DE3626796A1 - Spiralkompressor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spiralkompressor, der so gebaut ist, daß bei seinem Anlauf eine Lastre­ duzierung möglich ist.

Bei einem bekannten Spiralkompressor hat ein um­ laufendes Spiralelement eine Stirnplatte und eine von ihr hochstehende Spiralwand. Auf der Rückseite dieser Stirnplatte hat der Spiralkompressor eine Lagerung für eine Umlaufbewegung und einen Mechanismus, der eine Eigenrotation des umlaufenden Spiral­ elements verhindert. Weiterhin ist ein stationäres Spiralelement vorhanden, das ebenfalls eine Stirn­ platte und eine Spiralwand aufweist, die in der gleichen Weise wie beim Umlaufspiralelement hoch­ steht. In der Stirnplatte des stationären Spiral­ elements ist am Außenumfang eine Ansaugöffnung und im zentralen Abschnitt eine Förderöffnung ausgebildet.

Das Umlaufspiralelement und das stationäre Spiral­ element sind so ineinandergefügt, daß ihre Spiral­ wände einander zugewandt sind. Das Umlaufspiral­ element ist zwischen dem stationären Spiralelement und einem Rahmen des Kompressors gehalten.

Wenn bei dem Spiralkompressor das Umlaufspiralelement eine Umlaufbewegung ohne Eigendrehung um seine Achse ausführt, verringern die Räume, die von den Stirnplatten und den Spiralwänden des Umlaufspiral­ elements und des stationären Spiralelements gebildet werden, allmählich ihre Volumina, wenn sie sich zum Zentrum der Spiralen bewegen, wodurch das Gas, das durch die Ansaugöffnung angesaugt wird, komprimiert wird und das komprimierte Gas durch die Förderöffnung abgeführt wird. Das heißt, daß das in den Räumen am äußeren Umfang der Spiralwände eingeschlossene Gas, wenn sich die Räume zum Zentrum der Spiralen bewegen, auf ein konstantes Volumenverhältnis fortlaufend komprimiert wird. Im Falle eines üblichen Kompressors für eine Klima­ anlage ist das Volumenverhältnis bzw. Verdichtungsver­ hältnis auf etwa 2,5 bis 4 eingestellt. Das angesaugte Gas wird also komprimiert, bis es einen vorgegebenen Druck erreicht. Bei dem Kompressor für die Klimaanlage gleichen sich der Einlaßdruck und der Auslaßdruck mit­ einander während des Zeitraums aus, wo der Betrieb stillsteht. Dieser Ausgleichsdruck ist zwei- oder drei­ mal so hoch wie der übliche Ansaugdruck.

Wenn der Kompressor in einem solchen Zustand jedoch wieder anläuft, wird, da er das Gas mit dem ausgeglichenen Druck auf das erwähnte Volumenverhältnis verdichtet, der Druck in den Kompressionsräumen zwei- bis dreimal höher verglichen mit dem Druck bei dem üblichen Be­ trieb. Deshalb wird die Belastung beim Anlaufen groß, so daß es vorkommen kann, daß der Kompressor nicht startet. In der US-PS 43 89 171 ist ein Verfahren zum Reduzieren einer Belastung beim Anlauf eines Kompressors beschrieben.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, eine Strömungsmaschine in Spiralbauweise und insbesondere einen Spiralkompressor so auszubilden, daß die Belastung beim Starten verringert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Spiral­ kompressor gelöst, der ein Umlaufspiralelement und ein stationäres Spiralelement aufweist, von denen jedes eine Stirnplatte und eine Spiralwand hat, die von der je­ weiligen Stirnplatte hochsteht. Die beiden Spiral­ elemente sind so zusammengefügt, daß ihre Spiralwände einander zugewandt sind. Das Umlaufspiralelement wird bezüglich des stationären Spiralelements in eine Umlauf­ bewegung versetzt, so daß eine Vielzahl von geschlossenen Räumen, die an symmetrischen Stellen durch die Spiral­ wände und die Stirnplatten der Spiralelemente gebildet werden, aufeinanderfolgend im Volumen bei der Bewegung zur Mitte der Spiralelemente abnehmen und mit einer Förderöffnung in Verbindung kommen, die in dem stationären Spiralelement vorgesehen ist, nachdem das Volumen reduziert worden ist. An symmetrischen Positionen an der Stirnplatte des stationären Spiralelements sind dabei zwei Ventilkammern ausgebildet. Zum Schließen der Ventilkammern sind Dichtflansche vorgesehen. Weiterhin sind eine erste und eine zweite Verbindungsöffnung vor­ handen, die in jede Ventilkammer münden und eine Ver­ bindung mit einem geschlossenen Raum im Mittelstadium der Kompression und mit einem anderen geschlossenen Raum bei minimalem Volumen herstellen, der weiter zur Förder­ öffnung des Kompressors als der erstere geschlossene Raum vorwärtsbewegt ist und sich gerade vor der Verbindung mit der Förderöffnung befindet. Zum Öffnen und Schließen der jeweils ersten Verbindungsöffnungen sind an den jeweiligen Innenwänden der Dichtflansche Ventilplatten vorgesehen.

