DE2364727A1 - Adjacent-disc rotor or housing for screw rotary piston engine - has tapered slotted discs to compensate thermal expansion - Google Patents
Adjacent-disc rotor or housing for screw rotary piston engine - has tapered slotted discs to compensate thermal expansionInfo
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Abstract
Description
für Schraubendrehkolbenmas chinen.for screw-type rotary piston machines.
Die Erfindung betrifft Rotoren oder Gehäuse aus axial nebeneinander angeordneten Scheiben für Drehkolbenmaschinen, Insbesondere für Schraubendrehkolbenmaschinen mit Einrichtungen für den Betrieb mit hohen Temperaturen,The invention relates to rotors or housings made of axially juxtaposed discs for rotary piston machines, Especially for screw-type rotary piston machines with Facilities for operation at high temperatures,
Derartige, aus Scheiben zusammengesetzte Rotoren und Gehäuse für Drehkolbenmaschinen sowie die Anordnung von Kühlkanälen in diesen Teilen, sind aus der Deutschen Patentschrift Nr. 91^· 886 bekannt. Weiterhin sind Anordnungen zur Kühlung von Gehäuse und Rotoren für S ehr aub endr ehko Ib enmas chinen, insbesondere für hohe Gastemperaturen, auch aus der Amerikanischen Patentschrift Nr. 2 808 813 bekannt.Such rotors and housings composed of disks for rotary piston machines and the arrangement of cooling channels in these parts are known from German Patent No. 91 ^ · 886. There are also arrangements for cooling of housings and rotors for V ore aub endr ehko Ib enma chinen, especially for high gas temperatures, also from the American Patent No. 2,808,813 is known.
Die erzielten Ergebnisse der Anordnungen und Kuhleinrichtungen nach den Vorschlägen der vorgenannten Patentschriften waren jedoch nicht zufriedenstellend, so daß bis in die jüngste Zeit hinein noch weitere Vorschläge, so z.B. nach der Amerikanischen Patentschrift Nr. 3 405 6ok für Schleierund Grenzschichtkühlung an SchraubendrehkoIbenmaschinen, in dieser Richtung gemacht wurden. Bis heute jedoch konnten die störenden Gehäuse- und Drehkolbenverwerfungen nicht zufriedenstellend vermindert oder gar beseitigt werden, insbesondere wenn solche Drehkolben- bzw, SchraubendrehkoIbenmaschinen als Kraftmaschinen mit ähnlichen oder höheren Temperaturen betrieben werden sollen, wie sie bei Gasturbinen üblich sind.However, the results obtained with the arrangements and cooling devices according to the proposals in the aforementioned patents were not satisfactory, so that until recently there have been further proposals in this direction, for example according to American Patent No. 3,405,6ok for veil and boundary layer cooling on screw-type rotary piston machines were made. To date, however, the disruptive housing and rotary piston distortions have not been satisfactorily reduced or even eliminated, especially when such rotary piston or screw rotary piston machines are to be operated as prime movers with similar or higher temperatures, as are common in gas turbines.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei derartigen Rotoren oder Gehäusen aus axial nebeneinander angeordneten Scheiben Verwerfungen auf Grund von Wärmedehnungen zu vermeiden und die Wärmeabfuhr zu verbessern.The invention is based on the object in such Rotors or housings made of disks arranged axially next to one another cause warping due to thermal expansion avoid and improve heat dissipation.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die, Scheiben in Abhängigkeit von ihren Ausdehnuiigsko effizient en und eines durch Messung oder Berechnung ermittelten Isothermenfeldes, vom Bereich der Kühlmittelöffnungen bis zu ihrer Peripherie hin in der Scheibendicke derart verjüngt sind und vorzugsweise senkre.cht zum * Isothermenfeld derart geschlitzt sind, daß bei der maximalen Arbeitstemperatur die Verjüngung und die Schlitzöffnung gerade kompensiert sind.To solve this problem it is provided according to the invention, that the, slices depending on their extensibility efficient and one by measurement or calculation determined isothermal field, from the area of the coolant openings are tapered in the slice thickness up to their periphery and preferably perpendicular to the * Isothermal field are slotted in such a way that the taper and the slot opening at the maximum working temperature are just compensated.
