselung der angesaugten Frischluft und bei Schraubenverdichtern auch mittels interner Luftumwälzung), gehört ferner ein Ventilteller 35 mit einem Ventilschaft 36 bzw. 36a. Dessen freies unteres Ende ist mit einem Steuerkolben 38 in einem Steuerzylinder 37 bzw. 37a verbunden. Das untere Ende des Steuerzylinders 37, 37a ist mit einem entsprechenden Deckel und dann mit einem Druckgas-, normalerweise Druckluftanschluß 40 versehen. Im Steuerkolben 38 ist ein Einsatz 42 vorgesehen, der mit einer Feder 97 zusammenwirkt, um über Stangen eine ringförmige Ventilplatte 39 in Öffnungsstellung zu halten. Die Platte kann in ihrer unteren Stellung Kanäle 95 im Steuerkolben 38 verschließen und wirkt dabei als Ringventil. Näheres dazu, ebenso zu den Öffnungen 99 im Kolben 38. ist weiter unten noch erläutert.

Die Versorgung mit in den Kompressionsraum einzuspritzendem Kühlöl — es kann auch eine andere Flüssigkeit, z. B. Wasser sein — erfolgt aus dem als Ölbehälter ausgebildeten Gehäuseunterteil 1, welches

unier dem Verdichterenddruck steht und welchem über eine Leitung und den Kühler 27 (Fig. 5) das Öl entnommen wird. Dabei kann zur Erhöhung des Öldrucks eine Pumpe 86 verwendet werden. Das Öl gelangt anschließend in eine Kammer 48 (F i g. 2 und 6) von wo es durch einen Ventilsitz 50 in eine Ölvorkammer 52 bzw. 52a strömt. Das eine Ende des Steuerkolbens 38 ist als Ventilkörper ausgebildet, welcher den Durchlaß zwischen der Kammer 48 und der ölvorkammer 52,52a steuert. Aus der ölvorkammer 52 bzw. 52a führen Bohrungen 53, welche in Einspritzöffnungen 54 oder 55 enden, ins Innere des Zylinders 5 bzw 105. Bei der Ausführung mit kreisrunden Einspritzöffnungen sind diese Öffnungen bzw. Bohrungen in relativ dichten Reihen (Fig. 2. 2a, 2b und 3 bzw. G, 6a, Gb) gleichsam wie die Büschel einer Bürste angeordnet wodurch eine gut verteilte, gleichmäßige ölaufgabe in die verdichtete Luft im Kompressionsraum 56 bzw. 56;i erfolgt. Das Öl kann auch Hnrch schlitzförmige binspritzof'nungen 55 (F i g. ic, la bzw. bc, bdj zugeiuhrl werden.

Bei einem Verhältnis von 10 kg Kühlöl pro kg Preßluft und dank der gleichmäßigen Verteilung von Öl und Luft ist ferner bei den beschriebenen Verdichterausführnngen ein Ölwechsel praktisch nicht nötig, da das Öl an keiner Stelle Zersetzungstemperaturen erreicht Durch die Aufteilung auf viele bürstenborstenartig angeordnete Einspritzbohrungen mit Durchmessern zwischen 0,3 mm und 1,2 mm, vorzugsweise ca. 1 mm bis 0.8 mm, bzw. auf mehrere Einspritzschlitze mit einer Schlitzbreite von höchstens 1 mm, vorzugsweise 0,3 mm, kann eine ausgezeichnete Vt.-rteilung des der Kühlung dienenden Öls in fein zerstäubtem Zustand in der Kompressionskammer erfolgen. Durch Zerplatzen der ölstrahlen bzw. im Falle der Einspritzung durch Schlitze der Ölvorhänge an der Läuferoberfläche wird der Zerstäubungsgrad und damit die Aufteilung der Kühlflüssigkeit in die zu kühlende Luft verbessert. Das Luft-Öl-Gemisch wird auch mikroskopisch homogener.

