DE2720472A1 - Drehschieberkompressor - Google Patents

Description

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Drehschieberkompressor

Die Erfindung betrifft einen Drehschieberkompressor nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Drehschieberkompressoren sind in vielen Ausbildungsarten bekannt. | Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem herkömmlichen Typ] bei dem der Rotor mit einer Mehrzahl ausfahrbarer Schieber versehen ist. Jeder solcher Schieber befindet sich in einem im wesentlichen radial orientierten oder schrägen Schieberschlitz im j

Rotor. Der Rotor wird in einer Zylinderkammer oder einem Stator angeordnet und so montiert, daß seine Achse gegenüber der Achse j

ι des zylindrischen Stators versetzt ist. Auf diese Weise wird ein im wesentlichen halbmondförmiger Gasarbeitsraum gebildet. Der Rotor gleitet über einen Abschnitt der Zylinderwand. Der Berührungspunkt trennt die Niedrigdruckseite von der Hochdruckseite. Eine Einlaßöffnung steht mit einer Seite des Gasarbeitsraumes und eine Ausstoßöffnung steht mit der entgegengesetzten Seite in Verbindung. Gas wird zwischen benachbarten Schiebern eingefangen und durch die Kompressionszone geführt. Das Volumen jeder Tasche, die zwischen benachbarten Schiebern, dem Rotor und den Statorflächen gebildet wird, wird schmäler, wenn sie sich der Ausstoßöffnung nähert. Dadurch wird das darin eingefangene Gas komprimiert.

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Beim Betrieb von Kompressoren dieser Art tritt häufig das Problem auf, daß die Spitze der Schieber manchmal nicht In Berührung mit der Zylinderwand des Stators bleibt. Dies gilt Insbesondere beim Starten, wenn sich der Rotor mit niedrigen Drehgeschwindigkeiten bewegt. Die Zentrifugalkraft, die normalerweise die Schieber nach außen drückt, reicht dann nicht aus, das Vakuum zu überwinden, welches erzeugt wird, wenn sich die Schieber aus ihrer radial innersten Stellung zu dem Punkt unmittelbar gegenüber dem Berührungspunkt bewegen. Dabei handelt es sich um eine Art Stoßdämpfereffekt, der äußerst wirkungsvoll dem Auswärtsschub der Schieber entgegenwirkt.

Es sind verschiedene Maßnahmen bekannt, wie die Schieberspitzen ^!

in Berührung mit der Zylinderwand gehalten werden können. Grund- i

i sätzlich können diese Maßnahmen in zwei Kategorien eingeteilt werden: Mechanische (beispielsweise Federn) einerseits und hydraulische oder pneumatische andererseits.

In der US-Patentschrift 3 376 825 ist ein Drehschieberkompressor mit einem blattfederartigen Element zwischen dem radial inneren Abschnitt des Schiebers und dem Boden des Schieberschlitzes beschrieben. Die Feder ist dabei folgendermaßen gebaut: Beim Hoch geschwindigkeitsbetrieb, in dem die Zentrifugalkräfte die Schiebe spitzen in Berührung mit der Zylinderwand halten können, führen gerade diese Zentrifugalkräfte zu einem Kollabieren der Feder gegen den radial inneren Rand des Schiebers; dadurch wird die Feder als Federelement unwirksam.

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Die US-Patentschrift 1 984 365 beschreibt einen Drehschieberkompressor mit einer Art Blattfeder in der Unterseite des Schieber-Schlitzes; diese befindet sich mit ihrer konvexen Seite in Be-

j rührung mit dem Mittelabschnitt des Schieberrandes, der im wesentlichen gerade ist.

! Auch das US-Patent 2 045 014 beschreibt eine Blattfeder, deren Enden im Boden des Schiebers eingebettet sind.

j Die US-Patentschrift 3 191 503 zeigt eine Vorrichtung zur Hand-

habung von Strömungsmittel mit Gleitschiebern. Hier werden O-Ring^

aus elastomerem Material unterhalb der Schieber verwendet,um dies£ ! nach außen zur drücken.