Eine weitere' Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß anstelle der Schlitze Trennfugen in einem von der Senkrechten zur Scheibenfläche abweichenden Winkel vorgesehen sind und daß die Scheibendicke im Bereich der Trennfuge auf den diametral gegenüberliegenden Seiten der Scheiben vermindert ist.Another 'embodiment of the invention is that instead of the slots, parting lines are provided at an angle deviating from the perpendicular to the pane surface and that the pane thickness in the area of the parting line on the diametrically opposite sides of the discs is reduced.
Zur Einflußnahme auf die Wärmedehnungen ist dit> Erfindung weiterhin so ausgestaltet, daß die Scheiben für einen Kühlmitteldurchfluß mit Öffnungen ausgestattet sind und diese Kühlmittelöffnungen in einer oder in mehreren nebeneinander angeordneten Scheibe oder Scheiben räumlich versetzt sind.To influence the thermal expansion is dit> invention furthermore designed so that the disks are equipped with openings for a coolant flow and these coolant openings in one or more disc or discs arranged next to one another are spatially offset.
In einfacher Weise kann der Kühlmitteldurchfluß, insbesondere bei Anwendung auf Rotoren so gehandhabt werden, daß für die Kühlmittelzufuhr und -abfuhr durch Kanäle in der Welle jeweils mindestens eine der Scheiben mit mindestens einer zur Welle hin verlängerten Kühlmittelöffnung versehen ist.In a simple manner, the coolant flow, in particular when used on rotors, can be handled in such a way that for the coolant supply and removal through channels in the Shaft in each case at least one of the disks with at least one coolant opening extended towards the shaft is provided.
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Auf diese Weise werden Drehkolbenmaschine!! und Schraubendr ehkolbenmas cMnen nach den vorgenannten Patentschriften und nach der Deutschen Patentschrift Nr. 1 751 091 für mindestens gleiche oder sogar wesentlich höhere Arbeitstemperaturen als bei Gasturbinen üblich vorteilhaft einsetzbar. -In this way, rotary piston machines !! and screwdriver ehkolbenmas cMnen according to the aforementioned patents and according to German Patent No. 1 751 091 for at least the same or even significantly higher working temperatures than usually advantageous for gas turbines applicable. -
Die Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen in Verbindung mit dem Aufbau, insbesondere von Rotoren aus Scheiben oder Blechen ermöglicht die Fertigung von großen Maschinen mit beispielsweise Rotordurchmessern von mehr als 1 Meter auf einfachere Weise als bisher.The application of the measures according to the invention in conjunction with the construction, in particular of rotors made of disks or Sheet metal enables the production of large machines with, for example, rotor diameters of more than 1 meter in a simpler way than before.
Der Erfindungsgegenstand wird anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigenThe subject of the invention is based on the drawings explained. Show it
Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Rotor aus axial nebeneinander angeordneten Scheiben für eine Drehkolbenoder Schraubendr ehkolbenmas chine bis zur Mittellinie der Welle entsprechend Linie I - I in Pigur 2 und Figur 2 die Ansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Scheibe, beispielsweise des Hauptläufers einer Schraubendr ehkolbenmas chine mit skizziertem Isothermenfeld und angedeuteten Kühlmittelbohrungen für in axialer Richtung angeordnete weitere Scheiben, sowie Figur 3 ausschnittsweise die Draufsicht auf die Peripherie einer Scheibe mit einer Trennfuge.Figure 1 shows a longitudinal section through a rotor made of axially juxtaposed discs for a rotary piston or Screwdriver piston machine up to the center line of the Wave corresponding to line I - I in Pigur 2 and FIG. 2 shows a view of a device designed according to the invention Disc, for example the main rotor of a screwdriving piston machine with sketched isotherm field and indicated coolant holes for in the axial direction arranged further disks, as well as FIG. 3 a detail of the top view of the periphery a disc with a parting line.
