DE3634512C1

DE3634512C1 - Controllable rotary screw compressor

Info

Publication number: DE3634512C1
Application number: DE3634512A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Herbert; Hans Dr Mokelke
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Compair Drucklufttechnik Zweigniederlassung der Gardner Denver Deutschland GmbH
Priority date: 1986-10-07
Filing date: 1986-10-07
Publication date: 1988-04-21
Also published as: BE1001619A3; FR2604755B1; SE463683B; SE8703871L; IT8722127A0; FR2604755A1; SE8703871D0; IT1222815B

Abstract

The invention concerns a controllable rotary screw compressor with two intermeshing helical rotors, of which one is designed as a ribbed rotor (main rotor) and the other as a grooved rotor (secondary rotor), located in a casing with two intersecting axially parallel cylindrical holes forming a working area holding the rotors, that is closed off at its face by end walls that form a seal against the rotors. It has suction and discharge branches opening into the working area at different sides of a plane containing the rotor axes, and a control device to change the rate of flow. A controllable rotary screw compressor of this kind is wanted that can be used for supercharging internal-combustion engines, especially spark-ignition or compression-ignition engines, it being possible for the rate of flow to be controlled load-dependently with negligible losses under part load. It is proposed to have a working casing (3) form a double casing with a fixed bearing casing (6) surrounding it, with the working casing (3) being able to slide along its axis inside the bearing casing (6), but not to turn. Recesses in the working casing (3) form the suction (14) and discharge (15) control edges. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen regelbaren Schraubenverdichter mit zwei miteinander kämmenden Schraubenrotoren, von denen der eine als Rippenrotor (Hauptläufer) und er andere als Nutenrotor (Nebenläufer) ausgebildet ist, die in einem Gehäuse gelagert sind mit zwei sich schneidenden achsparallelen zylindrischen Bohrungen zur Bildung eines die Rotoren aufnehmenden Arbeitsraumes, der stirnseitig von den an die Rotoren dicht anliegenden Stirnwänden abgeschlossen wird, mit Ansaug- und Druckstutzen, die in den Arbeitsraum auf verschiedenen Seiten einer die Rotorachsen enthaltenden Ebene münden, sowie mit einer Steuereinrichtung zur Veränderung des Volumenstromes, bei der in der Arbeitsraumwand axial verschiebbare, saug- und druckseitige Steuer kanten angeordnet sind.The invention relates to an adjustable screw compressor with two intermeshing screw rotors, one of which as Rib rotor (main rotor) and he other than slot rotor (secondary rotor) is formed, which are stored in a housing with two themselves intersecting axially parallel cylindrical bores to form a the rotor-accommodating work area, the front of the the rotors are closed with tight end walls Intake and discharge nozzles in the work area on different Sides of a plane containing the rotor axes, and with a control device for changing the volume flow, in which the wall of the work area can be moved axially, on the suction and pressure side edges are arranged.

Bei Verdichtern ist eine Veränderung des Volumenstromes fast immer erforderlich, weil der erzeugte Volumenstrom nur in seltenen Fällen dem Verbrauch entspricht und man das überschüssige Druckgas nicht durch Drosselung oder Abblasen vernichten will. Im Falle der mecha nischen Aufladung von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Otto- oder Dieselmotoren, bei denen der Lader (Verdichter) kraft- oder formschlüssig mit der Brennkraftmaschine verbunden ist, werden nach herkömmlicher Art ungeregelte Verdichter eingesetzt, deren Volumen strom etwa linear von der Antriebsdrehzahl abhängt. Für den Teil lastbereich wird jedoch ein davon abweichender Volumenstrom benötigt, der bei ungeregeltem Verdichter im allgemeinen durch Drosselung in der Zuführung oder durch Abblasen hinter der Druckseite realisiert wird. Beide Maßnahmen verschlechtern den Gesamtwirkungsgrad der Lader (Verdichter)-Motor-Einheit. Ein variables Verhältnis der Dreh zahlen von Lader (Verdichter) zum Motor zur Anpassung des Volumen stromes für den Teillastbereich ist durch den Einsatz eines stufenlosen Getriebes sehr bauaufwendig und kostspielig. With compressors, a change in the volume flow is almost always required because the volume flow generated only in rare cases corresponds to the consumption and you do not use the excess compressed gas wants to destroy by throttling or blowing off. In the case of the mecha African supercharging of internal combustion engines, especially petrol engines or diesel engines in which the supercharger (compressor) is power or is positively connected to the internal combustion engine, after conventional type of uncontrolled compressor used, their volume current depends approximately linearly on the drive speed. For the part a different volume flow is required, which in the case of an uncontrolled compressor is generally reduced by throttling the feed or by blowing behind the pressure side becomes. Both measures worsen the overall efficiency of the Charger (compressor) motor unit. A variable ratio of rotation Pay from the supercharger to the engine to adjust the volume current for the partial load range is by using a continuously variable transmission very complex and expensive.

