DE2259438A1

DE2259438A1 - CIRCULAR COMPRESSORS

Info

Publication number: DE2259438A1
Application number: DE19722259438
Authority: DE
Inventors: Bernhard Prof Dr Rer Nat Fell; Joerg Dipl Ing Krueger
Original assignee: Krueger Joerg Dipl-Ing 5100 Aachen
Current assignee: Krueger Joerg Dipl-Ing 5100 Aachen
Priority date: 1972-12-05
Filing date: 1972-12-05
Publication date: 1974-06-06

Description

Kreislaufverdichter Die Erfindung bezieht sich auf Kreislaufverdichter, die in Laboratorien und Pilotanlagen Gase im Mittel- und Hochdruckbereich im Kreislauf fördern. Diese Aufgabe wird bis jetzt von Kolben- und Membrankompressoren bewältigt, die jedoch folgende Nachteile haben: Die Kolbenkompressoren verwenden zum Teil noch dl zur Schmierung und Dichtung, welches nach der Verdichtung wieder abgeschieden werden muß. Olfrei arbeitende Kompressoren werden bereits hergestellt, haben jedoch genau wie die Nembrankompressoren den Nachteil, daß sie eine pulsierende Förderung aufweisen. Eine Glättung des Stoffstromes ist nur unter großem Aufwand möglich, da die genannten Kompressoren nicht hochtourig arbeiten und Gase besonders im Hochdruckbereich nur eine geringe Kompressibilität besitzen und damit relativ hohe Anforderungen hinsichtlich des Volumens der druckfesten Ausgleichsbehälter, bezogen auf das Hubvolumen des Kompressors, und eine starke Drosselung ftir einen kontinuierlichen Durchsatz fordern. Eine Drosselung für einen gleichmäßigen Durchsatz verringert natürlich den Wirkungsgrad der gesamten Einheit. Recycle Compressors The invention relates to circuit compressors, those in laboratories and pilot plants in the medium and high pressure range in the cycle support financially. This task has so far been mastered by piston and diaphragm compressors, however, they have the following disadvantages: Some of the piston compressors are still in use dl for lubrication and sealing, which is deposited again after compression must become. Oil-free compressors are already manufactured, but have just like the Nembrane compressors the disadvantage that they have a pulsating delivery exhibit. A smoothing of the material flow is only possible with great effort, because the compressors mentioned do not work at high speed and gases especially in the high pressure range only have a low compressibility and thus relatively high requirements with regard to the volume of the pressure-resistant expansion tank, based on the stroke volume of the compressor, and a strong throttling for a continuous throughput demand. A throttling for a steady throughput reduces, of course the efficiency of the entire unit.

Ein weiterer Nachteil der genannten Geräte sind die zwangsweise aufwendigen Konstruktionen, da die relativ kleinen Verdichterleistungen in keinem Verhältnis zu dem vorliegenden statischen Druck und den dadurch resultierenden Kräften stehen. Hierdurch sind unter anderem auch die hohen Fertigungskosten zu erklären.Another disadvantage of the devices mentioned is that they are inevitably expensive Constructions because of the relatively small compressor capacities in no relation to the existing static pressure and the resulting Stand strong. Among other things, this also increases the manufacturing costs explain.

Eine Wartung und eine Reinigung des Verdichterraumes, die unter Umständen durch verschmutztes Gas erforderlich werden kann, wird im allgemeinen nur durch Fachpersonal durchgeführt.Maintenance and cleaning of the compressor room, which may be may be required by polluted gas is generally only by Skilled personnel carried out.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Kreislaufverdichter zu erstellen, der die beschriebenen Nachteile nicht aufweist, d. h. der eine kontinuierliche, ölfreie Förderung, eine kompakte, leichte Konstruktion und eine leichte Wartung gewährleistet.The object of the invention is therefore to create a cycle compressor, which does not have the disadvantages described, d. H. the one continuous, oil-free production, a compact, lightweight construction and easy maintenance guaranteed.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß ein ar sich bekannter Drehschieberverdichter in einem druckfesten C-häuse durch eine Antriebswelle, die in einem stehenden Druckrohr gelagert ist, über eine außerhalb des stehenden Druckrohres rotierende Hohlwelle durch Nagnetschluß angetrieben wird.The invention solves the problem posed in that an ar itself well-known rotary vane compressor in a pressure-resistant C-housing through a drive shaft, which is stored in an upright pressure pipe, via an outside of the upright pressure pipe Pressure tube rotating hollow shaft is driven by magnetic closure.

