DE3506375C2 - Spiralkompressor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Spiralkompressor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einem bekannten Spiralkompressor dieser Art (s. DE-OS 33 08 227) ist der Auslaß für das komprimierte Fluid im Zentrum der oberen Platte angeordnet, und das komprimierte Fluid wird über eine durch den Saugraum und den Tragrahmen führende Lei­ tung in den Druckraum geleitet. Dabei wird der Wirkungsgrad des Kompressors durch den Wärmeübergang zwischen dem kalten Fluid im Saugraum und dem komprimierten heißen Fluid in der Auslaßleitung beeinträchtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs er­ wähnten Kompressor derart auszubilden, daß der Wirkungsgrad besser ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß wie im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben ist gelöst.

Auf diese Weise wird erreicht, daß die Wärmeübergangsverluste geringer als im bekannten Falle sind, weil einerseits das komprimierte Fluid auf einem kürzeren Wege in den Druckraum geleitet wird und andererseits in einer solchen Art und Weise, daß es einen größeren Abstand von dem kalten unkomprimierten Fluid hält. Der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Kompres­ sors ist also besser als derjenige des bekannten.

Es sei erwähnt, daß es bereits bekannt ist, als Fluid- Ablußleitung eine Bohrung in der Welle der beweglichen Platte vorzusehen, s. DE-OS 24 28 228. Bei dieser bekannten Maschine sind jedoch beide Spiralelemente drehbar gelagert. Der An­ trieb erfolgt auch nicht mittels eines in einem Druckraum angeordneten Motors über eine Antriebswelle, eine Kurbel und einen Antriebszapfen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform des er­ findungsgemäßen Schneckenkompressors,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1 und

Fig. 3 den oberen Teil der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

Mit 10 ist ein Spiralkompressor bezeichnet. Dieser besteht aus einem oberen Gehäuseteil 11, das dicht mit einem unteren Gehäuseteil 12 verbunden ist. An letzterem sitzt oben ein Flansch 13, der den unteren Rand des Gehäuseteils 11 umgreift und mit diesem verschweißt ist. In dem Flansch 13, gehalten durch das obere Gehäuseteil 11, sitzt ein erster Tragrahmen 14. Ein O-Ring 15 befindet sich zwischen dem unteren Rand des oberen Gehäuseteils 11 und dem Rand des Tragrahmens 14 und dient als Dichtung. In gleicher Weise ist der erste Tragrah­ men 14 mit einem zweiten Tragrahmen 16 verbunden, wobei die Verbindung mittels eines O-Ringes 17 abgedichtet ist.

Der erste Rahmen 14 und der zweite Rahmen 16 tragen eine sta­ tionäre Platte 18. Diese befindet sich innerhalb des oberen Gehäuseteils 11. Fig. 2 zeigt vier Bolzen 19, die die statio­ näre Platte 18 mit dem zweiten Tragrahmen 16 verbinden. Eine Druckdichtung 20 sitzt auf einem Dichtring 20a, der seiner­ seits auf dem zweiten Tragrahmen 16 ruht, wobei sich auf der Druckdichtung 20 eine Platte 21, die Orbitalbewegungen, also Umlaufbewegungen ohne Drehung, ausführen kann, abstützt. Durch diese Druckdichtung wird das Volumen innerhalb der Gehäuse­ teile 11 und 12 in einen oberen Teil und einen unteren Teil geteilt. Die Unterseite der beweglichen Platte 21, die über den Dichtring 20 übersteht, ist dem Druck innerhalb des obe­ ren Gehäuseteils ausgesetzt. Der Teil der Oberfläche, der innerhalb des Dichtringes 20 liegt, ist dem Druck in dem un­ teren Gehäuseteil ausgesetzt. Das Verhältnis des Bereiches, der von der Druckdichtung 20 eingeschlossen wird, zu dem Be­ reich, der außerhalb derselben liegt, bestimmt den axialen Druck, der auf der beweglichen Platte 21 lastet, worauf wei­ ter unten noch näher eingegangen wird.

