DE4424629C1 - Seitenkanalverdichter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Seitenkanalverdichter mit einem Laufrad, dessen Kammerschaufeln innerhalb eines Torus neben einem ringförmigen Seitenkanal umlaufen, der hinter seiner Auslaßöffnung einen seinen Hochdruckbereich vom Niederdruckbereich trennenden Unterbrecher aufweist.

Bei den üblichen, z. B. durch die DE 21 63 011 C3 bekannten Seitenkanalverdichtern weist der Seitenkanal einen Einlaßstutzen und einen Auslaßstutzen für das Fördermedium auf, wobei zwischen Auslaßstutzen und Einlaßstutzen ein Unterbrecher angeordnet ist, der den im Querschnitt halbkreisförmigen Seitenkanal voll ausfüllt und der sich in Umfangsrichtung über eine länge von mehreren Kammerschaufelzellen des Laufrades erstreckt. Der Unterbrecher deckt einige Schaufelzellen ab und stellt eine Abdichtung zwischen Hochdruckbereich und Niederdruckbereich des Seitenkanales dar, wobei allerdings die abgedeckten Schaufelzellen ständig gewisse Mengen des Fördermediums mitschleppen, so daß im Bereich des Unterbrechers Überschleppverluste unvermeidbar anfallen. In einem Seitenkanalverdichter wird dem Fördermedium eine Zirkularbewegung aufgezwungen, deren Intensität entscheidend für den erreichbaren Wirkungsgrad und Druckaufbau des Seitenkanalverdichters ist. Diese Zirkularkomponente wird bei dem bekannten Seitenkanalverdichter durch den Unterbrecher völlig abgebremst und vernichtet. Die von den abgedeckten Schaufelzellen mitgeschleppten Gasmengen strömen, völlig unregelmäßig durchwirbelt, in den Niederdruckbereich ein, wo die Zirkulationsströmung wieder neu entfacht werden muß. Es ist zwar bekannt, durch eine ausgangsseitig am Unterbrecher vorgesehene sogenannte Schnaupe, d. h. eine in Umfangsrichtung weisende Auslaßrinne an der Oberseite des Unterbrechers, den übergeschleppten Gasmengen eine Einströmrichtung in Umfangsrichtung des Seitenkanales aufzuzwingen, was aber nicht die Notwendigkeit behebt, im Niederdruckbereich die erforderliche Zirkulationsströmung ständig neu anfachen zu müssen.

Ferner sind über Radialschaufeln gespeiste Seitenkanalverdichter z. B. durch die DE 42 30 770 A1 bekannt, bei denen der Seitenkanal nur mit einem Auslaßstutzen versehen ist, hinter dem ein den Seitenkanal ausfüllender Unterbrecher vorgesehen ist, an den sich der über die Radialschaufeln gespeiste Teil des Seitenkanales anschließt. Auch bei diesem bekannten Typ von Seitenkanalverdichter muß auf der Niederdruckseite des Unterbrechers die Zirkulationsströmung ständig neu angefacht werden.

Die Erfindung ist auf beide vorgenannten Typen von Seitenkanalverdichtern gerichtet. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen für gasförmige Medien ausgelegten Seitenkanalverdichter hohen Wirkungsgrades zu schaffen, der auch für eine Lasergasumwälzung geeignet sein soll.

