DE2720498A1

DE2720498A1 - Drehschieberkompressor

Info

Publication number: DE2720498A1
Application number: DE19772720498
Authority: DE
Inventors: Raymond Louis Guzy; Rajesh Navnitlal Sheth
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1976-05-28
Filing date: 1977-05-06
Publication date: 1977-12-29
Also published as: AU2428277A; GB1551679A; BR7703292A; MX144932A; FR2352969B1; IT1081721B; FR2352969A1; US4032270A; AU509470B2; JPS52145807A; CA1071597A

Description

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 Rotor. Der Rotor wird in einer Zylinderkammer oder einem Stator angeordnet und so montiert, daß seine Achse gegenüber der Achse 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. Grundsätzlich 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 Hochgeschwindigkeitsbetrieb, injdem die Zentrifugalkräfte die Schieber

j spitzen in Berührung mit der Zylinderwand halten können, führen

i
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 Drehshieberkompressor mit einer Art Blattfeder in der Unterseite des Schieberschlitzes; diese befindet sich mit ihrer konvexen Seite in Berührung 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.

Die US-Patentschrift 3 191 503 zeigt eine Vorrichtung zur Handhabung von Strömungsmittel mit Gleitschiebern. Hier werden O-Ringe aus elastomerem Material unterhalb der Schieber verwendet,um diese nach außen zu 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 Zjiinderwand zu halten.

Wird eine Blatt- oder Spiralfeder in einem typischen Drehschieberkompressor 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 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 auftretenden Federdurchbiegung zu minimalisieren, insbesondere den gesamten Bewegungsweg bei jeder Kompression und jeder Entspannung der Feder.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Hauptanspruch beschriebene Erfindung gelöst; vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. j

Bei der Erfindung ergibt sich außerdem eine besonders gute Lastverf

I teilung. Dies wird dadurch erzielt, daß der gekrüirante ScHeberunterf

rand formmäßig an eine brückenartige, aus Gummi und Metall zu- ;

sammengesetzte Federanordnung angepaßt wird. Außerdem dämpft die '

i von der Metallfeder gebildete Oberfläche zusammen mit dem Gummi- bzw. elastomeren Element den Lärm während des Betriebs. Die Gewebe-Verschleißfläche verlängert die Lebensdauer der Gesamtanord-i nung, wodurch sich teuere Wartungsarbeiten erübrigen, die sich aus dem Ausfall der Feder ergeben könnten. ;

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 öl und/oder Kühlmittel in die Unterschieberräume verteilt und wieder einsammelt. Außerdem ergibt sich eine sofortige Pumpwirkung beim

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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 der 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 Ele- ,

nents; !

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.

In den Fign. 1 und 2 ist ein typischer Drehschieberkompressor herkömmlicher Bauweise dargestellt. Er enthält ein Statorgehäuse j 10 mit einem Zylinderblock 12. Dieser weist eine Kreisbohrung aui 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 Schieber-I

schlitz hin- und herbewegen, wobei ihr oberer Rand 34a dauernd j

I 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 indan Kompressionsraum 26 eingelassen. Das Gas wird über eine Reihe von öffnung 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 strömt 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, das in Fig. 4 teilperspektivisch dargestellt ist. Es enthält eins erste Komponente in Form einer flachen Feder 62 aus Federstahl oder einer anderen geeigneten Legierung mit guten Verschleißcharakteristiken, die eine große Zahl von Biegungen bei hoher Frequenz überdauert. Mit dem Federelement ist ein elastomerer Dämpfer 64 verbunden, der vergrößerte, kugelförmige Endabschnitte

65 sowie einen Mittelabschnitt 66 besitzt. Letzterer besitzt eine verhältnismäßig geringe Querschnittsfläche verglichen mit den Endabschnitten. Die kugelförmigen Endabschnitte 65 des Dämpfers

66 sitzen in komplementären Sockeln 67, die in den Enden der Schieberschlitze 32 ausgebildet sind. Aufgrund dieser Anordnung ergeben sich Schwenkpunkte an jedem Ende. Dadurch wird der Abrieb der Enden des elastischen Elements 60 am Boden des Schlitzes minimalisiert. Außerdem wird das elastische Element am Ort innerhalb des Schieberschlitzes beim Zusammenbau und beim Betrieb der Pumpe gehalten.

