DE3840764A1 - Fluegelzellenverdichter - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Flügelzellenverdichter oder Flügelzellenkompressor der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Bei einem bekannten Flügelzellenverdichter dieser Art (DE-OS 22 23 156) sind die Einlaßöffnungen für jede Niederdruckzelle in axialem Abstand voneinander über die Rotorlänge verteilt angeordnet und an einem axialen Zulaufkanal angeschlossen, so daß das Kältemittel radial in die Niederdruckzellen einströmt. Die an einer Stirnseite geschlossenen Zulaufkanäle führen an der anderen Stirnseite über die der Antriebswelle naheliegende Begrenzungswand der Gehäuseausnehmung hinaus und münden dort in einer Ringkammer, die mit einem radialen Anschlußstutzen für den Kältemittelrücklauf aus der Anlage in Verbindung steht. Beim Einströmen des entspannten, rückgekühlten und ölangereicherten Kältemittels wird damit der vordere, der Antriebswelle zugekehrte Teil von Gehäuse und Rotor stärker gekühlt als der hintere, der Antriebswelle abgekehrte Teil. Auch am Umfang von Gehäuse und Rotor tritt eine ungleichmäßige Temperaturverteilung auf. Wie Untersuchungen ergeben haben, ist diese stark unterschiedliche Temperaturverteilung häufig Ursache für die Ausfälle solcher Flügelzellenverdichter.

Weiterhin wird bei dem bekannten Flügelzellenverdichter druckseitig aus dem Kältemittel Öl abgeschieden und das unter Hochdruck stehende Öl als Dichtmittel verwendet, das über die seitlichen Begrenzungswände zugeführt wird. Hierzu sind in den Begrenzungswänden Ausnehmungen vorgesehen, die mit Bohrungen verbunden sind, die in einem von einem Ölabscheider versorgten Ölvorratsraum münden. Durch den im Ölvorratsraum herrschenden Hochdruck wird das Öl in die Bohrungen gedrückt und gelangt dort über die Ausnehmungen zwischen die Stirnseiten des Rotors und die seitlichen Begrenzungswände. Bei dieser Dichtung mit unter Hochdruck stehendem Öl muß der Nachteil in Kauf genommen werden, daß die Öltemperatur nur wenig niedriger ist als die Temperatur des unter Hochdruck stehenden Kältemittels, der sog. Heißgastemperatur, und dadurch geringere Viskosität besitzt und keine Wärme mehr aufnehmen kann. Dadurch, daß dieses heiße Öl auch an die Flügelunterseite in den vom Schlitzgrund und Flügel begrenzten Hohlraum in den Flügelführungsschlitzen des Rotors gelangt, wird auch der Rotor relativ warm.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Flügelzellenverdichter mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Kältemittelzuführung aus getrennten, zur Rotorwelle koaxialen Zulaufkammern sich gleiche Zuführungswege ergeben, und damit eine nahezu gleichmäßige Aufheizung des Gehäuses erhalten wird. Zusätzlich wird eine gleichmäßige Temperaturverteilung über den den Rotor umschließenden Gehäusemittelteil dadurch erzielt, daß das Kältemittel mit etwa gleicher Temperatur auf beiden Stirnseiten der Niederdruckzellen axial zugeführt wird. Die Temperatur am vorderen und hinteren Ende des Rotors wird damit auf gleichem Niveau gehalten, die zur Rotormitte nur geringfügig ansteigt. Insgesamt wird eine weitgehend gleichmäßige Temperaturverteilung im gesamten Flügelzellenverdichter erzielt.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Flügelzellenverdichters möglich.

Wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung über die hohle Rotorwelle eine Verbindung zwischen den beiden Zulaufkammern vorn und hinten, jeweils vor den Stirnseiten des Rotors geschaffen, so kann die Kältemittelrücklaufleitung aus der Anlage zentral an die eine Zulaufkammer angeschlossen werden. Der Kältemittelstrom wird in der ersten Zulaufkammer dann einmal auf die dort abgehenden Zulaufkanäle und einmal über die hohle Rotorwelle auf die andere Zulaufkammer aufgeteilt. In letzterer wird der Kältemittelstrom nochmals in die abzweigenden Zulaufkanäle versorgende Teilströme unterteilt. Dadurch wird nicht nur in einfacher Weise die Beströmung der Niederdruckzellen von vorn und hinten erreicht, sondern es wird auch die Wellendichtung nur mit Saugdruck und niedriger Temperatur beaufschlagt.