Unmittelbar unter der beweglichen Platte 21 befindet sich ein Kopf 22, der an der Oberseite einer Antriebswelle 23 sitzt. Die Antriebswelle wird von einem Elektromotor angetrieben, der aus einem Rotor 24 und einem Stator 25 besteht. In dem unteren Gehäuseteil 12 befindet sich ein dritter Tragrahmen 26, der den Motor unten abfängt. Das untere Ende der An­ triebswelle 23 sitzt in einem Lager 27, das sich in dem dritten Tragrahmen 26 befindet. Das obere Ende der Antriebs­ welle 23 und damit der Kopf 22 werden gehalten und zentriert durch ein Rollenlager 28, das sich in dem zweiten Tragrahmen 16 befindet. In dem Kopf 22 befindet sich exzentrisch relativ zu der Längsachse der Welle 23 ein Lager 29 für einen Zapfen 35, der auf der Unterseite der beweglichen Platte 21 sitzt.

Eine Drehung des Rotors 24 und der Welle 23 bewirkt, daß die Achse des Zapfens 35 eine Kreisbewegung um die Längsachse der Antriebswelle 23 beschreibt. Diese Rotationsbewegung wird in eine Orbitalbewegung der beweglichen Platte 21 umgewandelt, da der Zapfen 35 sich in dem Lager 29 dreht. Das Winkelver­ hältnis zwischen der beweglichen Platte 21 und der stationä­ ren Platte 18 wird durch eine Oldham-Kupplung üblicher Bauart aufrechterhalten, die Gleitblöcke 51, einen Kupplungsring 52 und Schlitze 53 in der beweglichen Platte 21 aufweist. Nur zwei Gleitblöcke 51 sind in den Figuren dargestellt. Jedoch sind üblicherweise zwei weitere Gleitblöcke vorgesehen, die auf einer Linie liegen, die senkrecht angeordnet ist zu der Linie zwischen den Gleitblöcken 51, die dargestellt sind. Die Gleitblöcke, die nicht zu sehen sind, sitzen auch an dem Kup­ plungsring 52, jedoch auf der anderen Seite desselben. Sie gleiten innerhalb von Schlitzen (nicht dargestellt), die in dem zweiten Tragrahmen 16 angeordnet sind.

An der beweglichen Platte 21 sitzt eine spiralförmig von außen nach innen verlaufende Wand 30, die sich zur stationä­ ren Platte 18 hin erstreckt. Eine ähnliche Wand 31 sitzt an der stationären Platte 18 und erstreckt sich zu der bewegli­ chen Platte 21 hin. Die sich berührenden Oberflächen der Wän­ de 30 und 31 definieren Kammern 33a, 33b und 33c, s. Fig. 2. Die Orbitalbewegung der Platten 18 und 21 relativ zueinander bewirkt, daß die Kammern 33 sich um die Achse der Wände 30 und 31 bewegen, und zwar zum Zentrum der Wände hin. Dabei werden sie kleiner, was dazu führt, daß das Fluid, das sich in den Kammern befindet, komprimiert wird.

Das Fluid, welches von dem Kompressor 10 komprimiert werden soll, tritt in das Gehäuse 11, 12 durch eine Saugleitung 34 ein. Das angesaugte Fluid umgibt die stationäre Platte und steht über mehrere Saugkanäle 35, die sich in einem Druckring 43 befinden, in Verbindung mit dem Bereich, der die äußeren Enden der Wände 30 und 31 umgibt. Das angesaugte Fluid sam­ melt sich in den Kammern 33, die sich bilden, wenn die Flä­ chen der Wände 30 und 31 in Kontakt miteinander treten. Wenn das komprimierte Fluid das Zentrum der Wände 30, 31 erreicht, also in die Kammer 33c gelangt, fließt es durch eine Abfluß­ leitung 36 im Zentrum des Zapfens 35 ab. Die Leitung 36 ver­ bindet die Kammer 33c mit einem Kanal 37 innerhalb des Kopfes 22.

