-
Rotationsverdichter
-
Die Erfindung betrifft durch Injizieren von 1, Wasser oder einer
anderen Flüssigkeit geschmierte Rotationsverdichter, wie z. B. Schraubenkompressoren
oder Lamellenverdichter.
-
Typische durch injizierte Flüssigkeit geschmierte Rotationsverdichter
sind beispielsweise Schraubenkompressoren oder Vielzellen- bzw. Flügelradverdichter,
in denen Arbeitsräume öl, Wasser oder ein KUhlmittel eingefUhrt wird. Im folgenden
wird eine AusfUhrung des weitverbreiteten Schraubenkompressors mit Schmiermitteleinsprühung
beschrieben.
-
In den Fig.l und 2 sind Querschnitte eines herkömmlichen,
durch
EinsprUhen von Ö1 geschmierten Schraubenkompressors dargestellt, wobei Fig. 2 ein
Querschnitt längs der Schnittlinie II-II in Fig. 1 ist.
-
vin Kompressorgehäuse 1 ist in zwei Teile 1M und 1D unterteilt, die
durch Bolzen miteinander verbunden sind.
-
Im Gehäuse 1 befindet sich ein aus zwei sich Uberlappenden zylindrischen
Bohrungen gebildeter Arbeitsraum 2, ein zum Arbeitsraum 2 fUhrender Einlaß 3, ein
Auslaß 4 zum Abfördern des komprimierten Gases aus dem Arbeitsraum 2, eine in den
Arbeitsraum 2 mUndende Spritzöffnung 5 in der Mittellinie zwischen den beiden zylindrischen
Bohrungen des Arbeitsraumes 2, durch die das KUhl- und Schmiermittelöl in den Arbeitsraum
2 gespritzt wird, sowie vier Lagerkammern 6i, 6d, von denen nur zwei dargestellt
sind.
-
Im Arbeitsraum 2 sind zwei miteinander in Eingriff stehende Spindeln
7 und 8 vorgesehen, deren Wellenenden drehbar in Lagern 9 innerhalb der Lagerkammern
6i, 6d aufgenommen sind. Ein Wellenende der Spindel 7 erstreckt sich durch die Stirnwand
des Gehäuses 1 und trägt einen Läufer 11 eines Antriebsmotors 10. Der Motorständer
12 ist in einem am Verdichtergehäuse 1 befestigten Motorgehäuse 13 fest angeordnet.
Mit dem Auslaß 4 des Verdichtergehäuses 1 ist eine Förderleitung 14 verbunden, die
in einen Ölabscheider 15 mUndet. Eine Schmierölleitung 16 fUhrt von der Spritzöffnung
5 im Verdichtergehäuse 1 zu dem äußeren Mantelraum eines Kühlers 17, der aus einem
Mantel 18 und einer Vielzahl von Rohren 19 besteht. In diesen Rohren 19 fließt KUhlwasser,
das durch eine Leitung 20 zugefUhrt wird und Uber eine Rttcklaufleitung 21 abläuft.
An den Mantelraum des KUhlers 17 ist eine zum Ölabscheider 15 ftlhrende Schmierölleitung
22 angeschlossen.
-
In dem oberen Freiraum des Ölabscheiders 15 befindet sich ein Filter
29, der vom verdichteten Gas durchströmt wird und dabei die darin enthaltenen öltröpfchen
abscheidet, so daß ölfreies Gas durch eine Druckleitung 24 zum Verbraucher abgefUhrt
werden kann.
-
Von der Schmierölleitung 16 zweigt eine Leitung 25 ab, die in einen
im Verdichtergehäuse 1 ausgebildeten Schmierölkanal 26 zur ölzufuhr in die Lagerkammer
6i Ubergeht.
-
Kurz vor der SprUhöffnung 5 zweigt ein weiterer im Verdichtergehäuse
1 ausgebildeter Schmierölkanal 25 für die ölzufuhr zum Lager 6d ab.