Vorzugsweise wird die Ventilkammer von einem ausge­ sparten Abschnitt in der Stirnplatte des stationären Spiralelements gebildet, wobei der Dichtflansch an diesem ausgesparten Abschnitt mit Hilfe von Bolzen festgelegt ist.

Die Ventilplatte kann U-förmig ausgebildet sein. Das eine Ende der Ventilplatte ist dabei durch Bolzen an der Innenwand des Dichtflansches befestigt, während das andere Ende mit einer Federkraft anliegt, so daß die erste Verbindungsöffnung geschlossen wird.

Der die Ventilkammer bildende ausgesparte Abschnitt hat vorteilhafterweise eine kreisförmige oder rechteckige Form.

Wenn die vorstehend beschriebene Strömungsmaschine in Spiralbauweise anläuft, kann ein Nebenstrom von den geschlossenen Räumen über Kanaleinrichtungen in die geschlossenen Räume mit minimalem Volumen herge­ stellt werden, wobei die geschlossenen Räume von den Spiralwänden und den Stirnplatten gebildet werden. Dadurch kann das Belastungsdrehmoment beim Anlauf des Kompressors reduziert werden.

Anhand von Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Spiralkompressor im Querschnitt,

Fig. 2 die Einzelheit II von Fig. 1 und

Fig. 3 bis 5 im Querschnitt verschiedene Betriebszu­ stände des Kompressors.

Der in den Fig. 1 bis 5 gezeigte Spiralkompressor hat ein stationäres Spiralelement 2, bei welchem an zwei Stellen zwei Ventileinrichtungen 50 vorgesehen sind, von denen jede eine erste und eine zweite Verbindungs­ öffnung 2 e bzw. 2 f, eine Ventilkammer 2 G, ein Ventil 4 und einen Dichtflansch 5 aufweist. Die Ventilkammer 2 G wird von einem kreisförmigen oder rechteckigen, in einer Stirnplatte 2 b des stationären Spiralelements 2 ausge­ sparten Abschnitt gebildet. Bei dieser Ausführungsform ist das Ventil 4 mit seinem einen Ende an dem Dicht­ flansch 5 mit einer Schraube 4 a befestigt. Das Ventil hat die Form eines U und kann die zugehörige erste Verbindungsöffnung 2 e öffnen und schließen. Der Dicht­ flansch 5 dichtet die Oberseite der Ventilkammer 2 G mit Schrauben 5 e hermetisch ab. In dem stationären Spiralelement 2 ist eine Ansaugöffnung 2 c vorgesehen.

In der in Fig. 2 gezeigten Einzelheit II von Fig. 1 ist das Ventil 4 im Schließzustand der ersten Verbindungs­ öffnung 2 e durch eine ausgezogene Linie und im Öffnungs­ zustand durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Die erste und zweite Verbindungsöffnung 2 e bzw. 2 f sind an solchen Stellen in der Stirnplatte 2 b des stationären Spiralelements vorgesehen, wie sie in Fig. 3 als Schnitt III-III von Fig. 1 gezeigt sind. Jede der ersten Ver­ bindungsöffnungen 2 e ist an einer Position vorgesehen, wo sie in einen geschlossenen Raum 6 mündet, der zwischen einem Umlaufspiralelement 1 und dem stationären Spiral­ element 2 gebildet wird. Jede zweite Verbindungsöffnung 2 f mündet an einer Stelle, wo sie eine Verbindung mit einem geschlossenen Raum 61 herstellt, der im folgenden als geschlossene Kammer mit minimalem Volumen bezeichnet wird und der zwischen dem Umlaufspiralelement 1 und dem stationären Spiralelement 2 gebildet wird und sich gerade vor der Verbindung mit einer Förderöffnung 2 d befindet.

Fig. 3 zeigt im Querschnitt die Lagebeziehung zwischen einer Spiralwand 1 w des Umlaufspiralelements und einer Spiralwand 2 w des stationären Spiralelements, wenn die geschlossenen Räume in unmittelbarer Annäherung an das Zentrum des Umlaufspiralelements die geschlossenen Kammern 61 mit minimalem Volumen bilden. Die geschlossenen Räume in dem Spiralkompressor sind immer symmetrisch in Paaren ausgebildet, so daß bei dieser Ausführungs­ form zwei Ventilsätze an jeweils zwei symmetrischen Positionen vorgesehen werden.