Bei einstufigen Verdichtern mit einem Druckverhältnis 8 und einem "'erhältnis von 10kg Kühlöl pro kg Druckluft ergibt sich eine Einspritzfläche F von ca. l,5mm²/PS Nennleistung, wobei F die Summe der Einspritzquerschnitte aller Einspritzöffnungen bedeutet. Wenn diese aus Bohrungen mit 0,8 mm Durchmesser bestehen, ergeben sich somit ca. 3 Bohrungen/PS Nennleistung. Bei Einspritzschlitzen mit einem Verhältnis für Länge zu Schlitzweite von z. B. 10 und bei einer Anzahl von 12 Schlitzen für eine Verdichterstufe z. B.. wie dies bei einem bekannten Flügelzellenverdichter der Fall ist. ergibt sich eine Schlitzbreite b von ca. 0.1 \IF. Um während der Kompression eine gleicunäßige Beaufschlagung der Luft mit öl zu erreichen, ist bei Verdichtern mit über 10 PS Nennleistung, bei denen Einspritzschlitze mit einem Verhältnis von Schlitzlänge zu Schlitzbreite von mehr als 10 verwendet sind, eine kleinste Öffnungsweite von wesentlich unter 0,! /f erforderlich.

Als »Zellenvolumen« wird bei den dargestellten Verdichtern das Volumen des umschlossenen Raumes (Zelle) verstanden, in dem sich die Luft während der Kompression befindet. Ein im folgenden erläutertes Zellenvolumen kann auch nach Erreichen der Auslaßöffnungen definiert werden. Beim Flügelzellenverdichter ist das Zellenvolumen durch zwei sich folgende, sich gegenüberliegende Schieberflächen und die dazugehörenden Umfangsflächenteile des Läufers 8 und des als geschlossen betrachteten Zylinders 5 begrenzt (F i g. 2).

Beim Schraubenverdichter ist das Zellenvoliimen durch die als geschlossen betrachtete druckseitige Stirnwand 169, die Zylinderwand 105 und die Schraubenzahnflanken begrenzt. Durch Abwickeln der Läufermantelfläche ist es einigermaßen möglich, das dreidimensionale "> Zellenvolumen zweidimensional darzustellen (Fig.8, 8a). Dort sind Haupt- und Nebenläufer 108 bzw. 110 ersichtlich sowie die Stellen 112 bzw. 114, wo sich die Zahnkftmme an die Zylinderwände anschmiegen (siehe auch F i g. 6). Die saugseitige Stirnwand 170 ist durch die ι ο Ansaugöffnung Ua, die druckseitige Stirnwand 169 durch die Ausirittsöffnung 12a unterbrochen. Die kompliziertere Abgrenzung 120 des Zellcnvolumens durch das Ineinandergreifen der Hauptläufcr- und Nebenläuferzähne ist in den Fig. 8 und 8a nur i"· schematisch dargestellt.

Das kleinste Zellenvolumen, in welfhc; noch Kühlmittel eingespritzt wird, ist mit V'i, das kleinste geschlossene Zellenvolumen, bei welchem die Zelle die erste Kante einer Öitaschc oder die erste Kante einer -'» !•lftaustrittsöffnung (sofern keine entsprechende Tasche vorgesehen ist) erreicht, ist mit V₂ bezeichnet.

In Fig.2, 2a entspricht Vi der schraffierten Fläche CDEF, V₂ der Fläche GHIK. In F i g. 8 entwicht V₁ der Fläche ABCDEFGH, in Fi g. 8a V₂ der Fläche ->> IKLMOPQR. Beim beschriebenen Kompressor muß dann für jede Stufe die Beziehung

- 0,40 < _v < + 0.60 gelten mit

V₁ - V₂

oder 0.6 V₁ < V₁ < 1,6 V₂.

Es bedeutet dies, daß Kühlmittel selbst dann noch eingespritzt wird, wenn die Zelle die erste Kante einer Öltasche oder einer Auslaßöffnung überschritten hat, in w welchem Falle Vi < V₂ wird.