Ausgehend von einem Seitenkanalverdichter der eingangs genannten Art, ist die Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Unterbrecher mit mindestens einer oder mit mehreren, in Umfangsrichtung hintereinander liegenden, zu den Kammerschaufeln hin offenen Zirkulationskammern versehen ist. Diese im Unterbrecher vorgesehenen Zirkulationskammern nehmen aus den jetzt nur noch teilweise im Bereich des Unterbrechers abgedeckten Schaufelzellen die mitgeschleppten Gasmengen auf, die in diese Zirkulationskammern unter weitgehender Aufrechterhaltung ihres ursprünglichen Zirkularwirbels ein- und wieder in die Schaufelzellen zurückströmen mit der Folge, daß die mitgeschleppten Gasmengen noch mit einer beträchtlichen Komponente ihrer ursprünglichen Zirkulationsströmung in den Niederdruckbereich des Seitenkanales einströmen. Diese mitgeschleppte Zirkulationskomponente versetzt die dort frisch zuströmende Gasmenge sofort ebenfalls in die verlangte Zirkulationsbewegung, und nach einer verhältnismäßig kurzen Strecke ist im Seitenkanal wieder eine sehr starke Zirkulationsströmung aufgebaut. Wie umfangreiche Erprobungen gezeigt haben, weist ein erfindungsgemäß aufgebauter Seitenkanalverdichter einen üblich höheren Wirkungsgrad auf, was sich - wie vorbeschrieben - auf ein Hinüberretten eines beträchtlichen Anteils der Zirkularströmung über den Unterbrecher hinweg erklären dürfte. Dieser Effekt kann der Erfindung zufolge grundsätzlich auch mit nur einer im Unterbrecher vorgesehenen Zirkulationskammer erreicht werden.

Bei einem Seitenkanalverdichter sind in der Praxis noch eine Reihe weiterer Bedingungen zu beachten.

Selbstverständlich muß der Unterbrecher für eine Aufrechterhaltung der Druckdifferenz zwischen Hochdruckbereich und Niederdruckbereich sorgen. Der gemäß der Erfindung vorgesehene Unterbrecher wirkt hier zusammen mit den Kammerschaufeln als eine Art Labyrinthdichtung, wobei durch Bemessung und Formgebung der Zirkulationskammern und der zwischen den Zirkulationskammern liegenden Trennwände für eine ausreichende Abdichtung gesorgt werden kann, andererseits aber auch die übergeschleppten Gasmengen bestimmt werden können. Selbst dann, wenn die übergeschleppten Gasmengen etwas größer sind als bei den bekannten Unterbrechern, zeigt der Seitenkanalverdichter nach der Erfindung noch einen erhöhten Wirkungsgrad. Die Bemessung und Formgebung der Zirkulationskammern und ihrer dazwischen liegenden Trennwände sind ferner von Bedeutung für eine angestrebte möglichst stoßfreie Anströmung der Trennwände und für eine möglichst stoßfreie Anströmung der Kammerschaufeln des Laufrades und ferner auch für die Schallreduzierung.

Der Erfindung zufolge ist es vorteilhaft, die Breite der Zirkulationskammern kleiner als den Abstand der Kammerschaufeln zu wählen, wobei die Zirkulationskammern unterschiedliche Breite besitzen können. Zweckmäßigerweise nimmt die Breite der Zirkulationskammern vom Hochdruckbereich zum Niederdruckbereich hin zu, jedoch sind auch Ausführungen brauchbar, bei denen die Breite der Zirkulationskammern vom Hochdruckbereich zum Niederdruckbereich hin abnimmt.

Die Breite der zwischen den Zirkulationskammern liegenden Trennwände ist vorteilhafterweise kleiner als der Abstand der Kammerschaufeln. Die Breite der Trennwände kann hierbei zum Niederdruckbereich hin abnehmen, jedoch sind auch Ausführungsformen möglich, bei denen die Breite der Trennwände zum Niederdruckbereich hin zunimmt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen werden, daß die Tiefe der Zirkulationskammern etwa gleich der Tiefe des Seitenkanales ist. Die Tiefe der Zirkulationskammern kann zum Niederdruckbereich hin entweder zunehmen oder abnehmen, wobei eine Zunahme bevorzugt vorgesehen wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen werden, daß die Trennwände als gewölbte Leitschaufeln ausgebildet sind, die in Umfangsrichtung angestellt sein können, wobei zweckmäßigerweise die Leitschaufeln entgegengesetzt zu den angestellten Kammerschaufeln angestellt sind. Die Leitschaufeln können unterschiedlich steil angestellt sein, wobei ihre Anstellung vom Hochdruckbereich zum Niederdruckbereich hin zunehmend flacher werden kann. Es ist aber auch eine Ausführung möglich, bei der die Leitschaufeln zum Niederdruckbereich hin zunehmend steiler angestellt werden.

In Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen werden, daß die letzte Zirkulationskammer an ihrem Tiefsten in einen in den Niederdruckbereich schräg einmündenden Ejektorkanal übergeht. Hierdurch werden die übergeschleppten Gasmengen im Hinblick auf einen raschen Aufbau der Zirkulationsströmung an der Ansaugseite optimal genutzt.

Der Unterbrecher kann der Erfindung zufolge entweder an die Seitenkanalwand angeformt sein oder auch aus einem an der Seitenkanalwand angebrachten Einbauteil bestehen.

Der Gegenstand der Erfindung wird im folgenden anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 in einer perspektivischen Prinzipdarstellung einen Seitenkanalverdichter, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Seitenkanalverdichter im Bereich des Unterbrechers gemäß der Blickrichtung II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform des Unterbrechers des Seitenkanalverdichters,

Fig. 4 eine weitere abgewandelte Ausführungsform des Unterbrechers,

Fig. 5 in Draufsicht und in prinzipieller Darstellung einen über Radialschaufeln gespeisten Seitenkanalverdichter nach der Erfindung,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform eines Unterbrechers, in Axialrichtung des Seitenkanalverdichters gesehen,

Fig. 7 einen Schnitt gemäß der Linie VII-VII in Fig. 6,

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht in Richtung des Pfeiles VIII auf den Unterbrecher nach Fig. 6,

Fig. 9, 10 und 11 eine weitere Ausführungsform eines Unterbrechers nach der Erfindung, in einer Darstellungsart analog zu den Fig. 6 bis 8, und

Fig. 12, 13 und 14 noch eine weitere Ausführungsform des Unterbrechers.

Fig. 1 zeigt einen üblichen Seitenkanalverdichter mit den beiden Gehäusehälften 1 und 2, deren Randbereiche einen Torus 3 bilden. Zwischen den beiden Gehäusehälften 1 und 2 läuft ein Laufrad 4 in Richtung des Pfeiles 5 um, dessen Kammerschaufeln 6 von der in Fig. 1 unteren Hälfte des Torus 3 aufgenommen sind und an der den Seitenkanal 7 bildenden oberen Torushälfte entlang rotieren. Der Seitenkanal 7 ist mit einer Auslaßöffnung 8 und einer Einlaßöffnung 9 versehen, zwischen denen ein Unterbrecher 10 im Seitenkanal 7 angeordnet ist, vergl. auch Fig. 2. Der über die Einlaßöffnung 9 angesaugte Gasstrom wird einerseits durch die Kammerschaufeln 6 in Umfangsrichtung gefördert, wechselt dabei aber ständig zwischen den Kammerschaufelzellen 11 und dem Seitenkanal 7 hin und her und führt dabei die gestrichelt angedeutete Zirkulationsströmung 12 aus.

Der Unterbrecher 10 füllt - in Umfangsrichtung gesehen - den halbkreisförmigen Querschnitt des Seitenkanals 7 voll aus und erstreckt sich in Umfangsrichtung über mehrere Kammerschaufelzellen 11, so daß er den Seitenkanal 7 in einen Hochdruckbereich H und in einen Niederdruckbereich N teilt. Erfindungsgemäß ist der Unterbrecher 10 mit mehreren, in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten, zu den Kammerschaufeln 6 hin offenen Zirkulationskammern 13 versehen, deren Breite B in Umfangsrichtung wesentlich kleiner als der Abstand A zwischen benachbarten Kammerschaufeln 6 ist. Die Breite b der jeweils zwischen den benachbarten Zirkulationskammern 13 liegenden Trennwände 14 ist ebenfalls kleiner als der Abstand A und beträgt beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 etwa 1/2 A. Die Tiefe T der Zirkulationskammern 13 ist etwa gleich der Tiefe t, d. h. dem Radius, des Seitenkanales 7. Die Zirkulationskammern 13 bzw. die dazwischen liegenden Trennwände 14 sind gegenüber der Laufrichtung in gleicher Richtung wie die Kammerschaufeln 6 angestellt. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind alle Zirkulationskammern 13 und Trennwände 14 identisch bemessen mit Ausnahme der letzten Zirkulationskammer 15, die an ihrem Tiefsten zum Niederdruckbereich N hin offen ist und als Ejektorkanal in den Niederdruckbereich einmündet.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 weisen die Zirkulationskammern 16 des Unterbrechers 17 jeweils eine Breite B etwa gleich der Hälfte des Abstandes A zwischen den Kammerschaufeln 6 auf. Die zwischen den Zirkulationskammern 16 liegenden Trennwände 18 weisen eine Breite etwa gleich der Materialdicke der Kammerschaufeln 6 auf. Lediglich die erste, an den Hochdruckbereich H angrenzende Trennwand 19 besitzt hier an ihrer Oberseite eine Breite etwa gleich 1/2 A. Die letzte Zirkulationskammer 20 mündet auch hier an ihrem Tiefsten nach Art eines Ejektorkanales in den Niederdruckbereich N. Wie gestrichelt angedeutet ist, wechseln die von den Kammerschaufeln 6 mitgeschleppten Gasmengen im Bereich des Unterbrechers zwischen den Kammerschaufelzellen und den Zirkulationskammern 16, so daß bis zum Ausgang hin ein gewisser Anteil der Zirkulationsströmung 12 mitgeführt wird.