-
Der Antriebsmotor 10 treibt die Spindel 7 mit äußeren Schraubengängen
an, die wiederum mit der innere Schraubengänge aufweisenden Spindel 8 in Eingriff
steht und diese in Drehbewegung versetzt. Bei einer Drehbewegung beider Spindeln
7 und 8 wird das Volumen des von den beiden Spindeln und dem Verdichtergehäuse begrenzten
Kompressionsraumes verringert und damit der Druck des durch den Einlaß 3 angesaugten
Gases erhöht, welches dann Uber den Auslaß 4 herausgedrückt wird.
-
Das als KUhl- und Schmiermittel wirkende öl fließt vom Sammelbehälter
des Ölabscheiders 15 durch die Leitung 22 in den Mantelraum 18 des ölkühlers 17.
In diesem Mantelraum 18 wird es durch das die Rohre 19 durchfließende KUhlmittel
gekUhlt und gelangt danach durch die Leitung 16 Uber die Spritzöffnung 5 in jeden
Kompressionsraum.
-
Das eingespritzte öl wird zusammen mit dem Gas aus dem Kompressionsraum
durch den Auslaß 4 abgeführt. Es strömt als Gemisch durch die Druckleitung 14 in
den ölabscheider 15, in dem die Trennung in Gas und Ö1 erfolgt. Das rückgewonnene
gebrauchte
Kühl- und Schmieröl sammelt sich am Boden des Ölabscheiders 15, während das Gas
nach Durchströmen des Filters 29 öIfrei zum Verbraucher gefördert wird.
-
Bei einem derartigen Schraubenkompressor mit Schmierölinjizierung
wird eine annähernd isothermische Verdichtung angestrebt, weil die inneren Wände
des Gehäuses 1, der beiden Spindeln 7 und 8 und das Gas in jedernKompressionsraum
durch das in diesen Raum injizierte Kühl- und Schmieröl gekUhlt wird.
-
In Untersuchungen der Druck- und Volumenänderungen in jedem Kompressionsraum
eines derartigen Sohraubenkompressors während des Kompressionsvorganges wurde jedoch
festgestellt, daß - entgegen dieser allgemein verbreiteten Ansicht - die Kompression
jedoch tatsächlich eher einer adiabatischen Zustandsänderung entspricht. Diese Erkenntnis
wird auf die Tatsache zurUckgeführt, daß der überwiein gende Anteil des/den Kompresslonsraum
durch dle Offnung 5 eingeführten Kühl- und Schmieröls direkt in flüssiger Form durch
den Auslaß 4 abgefördert wird, was zu einem ungenügenden Wärmeaustausch zwischen
dem flüssigen O1 und dem im Kompressionsraum eingeschlossenen Gas führt.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Rotationskompressor mit annähernd
isothermischer Verdichtung und verbessertem Wirkungsgrad zu schaffen, der eine relativ
geringe Antriebsleistung benötigt.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Flüssigkeit
in Form eines Nebels in den Kompressionsraum eingesprüht wird.
-
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Rotationsverdichter mit mindestens
einem Paar in einem gemeinsamen Gehäuse angeordneten Rotoren, die zusammen mit der
Gehäusewand sich kontinuierlich verkleinernde Kompressionsräume begrenzen, und mit
in die Kompressionskammern mündende Zerstäuberdüsen, die die als Kühl, Schmier-
und/oder Abdichtmedium wirkende Flüssig keit in Form eines feinen Nebels in die
einzelnen Kompresslonsräume einsprühen.
-
In der Zeichnung sind einige bekannte sowie einige Ausführungen des
erfindungsgemäßen Kompressors dargestellt, die im folgenden ausführlich beschrieben
werden. Es zeigen: Fig. 1 einen bekannten Schraubenkompressor in schematischer Schnittdarstellung,
Fig. 2 den Kompressor nach Fig. 1 im Querschnitt längs der Schnittlinie II-II in
Fig. 1, Fig. 3 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Kompressorausführung,
Fig. 4 den Kompressor nach Fig. 3 im Querschnitt längs der Schnittlinie IV-IV in
Fig.3, Fig. 5 bis 7 verschiedene Ausführungen der erfindungsgemäß verwendeten Düse
zum Erzeugen eines Sprühnebels der Flüssigkeit.