Das Druckrohr und das Gehäuse sind über Kanäle miteinander verbunden. Obwohl sich der Hauptanspruch der Erfindung auf die Kreislaufförderung von Gas bezieht, kann jedoch mit dem Gerät auch eine FlUssigkeit gefördert werden.The pressure pipe and the housing are connected to one another via channels. Although the main claim of the invention relates to the circulation of gas, however, a liquid can also be conveyed with the device.

Bei einer Drehschieberverdichter erfolgt die Abdichtung der schnell laufenden Schieber an dem stehenden Laufring in der Verdichtungs- und iusschiebephase hauptsächlich durch die Pliehkraft und den unter den Schiebern entstehenden Druck.In the case of a rotary vane compressor, the sealing takes place quickly running slide on the stationary race in the compression and pushing phase mainly due to the thrust force and the pressure created under the slides.

Nach eine Merkmal der Erfindung sind die unter den Schiebern befindlichen Hohlräume über Kanäle mit den Verdichterkanuiern verbunden. Diese Kanäle haben den Vorteil, daß in der Verdichtungs - und iusschiebephase ein unnötig hoher Druck, der abgesehen von Leckverlusten proportional der Volumenabnahme unter den Schiebern und dem absoluten Druck bei maximalen Volumen ist, die Schieber an den stehenden Laufring drückt.According to a feature of the invention are those located under the slides Cavities connected to the compressor canals via channels. These channels have the Advantage of that in compaction - and shifting phase is unnecessary high pressure which, apart from leakage losses, is proportional to the decrease in volume below the sliders and the absolute pressure at maximum volume is the slider on presses the stationary race.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Kanäle auf der der Drehrichtung zugewandten Seite der Schieber eingearbeitet, um auf diese Weise eine puisationsfreie Förderung zu erreichen. Durch dieses Merkmal der Erfindung wird erreicht, daß der Druck in den Verdicherkammern nicht wesentlich höher ansteigen kann, als der Druck, der am Ausgang durch den Widerstand des Kreislaufes entsteht. Inwieweit der Druck den Anstrittsdruck übersteigt, läßt sich annähernd aus der Summe der Kräfte, die in radialer Richtung auf einen Schieber wirken, ermitteln. Sobald die Druckkräfte, die auf den Kopf und auf den Fuß der Schieber wirken, die Fliehkräfte übersteigen, werden die Schieber nach unten gedrückt und die Verdichterkammern öffnen sich in Richtung auf den Auslaß.According to a further feature of the invention, the channels are on the the direction of rotation facing side of the slide incorporated in this way to achieve puision-free funding. By this feature of the invention it is achieved that the pressure in the compression chambers does not rise significantly higher can than the pressure that arises at the outlet due to the resistance of the circuit. The extent to which the pressure exceeds the inlet pressure can be estimated from the sum the forces that act on a slide in the radial direction. As soon the pressure forces that act on the head and foot of the slide, the centrifugal forces exceed, the slides are pushed down and the compression chambers open towards the outlet.

Insbesondere dieses Merkmal geht über den Rahmen der Erfindung hinaus, da der gleiche Effekt auch bei normal betriebenen Drehschieberverdichtern, besonders bei der Benutzung von Graphit-oder Kunststoffschiebern, die relativ leicht sind und somit nur kleine Fliehkräfte hervorrufen, auftritt und sowohl zu einer Verbesserung des Verdichterwirkungsgrades als auch zu einer Verlängerung der Standzeit der Schieber führt.This feature in particular goes beyond the scope of the invention, because the same effect also with normally operated rotary vane compressors, especially when using graphite or plastic slides, which are relatively light and thus only cause small centrifugal forces, occurs and both lead to an improvement the compressor efficiency as well as an extension of the service life of the slide leads.

In der Ausgestaltung der Erfindung läuft die Welle in geschlossenen wartungsfreien Kugellagern. Es ist jedoch ggf. vorteilhaft, Sinter- oder Graphitlager zu benutzen. Weiterhin wird der Läufer aus Bronze hergestellt, um gegen den Graugußdeckel und den Graugußboden möglichst günstige Gleiteigenschaften zu erhalten. Eine Begrenzung des axial frei beweglichen Läufers erfolgt durch Sinterlager.In the embodiment of the invention, the shaft runs in closed maintenance-free ball bearings. However, it may be advantageous to use sintered or graphite bearings to use. Furthermore, the runner is made of bronze in order to counteract the gray cast iron cover and to obtain the most favorable sliding properties possible for the gray cast iron floor. The axially freely movable rotor is limited by sintered bearings.