Fig. 4 zeigt einen Unterbrecher 21, bei dem die Breite der Zirkulationskammern 22 zur Niederdruckseite hin stufenweise zunimmt, während die Breite der dazwischen liegenden Trennwände 23 zur Niederdruckseite hin stufenweise abnimmt.

Fig. 5 veranschaulicht einen über Radialschaufeln 24 gespeisten Seitenkanalverdichter 25, wie dieser detailliert in der DE 42 30 770 A1 beschrieben ist. Die Radialschaufeln 24 gehen einstückig und stetig in die Kammerschaufeln 6 über, die bei der Darstellung nach Fig. 5 in der oben liegenden Hälfte des Torus 3 umlaufen, während in dem darunter liegenden Seitenkanal 7 zwei Unterbrecher 26, 26a diametral gegenüberliegend angeordnet sind, die den Seitenkanal 7 in Hochdruckbereiche H und Niederdruckbereiche N unterteilen. Die Unterbrecher 26, 26a weisen auch hier jeweils mehrere, in Umfangsrichtung hintereinander angeordnete, zu den Kammerschaufeln 6 hin offene Zirkulationskammern 27 auf. Die Unterbrecher 26, 26a erstrecken sich hier in Umfangsrichtung jeweils etwa über 1½ Kammerschaufelzellen, besitzen also eine Breite etwa gleich 3/2 A.

Die Fig. 6, 7 und 8 veranschaulichen eine weitere Ausführungsform eines Unterbrechers, bei welchem die Zirkulationskammern 28 zwischen radialen, ebenen Trennwänden 29 liegen. Die Trennwände 29 weisen hier eine gleichmäßige Teilung auf und begrenzen identisch ausgebildete Zirkulationskammern 28.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 9 bis 11 weisen die ebenen Trennwände 30 eine ungleichmäßige Teilung auf, wobei ihr Abstand zum Niederdruckbereich N hin zunimmt. Die Trennwände 30 sind in Umfangsrichtung angestellt, und zwar entgegengesetzt der Laufrichtung gemäß Pfeil 5 des Laufrades.

Die Fig. 12 bis 14 veranschaulichen schließlich noch eine Ausführungsform, bei welcher die Zirkulationskammern 31 durch gewölbte Leitschaufeln 32 gebildet sind, die eine gleichmäßige Teilung aufweisen, jedoch zur Umfangsrichtung hin unterschiedlich steil angestellt sind, wobei sie angrenzend an den Hochdruckbereich steiler und zur Niederdruckseite hin ständig flacher werdend angestellt sind. Die Tiefe der von den Leitschaufeln 32 begrenzten Zirkulationskammern 31 nimmt hier von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite hin zu.