-
Der Gesamtaufbau einer Kompressorausführung nach der Erfindung wird
im folgenden anhand der Fig. 3 und 4 und Einzelheiten der Düsen zum Erzeugen von
Sprühnebel anhand
der Fig. 5 bis 7 beschrieben.
-
Das Kompressorgehäuse 1 ist in zwei miteinander verschraubte Teile
1M und 1D unterteilt und enthält einen Arbeitsraum 2, bestehend aus zwei sich Uberlappenden
zylindrischen Bohrungen 2m und 2f, einem mit dem Arbeitsraum verbundenen Gaseinlaß
3,einem Auslaß 4 zum Abfördern von komprimiertem Gas aus dem Arbeitsraum, einer
in den Arbeitsraum 2 mündenden SprUhöffnung 5 in der Mittelebene zwischen den beiden
zylindrischen Bohrungen 2m, 2f zum Einfahren von KUhl- und Schmieröl in den Arbeitsraum
2, zwei in den Arbeitsraum 2 mUndende radiale Bohrungen 28m und 28f und aus vier
Lagerkammern 61, 6d (von denen in Fig. 3 nur zwei dargestellt sind).
-
Im Arbeitsraum 2 ist ein Paar Schraubenspindeln 7, 8 angeordnet,
deren Wellenenden in Lagern 9 innerhalb der Lagerkammern 6i, 6d drehbar aufgenommen
sind. Ein Wellenende der Schraubspindeln 7 durchragt die Stirnwand des Gehäuses
1 und trägt einen Läufer 11 eines Antriebsmotors 10.
-
Der dem läufer 11 zugeordnete Ständer 12 ist in einem am Verdichtergehäuse
1 befestigten Motorgehäuse 13 angeordnet. Eine Druckleitung 14 führt vom Auslaß
4 des Verdichtergehäuses zu einem ölabscheider 15. Eine Schmierölzuleitung 16 ist
mit ihrem einen Ende an der Sprühöffnung 5 und mit ihrem anderen Ende an dem Mantelraum
eines ölkühlers 1 angeschlossen, der aus einer Anzahl von Rohren 19 und Abstandsplatten
29 im Mantel 18 besteht. Durch eine Förderleitung 20 strömt Kühlwasser in die Rohre
19 und aus diesen Uber eine RUcklaurleitung 21 ab. Der Mantelraum des blkühlers
17 ist durch eine Schmierölleitung 22 mit dem
Sammler des Ölabscheiders
15 verbunden.
-
Im oberen Freiraum des Ölabscheiders 15 befindet sich ein Filter
23, der von dem verdichteten Gas durchströmt wird und dabei auch feinste Öltröpfohen
abscheidet, so daß ölfreies komprimiertes Gas Uber eine Druckleitung 24 zum Verbraucher
gelangt. Von der Schmierölleitung 16 zweigt mittig eine Leitung 25 ab, an die sich
ein 01 zur Lagerkammer 6i führender Kanal 26 im Verdichtergehäuse anschließt. Unmittelbar
vor ihrer AusmUndung in die SprUhöffnung 5 wird eine weitere (Ölmenge abgezweigt
und Uber einen Ölkanal 27 im Verdichtergehäuse 1 zu den anderen Lagern 6d gefördert.
-
In den Radialbohrungen 28m und 28f sitzen DUsen 30m, 30f, die durch
Leitungen 31m, 32f mit der (5leitung 16 verbunden und mit KUhl-Schmieröl beaufschlagt
sind.