Steuereinrichtungen zur stufenlosen Veränderung des Volumenstromes von Schraubenverdichtern sind bekannt (DE-PS 16 28 382; DE-OS 16 28 385; DE 34 14 064 A1; DE 35 16 636 A1; DE 25 26 175 C2). Bei allen diesen vorgeschlagenen Lösungen wird eine Schiebersteuerung verwendet. Diese Einrichtung besteht im wesentlichen aus einem oder zwei Steuerschiebern, die umfangseitig an den im Eingriff arbeitenden Schraubenrotoren neben dem Arbeitsraum angeordnet sind. Durch Ver stellen des Schiebers bzw. der Schieber wird ein Raum freigegeben, durch den das bereits angesaugte Gas über Ausnehmungen, Bohrungen oder Überströmkanälen wieder zur Ansaugseite zurückströmen kann. Je weiter der Schieber geöffnet wird, desto geringer wird die tatsäch lich geförderte Gasmenge. Der Vorgang des Rückströmens ist jedoch verlustbehaftet und damit als nachteilig im Sinne des Wirkungsgrades anzusehen. Weiterhin ist bekannt, anstatt durch einen verstellbaren Schieber durch den Schraubenteil eines axial verschiebbaren Nuten rotors den Volumenstrom zu verändern (DE 25 53 222). Aber auch diese Lösung beruht auf dem Prinzip der Rückführung eines Teiles des bereits angesaugten Gases mit dem Nachteil der Rückströmverluste.Control devices for continuously changing the volume flow Screw compressors are known (DE-PS 16 28 382; DE-OS 16 28 385; DE 34 14 064 A1; DE 35 16 636 A1; DE 25 26 175 C2). In all of these proposed solutions, a slide control is used used. This facility consists essentially of one or two control spools, the circumference of those working in engagement Screw rotors are arranged next to the work area. By ver place the slide or the slide a space is released, through which the gas already sucked in through recesses, bores or overflow channels can flow back to the intake side. Each the further the slide is opened, the lower the actual amount of gas pumped. The process of backflow is however lossy and therefore disadvantageous in terms of efficiency to watch. It is also known instead of an adjustable one Slide through the screw part of an axially displaceable groove rotor to change the volume flow (DE 25 53 222). But this too Solution is based on the principle of returning part of the already sucked gas with the disadvantage of backflow losses.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen regelbaren Schraubenverdichter der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der zum mechanischen Aufladen von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Otto- oder Dieselmotoren eingesetzt werden kann, wobei der Volumenstrom lastabhängig geregelt werden kann bei vernachlässigbar kleinen Verlusten im Teillast bereich.The object of the invention is a controllable screw compressor of the generic type to create that for mechanical charging of internal combustion engines, in particular gasoline or diesel engines can be used, the volume flow regulated depending on the load can be with negligible small losses in partial load Area.