Die in Figur 1 im Querschnitt dargestelle Rotorhälf'te mit der Welle 1 , der koaxialen Kühlmittelzufuhr öffnung 2 und Kühlmittelabfuhröffnung 3 zeigt weiterhin die axial nebeneinander angeordneten Scheiben 4 bis 15» die auch voneinander verschiedene Dicken besitzen können. Die Scheiben h bzw. 15 stellen Endschexfoen dar, die'Scheiben 5 bzw. 14 haben zur Welle liin vergrößerte Kühlmittelöffnungen 1ö und 17» so daß durch einen Kanal das Kühlmittel zugeführt und durch einen Kanal 19 nach Durchlauf der Scheiben abgeleitet werden Jtann. Die Öffnungen oder Löcher 20 und 21 in' den Scheiben 6 bisThe rotor half shown in cross section in FIG. 1 with the shaft 1, the coaxial coolant supply opening 2 and the coolant discharge opening 3 furthermore shows the disks 4 to 15 which are arranged axially next to one another and which can also have different thicknesses from one another. The disks h and 15 represent end schexfoen, the disks 5 and 14 have enlarged coolant openings 10 and 17 towards the shaft liin so that the coolant is supplied through a channel and discharged through a channel 19 after the disks have passed through. The openings or holes 20 and 21 in 'the disks 6 to
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sind räumlich, so versetzt, daß das durch sie hindurchströmende Kühlmittel mehrfach umgelenkt wird. Die Scheiben 4 bis 15 sind an ihrer Peripherie konisch, verjüngt, wie durch die Bezugsziffer 22 angedeutet.are spatially offset in such a way that the flowing through them Coolant is diverted several times. The disks 4 to 15 are conical on their periphery, tapered, as indicated by reference number 22.
Figur 2 zeigt die Draufsicht auf die Scheibe 4 nach Figur 1 sowie die ¥elle 1 mit der Kühlmittelzufuhröffnung 2 und dem Kanal 18. Die dahinter liegende Scheibe 5» die bei Schraubendrehkolbenmaschinen um einen durch die Steigung der Schraubenprofile vorgegebenen Winkel versetzt ist, mit der vergrößerten Kühlmittelöffnung 16 steht in Verbindung mit der weiter dahinter liegenden Scheibe 6 mit den skizzierten Kühlmittelöffnungen oder Bohrungen 20 und weiterhin mit der nachfolgenden Scheibe 7 mit den Kühlmittelöffnungen oder Bohrungen 21. Der Weg des Kühlmittels wird auf diese Weise ununterbrochen über die Scheiben 10 bis 13 bis zur Kühlmittelabfuhröffnung 3 sichergestellt. In den Scheiben 4 bis 15 sind Schlitze 23 angebracht. Ausschnittsweise sind die Isotherme 28 für eine höhere und die Isotherme für eine niedere Temperatur eingezeichnet, während die maximale Arbeitstemperatur an der Peripherie 30 herrscht.Figure 2 shows the plan view of the disk 4 according to Figure 1 and the ¥ elle 1 with the coolant supply opening 2 and the channel 18. The disk 5 behind it »that of rotary piston machines by one given by the pitch of the screw profiles Angle is offset, with the enlarged coolant opening 16 is in connection with the further behind lying disc 6 with the outlined coolant openings or bores 20 and continue with the subsequent disk 7 with the coolant openings or holes 21. The path of the coolant is on this Way ensured uninterrupted over the disks 10 to 13 up to the coolant discharge opening 3. In the slices 4 to 15 slots 23 are attached. Cut-out the isotherm 28 for a higher and the isotherm for a lower temperature are shown, while the maximum working temperature at the periphery 30 prevails.
Figur 3 zeigt einen Abschnitt 25 der Peripherie der Scheibe 4, in der eine Trennfuge 24 in einem von der Senkrechten zur Seheiberiflache abweichenden Winkel 26 angeordnet ist. Die Scheibe 4 ist im Bereich der Trennfuge in ihrer Dicke an diametral gegenüberliegenden Stellen 27 vermindert.Figure 3 shows a portion 25 of the periphery of the Disk 4, in which a parting line 24 in one of the Perpendicular to the Seheiberi surface deviating angle 26 is arranged. The thickness of the disk 4 is diametrically opposite in the area of the parting line Digits 27 decreased.