Diese Anordnung stellt sicher, daß sich ein plötzlicher, ungewollter Druckanstieg, z. B. durch einen Flüssigkeitsschlag, in der Zelle nicht ausbilden kann, da ein Entweichen des Druckes entweder durch die noch mit -r, der Zelle verbundenen Einspritzöffnungen 54 oder 55 oder durch die schon mit der Zelle verbundenen Luftauslaßöffnungen 12 oder Öltaschen 58 möglich ist. Jeder Auslaßöffnung 12 ist beim Flügelzellenverdichter eine öltasche 58 zugeordnet (Fig. 2b). > <i

Bei bekannten Rotationskompressoren liegen diese Werte im Bereich

0,9<ψ<3
V₂< V₁ <4 V₂

55

Wie aus Fig.! bzw. 4 ersichtlich, sind Luftauslaßöffnungen 12 bzw. 12a durch einen Kanal 59 mit dem Gehäuseunterteil 1 verbunden, aus welchem ein Luftkanal 60 zu den Filtern 16, 18, 20, 21 und 22 führt, m> Die plattenförmigen Filter 16, 20, 21 werden auf zwei Zugankern 61,62 bzw. 161,162, die sich auf den Deckeln 64 und 65 abstützen, gehalten, wobei die Zuganker mittels Muttern 63 festgespannt sind.

Gemäß Fig.3 erfolgt beim Flügelzellenverdichter b5 die seitliche Abdeckung des Zylinders 5 sowie des Läufers 8 mittels zweier Zylinderseiten- bzw. Lagerdekkel 69, 70, welche auch zur Aufnahme von Wälzlagern 72 und 73 dienen. Zu jedem der Lagerdeckel 69 und 70 gehört ein Abdichtdeckel 69a bzw. 70a, der jeweils einen Stopfbuchsring 75 bzw. 76 enthält, welche Ringe verhindern, daß Außenluft in die Lager gelangt. Mit Ölnebel vermischte Leckageluft gelangt durch Spalte 77 zwischen den Distanzringen 80 neben den Lagern 72,73 und den Deckeln 69 und 70 in die Lager 72 und 73, die auf diese Weise geschmiert werden. Danach gelangt die Leckageluft durch Kanäle 74 zur Saugseite des Verdichters.

Die Läuferwellenstummel sind mit 78 und 79 bezeichne!. Am freien Ende des Wellcnsfimmels 79 ist bei der luftgekühlten Ausführung ein Kühlpropeller 81 aufgesetzt.

Aus der ölvorkammer 52 führen Druckölkanäle 82 in die Seitendeckel 69 und 70. Durch dazu senkrechte Kanäle 84 in den Deckeln wird Schmier- und KUhlöl zur Dichtung seitlich den Läufer-Stirnflächen zugeführt. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, die Flüssigkeit nur auf einen Sektor /A/9 (Fig. 2a) des Läufers 8 zuzuführen, der zur kleinsten geschlossenen Zelle V₂ bzw. GH/K gehört. Es ist ferner möglich, auch Einspritzöffnungen 54 in axialer Richtung, d. h. parallel zu den Achsen 6 und 9 spritzend, anzuordnen.

Wie in F i g. 7 dargestellt, erfolgt beim Schraubenverdichter die seitliche Abdeckung des Doppelzylinders 105 mittels zweier Zylinder- bzw. Lagerdeckel 169 und 170, welche auch zur Aufnahme von Wälzlagern 172 und 173 dienen. Im Deckel 169 befinden sich ferner zwei Stopfbuchsringe 175 und 176, welche verhindern, daß Außenluft in die Lager gelangt. Mit ölnebel vermischte Leckageluft gelangt durch die ringförmigen Spalte 177a in die Wälzlager 172 und 173 und von dort durch die Bohrung 174a in den Ansaugkanal des Verdichters.

Zwei Getriebezahnräder 85 können auf der dem Antrieb entgegengesetzten Seite auf den Läuferwellen 179 und 183 angebracht sein. An die Welle 183 ist noch die Zahnradölpumpe 86 angekuppelt, deren Gehäuse an einem hauptsächlich die Getriebezahnräder 85 umgebenden Getriebegehäuse 85a befestigt ist. Bei der luftgekühlten Ausführung gehört ferner ein Kühlpropeller 81 dazu.