Der obere Teil des Volumens innerhalb des Gehäuseteils 11 befindet sich also unter Saugdruck, während das untere Volu­ men innerhalb des Gehäuseteils 12 unter Kompressionsdruck steht. Dieser Druck wirkt auf die untere Fläche der bewegli­ chen Platte 21 über einen Bereich, der durch den Radius des Druckringes 20 bestimmt ist. Je größer der Radius des Druck­ ringes 20 ist, um so größer ist der Axialdruck auf die beweg­ liche Platte 21, der diese gegen die stationäre Platte 18 drückt. Der axiale Druck, der erforderlich ist, um eine adä­ quate Dichtung der Scheitel der Wände 30 und 31 im Zusammen­ wirken mit den Platten 18 und 21 zu erhalten, ist leicht in Abhängigkeit von dem Radius der Druckdichtung 20 bestimmbar.

Die Führung des komprimierten Fluids durch den Zapfen 35 in dem Kopf 22 ist vorteilhafter als die Führung des komprimier­ ten Fluids durch eine Leitung in der stationären Platte, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist. Indem das kompri­ mierte Fluid durch die Leitung 36 strömt, wird eine Wärme­ übertragung zwischen dem angesaugten Fluid und dem heißen, komprimierten Abfluß-Fluid vermieden.

Der Weg des komprimierten Fluids im Anschluß an die bewegli­ che Platte 21 ist in Fig. 3 durch die weißen Pfeile darge­ stellt. Nachdem das Fluid die Öffnung 38 durchflossen hat, fließt es durch einen Ringspalt zwischen dem Rotor 24 und dem Stator 25 und kühlt dabei den Motor. Das komprimierte Fluid strömt dann durch Ausflußöffnungen 40, die sich in dem drit­ ten Tragrahmen 26 befinden. So gelangt es in eine Kammer 41. Dann fließt es durch eine Abflußleitung 42 nach draußen.

Der untere Teil des Gehäuseteils 12 weist ein Öl-Reservoir 45 auf. Von diesem wird Öl durch eine Leitung 46, die mittels angeschraubter Fittings 48 mit dem ersten Tragrahmen 14 und mit der stationären Platte 18 verbunden ist, geführt. Das in dem Reservoir 45 befindliche Öl unterliegt dem Druck auf der Kompressionsseite, während das Ende der Leitung 49, die sich an die Leitung 46 anschließt, dem Saugdruck unterliegt. Diese Druckdifferenz treibt Öl durch die Leitung 46, 49. Die Boh­ rung in der Leitung 46 ist relativ klein, so daß der Ölstrom entsprechend reduziert ist. Er kann durch die Wahl des Durch­ messers der Bohrung auf ein bestimmtes Maß gebracht werden. Das durch die Leitung 49 gepreßte Öl wird auf die Gleitfläche eines Drucklagers 50 verteilt, das zwischen einem Druckring 43 und der Oberseite der beweglichen Platte 21 angeordnet ist. Die Relativbewegung der beweglichen Platte 21 gegenüber dem Drucklager 50 bewirkt, daß Öl um das Lager herum verteilt wird. Der Fluß des Saugfluids durch die Leitungen 35 nimmt überschüssiges Öl in die Kammern 33 mit. Das mit dem Fluid vermischte Öl wird auf diese Weise auch durch die Kompression transportiert, schließlich aus der Kammer 33c ausgetrieben und über die Abflußleitung 36 in die Kammer 37 transportiert. Die Zentrifugalkraft, die aus der Drehung des Kopfes 22 re­ sultiert, wirkt auf das Öl in der Bohrung 37, so daß es an der Bohrungswand hochfließt und das Lager 29 schmiert. Die Drehbewegung der Bohrung 37 bewirkt also eine Trennung des Schmiermittels von dem komprimierten Fluid. Die schwarzen Pfeile in Fig. 3 zeigen den Ölstrom.

Das Öl fließt durch das Lager 29 und wird dann radial nach außen zur Druckdichtung 20 geworfen, so daß die Unterseite der beweglichen Platte 21 mit einem Ölfilm bedeckt wird. Die­ ser Ölfilm verbessert die Dichtwirkung der Druckdichtung 20. Außerdem wird auf diese Weise die Reibung zwischen der Dich­ tung und der Unterseite der beweglichen Platte 21 reduziert. Dann strömt das Öl durch das Rollenlager 28 nach unten und tropft schließlich in das Reservoir 45 durch den Ringschlitz 39 hindurch.