Die Wirkungsweise ist folgende:The mode of action is as follows:
Das in die Welle 1 über die Kühlmittelzufuhröffnung 2 zuströmende gasförmige oder flüssige Kühlmittel gelangt über den Kanal 18 in die Kühlmittelöffnungen 16, 20, der Scheiben des hier vereinfacht dargestellten Rotors einer Drehkolbenmaschine. Das Kühlmittel wird innerhalb der Scheiben 5 bis 14 durch die versetzt angeordneten Öffnungen 20 und 21 mehrfach umgelenkt, so daß sich eineThat into the shaft 1 via the coolant supply opening 2 Inflowing gaseous or liquid coolant reaches the coolant openings 16, 20 via the channel 18, the disks of the rotor of a rotary piston machine, shown here in simplified form. The coolant is inside of the disks 5 to 14 by the staggered Openings 20 and 21 deflected several times, so that a
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turbulente Strömung ergibt. Durch die versetzt angeordneten Öffnungen oder Löcher 20, 21 ergibt sich eine vergrößerte Wärmeübergangsfläche gegenüber sonst üblichen, miteinander fluchtend ausgerichteten Öffnungen und Bohrungen mit gleichem Durchmesser.. Auf diese Weise wird der Wärmeübergang von den Scheiben 5 bis 14 auf das Kühlmittel gegenüber den üblichen Anordnungen vergrößert. Das Kühlmittel läuft über die Öffnung 17, den Kanal 19 und die Wellenbohrung 3 ab, deren Durchmesser vorteilhafterweise größer als der der Wellenbohrung 2 ist. Die Scheiben. h bis 15 können wahlweise miteinander verklebt, verschweißt, vernietet oder durch Bolzen verbunden sein. Ebenfalls kann die Verbindung mit der Welle lösbar oder unlösbar hergestellt sein. Die Scheiben können bei großen Maschinen auch aus Segmenten zusammengesetzt werden. Die zu wählende Scheibendicke ist sowohl von fertigungstechnischen Gesichtspunkten als auch vom Wärmeübergang des jeweiligen Materials abhängig. Praktische Werte liegen zwischen 0,1 bis 10 mm. Der Gegenstand der Erfindung ist jedoch nicht auf diese Werte begrenzt.turbulent flow results. The offset arranged openings or holes 20, 21 results in an enlarged heat transfer surface compared to otherwise usual, aligned aligned openings and bores with the same diameter. In this way, the heat transfer from the disks 5 to 14 to the coolant is increased compared to the usual arrangements . The coolant runs off via the opening 17, the channel 19 and the shaft bore 3, the diameter of which is advantageously greater than that of the shaft bore 2. The disks. h to 15 can optionally be glued, welded, riveted or connected by bolts. The connection to the shaft can also be made detachable or non-detachable. In large machines, the disks can also be composed of segments. The thickness of the pane to be selected depends both on manufacturing aspects and on the heat transfer of the respective material. Practical values are between 0.1 and 10 mm. However, the subject matter of the invention is not limited to these values.
Würden z.B. Invarstähle für einen großen Temperaturbereich zur Verfügung stehen, so wäre für die Scheiben theoretisch eine Rücksichtnahme auf Wärmeausdehnungskoeffizienten nicht erforderlich. Im Hinblick auf Preis und leichte Verarbeitbarkeit werden heute vorzugsweise Materialien, insbesondere Bleche bzw. Metallscheiben verwendet, die einen stark bemerkbaren Wärmeausdehnungskoeffizienten haben. Aus diesem Grunde erhalten die Scheiben k- bis 15 vorteilhafterweise konische Verjüngungen 22, die aufgrund von Messungen oder Berechnungen eines Isothermenfeldes 28, 29 festgelegt werden.If, for example, Invar steels were available for a large temperature range, theoretically no consideration of the coefficient of thermal expansion would be necessary for the panes. With regard to price and ease of processing, materials, in particular sheets or metal disks, are used today, which have a strongly noticeable coefficient of thermal expansion. For this reason, the disks k 1 to 15 advantageously have conical tapers 22 which are established on the basis of measurements or calculations of an isothermal field 28, 29.
Die Verjüngungen 22 werden dabei so gewählt, daß nach Einstellung der maximalen Arbeitstemperatur an der Peripherie 30 durch die Wärmedehnungen diese Verjüngungen . gerade wieder- kompensiert sind. Weiterhin sind die Schlitze 23 aufgrund des Ausdehnungskoeffizienten der verwendetenThe tapers 22 are chosen so that after Setting the maximum working temperature at the periphery 30 through the thermal expansions of these tapers. are just re-compensated. Furthermore are the slots 23 due to the expansion coefficient of the used
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Scheiben und des Isοthermenfeldes 28, 29 so zu dimensionieren,■daß deren keilförmige Öffnung ebenfalls bei maximaler 'Beharrungstemperatur an der Peripherie 30 gerade kompensiert wird. Auf diese Weise stellt sich, bei Betrieb mit der Arbeitstemperatur sowohl in axialer als auch in Umfangsrichtung eine geschlossene Oberfläche ein. Die Anzahl.und Lage der Schlitze 23 ist unter Berücksichtigung der mechanischen Festigkeit der Scheiben beliebig wählbar.Discs and the Isothermenfeldes 28, 29 so too dimension, ■ that their wedge-shaped opening also at maximum 'steady-state temperature at the periphery 30 is being compensated. In this way it turns out to be Operation with the working temperature in both axial and a closed surface also in the circumferential direction. The number and position of the slots 23 must be taken into account the mechanical strength of the panes can be selected as required.