Aus der Ölvorkammer 52a führen Druckölkanäle 188 in die Zylinderdeckel 169 und 170 (siehe auch Fig. 10), welche Kühlöl zur Dichtung durch Bohrungen 182 den Läuferstirnflächen seitlich zuführen, womit gleichzeitig der axiale Schub der Läufer 108, 110 teilweise ausgeglichen wird. Weiter werden aus der ölvorkammer 52a die Kühlkanäle 184 gespeist, von denen aus über Einspritzöffnungen- bzw. Bohrungen 54 eine Kühlöleinspritzung an der druckseitigen Stirnfläche des Förderraums erfolgt. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, die Flüssigkeit nur in den mit radialen Einspritzöffnungen versehenen Zellenbereich einzuspritzen.

Der beschriebene Rotationskolbenverdichter arbeitet, wenn hauptsächlich der Betrieb bei Vollast oder im Leerlauf beachtet wird, wie folgt:

Beim Flügelzellenverdichter gelangt bei sich drehendem Läufer 8 und bei Vollast die zu verdichtende Frischluft durch den Ventilsitz 34 (Fig.2) in die Ventilkammer 32 Hier verteilt sie sich und strömt anschließend durch die Luftansaugöffnungen 11 in den Zylinder 5, wo sie von den Schiebern 14 des rotierenden Läufers 8 erfaßt und in Pfeilrichtung bewegt wird. Während dieses Vorgangs wird sie infolge des kleiner werdenden Raumes zwischen dem Zylinder 5, dem Läufer 8 und den entsprechenden Schiebern 14 komprimiert, wobei die Schieber 14 entsprechend dem

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Verlauf der inneren Zylinderwandung 7 in den Läufer 8 zurückgedrängt werden.

Infolge der nun folgenden Verdichtung erwärmt sich die Luft ganz wesentlich. Zwecks Kühlung wird in die entsprechende Kammer des Kompressionsraumes durch die Einspritzöffnungen 54 bzw. 55 Öl eingespritzt. Die entstehenden Strahlen zerfallen zum Teil, zum anderen treffen «ie auf den rotierenden Läufer 8 auf und zerplatzen in ein Tropfengemisch. Das Öl-Luft-Gemisch sowie ein Schwall an der Lauffläche 7 des Zylinders 5 ausgeschiedenen Öls- werden vom entsprechenden Schieber 14 gegen die Taschen 58 und die LufiausluBöffnungen 12 geschoben. Der größte Teil der mit Luft geförderten ölmenge muß in äußerst kurzer Zeit, nämlich während der Zeit, in welcher der Schieber 14 an den Luftauslaßöffnungen 12 vorbeistreicht, aus dem enger werdenden Spalt zwischen dem Läufer 8 und dem Zylinder 5 ausgepreßt werden. Um ein stoß- und schlagartiges Ausstoßen dieser Flüssigkeit zu verhüten, sind die Öltaschen 58 sowie mehrere LuftauslaUölfnungen 12 geschaffen worden. Es steht somit genügend freies Volumen zur Verfügung, in welches die Flüssigkeit beim Vorbeigehen eines Schiebers 14 entweichen kann, womit der stoßartige Ausschub vermischen wird. Dadurch, daß sich außerdem die Taschen 58 über die öffnungen 12 hinaus erstrecken, ergeben sich auf der Druckseite Ölkeile, welche gegen die Saugseite hin die Leckverluste an Druckluft verringern. Dabei ist im Bereich der öltaschen 58 bzw. der Luftauslaßöffnungen 12 die tragende Fläche des Zylinde-s kleiner als 70%, vorzugsweise weniger als 50% der möglichen Tragfläche der ganzen Zylinderbreite.