Die US-Patentschrift 1 857 276 steht für eine große Zahl von Vorveröffentlichungen, bei denen Strömungsmitteldruck unterhalb der Schieber dazu verwendet wird, die Schieberspitzen in Berührung an der Zylinderwand zu halten.

Wird eine Blatt- oder Spiralfeder in einem typischen Drehschieber kompressor verwendet, läßt sich eine ausreichende Lebensdauer nur sehr schwierig erreichen. Bei jeder Umdrehung des Rotors wird die Feder komprimiert und entspannt. Da die Kompressoren bei mehreren

hundert Umdrehungen pro Minute arbeiten, ist offensichtlich, daß ι
die Federn mit ungewöhnlich hohen Wiederholungsraten ausgelenkt

' werden und daher bald ermüden.

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Größe der Durchbiegung des elastischen Teiles zu minimalisieren und insbesondere den seitlichen Bewegungsweg der Federenden und die hieraus folgende Abnutzung der Feder zu beschränken oder vollständig zu eliminieren.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch beschriebene Erfindung gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Dadurch, daß der gekrümmte Schieberboden an eine zusammengesetzte Federanordnung aus Gummi und Metall angepaßt wird, er- j gibt sich eine hervorragende Lastverteilung. Die Verschleißfläche die von der Metallfeder gebildet wird, dämpft zusammen mit dem Gummi- bzw. elastomeren Element den Lärm während des Kompressorbetriebs. Die elastomere oder Gummikomponente ist insbesondere so gebaut, daß der Anteil des Gummis, der ausgelenkt wird, auf ein Minimum reduziert ist und so die Lebensdauer der zusammengesetzten Feder erhöht wird.

j Die Gesamtanordnung ist kompakt, mit geringen Kosten einzubauen;

besondere Abwandlungen an herkömmlichen Kompressorteilen sind nicht erforderlich.

Da keine hydraulischen Einrichtungen vorgesehen sind,um die Schieber ausgefahren zu halten, muß keine Schmiermittelpumpe oder eine andere Vorrichtung vorgesehen werden, welche Ul und/oder Kühlmittel in die Unterschieberräume verteilt und wieder einsammelt. Außerdem, ergibt sich ?in< ggfortl Fnkving

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beim Starten; das Hämmern und damit die Schieberabnutzung, die von der verzögerten Bewegung des Schiebers in die ausgefahrene Stellung herrührt, wird verringert; die Rückwärtsdrehung beim Stillsetzen des Rotors wird eliminiert, die häufig durch Ausgleich der¹

Drucke auf der Hoch- und der Niedrigdruckseite des Kompressors hervorgerufen wird. Es ergibt sich eine geringere Ausstoßgastemperatur.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Drehschieberkompressor gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie 2-2 von Fig. 1;

Fig. 3 einen stark vergrößerten Schnitt, der die Beziehung zwischen dem elastischen Element und dem Schieber sowie dem Schieberschlitz darstellt; '

Fig. 4 die perspektivische Teilansicht des elastischen Elements; i

Fig. 5 einen Querschnitt gemäß Linie 5-5 von Fig. 3;

Fig. 6 eine Ansicht ähnlich der Fig.5, in der jedoch das elastische Element vollständig durchgebogen dargestellt ist.