Die Funktion der vorgeschlagenen Schlitze kann aber auch durch schräg angeordnete Trennfugen erfüllt werden, die dem Material der Scheibe unter dem Einfluß von Wärmespannungen seitliche Ausweichmöglichkeiten bieten. Durch Verminderung der Scheibendicke an den Stellen 27 erhält die seitliche Ausweichbewegung genügend Spielraum, so daß bei maximaler Arbeitstemperatur die daneben angeordnete Scheibe dadurch nicht gestört wird.The function of the proposed slots can also be fulfilled by obliquely arranged parting lines that the Material of the pane under the influence of thermal stresses offer lateral evasions. By diminishing the slice thickness at the points 27, the lateral evasive movement receives enough leeway so that at maximum Working temperature the pane next to it is not disturbed.
Die Anwendung ist nicht nur auf das vereinfacht dargestellte Beispiel eines Rotors für DrehkolbenmascMnen beschränkt, sondern ist auch auf die Gehäuseteile anwendbar. Weiterhin gelten die Erläuterungen nicht nur für geradverzahnte sondern auch für schrägverzahnte Drehkolben, insbesondere für Schraub endrehko Ib enma.sch.inen.The application is not limited to the simplified Example of a rotor for rotary piston machines limited, but is also applicable to the housing parts. Furthermore, the explanations apply not only to straight-toothed but Also for helical rotary lobes, especially for screw end caps.
Dadurch, daß die Wärmedehnungen nicht nur in axialer Richtung und wie bisher in radialer Richtung sondern nun auch noch in Umfangsrichtung die Möglichkeit haben, erfindungsgemäß dreidimensional frei zu wirken, werden dise bisher beobachteten Verwerfungen auch bei hohen Temperaturen, d.h. 1000 C und mehr, vermieden.Because the thermal expansions are not only in the axial direction and, as before, in the radial direction, but now also have the possibility according to the invention in the circumferential direction So far, they have been observed to appear three-dimensionally free Warping even at high temperatures, i.e. 1000 C. and more, avoided.
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Besonders vorteilhaft kann die Erfindung auf Rötationskolben-BrennkraftmascMnen mit Schraubendrehkolben nach der Deutschen Patentschrift Nr. 1 751 091 angewendet werden, weil durch die dort mögliche isotherme Expansion für alle Scheiben eines Drehkolbens die thermischen Belastungen'schon vom Arbeitsverfahren her gleichmäßig sind.The invention can be applied particularly advantageously to reddening piston internal combustion engines applied with screw rotary piston according to German Patent No. 1 751 091 because, due to the isothermal expansion possible there for all disks of a rotary piston, the thermal Loads evenly in terms of the working process are.
K Patentansprüche
3 Figuren K claims
3 figures
5098|7_/01 055098 | 7_ / 01 05
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2364727A DE2364727A1 (en) | 1973-12-27 | 1973-12-27 | Adjacent-disc rotor or housing for screw rotary piston engine - has tapered slotted discs to compensate thermal expansion |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2364727A DE2364727A1 (en) | 1973-12-27 | 1973-12-27 | Adjacent-disc rotor or housing for screw rotary piston engine - has tapered slotted discs to compensate thermal expansion |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2364727A1 true DE2364727A1 (en) | 1975-07-03 |
Family
ID=5902051
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2364727A Pending DE2364727A1 (en) | 1973-12-27 | 1973-12-27 | Adjacent-disc rotor or housing for screw rotary piston engine - has tapered slotted discs to compensate thermal expansion |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2364727A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5310320A (en) * | 1990-04-27 | 1994-05-10 | Svenska Rotor Maskiner Ab | Rotor for a rotary screw machine having internal member and external shell made of pressed metal powder |
-
1973
- 1973-12-27 DE DE2364727A patent/DE2364727A1/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5310320A (en) * | 1990-04-27 | 1994-05-10 | Svenska Rotor Maskiner Ab | Rotor for a rotary screw machine having internal member and external shell made of pressed metal powder |
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