Durch die Aufteilung und Umlenkung der einzelnen Kältemittelteilströme wird eine Ölabsonderung erreicht. Wird gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mittels des bei der Aufteilung des Kältemittelstroms in der ersten Zulaufkammer entstehenden Staudrucks ölangereicherte Kältemittelmengen durch geeignete Maßnahmen in die Hohlräume in den Flügelführungsschlitzen, die von dem Schlitzgrund und der Flügelunterseite begrenzt werden, gelenkt und durch geeignete Maßnahmen dafür gesorgt, daß beim Einschieben der Flügel in die Flügelführungsschlitze während des Durchlaufs der Hochdruckzellen das in den Hohlräumen befindliche Kältemittel an den Stirnseiten des Rotors abfließen kann, so wird nicht nur eine gute Schmierung und Dichtung erzielt, sondern es wird jetzt auch die Reibungswärme an den Stirnseiten der Flügel von dem kühlen Öl aufgenommen. Da die Abdichtung zwischen Nieder- und Hochdruckzellen durch kühleres und damit viskoseres Öl erfolgt, ist das Temperaturniveau im Flügelzellenverdichter insgesamt niedriger.

Geeignete Maßnahmen zur Versorgung der Hohlräume in den Flügelführungsschlitzen bestehen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung darin, daß in der dem Rotor zugekehrten Stirnseite der der ersten Zulaufkammer nächstliegenden Begrenzungswand ringabschnittförmige Vertiefungen vorhanden sind, die über die Begrenzungswand durchdringende, etwa axiale Bohrungen mit der ersten Zulaufkammer in Verbindung stehen und während des Durchlaufs der Flügel durch die Niederdruckbereiche jeweils mit dem Hohlraum in den Flügelführungsschlitzen kommunizieren.

Geeignete Maßnahmen zum Ausschieben des in den Hohlräumen der Flügelführungsschlitze befindlichen ölangereicherten Kältemittels bestehen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung darin, daß in den dem Rotor zugekehrten Stirnseiten der beiden Begrenzungswände ringabschnittförmige Nuten vorhanden sind, die während des Durchlaufs der Flügel durch die Hochdruckzellenbereiche jeweils mit den Hohlräumen in den Flügelführungsschlitzen kommunizieren.

Die Kommunikation der ringabschnittförmigen Vertiefungen bzw. Nuten mit den Hohlräumen der Flügelführungsschlitze wird gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung zweckmäßig dadurch realisiert, daß die eine geringe radiale Breite aufweisenden Vertiefungen bzw. Nuten mit ihrer inneren Längskante etwa auf der vom Schlitzgrund der Flügelführungsschlitze aufgespannten Rotationsbahn liegen und sich jeweils für mindestens einen in Umfangsrichtung versehenen Teilbereich der Niederdruckzellen bzw. Hochdruckzellen erstrecken.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Flügelzellenverdichters,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Der in Fig. 1 im Längsschnitt und in Fig. 2 im Querschnitt dargestellte Flügelzellenverdichter oder Flügelzellenkompressor hat ein Gehäuse 10, das im wesentlichen aus drei Teilen aufgebaut ist, nämlich einem linken Stirndeckel 11, einem rechten Stirndeckel 12 und einem Gehäusemittelteil 13. Im Gehäusemittelteil 13 ist eine Gehäuseausnehmung 14 vorgesehen, deren in Achsrichtung seitliche Begrenzungswände 15,16 von den Stirndeckeln 11,12 gebildet sind. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, hat die Innenwand 17 des Gehäusemittelteils 13 eine ellipsenähnliche Leitkurve, die gleichzeitig die Hubkurve des Flügelzellenverdichters bildet. In der Gehäuseausnehmung 14 ist ein zylindrischer Rotor 18 angeordnet, dessen Durchmesser bis auf ein geringes Laufspiel der Länge der kleineren Achse der Ellipse entspricht. Auf diese Weise werden zwischen der Mantelfläche 19 des Rotors 18 und der Innenwand 17 des Gehäusemittelteils 13 zwei sichelförmige Arbeitsräume 21, 22 gebildet. Die Länge des Rotors 18 ist so bemessen, daß er mit nur geringem Spiel an den seitlichen Begrenzungswänden 15, 16 der Stirndeckel 11, 12 vorbeidreht.