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In den Fign. 1 und 2 ist ein typischer Drehschieberkompressor herkömmlicher Bauweise dargestellt. Er enthält ein Statorgehäuse 10 mit einem Zylinderblock 12. Dieser weist eine Kreisbohrung auf, die durch ihn hindurch verläuft und eine Zylinderwand 14 bildet, sowie eine vordere Endplatte 16 und eine hintere Endplatte 18. Innerhalb des Gehäuses 10 ist ein Rotor 20 vorgesehen, der mit der Antriebswelle 22 verbunden ist und von dieser angetrieben wird. Der Rotor ist exzentrisch innerhalb des Zylinders 14 angebracht, so daß er im Lauf mit der Zylinderwand 14 an einem Berührungspunkt 28 eng anliegt und einen halbmondförmigen Gasarbeitsraum bzw. einen Kompressionsraum 26 bildet. Der Rotor ist mit einer Mehrzahl von Schieberschlitzen 30 versehen. Jeder dieser Schieberschlitze besitzt eine Bodenfläche 32 und nimmt Schieber 34 auf. Diese können sich innerhalb von jedem Schieberschlitz hin- und herbewegen, wobei ihr oberer Rand 34a dauernd in Berührung mit der Zylinderwand 14 steht. Es ist zu erkennen, daß die unteren Seiten von jedem Schlitz, der untere Rand 34b der Schieber 34 und der Boden des Schieberschlitzes 32 einen Raum abgrenzen, der hier als "Unterschieberraum" bezeichnet wird und das Bezugszeichen 35 trägt.

Über den Anschluß 36 und den Kanal 38 wird Sauggas in den Kompressionsraum 26 eingelassen. Das Gas wird über eine Reihe von öffnungen 42 (in der Nähe des Berührungspunktes) ausgestoßen,die von reed-artigen Ausstoßventilen 44 bedeckt sind. Der Weg dieser Ventile ist durch Ventilanschläge 45 begrenzt. Das Ausstoßgas sfcrömt in die Kammer 50 und von dort in den Kanal 52 in der hinteren Platte 18 und durch die Verbindung 54 aus.

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Zwischen dem unteren Rand von jedem Schieber und dem Boden des Schieberschlitzes 32 befindet sich ein elastisches Element 60, welches in Fig. 4 teilweise perspektivisch dargestellt ist. Es enthält eine erste Komponente in Form einer flachen Feder 62, die aus Federstahl oder einer anderen geeigneten Legierung mit guten Verschleißcharakteristiken hergestellt ist, die eine große Anzahl von Biegungen bei hoher Frequenz aushält. Mit dem Federelement ist ein einstückiger, gegossener elastomerer Dämpfein

64 verbunden. Dieser weist im wesentlichen zylindrisch geformte Endabschnitte 65 auf, die über pfeilerartige Abschnitte 66 verbunden sind. Diese tragen die äußeren Enden eines Federtrageabschnitts 67 mit einem verhältnismäßig kleinen Querschnitt, verglichen mit den Endabschnitten. Die zylindrisch geformten Enden

65 des Dämpfers 64 sitzen in komplementären Sockeln 68, die in den Enden des Schieberschlitzes 30 ausgebildet sind. Hierdurch wird der Dämpfer 64 innerhalb des Schieberschlitzes in richtiger Ausrichtung auf den Schieber beim Einbau und in Betrieb gehalten.

Wie am besten in Fig. 5 zu erkennen ist, ist der untere Rand 34b von jedem Schieber gekrümmt, so daß sich ein konvex* geformter Rand ergibt, der mit der flachen Feder 62 des elastischen Elementes 60 in Berührung gebracht werden kann. Die pfeilerartigen Abschnitte 66 sind untereinander so verbunden, daß ein gekrümmter Rand gebildet wird, der im wesentlichen zu der Form des unteren Randes 34b des Schiebers komplementär ist. Die pfeilerartigen Abschnitte 66 gehen in den Federtrageabschnitt über Eckenzonen 66a über. Wenn die Schieber vollständig ausgefahren sind, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, liegt das elastische

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Element 60 über die gesamte Schieberschlitzzone hinweg flach. In diesem Zustand ist das elastische Element vollständig unausgelenkt; kein Abschnitt befindet sich unter Kompression oder unter Spannung.