Diese Aufgabe wird bei einem Schraubenverdichter gemäß Gattungs begriff nach Anspruch 1 dadurch gelöst, daß ein Arbeitsgehäuse mit einem feststehenden Lagergehäuse, welches das Arbeitsgehäuse umgibt, ein Doppel gehäuse bilden und das Arbeitsgehäuse innerhalb des Lagergehäuses axial verschiebbar, jedoch drehgesichert angeordnet ist, wobei Ausnehmungen im Arbeitsgehäuse die saug- und druckseitigen Steuerkanten bilden. This task is performed with a screw compressor according to the genus Concept solved according to claim 1 in that a working housing with a fixed bearing housing, which surrounds the working housing, a double form housing and the working housing within the bearing housing axially displaceable, but is secured against rotation, wherein Recesses in the working housing on the suction and pressure side Form control edges.

Mit dieser erfindungsgemäßen Anordnung füllen sich die Verdichter kammern beim Verschieben des Arbeitsgehäuses zur Saugseite hin nur partiell, wodurch eine nahezu verlustfreie Volumenstromverminderung bis hin zur Nullförderung erreicht wird. Wird das Arbeitsgehäuse dagegen in Richtung Druckseite bis zum Endanschlag verschoben, dann liegt der Betriebszustand - Vollförderung - vor. Ein besonderer Vor teil der erfindungsgemäßen Steuerung liegt darin, daß zwischen dem Verstellweg des Arbeitsgehäuse und der Änderung des Volumenstromes ein linearer Zusammenhang besteht.The compressors are filled with this arrangement according to the invention chambers only when moving the working housing to the suction side partial, resulting in an almost loss-free volume flow reduction to zero funding is achieved. Will the working housing on the other hand, pushed towards the pressure side up to the end stop, then is the operating state - full funding. A special advantage part of the control according to the invention is that between the Adjustment path of the working housing and the change in the volume flow there is a linear relationship.

Bei Betriebszuständen zwischen Voll- und Nullförderung, d. h. im Teillastbereich, expandiert nach dem Überstreichen der saugseitigen Steuerkante von Läuferzähnen des Rippen- und Nutenrotors, das Gas in der abgeschlossenen Kammer bis zum maximalen Kammervolumen, um dann bei weiterer Drehung der Rotoren komprimiert zu werden. Die erziel bare Kompression des Gases im Betriebszustand Teillast ist durch die gleichzeitige Verschiebung der druckseitigen mit der saugseitigen Steuerkante geringer als im Betriebszustand Vollförderung. Dabei bilden die Steuerkanten des Arbeitsgehäuses mit den Stirnwänden des Arbeitsraumes ein saugseitiges Einlaß- bzw. ein druckseitiges Auslaß fenster, wobei die Größe dieser Fenster je nach Stellung des Arbeits gehäuses sich verkleinert oder vergrößert. Der Kammerdruck im Teil lastbereich kann vor dem Überstreichen der druckseitigen Steuerkante über oder unter dem Eintrittsdruck liegen. Im Falle der mechanischen Aufladung von Brennkraftmaschinen kann je nach Stellung des Arbeits gehäuses der Zwischendruck zwischen Lader (Verdichter) und Brenn kraftmaschine unter den Ansaugdruck fallen. Bei dieser Konstellation gibt der Verdichter, der dann als Motor wirkt, Leistung über den Antrieb an die Brennkraftmaschine ab. Die Leistungsausbeute wird dadurch optimiert, da das innere Druckverhältnis dem äußeren näherungsweise angepaßt wird. In operating conditions between full and zero funding, i.e. H. in the Part load range, expands after painting the suction side Control edge of rotor teeth of the rib and slot rotor, the gas in the closed chamber up to the maximum chamber volume, then to be compressed upon further rotation of the rotors. The achieved The compression of the gas in the partial load operating state is due to the simultaneous displacement of the pressure side with the suction side Control edge less than in the operating mode full funding. Here form the control edges of the working housing with the end walls of the Workspace a suction-side inlet or a pressure-side outlet windows, the size of these windows depending on the position of the work housing is reduced or enlarged. The chamber pressure in the part load range can be passed before the pressure-side control edge are above or below the entry pressure. In the case of mechanical Charging internal combustion engines can work depending on the position the intermediate pressure between the charger (compressor) and the burner engine fall under the intake pressure. In this constellation the compressor, which then acts as a motor, outputs power over the Drive to the internal combustion engine. The power yield will optimized because the inner pressure ratio to the outer is approximately adjusted.