Fig. 4 zeigt den Zustand, in welchem der Kompressions­ prozess des Spiralkompressors gegenüber Fig. 3 weiter fortgeschritten ist. In diesem Zustand stehen die ge­ schlossenen Räume, die die geschlossenen Kammern 61 mit minimalem Volumen in Fig. 3 bilden, mit der Förder­ öffnung 2 d in Verbindung, wodurch der Abführprozess fortgeführt wird. Fig. 5 zeigt die Positionen, in denen die zweiten Verbindungsöffnungen 2 f vorgesehen sind. Das Umlaufspiralelement 1 und das stationäre Spiral­ element 2 befinden sich in der gleichen Positionsbe­ ziehung zur Bildung von geschlossenen Räumen mit minimalem Volumen wie in Fig. 3. Der mit Gitterschraffur versehene Bereich 7 ist der Bereich, wo die ge­ schlossenen Räume mit minimalem Volumen mit den Ver­ bindungsöffnungen in Verbindung kommen, ehe das Fluid in ihnen durch die Förderöffnung 2 d abgeführt wird. Die zweiten Verbindungsöffnungen 2 f können somit so ange­ ordnet sein, daß sie in irgendeiner Position innerhalb des mit der Gitterschraffur versehenen Abschnitts 7 öffnen. Zwischen dem Umlaufspiralelement 1 und dem stationären Spiralelement 2 ist eine Ansaugkammer 2 a vorgesehen, die mit der Ansaugöffnung 2 c in Verbindung steht.

Der Spiralkompressor arbeitet folgendermaßen: Wenn beim Anlauf des Kompressors der Druck in den geschlossenen Räumen 6, in den die ersten Verbindungsöffnungen 2 e münden, höher ist als der Druck in den geschlossenen Räumen 61, d.h. in den geschlossenen Kammern mit minimalem Volumen, in die die ersten Verbindungs­ öffnungen 2 f münden, ist der Druck in den Ventilkammern 2 G gleich dem Druck in den jeweils geschlossenen Räumen 61, da die Ventilkammern 2 G immer mit den je­ weiligen zweiten Verbindungsöffnungen 2 f in Verbindung stehen. Dementsprechend öffnet jedes Ventil 4 die zu­ gehörige erste Verbindungsöffnung 2 e durch einen Differenzdruck, was durch die gestrichelte Linie in Fig. 2 dargestellt ist. Wenn also der Druck in den ge­ schlossenen Räumen 6 höher ist als der in den ge­ schlossenen Räumen 61, öffnen die Ventile 4, wodurch ein Durchgang für den Fluidstrom von den geschlossenen Räumen 6 zu den jeweiligen geschlossenen Räumen 61 möglich ist. Die geschlossenen Räume 61 sind ge­ wöhnlich von den Förderöffnungen (Fig. 3) abgetrennt. In einer bestimmten Positionsbeziehung zwischen dem stationären Spiralelement 2 und dem Umlaufspiral­ element 1 jedoch können, wie in Fig. 4 gezeigt ist, die geschlossenen Räume 61 mit der Förderöffnung 2 d in Verbindung kommen. Das bedeutet, daß, wenn der Druck in den geschlossenen Räumen 6 höher als der in den geschlossenen Räumen 61 ist, es möglich ist, daß Fluid aus den geschlossenen Räumen 6 zur Förderöffnung 2 d über die geschlossenen Räume 61 gelangt. Somit kann ein Entlastungsbetrieb ausgeführt werden, der es dem Kompressor ermöglicht, einen Teil des vorher fest­ gelegten Kompressionsprozesses wegzulassen und dann zu fördern. Dementsprechend wird eine Reduzierung der Belastung beim Anlauf des Kompressors möglich. Andererseits ist beim üblichen Kompressionsprozess der Druck in den geschlossenen Räumen 61 höher als in den geschlossenen Räumen 6, so daß die Ventile 4 in ihrer Schließstellung gehalten werden und die übliche Kompression bewirkt werden kann.

Erfindungsgemäß kann somit das Verdichtungsverhältnis beim Anlauf des Kompressors verringert und somit die Anlauflast reduziert werden.

Claims (1)

1. Spiralkompressor mit einem Umlaufspiral­ element und einem stationären Spiralelement, von denen jedes eine Spiralwand aufweist, wobei eine Vielzahl von umschlossenen Räumen, die von den Spiralwänden gebildet werden und an symmetrischen Positionen angeordnet sind, in einer Umlaufbewegung zum Zentrum der Spiral­ elemente in Bewegung versetzt werden, wobei ihr Volumen verringert und das darin eingeschlossene Fluid komprimiert wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die geschlossenen Räume (6), die sich in einem Mittelstadium der Kompression befinden, und die geschlossenen Räume (61) mit minimalem Volumen, die weiter zur Förderseite des Kompressors als die geschlossenen Räume im mittleren Kompressionsstadium vorwärtsgeschritten sind und sich gerade vor der Verbindung mit einer Förderöffnung befinden, über ein Ventil (4) ver­ bunden sind, das öffnet, wenn ein Druck in den geschlossenen Räumen (6) höher als der in den ge­ schlossenen Räumen mit minimalem Volumen (61) wird.