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Hydraulischer Umlaufverdichter mit exzentrisch gelagertem Rotor Es
sind bereits hydraulische Umlaufverdichter vorgeschlagen worden, bei welchen ein
zur Drehachse einer umlaufenden Flüssig-],zeit exzentrisch gelagerter Rotor derart
mit der Flüssigkeit umläuft, daß zwischen dem Rotor und dem Flüssigkeitsspiegel
mindestens ein sichelförmiger Arbeitsraum entstelit, der durch die radiale Steigung
der schraubenförmigen Wandung im Verlauf der Drehung des Verdichters exzentrisch
verdrängt wird, wobei das im Arbeitsraum enthaltene Gas verdichtet wird. Der innere
Rotor der bisher bekanntgewordenen Verdichter dieser Art besteht im allgemeinen
aus einem mit schraubenförmigen Rippen versehenen Zylinder oder Kegelstumpf. Die
zylindrischen Rotoren besitzen keine radiale Steigung und ergeben somit nur kleine
Verdichtungsverhältnisse. Die kegeligen Rotoren sind hydraulisch ungünstig, weil
die Wasseroberfläche der Hilfsflüssigkeit unter dem Einfluß der Fliehkräfte sich
achsparallel einzustellen versucht und hydraulische Verluste dort auftreten, wo
der zylindrische Wasserspiegel im Verlauf der Drehung mit der kegelförmigen Rotorwandung
wieder zusammentrifft.
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Die Erfindung betrifft einen Verdichter dieser Art und besteht darin,
daß die Rotorwandung achsparallel abgestuft ist. Diese Anordnung bietet den Vorteil,
daß diese hydraulischen Verluste durch den übereinstimrnenden Verlauf der Wasseroberfläche
und des Rotormantels jedes einzelnen Arbeitsraumes vermieden werden und auf der
ganzen Breite des Arbeitsraumes auf ihren geringsten Wert beschränkt werden können.
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Ein Beispiel des Erfindungsgegenstandes ist auf der Zeichnung dargestellt.
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Fig. i ist ein Axialschnitt durch einen Verdichter nach der Erfindung.
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Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie 1-1 der Fig. 1.
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Fig. 3 zeigt schematisch das Getriebe des Verdichters.
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Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des Rotors.
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Nach Fig. i ist der die Flüssigkeit i enthaltende Zylinder :2 mit
den Seitenscheiben 3 und .f versehen. Die Hohlwellen der beiden Seitenscheiben 3
und 4. sind in den Lagern 5, 6, 7 und 8 um die Achse 9 drehbar gelagert. Um den
Betrag E gegenüber der Achse 9 exzentrisch verschoben, ist die Rotorwelle io in
den Lagern 11, 12, 13 und 14 gelagert. Auf der Welle io ist -der Rotor 15 angeordnet,
dessen äußere Wandung mit einer schraubenförmigen Furche versehen ist, die sowohl
in axialer Richtung als auch in radialer Richtung eine Steigung besitzt. Diese Furche
wird durch die eigentliche Mantelfläche 16 des Rotors und durch seitliche Rippen
17 gebildet. Auf der rechten Seite des Rotors und durch Bolzen 18 kraftschlüssig
mit ihm verbunden befindet sich die Entlastungsscheibe i9. Auf dieser ist die mit
einer Stopfbüchse 2o versehene Hohlwelle 21 angeordnet.
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Während des Betriebes befinden sich - der
Rotor, der
Zylinder und die Flüssigkeit in gleichmäßiger Drehung. Da die Rotorfurclie linksgängig
ausgebildet ist, muß sich der Verdichter von links aus gesehen im Uhrzeigersinn
drehen. Wie Fig. 2, die ebenfalls von links aus gesehen ist, erkennen läßt, bildet
sich zwischen dem zylindrischen Flüssigkeitsspiegel 22, dessen Achse mit der Drehachse
9 des Zylinders 2 zusammenfällt, und der Mantelfläche 16 des Rotors ein sichelförmiger
Arbeitsraum 23, in welchem sich das zu fördernde Gas befindet. Dadurch, daß der
Kompressor in Richtung der Pfeile 24 und 25 umläuft und die schraubenförmige Furche
des Rotors eine linksgängig zunehmende Steigung S aufweist, wird im Verlauf der"
Drehung des Kompressors der sichelförmige Arbeitsraum 23 immer mehr nach außen gedrückt,
bis das darin eingeschlossene Gas auf der Druckseite des Rotors in den Sammelraum
26 übertritt.
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In Fig. i sind die Arbeitsräume 23 der einzelnen Schraubengänge in
verschiedenen Stadien der Verdichtung zu erkennen. Im Sammelraum 26 stellt sich
der Fliissigkeitsspiegel in Abhängigkeit des im Sammelraum herrschenden Druckes
ein. Das geförderte Gas entweicht durch die Hohlwelle 21 und kann ani Druckstutzen
27 entnommen -werden.