Der Rotor 18 sitzt auf einer Rotorwelle 20, die im Ausfüh­ rungsbeispiel einstückig mit diesem ist. Die Rotorwelle 20 ist in zwei Nadellagern 23, 24 gelagert, die in den beiden Stirndeckeln 11, 12 angeordnet sind. Das eine, in Fig. 1 linke Ende der Rotorwelle 20 ist mit einer Antriebswelle 25 dreh­ fest verbunden. Über die Antriebswelle 25 wird die Rotorwelle 20 und damit der Rotor 18 in Rotation versetzt. Zwischen dem Stirndeckel 11 und der Antriebswelle 25 ist ein der radialen Abdichtung dienender Dichtring 26 angeordnet.

Im Rotor 18 sind mehrere, hier fünf, etwa radial verlaufende Schlitze 27 angeordnet, in denen jeweils ein Flügel 28 dicht und gleitend geführt ist. Mit ihren Außenkanten 29 liegen die Flügel 28 an der Innenwand 17 des Gehäusemittelteils 13 an und teilen die Arbeitsräume 21, 22 in einzelne Zellen auf. Jede der beiden sichelförmigen Arbeitsräume 21, 22 hat eine Saug- bzw. Niederdruckzelle 30 bzw. 31 und eine Hochdruckzelle 32 bzw. 33. Jede Niederdruckzelle hat an gegenüberliegenden Stirnseiten zwei Einlaßöffnungen, von denen in Fig. 1 die Einlaßöffnungen 34, 35 und in Fig. 2 die Einlaßöffnungen 35, 36 zu sehen sind, die jeweils in den beiden seitlichen Begrenzungswänden 15, 16 der Stirndeckel 11, 12 angeordnet sind, so daß in jeder Begrenzungswand 15 bzw. 16 zwei Einlaßöffnungen 35 und 36 bzw. 34 vorhanden sind. Die Einlaßöffnungen 34-36 sind die Mündungen von in den Stirndeckeln 11, 12 verlaufenden Zulaufkanälen, von denen in Fig. 1 nur die Zulaufkanäle 38, 39 und 40 zu sehen sind. Die Zulaufkanäle 38 bzw. 39, 40, die zu den in einer Begrenzungswand 15 bzw. 16 liegenden Einlaßöffnungen 34 bzw. 35 und 36 führen, münden jeweils in einer zur Rotorwelle 20 koaxialen Zulaufkammer 41 bzw. 42. Die Zulaufkanäle 38 bzw. 39, 40 zweigen dabei in etwa radial von der zugeordneten Zulaufkammer 41 bzw. 42 ab. Alle in der gleichen Zulaufkammer 41 bzw. 42 mündenden Zulaufkanäle 38 bzw. 39, 40 sind symmetrisch zur Rotorwelle 20 in den beiden Stirndeckeln 11, 12 geführt und haben damit gleiche Länge. Die in dem rechten Stirndeckel 11 vorhandene erste Zulaufkammer 42 ist so angeordnet, daß sie auf der einen Seite teilweise von dem freien Stirnende der Rotorwelle 20 begrenzt wird. Sie ist unmittelbar an dem Kältemittelrücklauf angeschlossen, der in Fig. 1 symbolisch durch den Pfeil 43 dargestellt ist. Das von der Anlage zurückkommende, entspannte, rückgekühlte Kältemittel strömt dabei axial in die erste Zulaufkammer 42 ein. Die im linken Stirndeckel 12 vorhandene zweite Zulaufkammer 41 ist als Ringkammer ausgebildet, die die Rotorwelle 20 umschließt. Die Rotorwelle 20 weist eine Sackbohrung 44 auf, die bis in den Bereich der zweiten Zulaufkammer 41 geführt ist und am freien Stirnende der Rotorwelle 20 in der ersten Zulaufkammer 42 mündet. Über eine die Rotorwelle 20 ganz durchdringende Radialbohrung 45, welche die Sackbohrung 44 kreuzt, steht letztere mit der zweiten Zulaufkammer 41 in Verbindung.

Jede Hochdruckzelle 32, 33 ist über eine radiale Auslaßöffnung 46 bzw. 47 (Fig. 2) mit einem Druckkanal 48 bzw. 49 verbunden. Die Auslaßöffnungen 46, 47 sind mit Auslaßventilen 51, 52 versehen, die hier als Zungenventile ausgebildet und nur schematisch dargestellt sind. Wie nicht im einzelnen zu sehen ist, sind die beiden Druckkanäle 48, 49 zu einem gemeinsamen Sammelraum 53 (Fig. 1) geführt, der in einem Druckanschlußstutzen 54 mündet. Über den Druckanschlußstutzen 54 wird das komprimierte Kältemittel in die Anlage eingespeist, was durch den Pfeil 55 symbolisiert ist.