Bei den vorgeschlagenen Lösungen mit Schiebersteuerung treten neben den Rückströmverlusten je nach konstruktiver Gestaltung auch uner wünschte Leckagen im Schieberbereich auf. Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden diese möglichen Leckagen dadurch vermieden, daß an der Berührungsfläche zwischen Arbeitsgehäuse und Lagergehäuse ein Dicht element angeordnet ist, ohne den Reibungswiderstand zum Verschieben des Arbeitsgehäuses meßbar zu erhöhen.In the proposed solutions with slide control come along the backflow losses depending on the design also unimportant wanted leaks in the gate area. In the case of the invention Solution these possible leaks are avoided by the fact that at the Contact area between the working housing and the bearing housing is a seal element is arranged without the frictional resistance to move of the work housing measurably increase.

Das in der Wandung des Arbeitsgehäuses befestigte Betätigungselement zum Verschieben des Arbeitsgehäuses ist parallel zur Verschiebungs richtung angeordnet und dichtend durch den Lagerkörper nach außen geführt. Dieses Betätigungselement kann je nach Anwendungsfall mechanisch, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch bewegt werden.The actuator fastened in the wall of the working housing to move the working case is parallel to the shift arranged and sealing through the bearing body to the outside guided. This actuator can vary depending on the application be moved mechanically, electrically, pneumatically or hydraulically.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gedankens wird für das Doppel gehäuse eine vom Kreisquerschnitt abweichende Gehäuseform vorge schlagen. Dieses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, daß zum einen die Verdrehsicherung des Arbeitsgehäuses entfällt und zum anderen an Gesamtgewicht eingespart wird. Nachteilig ist aber der höhere ferti gungstechnische Aufwand zur Herstellung dieses Doppelgehäuses gegenüber dem einfachen kreisförmigen Querschnitt.In a development of the idea of the invention for the double housing a housing shape deviating from the circular cross-section beat. This embodiment has the advantage that, on the one hand the anti-rotation lock of the work housing is omitted and on the other Total weight is saved. A disadvantage is the higher ferti engineering expenditure for the production of this double housing compared to the simple circular cross section.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung näher erläutert, dabei zeigtAn embodiment of the invention is closer in the drawing explained, showing

Fig. 1 einen regelbaren Schraubenverdichter im Vertikal schnitt entlang der Linie C-C in Fig. 2, Fig. 1 a controllable screw compressors in vertical section taken along the line CC in Fig. 2,

Fig. 2 einen regelbaren Schraubenverdichter im Schnitt entlang der abgesetzten Linie A-A in Fig. 1, Fig. 2 an adjustable screw compressor taken along the stepped line AA in Fig. 1,

Fig. 3 einen regelbaren Schraubenverdichter in horizontal geführtem Längsschnitt entlang der Linie B-B in Fig. 2 (Betriebsstellung bei Vollförderung), Fig. 3 a controllable screw compressors in horizontally guided longitudinal section along the line BB in Fig. 2 (operating position at full production),

Fig. 4 einen regelbaren Schraubenverdichter im Vertikal schnitt wie Fig. 1, jedoch mit einer anderen Ausführungsform des Doppelgehäuses. Fig. 4 shows an adjustable screw compressor in vertical section as Fig. 1, but with a different embodiment of the double housing.