-
Die in Fig.5 im einzelnen dargestellte DUse 30m bzw. 30f zur Erzeugung
eines Nebels aus dem KUhl-Schmieröl enthält einen DUsenkörper 32 mit einem Längskanal
33, der sich zu einem schmalen Stichkanal 336 oder einer Sprühörfnung verschmälert,
und einen in der Verlängerung des Stichkanals 33s fest angeordneten Querstift 34.
Ein in diesem schmalen Stichkanal 33s gebildeter scharfer Strahl aus KUhl-Schmieröl
prallt gegen den Querstift 34 und wird durch die Aufprallenergie in kleinste Tröpfchen
bzw. einen (5knebel zerstäubt.
-
Die DUsenausfUhrung nach Fig.6 enthält zwei oder mehrere schmale
Stichkanäle bzw. DUsenöffnungen 35a, 35b, die das innere Ende des Kanals 33 im DUsenkörper
32 bilden und gegeneinander geneigt angeordnet sind, so daß sich die Fortsetzung
ihrer Längsachsen im Punkt 06 schneiden. Bei dieser
DUsenausfUhrung
treffen die scharfen Kühl -5 chmi erölstrahl en aus den DUsenöffnungen bzw. Stichkanälen
35a, 35b im Punkt 06 aufeinander, wodurch eine Feinstverteilung und Nebelbildung
des Öls entsteht.
-
Die in Fig. 7 dargestellte Doppel-Dlsen-Anordnung weist im Gehäuse
zwei oder mehrere schmale Dlisenöffnungen bzw.
-
Stichkanäle 36a, 36b in der Wand in Ausrichtung mit der Düsenbaugruppe
auf, die gegeneinander geneigt ausgerichtet sind und deren verlängerte Längsachsen
sich in einem Punkt 07 schneiden. Bei dieser Ausführung sind die Ölleltungen 31m
und 31f unmittelbar an das Gehäuse 1 angeschlossen. Die Sprühwirkung und Nebelbildung
der im Punkt 07 aufeinander treffenden scharfen Ölstrahlen entspricht derjenigen
nach Fig.6 mit der Abwandlung, daß dieser Treffpunkt O in 7 einem vorbestimmten
Abstand innerhalb der den Arbeitsraum 2 begrenzenden Wandfläche liegt.
-
Der Antriebsmotor 10 treibt die äußere Schraubengänge aufweisende
Spindel 7 an, die durch ihren Eingriff mit der innere Schraubengänge aufweisenden
Spindel 8 diese in gegenläufige Drehbewegung versetzt. Bei einer Rotation der beiden
Spindeln 7 und 8 verringert sich das Volumen jedes Kompressionsraumes 37 zwischen
den beiden Spindeln und dem Verdichtergehäuse und das Uber den Einlaß 3 eingezogene
Gas wird entsprechend komprimiert und kann durch den Auslaß 4 abgedrUckt werden.
Der Förderdruck des Gases erzeugt die Kraft, mit der das Kühl-Schmieröl umgepumpt
wird.
-
Das (51 fließt aus dem olabscheider 15 durch die Leitung 22 in den
Mantelraum des OlkUhlers 17.auf seinem zickzackförmigen Weg längs der Platten 29
im Mantelraum 18 wird das
O1 durch das die Rohre 19 durchfließende
Kühlwasser abgekühlt und danach durch die Leitung 16 und die Sprühöffnung 5 in jeden
Kompressionsraum 37 des Arbeitsraumes 2 gefördert.
-
Eine Teilmenge des Ols wird von der Leitung 16 Uber die Zweigleitungen
31m und 31f zu den DUsen 30m, 30f abgezweigt, in denen es zerstäubt und in Form
von Nebeln n die jeweiligen Kompressionsräume 37 eingesprüht wird.