Bei der Schraubenverdichterausführung gelangt bei Vollast die zu verdichtende Frischluft durch den Ventilsitz 34 (Fig. 6) in die Ventilkammer 32. Hier verteilt sie sich und strömt anschließend durch die auf der Zylinderstirnwand und auf der Zylindermantelfläche angebrachte Luftansaugöffnung 11a in den Doppelzylinder 105. Dort beginnt das Ansaugen damit, daß bei sich in Pfeilrichtung drehendem Haupt- und Nebenläufer 108 bzw. 110 an der Stirnseite Zahn und Zahnlücke außer Eingriff kommen und bei weiterer Drehung sowohl die Zahnlücke auf dem Haupt- als auch diejenige auf dem Nebenläufer auf ihrer ganzen Länge freigegeben werden. Wenn die Zähne an der gegenüberliegenden Stirnseite außer Eingriff kommen, sind beide Zahnlücken mit Luft gefüllt. Bei weiterer Drehung werden die Zahnlücken an der Saugseite durch die Stirnwand abgeschlossen. Später gelangen an der Saugseite im Bereich, welcher der Ansaugöffnung gegenüberliegt. Zahn und Lücke wieder in Eingriff. Es bildet sich somit eine durch die druckseitige Stirnwand, den Zylinder und die ineinandergreifenden Zahnflanken von beiden Rotoren begrenzte, in der Abwicklung (F i g. 8,8a) etwa V-förmige Verdrängerzelle, in welcher sich ein bestimmtes Förderluftvolumen befindet. Bei weiterer Drehung verkleinert sich die Zelle, indem sich die Eingriffsstelle in Richtung Druckseite verschiebt und sich so die aufgefüllten Zahnlücken verkürzen. Die Einspritzung von öl zwecks Kühlung erfolgt analog wie beim Flügelzellenverdichter auf dem Zylindermantel, wobei die Verteilung der Bohrungen bzw. der Schlitze auf den Zylindermantel der Zellenform entspricht (Fig.6b, 6d und 8), sowie auf der druckseitigen Stirnwand. Da beim Schraubenverdichter keine Schieberreibung oder ähnliches auftritt, kann hier Einspritzung von Wasser statt öl von Vorteil sein. Die Kompression hört auf, wenn die Zelle die auf der Druckstirnseite und auf dem Zylindermantel angebrachte Austrittsöffnung 12 erreicht, wobei sich hier Öltaschen, wie sie beim Flügelzellenverdichter vorteilhaft sind, erübrigen.

Sowohl beim Flügelzellen- als auch beim Schraubenkolbenverdichter gelangt das ausgestoßene Gemisch von Luft und Öl anschließend über den Kanal 59 in das Gehäuseunterteil 1 (Fig. 1 bzw. 4), aus welchem die Druckluft durch den Luftkanal 60 und anschließend durch die erste Filterplatte 16 strömt. Deren Fläche ist relativ groß, so daß die Durchströmgeschwindigkeit der Luft entsprechend klein wird. Die Nachfilterung erfolgt in den Metallgewebefiltern 18 und 22 sowie in dem /weiten unterteilten plattenförmigen Filter 21, 20 mit getrennt arbeitenden Teilen.

Aufgrund dieser Unterteilung in Teilflächcn bzw. zwei Ringbereiche und der dadurch erreichten zweifa chen Durchströmung der Filterplatte 20, 21 sind die Luftgeschwindigkeiten in den einzelnen Fiiterteiien 2ö bzw. 21 bedeutend höher als in der Filterplatte 16. Dabei ist die äußere Ringfläche des Filters 20 größer als die innere Fläche des Filters 21 (Flächenverhältnis > 1.5), so daß auch hier eine unterschiedliche Abscheidung erreicht wird. Die Abscheidewirkung wird mithin größer als bei der Filterplatte 16. Die vom öl weitgehend gereinigte Luft gelangt dann, das Rückschlagventil 25 durchströmend, aus dem Auslaßkanal 24 zum Druckluftanschlußstutzen 26 und von dort in einen Windkessel bzw. zum Verbraucher (nicht dargestellt).