In Fig. 1 kämmen zwei Schraubenrotoren 1, 2 miteinander, von denen der eine als Rippenrotor (Hauptläufer) 1 und der andere als Nuten rotor (Nebenläufer) 2 ausgebildet ist. Beide Rotoren 1, 2 werden von einem Arbeitsgehäuse 3 umfaßt mit zwei sich schneidenden achs parallelen zylindrischen Bohrungen 4, 5, die auch den Arbeitsraum bilden. Das axial verschiebbare Arbeitsgehäuse 3 ist innerhalb des feststehenden Lagergehäuses 6 angeordnet und bildet zusammen mit diesem ein Doppelgehäuse, wobei ein Teil der druckseitigen Steuer kante 15 zu erkennen ist. Bei dieser Ausführungsform in Fig. 1 sind das Arbeitsgehäuse 3 und das Lagergehäuse 6 im Querschnitt kreis förmig. Zur besseren Abfuhr der entstehenden Arbeitswärme ist das feststehende Lagergehäuse 6 an der Außenoberfläche mit Rippen 8 ver sehen. Zur Vermeidung des Verdrehens des Arbeitsgehäuses 3 in Umfangsrichtung, was ein Anlaufen der Läuferzähne zur Folge hätte, ist eine Verdrehsicherung in Form eines Führungselementes 9 vorgesehen.In Fig. 1 mesh two screw rotors 1, 2, one of which is designed as a rib rotor (main rotor) 1 and the other as a slot rotor (secondary rotor) 2 . Both rotors 1, 2 are surrounded by a working housing 3 with two intersecting axially parallel cylindrical bores 4, 5 , which also form the working space. The axially displaceable working housing 3 is arranged within the fixed bearing housing 6 and forms together with this a double housing, part of the pressure-side control edge 15 can be seen. In this embodiment in Fig. 1, the working housing 3 and the bearing housing 6 are circular in cross section. For better dissipation of the working heat generated, the fixed bearing housing 6 is seen on the outer surface with ribs 8 ver. To prevent the working housing 3 from rotating in the circumferential direction, which would result in the rotor teeth starting up, an anti-rotation device in the form of a guide element 9 is provided.

Fig. 2 zeigt den regelbaren Schraubenverdichter in Seitenansicht gemäß Schnitt A-A in Fig. 1. Die Luftzu- bzw. -abfuhr erfolgt in bekannter Weise über einen Ansaugstutzen 10 bzw. einen Druckstutzen 11, wobei beide in den Arbeitsraum auf verschiedenen Seiten einer die Rotorachsen 12, 13 enthaltenden Ebene münden. Das erfindungsgemäße Arbeitsgehäuse 3 ist mit Ausnehmungen versehen, die die saugseitige 14 - und druckseitige 15 Steuerkante bilden. Der Arbeitsraum wird stirnseitig abgeschlossen durch die Stirnwände 17, 18, die Bestand teil der Lagerkörper 19, 20 sind. Diese Lagerkörper 19, 20 sind mit hier nicht näher dargestellten Schrauben 21, 22 am Lagergehäuse befestigt. Fig. 2 shows the controllable screw compressors in side view according to section AA in Fig. 1. The air supply or removal is carried out in a known manner via an intake manifold 10 and a discharge nozzle 11, both in the work space on different sides of the rotor axes 12 , 13 containing the plane. The working housing 3 according to the invention is provided with recesses, the suction-side 14 - 15 form the control edge and pressure side. The work space is closed at the end by the end walls 17, 18, which are part of the bearing body 19, 20 . These bearing bodies 19, 20 are fastened to the bearing housing with screws 21, 22 ( not shown in more detail here).

Der maximal mögliche Verstellweg des Arbeitsgehäuses 3 ist mit einem Pfeil 16 gekennzeichnet. Die axiale Positionierung des Arbeitsge häuses 3 erfolgt durch ein Betätigungselement 23, wobei dieses z. B. mechanisch, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch bewegt werden kann. Die Abdichtung zwischen axial verschiebbarem Arbeitsgehäuse 3 und feststehendem Lagergehäuse 6 zur Vermeidung von nicht erwünschten Rückströmungen, erfolgt durch ein in der Berührungsfläche angeord netes Dichtelement 24.The maximum possible adjustment path of the working housing 3 is indicated by an arrow 16 . The axial positioning of the Arbeitsge housing 3 is carried out by an actuator 23 , this z. B. can be moved mechanically, electrically, pneumatically or hydraulically. The seal between the axially displaceable working housing 3 and the fixed bearing housing 6 to avoid undesirable backflows takes place by means of a sealing element 24 arranged in the contact area.