Wie am besten aus Fig. 6 zu erkennen ist, befindet sich das

elastische Element 60 nach der Berührung mit dem konvex geformten Rand 34b in einem Zustand, in dem der Federtrageabschnitt im wesentlichen dieselbe Form wie der untere Rand 34b einnimmt. Er wird dabei nach unten gedrückt und von den komplementär geformten Pfeilerabschnitten aufgenommen. Es ist wesentlich, daß die Kompression des Gummibestandteils vermieden wird, da hochfrequente Kompressionskräfte zu einer raschen Verschlechterung des elastomeren führen würden. Daher übersteigen die kombinierten Dicken des Federtrageabschnitts 67 und der Pfeilerabschnitte 66 nicht die minimale vertikale Höhe, die an einem beliebigen Punkt innerhalb des Unterschieberraums 35 gegeben ist. Außerdem sind die Eckenzonen 66a vollständig entlastet, um zu verhindern, daß sich Kompressionsbeanspruchungen im Gummi ergeben, wenn die Feder vollständig eingerückt ist. In diesem Augenblick ist die Feder in einem Zustand, in welchem sie den Schieber nach oben gegen die innere Zylinderwand bzw. den Stator andrückt. Dies führt dazu, daß beim Starten eine sofortige Pumpwirkung eintritt, bevor noch ausreichend Zentrifugalkräfte erzeugt werden, welche die Schieber in Berührung mit der Zylinderwand halten könnten.

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Bei der Herstellung des Elements 64 kann eine Vielzahl von elastomeren Stoffen verwendet werden. Sie müssen jedoch gegenüber der Umgebung aus öl und Kältemittel resistent sein, in der sie bei Anwendung in der Kälte- bzw. Klimatechnik arbeiten müssen. Geeignete Materialien sind beispielsweise Uretan-, Nitril, Epychlorohydrin-,Fluorkohlenstoff- und Silikonguininis. Das Element 64 kann in einem Kompressionsgußverfahren gebildet werden, wie es in verschiedener Art bei der Verarbeitung von Gummi bekannt ist. Das metallene Federelement kann mit dem Element 64 beim Gießprozeß verbunden werden oder in einem j nachfolgenden Arbeitsschritt. Klebstoffe, die für die Verbindung geeignet sind, sind in großer Zahl erhältlich; ein solcher Klebstoff ist TyPIy-BN, erhältlich von der Hughson Chemical Corporation.

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Claims (3)

Pid. ι-·-· ■ h ^uckv D>pi. Piv,^. W- ,resten. MozarUtr. 23 BORG-WARNER CORPORATION South Michigan Ave. München, 5. Mai 1977 Chicago, 111.60604, USA Anwaltsakte: M-4249 Patentansprüche

1. Drehschieberkompressor mit einem zylindrischen Rotor,der eine Mehrzahl ausfahrbarer Schieber aufweist, welche in komplementären Schieberschlitzen aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der radial innere Abschnitt der Schieber (34) mit einem konvexen Rand (34b) versehen ist, daß ein elastisches Element (60) in Berührung mit dem konvexen Rand (34b) gebracht werden kann, welches einen Zwischenabschnitt (67) besitzt, der normalerweise einen Abstand vom Boden der Schieberschlitze (30) besitzt und bei Berührung durch den Schieber (34) nach unten durchbiegen kann und von pfeilerartigen Abschnitten (66) getragen wird, die miteinander so verbunden sind, daß sich ein konkaver Rand ergibt, der den Zwischenabschnitt (67) aufnehmen kann, wenn er nach unten durchgebogen ist.

2. Drehschieberkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Elemente (60) zylindrisch geformte

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ORIGINAL INSPECTED

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Endabschnitte (65) aufweisen, die von komplementären Sockeln aufgenommen werden, welche am Ende von jedem Schieberschlitz (30) ausqebildet sind.

3. Drehschieberkompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (60) ein metallenes Federteil (62) und ein damit verbundenes elastomeres Teil (64) aufweist, wobei das Federteil (62) eine Verschleißfläche bildet, die von dem Rand des Schiebers (34) berührt werden kann.

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