Wenn im Versorgernetz bzw. beim Verbraucher des Verdichters ein vorgegebener maximaler Druck erreicht ist, muß der Verdichter automatisch in seine Leerlaufstellung gehen, in welcher die Luftförderung aufhört, jedoch nicht die Schmierung und die Kühlung des Läufers bzw. der Läufer. Die Schaltung ist dementsprechend die folgende:

Bei Erreichen des maximalen Drucks im Druckluftanschlußstutzen 26 bzw. in der anschließenden Druckluftleitung Xa schaltet ein Druckschalter 89 (Fig. 5) in seine Öffnungslage, ein Magnetventil 91 gibt den Weg für die Steuerdruckluft über eine zwischen d η beiden Filtern 20 und 21 angeschlossene Zapflcitung 21a und ein Kugelventil 93 zum Druckluftanschluß 40 frei und bringt einen servobetätigtcn Schieber 92 in seine Leerlauflage L Die Zapfleitung 21a wird dadurch über den servobetätigten Schieber 92 mit der Außenluft verbunden, so daß die Luft durch diese Leitung abbläst. Andererseits wirkt unvermindert der Druck in der Druckluftleitung 26a, der höher ist als der sinkende Druck im Gehäuseunterteil 1 (F i g. 1 und 4). Infolgedessen schließt das Rückschlagventil 25, so daß der Druck in der Druckluftleitung 26a das Kugelventil 93 in seine linke Lage schiebt (Fig.5) und über das Magnetventil 91 und den Druckluftanschluß 40 (F i g. 2, 5 und 6) unter den Steuerkolben 38 ein Druck aufgebaut wird, welcher den Kolben 33 hebt und über den Ventilschaft 36 den Ventilteller 35 auf den Ventilsitz 34 preßt. Damit ist die Ansaugluftzufuhr zum Kompressor unterbrochen. Während dieser Schließbewegung hat auch der Kolben 38 den Ventilsitz 50 geschlossen. In der Ölvorkammer 52 stellt sich somit ein Unterdruck ein, welcher sich über die nun mit diesem Raum verbundenen Öffnungen 99 ins Innere des Kolbens 38 fortpflanzen kann. Da im Räume 48 zuerst noch ein relativ hoher Öldruck herrscht, schließt sich das Ringventil 39. Durch den servobetätigten Schieber 92 (F i g. 5) bläst inzwischen die Luft aus dem Gehäuseunterteil 1 ab, der Druck sinkt, und mit

dessen Absinken sinkt auch der Öldruck im Raum 48. Wenn der Öldruck im Raum 48 einen gewissen Wert unterschreite·, öffnet unter dem Druck einer Feder 97 /as Ringventil 39. Es strömt dann Öl aus dem Raum 48 durch Kanäle 95 und die seitlichen Bohrungen 99 in die > Ölvorkammer 52 und von hier durch die Einspritzöffnungen 54 bzw. 55 in den Kompressionsraum. Diese verringerte Ölmenge dient dazu, die Schmierung und Kühlung des Verdichters während der Lecrlaufperiode sicherzustellen. in

Wenn nun durch Verbrauch von Druckluft in der Dnickluftleitung 26./ ein gewisser minimaler Druck unterschritten wird, so spricht der Druckschalter 84 (Fig. 5) an und steuert entsprechend das Magnetventil 91 in die Lage »V«. In dieser Lage wird keine \; .Steuerdruckluft mehr dem servobclätigten Schieber 92 und unter den Kolben 38 zugeführt, so daß unter dem Sog im Raum 32 (Fig. 2 und 6) sich das kombinierte Regelventil öffnet. Der Verdichter beginnt zu fördern.

der Druck in der Anlage steigt und schließt das Ventil 93 gegen das Verbrauchernetz ab, womit ein Umgehen der dritten Abscheiderstufe 21 über das Ventil 93 verhindert wird. Mit steigendem Druck im Verbrauchernetz steigt sofort auch der Öldruck, so daß die in die Zellen eingespritzte Kühl- und Schmierölmenge steifei. Sobald der Druck im Verdichter denjenigen iirt Verbrauchernetz erreicht hat, öffnet das Rückschlagventil 25. Der Verdichter fördert Luft zum Verbraucher bzw. in einen Windkessel, und zwar so lange, bis auch das Verbrauchernetz vollständig aufgeladen ist.