Das Öl, das sich in dem Saugfluid befindet, verbessert wei­ terhin die Dichtung zwischen den Wänden 30 und 31 und an den Scheiteln derselben, so daß an den Scheiteln keine zusätzli­ chen Dichtungen erforderlich sind. Der Ölfilm an den Gleit­ flächen der Wände reduziert ferner die Reibung, was zu einem höheren Wirkungsgrad des Kompressors 10 führt.

Claims (5)

1. Spiralkompressor, bestehend aus einem geschlossenen Gehäu­ se, einem Tragrahmen in dem Gehäuse, der das Gehäuseinnere in einen oberen Saugraum mit einer Fluid-Einströmöffnung und einen unteren Druckraum mit einer Fluid-Ausströmöffnung teilt, zwei Spiralelementen in dem Saugraum, nämlich einem oberen unbeweglichen Spiralelement in Form einer Platte mit einer spiralförmig von außen nach innen verlaufenden, nach unten gerichteten Wand, und einem darunter befindlichen, wäh­ rend des Betriebes Umlaufbewegungen ohne Drehung ausführenden Spiralelement in Form einer Platte mit einer von außen nach innen verlaufenden, nach oben gerichteten Wand, wobei beide Wände ineinander greifen, zwischen sich Kammern bilden, die bei der Umlaufbewegung des unteren Spiralelementes von außen nach innen wandern, dabei kleiner werden und das Fluid bei gleichzeitiger Kompression von außen nach innen fördern, ei­ ner Leitung vom Zentrum der Spiralelemente zum unteren Druck­ raum, durch die das komprimierte Fluid vom Zentrum der Spira­ lelemente in den Druckraum strömen kann, und einem Antriebs­ motor in dem Druckraum, dessen Antriebswelle in dem Tragrah­ men gelagert ist und das umlaufende Spiralelement über eine, an letzterem sitzenden Antriebszapfen antreibt, der in einer Ausnehmung in einem Kopf der Antriebswelle exzentrisch gela­ gert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung durch eine Bohrung (36) in dem Antriebszapfen (35) in Zapfenlängsrich­ tung und einen, sich an diese Bohrung (36) anschließenden Kanal (37, 38) gebildet wird, der vom Boden der Ausnehmung zunächst nach unten und dann seitlich durch die Antriebswelle (23) in den Druckraum (41) führt.

2. Spiralkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Platte (21) des umlaufenden Spiralelementes auf dem Tragrahmen (14, 16) über eine druckdichte Lagerung (20a) gelagert ist.

3. Spiralkompressor nach Anspruch 1, bei dem sich im Druckraum unten ein Ölreservoir befindet und das Öl im Kreislauf durch die Lager der Antriebswelle, des Antriebszapfens und der beweglichen Platte geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich neben dem Motor (24, 25) und den Platten (18, 21) eine Leitung (46) von dem Ölreservoir (45) zu den äußeren Enden der spiralförmig verlaufenden Wände (30, 31) verläuft, durch die Öl aufgrund der Druckdifferenz vom Öl-Reservoir zu den Enden der spiralförmig verlaufenden Wände (30, 31) gefördert wird, daß das Öl zusammen mit dem Fluid durch die im Antriebszapfen (35) angeordnete Bohrung (36) transportiert wird und daß wenigstens ein Teil des Öls zu den Lagern (29, 20a, 28) geführt wird.

4. Spiralkompressor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl an der Wand des in der Antriebswelle (23) ausgebildeten Kanals (37) aufgrund der Zentrifugalkraft hochfließt und dann in die Lager (29, 20a, 28) gelangt.

5. Spiralkompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl zunächst das Lager (29) des Antriebszapfens (35) von unten nach oben durchströmt, dann radial nach außen ge­ schleudert wird, dabei teilweise das Lager (20a) zwischen beweglicher Platte (21) und Tragrahmen (14, 16) durchströmt und teilweise nach unten abgezweigt wird und das Lager (28) für die Antriebswelle (23) durchströmt.