Mit der Umfangsfläche des elastomeren Dämpfers 64 ist eine Verschleißschicht 68 verbunden, die aus gewobenem Nylon oder einem anderen geeigneten Gewebe hergestellt ist, welches gute Verschleißcharakteristiken aufweist und ohne zu versagen elastisch bei hohen Frequenzen dehnen kann.

Wie am besten aus Fig. 5 zu erkennen ist, ist der untere Rand 34b von jedem Schieber gekrümmt; hierdurch ergibt sich ein konvex geformter Rand, der mit der flachen Federkomponente 62 des

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elastischen Elements 60 in Berührung gebracht werden kann. Wenn die Schieber vollständig ausgefahren sind, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, liegt das elastische Element 60 flach über die gesamte Schieberschlitzzone. In diesem Zustand ist das elastische Element überhaupt nicht ausgelenkt; kein Abschnitt von ihm befindet sich unter Kompression oder Zug.

Wie am besten aus Fig. 6 zu erkennen ist, nimmt das elastische Element 60 nach Berührung mit dem konvex geformten Rand 34b im wesentlichen dieselbe Kontur wie der untere Rand ein. Der elastomere Abschnitt wird nach unten gedrückt, so daß der Mittelabschnitt 66 eng am Boden des Schieberschlitzes ist. Die kugelförmigen Endabschnitte 65 werden nach außen in Berührung mit dem Boden des Schieberschlitzes verschoben, wobei sich eine Reibberührung zwischen der Oberfläche des Schieberschlitzes und den Oberflächen der Endabschnitte 65 ergibt. In diesem Zustand drückt die Feder den Schieber nach oben gegen die Innenwand des Zylinders oder Stators. Dies führt dazu, daß nach dem Starten eine sofortige Pumpwirkung auftritt, bevor noch ausreichend Zentrifugalkräfte erzeugt sind, welche die Schieber in Berührung mit der Zylinderwand halten könnten.

Eine lang andauernde, mit hoher Frequenz erfolgende Biegung des elastischen Elements 60 setzt die Endabschnitte 65 einem starken Abrieb aus. Insbesondere sind die Oberflächen der Endabschnitte 65 in Reibberührung mit dem Boden des Schieberschlitzes. Durch die zusätzliche Verschleißschicht 68 in Form eines Gewebes werder die Endabschnitte 65 vor Abrieb geschützt, was in ausgeprägter Weise die Lebensdauer verlängert. -11-

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] Zur Herstellung des Elements 66 kann eine Vielzahl elastomerer

' Stoffe verwendet werden. Sie sollten der Öl- bzw. Kältemittel

! enthaltenden Umgebung widerstehen können, in der sie bei Einsatz

j in der Kälte- bzw. Klimatechnik arbeiten müssen. Geeignete ι Materialien sind beispielsweise Uretan, Nitril, Epychlorohydrin,

Fluorkohlenstoff- und Silikongummis.

ι Zur Bildung der Verschleißschicht 68 kann eine ganze Anzahl veri i

I schiedener Gewebe verwendet werden. Diese Stoffe müssen jedoch ι elastisch sein, damit sie sich bei der Deformation der zusammengesetzten Feder deren Oberflächen anpassen können. Die Stoffe

I sollten sich möglichst um mindestens 25%, vorzugsweise um mehr

ι als 50% in mindestens einer Richtung dehnen lassen wobei sie sich in hohem Maße erholen sollten. Solche dehnbare Gewebe sind im Handel erhältlich; dabei handelt es sich um Nylon-, Polyester

¹ und ähnliche Gewebe. Diese weisen die notwendigen Dehnungseigenschaften sowie die guten Verschleißeigenschaften auf; auch sind sie gegen die Umgebung aus öl und Kältemittel resistent, in wel-

I eher diese Pumpen betrieben werden.