Bezugszeichenliste

1 Gehäusehälfte
2 Gehäusehälfte
3 Torus
4 Laufrad
5 Pfeil
6 Kammerschaufeln
7 Seitenkanal
8 Auslaßöffnung
9 Einlaßöffnung
10 Unterbrecher
11 Kammerschaufelzellen
12 Zirkulationsströmung
13 Zirkulationskammern
14 Trennwände
15 Zirkulationskammer
16 Zirkulationskammer
17 Unterbrecher
18 Trennwände
19 Trennwand
20 Zirkulationskammer
21 Unterbrecher
22 Zirkulationskammern
23 Trennwände
24 Radialschaufeln
25 Seitenkanalverdichter
26 Unterbrecher
26a Unterbrecher
27 Zirkulationskammern
28 Zirkulationskammer
29 Trennwände
30 Trennwände
31 Zirkulationskammern
32 Leitschaufeln
H Hochdruckbereich
N Niederdruckbereich
B Breite
A Abstand
b Breite
T Tiefe
t Tiefe

Claims (20)

1. Seitenkanalverdichter mit einem Laufrad (4), dessen Kammerschaufeln (6) innerhalb eines Torus (3) neben einem ringförmigen Seitenkanal (7) umlaufen, der hinter seiner Auslaßöffnung (8) einen seinen Hochdruckbereich (H) vom Niederdruckbereich (N) trennenden Unterbrecher (10, 17, 21, 26) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterbrecher (10) mit mindestens einer oder mit mehreren, in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten, zu den Kammerschaufeln (6) hin offenen Zirkulationskammern (13, 16, 22, 27, 28, 31) versehen ist.

2. Seitenkanalverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (B) der Zirkulationskammern (13, 16, 22, 27, 28, 31) kleiner als der Abstand (A) der Kammerschaufeln (6) ist.

3. Seitenkanalverdichter nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulationskammern (22) unterschiedliche Breite besitzen.

4. Seitenkanalverdichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Zirkulationskammern (22) vom Hochdruckbereich (H) zum Niederdruckbereich (N) hin zunimmt.

5. Seitenkanalverdichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Zirkulationskammern vom Hochdruckbereich (H) zum Niederdruckbereich (N) abnimmt.

6. Seitenkanalverdichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (b) der zwischen den Zirkulationskammern (13) liegenden Trennwände (14) kleiner als der Abstand (A) der Kammerschaufeln (6) ist.

7. Seitenkanalverdichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Trennwände (23) zum Niederdruckbereich (N) hin abnimmt.

8. Seitenkanalverdichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Trennwände zum Niederdruckbereich (N) hin zunimmt.

9. Seitenkanalverdichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (T) der Zirkulationskammern (13) etwa gleich der Tiefe (t) des Seitenkanales (7) ist.

10. Seitenkanalverdichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Zirkulationskammern (31) zum Niederdruckbereich (N) hin zunimmt.

11. Seitenkanalverdichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Zirkulationskammern zum Niederdruckbereich (N) hin abnimmt.

12. Seitenkanalverdichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände als gewölbte Leitschaufeln (32) ausgebildet sind.

13. Seitenkanalverdichter nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (30) oder Leitschaufeln (32) zur Umfangsrichtung angestellt sind.

14. Seitenkanalverdichter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände bzw. Leitschaufeln entgegengesetzt oder gleichsinnig zu den angestellten Kammerschaufeln (6) angestellt sind.

15. Seitenkanalverdichter nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (32) unterschiedlich steil angestellt sind.

16. Seitenkanalverdichter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (32) vom Hochdruckbereich (H) zum Niederdruckbereich (N) hin zunehmend flacher angestellt sind.

17. Seitenkanalverdichter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände oder Leitschaufeln zum Niederdruckbereich (N) hin zunehmend steiler angestellt sind.

18. Seitenkanalverdichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die letzte Zirkulationskammer (15, 20) an ihrem Tiefsten in einen in den Niederdruckbereich (N) mündenden Ejektorkanal übergeht.

19. Seitenkanalverdichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinspeisung durch ein mit Radialschaufeln (24) versehenes Radialverdichter-Laufrad erfolgt.

20. Seitenkanalverdichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterbrecher an die Seitenkanalwand angeformt ist oder ein an der Seitenkanalwand angebrachtes Einbauteil ist.