Die Erfindung hat folgende Vorteile: Es treten durch die Magnetkupplung keinerlei Probleme hinsichtlich der Abdichtung des hohen Druckes an Wellendurchftlhrungen und Kolben auf. Weiterhin ist der Drehechieberverdichter ein Bauelement, das ohne über oder Untersetzungsgetriebe an den meist verwendeten Asynchronmotor (1500 U/min) angeschlossen werden kann. Im Gegensatz zu den Drehschieberverdichtern können wesentlich hochtouriger arbeitende Verdichtertypen nicht ohne weiteres benutzt werden, da die Magnetkupplung in dem antimagnetischen Druckrohr aus Metall entsprechend den physikalischen Eigenschaften des Materials und der Drehzahl der Kupplung einen Wirbelstrom induziert. Die dadurch entstehende Aufheizung kann bei unzureichender Kühlung der Magneten einen Ausfall der Kupplung zur Folge haben.The invention has the following advantages: It occurs through the magnetic coupling no problems regarding the sealing of the high pressure at the shaft penetrations and piston on. Furthermore, the rotary vane compressor is a component without via or reduction gear to the most commonly used asynchronous motor (1500 rpm) can be connected. In contrast to rotary vane compressors, they can significantly high-speed compressor types cannot be used without further ado, since the Magnetic coupling in the anti-magnetic metal pressure tube according to the physical Properties of the material and the speed of the clutch induces an eddy current. The resulting heating can be caused by insufficient cooling of the magnets cause the clutch to fail.

Der Kreislaufverdichter nach der Erfindung erfüllt die gestellten Anforderungen. Die ölfreie Förderung ist praktisch pulsationsfrei, da durch die berströmkanäle ein Druckaufbau in den einzelnen Verdichterkammern über den gewünschten Enddruck hinaus weitgehend unterbunden wird. Eventuell auftretende Pulsationen haben nur eine im Vergleich zum Stoffstrom sehr geringe Pulsationabreite, die infolge der hohen Pulsfrequenz, dem Produkt aus Drehzahl und Anzahl der einzelnen Verdichterkammern, noch in dem Druckgehäuse des Kreislaufverdichters abgebaut werden.The cycle compressor according to the invention meets the requirements Requirements. The oil-free delivery is practically pulsation-free, because the overflow channels a pressure build-up in the individual compression chambers above the desired level Ultimate pressure is largely prevented. Any pulsations that occur only a very small pulsation width compared to the material flow, which is the result the high pulse frequency, the product of the speed and the number of individual compression chambers, can still be degraded in the pressure housing of the cycle compressor.

Die gesamte Verdichtereinheit ist sehr kompakt und weist im Vergleich zu den herkömmlichen Kolben- und Membrankompressoren ein wesentlich kleineres Gewicht und Volumen auf.The entire compressor unit is very compact and shows in comparison a significantly lower weight compared to conventional piston and diaphragm compressors and volume up.

Die Herstellungskosten dürften weit unter den Kosten der vorher genannten Geräte liegen. Die geringe Wartung, d. h. Auswechseln der Schieber und eventuelles Reinigen des Verdichters kann jederzeit von technisch wenig versiertem Personal ausgeführt werden.The manufacturing cost is expected to be well below the cost of the aforementioned Devices lie. The low maintenance, i.e. H. Replacing the slider and any The compressor can be cleaned at any time by technically inexperienced personnel are executed.

Die Zeichnung zeigt mit Fig. 1 eine Schnittdarstellung des montierten Rreislaufverdichters ohne Magnetkupplung; Fig. 2 eine Schnittdarstellung der montierten Magnetkupplung.The drawing shows with Fig. 1 a sectional view of the assembled Circulation compressor without magnetic coupling; Fig. 2 is a sectional view of the assembled Magnetic coupling.