Zur Dichtung und Schmierung des Rotors 18 und der Flügel 28 wird aus der ersten Zulaufkammer 42 unter Ausnutzung des bei der Kältemittelumleitung in die Zulaufkanäle 39, 40 und in die Sackbohrung 44 auftretenden Staudrucks geringe Kältemittelmengen direkt in die Hohlräume 56 gelenkt, die in den Flügelführungsschlitzen 27 einerseits von dem Schlitzgrund 57 und andererseits von der Flügelunterseite 58 begrenzt werden. Dieses Befüllen der Hohlräume 56 erfolgt während des Durchlaufs eines jeden Flügels 28 durch die Niederdruckzelle 30, während dessen sich die Hohlräume 56 durch die nach außen gleitenden Flügel 28 im Volumen vergrößern. Hierzu sind in der Begrenzungswand 16 des rechten Stirndeckels 12 ringabschnittförmige Vertiefungen 59, 60 mit geringer radialer Breite vorgesehen. Die Vertiefungen 59, 60 sind in Fig. 2 strichliniert eingezeichnet. Sie liegen mit ihrer inneren Längskante 61, 62 auf der vom Schlitzgrund 57 der Flügelführungsschlitze 27 aufgespannten Rotationsbahn und erstrecken sich in Umfangsrichtung vollständig oder teilweise über die Niederdruckzellen 30, 31. Jede Vertiefung 59, 60 steht über im Stirndeckel 12 etwa axial verlaufenden Bohrungen 63, 64 mit der ersten Zulaufkammer 42 in Verbindung. Auf diese Weise kommunizieren bei jedem Durchlauf der Flügel 28 durch die Niederdruckzellen 30, 31 die Hohlräume 56 in den Flügelführungsschlitzen 27 mit den Vertiefungen 59, 60. Durch den Staudruck in der ersten Zulaufkammer 42 wird damit über die Bohrungen 63, 64 und die Vertiefungen 59, 60 kühles, ölangereichertes Kältemittel in die Hohlräume 56 gedrückt.

Während des Durchlaufs der Flügel 28 durch die Hochdruckzellen 32, 33 werden die Flügel 28 tiefer in die Schlitze 27 eingeschoben, und das Volumen der Hohlräume 56 verkleinert sich bis auf ein Minimum am Ende der Hochdruckzellen 32, 33. Das in den Hohlräumen 56 vorhandene Kältemittel wird dabei in ringabschnittförmige Nuten in beiden Begrenzungswänden 15, 16 der beiden Stirndeckel 11, 12 ausgeschoben und gelangt von hier entlang den Stirnflächen des Rotors 18 und den Begrenzungswänden 15, 16 der Stirndeckel 11, 12 in die beiden Arbeitsräume 21, 22. Zwischen den genannten Flächen entfaltet das Kältemittel eine Dicht- und Schmierwirkung. Geringe Kältemittelmengen gelangen aus den Hohlräumen 56 auch direkt an den Flügelflächen entlang in die Arbeitsräume 21, 22 und entfalten auch dabei eine Dicht-, Schmier- und Kühlwirkung. Von den Nuten sind in Fig. 2 die Nuten 65, 66 in der Begrenzungswand 16 des rechten Stirndeckels 12 strichliniert dargestellt zu sehen. Sie liegen mit ihrer inneren Längskante 67 bzw. 68 etwa auf der vom Schlitzgrund 57 der Flügelführungsschlitze 27 aufgespannten Rotationsbahn und erstrecken sich in Umfangsrichtung jeweils vollständig oder teilweise über die Hochdruckzellen 32, 33. Sie weisen ebenso wie die Vertiefungen 59, 60 eine geringe radiale Breite auf.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel eines Flügelzellenverdichters mit elliptischem Querschnitt der Gehäuseausnehmung 14 beschränkt. Sie läßt sich gleich vorteilhaft auch bei einem einflutigen Flügelzellenverdichter verwirklichen, bei dem der Rotor exzentrisch in einer kreiszylindrisch ausgebildeten Gehäuseausnehmung angeordnet ist.