¹ Ein zu Zwecken der vorliegenden Erfindung geeignetes Gewebe wird

I ;

j von der Firma Stern und Stern Textile Corporation unter dem Be-

|zugszeichen A-3274/2 vertrieben. Es handelt sich dabei um ein j

j Nylongewebe mit einer Fadenzählung von 104 χ 70, welches j 6 bis 6,7 Unzen pro Quadratyard wiegt. Dieses Gewebe läßt sich !

nur in Richtung des Füllers dehnen; es besitzt eine Zerreiß-

! festigkeit von 180 psi und eine Dehnbarkeit von 100 %. In I Kettrichtung besitzt da*-.Gewebe .eine. Zerreißfestigkeit von

-12-

400 psi. Das Gev/ebe ist mit einem Resorzinol-Formaldehyd-Harz oberflächenbehandelt. Dadurch ergibt sich eine verbesserte Adhäsion zwischen dem Gewebe und dem Gummibestandteil. Es ist wesentlich, daß das Gewebe bei der Aufbringung auf die Oberflächen der zusammengesetzten Feder so orientiert ist, daß die Dehnrichtung (Füllerrichtung) des Gewebes mit der Längsachse des elastischen Elements zusammenfällt. Das Gewebe dehnt sich dann beim wiederholten Durchbiegen der zusammengesetzten Feder und wird nicht durch Scherbeanspruchungen losgerissen.

Die zusammengesetzte Feder läßt sich durch Kompressionsguß herstellen. Zuerst wird die Gußform mit dem Gewebe ausgekleidet, das vorgeschnitten und in der Form so ausgerichtet wird, daß die Dehnrichtung (Füllerrichtung) des Gewebes in Richtung der Längsachse zeigt. Ein gegossener Rohling des Gummibestandteiles wird dann in der Gußform angeordnet. Die Blattfeder, die mit einem geeigneten Klebstoff, beispielsweise Ty Ply BN von der Firma Hughson Chemical Corp., überzogen ist, wird in die Gußform gelegt; die Gußform wird geschlossen und unter Druck verklammert, danach wird sie erhitzt, wobei das elastische Teil hergestellt und der Gummi und die Klebstoffbestandteile abbinden. Nach dem Abkühlen und Entfernen aus der Gußform ist die zusammengesetzte Feder fertig. Diese Art der Gußherstellung ist eine von vielen, die bei der Verarbeitung von Gummi bekannt sind. Es sind somit viele Variationen möglich und auch zur Verbesserung von Arbeitsgeschwindigkeit und Preis der Herstellung wünschenswert.

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L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche

Θ Drehschieberkompressor mit einem zylindrischen Rotor, der eine Mehrzahl ausfahrbarer Schieber aufweist, welche sich in komplementären Schieberschlitzen befinden, gekennzeichnet durch ein elastisches Element (60), welches gegen den radial inneren Abschnitt der Schieber (34) in Berührung gebracht werden kann und bei Berührung durch die Schieber (34) nach unten durchbiegt, eine zusammengesetzte Struktur ist und ein Metallfederteil (63), welches von dem radial inneren Abschnitt (34b) der Schieber (34) berührt werden kann, ein elastomeres Element (64), welches mit dem Federteil (62) verbunden ist, sowie eine Verschleißfläche (68) an dem elastomeren Element (64), welche aus einem dehnbaren Gewebe hergestellt ist, umfaßt.
2. Drehschieberkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Element (64) kugelförmige Endabschnitte (65) umfaßt, die in komplementären Sockeln (67) aufgenommen -2-

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ORIGINAL INSPECTED

werden, welche an den Enden von jedem Schieberschlitz (32) ausgebildet sind, und daß eine Verschleißfläche (68) aus einem dehnbaren Gewebe auf dem elastomeren Element (64) vorgesehen ist.
3. Drehschiebergewebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dehnbare Gewebe sich elastisch um mindestens 25 % in der Länge dehnen läßt.
4. Drehschiebergewebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dehnbare Gewebe aus Nylon und/oder Polyester gewobenem Material besteht, das um mindestens 25% in der Länge gedehnt werden kann.

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