Der zyZindrische Montageblock 20 dient zur Befestigung der einzelnen Bauteile, enthält eine zentrische Bohrung 41 für die Wellendurchführung und Aufnahme des Kugellagers 34 und hat auf der Oberseite 42 eine geschliffene Fläche, die als Lauffläche des Drehschiebers 21 dient. Des weiteren sind der Druckstutzen 44 und der Saugstutzen 43 über die Auslaßbohrung 27 und Einl.aßbohrung 45 mit dem Druckraum 46 und den Einlaßschlitzen 28 er bunden. Bin eingebautes Ventil 26 läßt bei einem gewWnschtelL maximalen Differenzdruck Gas aus dem Druckraum 46 in die Bin-leLlbohrung 45 überströmen.The zyZindrische mounting block 20 is used to attach the individual Components, contains a central bore 41 for the shaft passage and reception of the ball bearing 34 and has a ground surface on the top 42, which as The running surface of the rotary valve 21 is used. Furthermore, the pressure port 44 and the suction port 43 via the outlet bore 27 and inlet bore 45 with the pressure chamber 46 and the inlet slots 28 he bound. A built-in valve 26 leaves one Desired maximum differential pressure of the gas from the pressure chamber 46 into the cylinder bore 45 overflow.

Der Deckel 23, der auf dem Montageblock 20, durch den Rundschaurring 30 gedichtet, mit Schrauben 51 montiert wird, bildet den Druckraum 46. Die geschliffene Lauffläche 42 des Montageblockes ?O liegt hoher als die Auflagefläche 50 des Deckels 23 und kann s mit bei Beschädigung nachgeschliffen werden. Deg weiteren befinden sich in der Bohrung 41 des Montageblockes 20 eine Gummikupplung 37 um eventuell auftretende Fluchtfehler der Verdichterwelle 35 mit der Welle 1 der Magnetkupplung zu korrigieren. Die Distanzhülsen 38, 39 und 40 halten die Welle der Magnetkupplung 1 und die Verdichterwelle 35 in der gewünschten Position.The cover 23, which is on the mounting block 20, through the circular viewing ring 30 is sealed, mounted with screws 51, forms the pressure space 46. The ground Running surface 42 of the mounting block? O is higher than the bearing surface 50 of the cover 23 and can be reground if damaged. Deg further located In the bore 41 of the mounting block 20, a rubber coupling 37 to possibly Occurring misalignments of the compressor shaft 35 with the shaft 1 of the magnetic coupling to correct. The spacer sleeves 38, 39 and 40 hold the shaft of the magnetic coupling 1 and the compressor shaft 35 in the desired position.

Zentrisch auf dem Montageblock 20 läuft der Drehschieber 21 mit den Schiebern 24. In diesen sind Kanäle 55 eingearbeitet, die die Hohlräume 57 unter den Schiebern 24 mit den einzelnen Verdichterkammern 56 verbinden. Der Drehschieber 21 wird durch die Madenschraube 36 so auf der Welle 35 befestigt, daß er axiale Bewegungsfreiheit hat. Exzentrisch zu dem Drehschieber 21 wird der Laufring 22 mit drei Einstellexzentern 25 auf das gewünschte Verdichtungsverhältnis eingestellt. Die radialen Ga3austrittsbohrungen 47 im Laufring 22 enden in einer Ringnut 48, die den Laufring 22 außen umschließt. Der Filter 49 reinigt das Gas, bevor es aus der Ringnut 48 in den Druckraum 46 übertritt.Centered on the mounting block 20, the rotary valve 21 runs with the Slides 24. In these channels 55 are incorporated, the the cavities 57 under the slides 24 to connect with the individual compression chambers 56. Of the Rotary valve 21 is fastened by the grub screw 36 on the shaft 35 that he has axial freedom of movement. The raceway becomes eccentric to the rotary slide valve 21 22 adjusted to the desired compression ratio with three adjusting eccentrics 25. The radial Ga3 outlet bores 47 in the race 22 end in an annular groove 48, which surrounds the race 22 on the outside. The filter 49 cleans the gas before leaving it out the annular groove 48 passes into the pressure chamber 46.

Auf dem Drehschieber 21 liegt die geschliffene Deckelplatte 52, in die das wartungsfreie Kugellager 31 eingebaut ist. Das Kugellager 31 wird durch den Lagerhalter 32 gehalten und mit dem Rundschnurring 33 gedichtet. Die Deckelplatte 52 wird durch vier Schrauben 29 mit dem Montageblock 20 verspannt.The ground cover plate 52, in which the maintenance-free ball bearing 31 is installed. The ball bearing 31 is through the bearing holder 32 held and sealed with the O-ring 33. The cover plate 52 is clamped to the mounting block 20 by four screws 29.