Claims (7)

1. Flügelzellenverdichter mit einem in einer Gehäuseausnehmung angeordneten zylindrischen Rotor, der drehfest auf einer im Gehäuse drehbar gelagerten, von einer Antriebswelle antreibbaren Rotorwelle sitzt und dessen Stirnwände mit geringem Spiel an seitlichen Begrenzungswänden der Gehäuseausnehmung vorbeidrehen, und mit in radial sich erstreckenden, längs­ durchgehenden Schlitzen im Rotor geführten Flügeln, die mindestens einen zwischen der Innenwand der Gehäuseausnehmung und der Rotormantelfläche gebildeten Arbeitsraum in Nieder- und Hochdruckzellen unterteilen, wobei die Niederdruckzellen über Einlaßöffnungen mit entspanntes Kältemittel führenden Zulaufkanälen und die Hochdruckzellen über mit Auslaßventilen versehenen Auslaßöffnungen mit Druckkanälen in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnungen (34-36) an gegenüberliegenden Stirnseiten der Niederdruckzellen (30, 31) in den beiden seitlichen Begrenzungswänden (15, 16) angeordnet sind, so daß das Kältemittel in jede Niederdruckzelle (30, 31) axial mit gegenläufigen Strömungsrichtungen einströmt, daß die Zulaufkanäle (38, 39, 40), die in gleichen Begrenzungswänden (15, 16) angeordneten Einlaßöffnungen (34 bzw. 35, 36) münden, etwa gleiche Länge haben, vorzugsweise symmetrisch zur Rotorwelle (20) verlaufen und von einer gemeinsamen kältemittelgefüllten Zulaufkammer (41, 42) abzweigen und daß jeweils eine Zulaufkammer (41, 42) auf der vom Rotor (18) abgekehrten Seite der Begrenzungswände (15, 16) koaxial zur Rotorwelle (20) angeordnet sind.

2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaufkanäle (38, 39, 40) von jeder Zulaufkammer (41, 42) etwa radial abgehen.

3. Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Antriebswelle (25) abgekehrte freie Ende der Rotorwelle (20) die an einen Kältemittelrücklauf (43) mit axialer Einströmrichtung anschließbare erste Zulaufkammer (42) begrenzt, daß die zweite Zulaufkammer (41) die Rotorwelle (20) als Ringkammer umschließt und daß die Rotorwelle (20) eine Sackbohrung (44) aufweist, die am freien Ende der Rotorwelle (20) mündet und über mindestens eine Radialbohrung (45) in der Rotorwelle (20) mit der Ringkammer (41) in Verbindung steht.

4. Verdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus der ersten Zulaufkammer (42) unter Ausnutzung des bei der Kältemittelumlenkung in die Zulaufkanäle (39, 40) auftretenden Staudrucks geringe Kältemittelmengen direkt in die von Flügelunterseite (58) und Schlitzgrund (57) begrenzten Hohlräume (56) in den Flügelführungsschlitzen (27) geleitet werden, die beim Einschieben der Flügel (28) in die Flügelführungsschlitze (27) in die Rotorstirnseiten gelenkt werden und von dort in den mindestens einen Arbeitsraum (21, 22) abfließen.

5. Verdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der der ersten Zulaufkammer (42) nächstliegenden Begrenzungswand (16) der Gehäuseausnehmung (14) ringabschnittförmige Vertiefungen (59, 60) vorhanden sind, die über diese Begrenzungswand (16) durchdringende, vorzugsweise etwa axiale Bohrungen (63, 64) mit der ersten Zulaufkammer (42) in Verbindung stehen und während des Durchlaufs der Flügel (28) durch die Niederdruckzellen (30, 31) mit dem von der Flügelunterseite (58) und dem Schlitzgrund (57) begrenzten Hohlraum (56) in den Flügelführungsschlitzen (27) kommunizieren.

6. Verdichter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den beiden Begrenzungswänden (15, 16) der Gehäuseausnehmung (14) ringabschnittförmige Nuten (65, 66) vorhanden sind, die während des Durchlaufs der Flügel (28) durch die Hochdruckzellen (32, 33) mit dem von der Flügelunterseite (58) und dem Schlitzgrund (57) begrenzten Hohlraum (56) in den Flügelführungsschlitzen (27) kommunizieren.

7. Verdichter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die eine geringe radiale Breite aufweisenden Vertiefungen (59, 60) bzw. Nuten (65, 66) mit ihrer inneren Längskante (61 bzw. 62) etwa auf der vom Schlitzgrund (57) der Flügelführungsschlitze (27) aufgespannten Rotationsbahn liegen und sich jeweils über mindestens einen in Umfangsrichtung gesehenen Teilbereich der Niederdruckzellen (30, 31) bzw. Hochdruckzellen (32, 33) erstrecken.