-
Das durch die ordnung 5 und die DUsen 30m, 30f in die Kompressionsräume
37 eingesprühte 01 kühlt die Wände des Arbeitsraumes 2, die Spindeln 7 und 8 sowie
das in den Kompressionsräumen eingeschlossene Gas, dichtet die Spalte zwischen den
Spindeln 7, 8 und dem Verdichtergehäuse 1 ab, schmiert deren Komponenten und wird
schlleBllchWusammen mit dem komprimierten Gas Uber dem Auslaß 4 abgefördert.
-
Das Gemisch aus Gas und KUhl-Schmieröl strömt durch die Druckleitung
14 in den Clabscheider 15, in dem es in Gas und 51 wieder getrennt wird. Am Boden
des olabscheiders sammelt sich das abtropfende 1, während das Gas Uber den Filter
23, in dem Restmengen an (Öl in Form von feinsten Tröpfchen aus dem Gasstrom abgeschieden
werden, Uber die Druckleitung 24 zum Verbraucher strömt.
-
Der bedeudentste Vorzug des vorstehend in seinem Grundaufbau beschriebenen
Kompressors besteht im Vorsehen von Einrichtungen zum feinsten Zerstäuben der in
den Arbeitsraum 2 injizierten Fltlssigkeit. Diese Fltissigkeit ist nicht auf O1
beschränkt, sondern kann Wasser oder ein anderes Kältemittel fUr Kälteerzeuger sein,
das nebelförmig in einen Arbeitsraum eingesprUht wird. Es besteht auch die Möglichkeit,
die Sprühöffnun5 wegzulassen und die FlUssigkeit
ausschließlich
durch Zerstäubereinrichtungen in den Arbeitsraum 2 einzuführen. Ferner kann statt
des durch den Kompressor erzeugten Förderdruckes ftlr die Fltlssigkeit auch eine
gesonderte Pumpe vorgesehen werden, um die KUhl- und SchmierflUssigkeit aus dem
Sammler des Ölabscheiders 15 zum Arbeitsraum 2 sowie zu den einzelnen Lagerkammern
6i, 6d Uber den ölkühler 17 zu fördern. Zur gesteuerten Zumessung der der Sprühöffnung
5 und den DUsen 30m, 30f zugeführten FlUssigkeitsmengen können auch einstellbare
Ventile oder ortsfeste Drosseln in den Leitungen 16, 25 und 31 angeordnet sein.
-
Wird als FlUssigkeit Wasser in den Arbeitsraum 2 eingesprüht, dann
ergibt sich keine Schmierwirkung. In diesem Falle ist es notwendig, ein Synchronisiergetriebezwischen
den beiden Schraubspindeln 7 und 8 vorzusehen, um das Drehmoment von der einen Spindel
auf die andere zu Ubertragen und sie gleichzeitig außer gegenseitiger Berührung
zu halten.
-
Wird ein flüssiges Kältemittel fUr KUhlaggregate oder Kälteerzeuger
verwendet, kann die geringe oder fehlende SchmierflUssigkeit des Kältemittels durch
Zumischen mit Schmieröl oder alternativ durch Einführen eines Schmierölstrahles
durch die mittige Offnung und Zerstäuben des Kältemittels in den DUsen 30m, 30f
Uberwunden werden. Wie vorstehend beschrieben, dient somit die zu einem Nebel in
den Arbeitsraum zerstäubte FlUssigkeit zum kombinierten Kühlen, Schmieren und Abdichten.
Der WärmeUbergang zwischen der Flüssigkeit und dem Gas in den Kompressionsräumen
wird auf diese Weise wesentlich verbessert, so daß der Kompressionsvorgang
anähernd
isothermisch abläuft. Der Verdichtungswirkungsgrad kann auf diese Weise bei geringerem
Energieverbrauch gesteigert werden.
-
Bei den in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungen sind die DUsen
30f und 30m senkrecht zur Innenwandfläche des Arbeitsraumes 2 montiert; sie können
jedoch zur Wandfläche auch geneigt ausgerichtet und in beliebigen Positionen mit
Beaug auf die Kompressionsräume 37 angeordnet werden.
-
L e e r s e i t e