Auf der unteren Seite 53 des Montageblockes 20 wird die Nagnetkupplung, gedichtet mit dem Rundschnurring 54, angeflanscht.On the lower side 53 of the assembly block 20, the magnetic coupling, sealed with the O-ring 54, flanged.

Die Magnetkupplung besteht aus einem stehenden Druckrohr 3, das an beiden Enden durch eine sinnvolle Anordnung von Rundschnurringen 11 vor den Befestigungsgewinden 18 druckentlastet ist.The magnetic coupling consists of a standing pressure pipe 3 that is connected to both ends by a sensible arrangement of O-rings 11 in front of the fastening threads 18 is depressurized.

Durch die gewählte Konstruktion kann das Druckrohr 3 sehr dünn ausgeführt werden, was besonders für Magnetkupplungen von Bedeutung ist. Durch die zentrische Bohrung 41 des Montageblockes 20 stellt sich in dem Druckrohr 3 der Magnetkupplung der gleiche Druck ein, wie er unter dem Drehschieber 21 herrscht.Due to the selected construction, the pressure pipe 3 can be made very thin which is particularly important for magnetic clutches. Through the centric Bore 41 of the mounting block 20 is in the pressure pipe 3 of the magnetic coupling the same pressure as prevails under the rotary valve 21.

In dem stehenden Druckrohr 3 laufen die Innenmagnete 15, die mit einem Metallkleber auf der Welle 1 befestigt werden. Die Welle 1 wird durch das Nadellager 12, das in dem Abschlußteil 4 eingebaut ist, und durch das Kugellager 2, welches in den Anschlußflansch 6 montiert ist, gelagert. Außerhalb des Druckrohres 3 wird durch die Rollenlager 13 und 16, die von dem Druckrohr 3 geführt und mit den Lagerhaltern 5 und 8 gehalten werden, die äußere Antriebshohlwelle 7 gelagert. Die Außenmagnete 14 werden mit einem Metallkleber in die Antriebahohlwelle 7 eingeklebt. Ein weiteres stehendes Rohr 9 verbindet den Nontageblock 20 über den Anschlußflansch 6 mit dem Anschlußflansch 10 des Antriebsmotors. Schaufeln 17 auf dem Lagerhalter 8 erzeugen einen Luftstrom zur Kühlung der Magneten 14 und 15, der durch die Löcher 19 austritt.In the standing pressure pipe 3 run the internal magnets 15, which with a Metal adhesive to be attached to the shaft 1. The shaft 1 is supported by the needle bearing 12, which is built into the end part 4, and by the ball bearing 2, which in the Connection flange 6 is mounted, stored. Outside the pressure pipe 3 is through the roller bearings 13 and 16, which are guided by the pressure tube 3 and with the bearing holders 5 and 8 are held, the outer hollow drive shaft 7 is supported. The external magnets 14 are glued into the hollow drive shaft 7 with a metal adhesive. Another upright pipe 9 connects the mounting block 20 via the connecting flange 6 with the connecting flange 10 of the drive motor. Buckets 17 on the storage rack 8 generate a flow of air to cool the magnets 14 and 15 through the holes 19 exits.

Claims

Protection against

Circulation compressor for the chemical industry, usable in autoclave laboratories and continuous medium and high pressure systems, d u r c h e k e n n z e i c h n e t, t that the drive shaft (1,35) of a compressor within a stationary Pressure pipe (3) stored and a rotating outside of the stationary pipe (3) Hollow drive shaft (7) is driven by magnetic closure, and that as a compressor a known rotary vane compressor is used.

2. Circuit compressor according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n It is noted that it is between the slider bottoms and the bottom of the slot of the rotary valve (21) forming cavities (57) via radial EanEle (55) with the Compressor chambers (56) are connected.

3. Recycle compressor after one or more of claims 1 to 2, d a d u r c h g e n n n z e i c h n e t that the channels (55) are incorporated into the side walls of the slide (24).

4. cycle compressor according to one or more of claims 1 to 3, that the channels (55) in the slides (24) are each provided in the side wall facing the direction of rotation.

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