In Fig. 3 ist das druckseitige Auslaßfenster 25 dargestellt, welches durch die Stirnwand 17 des Lagerkörpers 19 sowie durch die drucksei tige Steuerkante 15 des Arbeitsgehäuses 3 gebildet wird. Die beiden Schraubenrotoren 1, 2 sind in bekannter Weise über ein Koppelgetriebe 26, 27 miteinander verbunden. Für die stirnseitige Abdichtung des regelbaren Schraubenverdichters sind Deckel 28, 29, 30 vorgesehen, die mit Schrauben 31, 32 an dem jeweiligen Lagerkörper 19, 20 befestigt sind. Zur Positionierung der Lagerkörper 19, 20 gegenüber dem Lagergehäuse 6 sind Paßstifte 33, 34 in die durch die Lagerkörper 19, 20 und dem feststehenden Lagergehäuse 6 hindurchgehenden Bohrungen 35, 36 eingeschlagen.In Fig. 3, the pressure-side outlet window 25 is shown, which is formed by the end wall 17 of the bearing body 19 and by the pressure side control edge 15 of the working housing 3 . The two screw rotors 1, 2 are connected to one another in a known manner via a coupling gear 26, 27 . Lids 28, 29, 30 are provided for the end sealing of the controllable screw compressor, which are fastened to the respective bearing body 19, 20 with screws 31, 32 . To position the bearing bodies 19, 20 relative to the bearing housing 6 , dowel pins 33, 34 are hammered into the bores 35, 36 that pass through the bearing bodies 19, 20 and the fixed bearing housing 6 .

Fig. 4 zeigt den gleichen Querschnitt eines regelbaren Schrauben verdichters wie in Fig. 1, jedoch mit einem von der Kreisform abweichenden Querschnitt des Doppelgehäuses. Vorteilhafterweise werden dadurch Gewicht und die Verdrehsicherung 9 eingespart. Fig. 4 shows the same cross section of an adjustable screw compressor as in Fig. 1, but with a cross-section deviating from the circular shape of the double housing. This advantageously saves weight and the anti-rotation device 9 .

Claims

1.Adjustable screw compressor with two intermeshing screw rotors, one of which is designed as a rib rotor (main rotor) and the other as a slot rotor (secondary rotor), which is mounted in a housing, with two intersecting axially parallel cylindrical bores to form a rotor Working space, which is closed at the end by the end walls sealingly against the rotors, with suction and pressure ports that open into the working space on different sides of a plane containing the rotor axes, as well as with a control device for changing the volume flow, in the axial direction in the working space wall displaceable, suction and pressure-side control edges are arranged, characterized in that a working housing ( 3 ) with a fixed bearing housing ( 6 ) which surrounds the working housing forms a double housing and the working housing ( 3 ) is axially displaceable within the bearing housing ( 6 ), however, is arranged securely, recesses in the working housing ( 3 ) forming the suction ( 14 ) and pressure ( 15 ) control edges.

2. Adjustable screw compressor according to claim 1, characterized in that the control edges ( 14, 15 ) of the working housing ( 3 ) with the end walls ( 17, 18 ) of the working space form a suction-side inlet or a pressure-side outlet window ( 25 ).

3. Adjustable screw compressor according to claim 1, characterized in that a sealing element ( 24 ) is arranged to avoid backflows on the contact surface between the working housing ( 3 ) and bearing housing ( 6 ).

4. Adjustable screw compressor according to claim 1, characterized in that on an end wall of the working housing ( 3 ) through the bearing body ( 20 ) guided actuating element ( 23 ) is arranged.