Dann schaltet der Verdichter, wie erläutert, automalisch wieder in seine Leerlaufstellung.

Die durch die beschriebene Kühlöleinspritzung in den Verdichterförderraum erreichbare günstige Kühlv/irkung erlaubt bei annähernd gleichem Wirkungsgrad wesentlich größere Druckverhältnisse pro Stufe als bei den meisten bisher bekannten rotierenden Vcrdrängerverdichtern, hauptsächlich Flügelzellenverdiclitern.

Hierzu ⁽1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

|. Ein- oder mehrstufiger FIPgelzellen- oder Schraubenkolbenverdichter mit Einspritzung von ί Kühlflüssigkeit in den Kompressionsraum durch Einspritzöffnungen, die über die Zellenvolumenlänge verteilt in der Förderraumumfangswand angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzöffnungen (54, 55) so in der to Förderraumumfangswand angeordnet sind, daß das kleinste Zellenvolumen (V\), in das noch Kühlflüssigkeit eingespritzt wird, größer als das 0,6fache und kleiner als das l,6fache des kleinsten noch geschlossenen Zellenvolumens (Vi) des Verdichters ist
2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich ihrer Anordnung die Einspritzöffnungen (54) im betreffenden Teil der Förderraumumfangswand über seine Räche gleichmäßig verteilt sind.
3. Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzöffnungen (54) Bohrungen mit einem Durchmesser von 0,3 bis 1,2 mm sind.
4. Verdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die als Einspritztifnungen dienenden Bohrungen (54) einen Durchmesser von 1 mm oder wenig darunter aufweisen.
5. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, m dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzöffnungen (54) in mindestens drei Reihen angeordnet sind.
6. Verdichter nach eiiem de·' Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen der Einspritzöffnungen (54) paralle' zu den Begren- r> zungslinien der Verdrängerzellen angeordnet sind.
7. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Rotordrehrichtung letzten Einspritzöffnungen (54, 55) auf dem Teil der Förderraumumfangswand angeordnet sind, welcher die kleinste geschlossene Verdrängerzelle abgrenzt.
8. Flügelzellenverdichter nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stirnwänden des Förderraums Dichtflüssigkeit innerhalb des Rotorquerschnittskreises und innerhalb des Sektors (JH9) v> zugeführt wird, welcher durch die kleinste geschlossene Verdrängerzelle (K₂) festgelegt ist.
9. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der als Bohrungen ausgebildeten Einspritzöffnungen (54) w über 20 für jede Verdichterstufe beträgt.
10. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Einspritzöffnungen Schlitze (55) verwendet sind, deren kleinste Breite weniger als 0,1 · /Fbeträgt, wenn die Länge der Schlitze ihre v, Breite um das lOfache übertrifft, wobei Fdie Summe der Einspritzflächen aller öffnungen pro Verdichterstufe ist und wobei die Schlitzbreite höchstens 1 mm, vorzugsweise 03 mm, betragen soll.
11. Flügelzellenverdichter nach einem der Ansprü- t>o ehe 1 bis IQ, dadurch gekennzeichnet, daß als Auslaß mehrere auf einer zur Verdichterachse parallelen Linie angeordnete Öffnungen (12) dienen, die von öltaschen (58) eingerahmt sind.
12. Verdichter nach Anspruch 11, dadurch μ gekennzeichnet, daß im Bereich der Auslaßöffnungen (12) bzw. öltaschen (58) die tragende Fläche weniger als 70%, vorzugsweise weniger als 50%, der entsprechenden Gesamtfläche des betreffenden Teils der Förderraumumfangswand beträgt.
13. Verdichter nach einem der Ansprüche I bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß für die Kühl- und Schmierflüssigkeitseinspritzung lediglich der vom Verdichter erzeugte Druck dient
14. Verdichter nach einem der Ansprüche I bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei dessen Verwendung als Luftverdichter für 1 kg Luftdurchsatz ca. 10 kg Kühlöl eingespritzt werden.