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Es ist ohne weiteres klar, daß sich, auch nur bei teilweiser Füllung
des Zylinders mit Flüssigkeit, ein Arbeitsraum 23 bilden wird. Sobald dieser sichelförmige
Arbeitsraum durch die Berührung der oberen Wandung des Rotors mit der Flüssigkeit
von der Außenluft abgeschlossen wird, wird er durch die schraubenförmigen Windungen
des Rotors im Verlauf der Drehung des Verdichters nach außen gedrückt.
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Die erzeugte Druckhöhe steigt, wenn die Flüssigkeitsfüllung des Zylinders
vergrößert wird. Dadurch wird aber die Fördermenge kleiner, weil dann der sichelförmige
Arbeitsraum der ersten (kleinsten) Windung des Rotors, die für die Fördermenge maßgebend
ist, verkleinert wird. Andererseits wird die Fördermenge des Verdichters größer,
wenn der Flüssigkeitsinhalt des Zylinders klein ist, weil dann die, ersten Arbeitsräume
23 größer sind. In diesem Falle jedoch wird-die größte Druckhöhe des geförderten
Gases kleiner.
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Daraus ergibt sich, daß durch größere oder kleinere Bemessung des
Sammelraumes 26 die Leistungscharakteristik des Verdichters zum voraus festgelegt
werden kann. Ist nämlich dieser Saininelrauin verhältnismäßig breit, so wird die
im Sammelraum befindliche Flüssig-],zeit beim Zunehmen des Gasdruckes nach außen
verdrängt, wodurch der Arbeitsraum der kleinsten Rotorwindung verkleinert wird.
Dies hat aber zur Folge, daß die angesaugte Gasmenge ebenfalls abnimmt und infolgedessen
auch die vom Verdichter verlangte Leistung. Nimmt dagegen der Druck im Sammelraum
26 ab, so füllt er sich mit Flüssigkeit, so daß der Flüssigkeitsspiegel zu beiden
Seiten des Rotors abnimmt und die angesaugte Gasmenge infolgedessen wieder zunimmt.
Dies ermöglicht eine selbsttätige Regelung des Verdichters.
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Wird nicht der Zylinder, sondern der Rotor durch die Antriebsmaschine
des Verdichters angetrieben, so wird der Zylinder durch die Flüssigkeitsreibung
mitgenommen und in Drehung erhalten. Wird jedoch der Zylinder durch den Motor angetrieben,
so muß zwischen dem Rotor und dem Zylinder ein Getriebe eingeschaltet werden, durch
welches die Winkelgeschwindigkeit des Zylinders auf den Rotor und umgekehrt übertragen
wird.
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Zu diesem Zweck eignet sich wegen seiner Einfachheit das in Fiji.
3 schematisch dargestellte Getriebe. Auf dem oberen Kreis 28, der z. B. auf der
mit dem Rotor verbundenen Scheibe ig gleichachsig angeordnet ist, sind sechs als
Umlaufkörper ausgebildete Zapfen 29 vorgesehen. Auf dem unteren Ring 30, der beispielsweise
auf der Scheibe 3 gleichachsig zur Achse 9 angeordnet ist, sind ebenfalls sechs
Zapfen 31 angebracht. hie aus Fig. 3 zu erkennen ist, müssen die Zapfen so bemessen
sein, daß die beiden Achsen der einzelnen Zapfen jedes Paares um die Exzentrizität
E gegeneinander versetzt sind, wenn sie miteinander in Eingriff stehen.
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An Stelle von Zapfen lassen sich selbstverständlich auch andere, z.
B. hohle Umlaufkörper verwenden. Um durch Ausführungsungenauigkeiten auftretende
Schwingungen oder Geräusche zu dämpfen, empfiehlt es sich, wenigstens den einen
Umlaufkörper jedes Paares mit einem gegen Stöße unempfindlichen Material, z. B.
Gummi, zu überziehen. Anstatt durch ein Getriebe kann der Rotor auch durch federnde
Organe finit dem Zylinder gekuppelt sein. Das Wesentliche ist, daß sowohl der Rotor
als auch der Zylinder mit gleichmäßiger Winkelgeschwindigkeit umlaufen.
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Es empfiehlt sich, den Rotor einfach oder doppelt nach Fig. 4 auszubilden,
nach welcher die saugseitigen Windungen des Rotors breiter gehalten sind als die
druckseitigen, so daß also die a-xiale Steigung des Rotors veränderlich wird.
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Die Verdichtungswärme kann dadurch abgeleitet werden, daß auf der
Druckseite beständig oder zeitweise kühle Flüssigkeit eingeführt und auf der Saugseite
des Verdichters eine entsprechende Menge Flüssigkeit wieder entnommen wird. Um den
Flüssigkeitsspiegel im Verdichter zu regeln. können
in den Seitenwänden
3 und 4 oder auch nur auf einer Seite in angemessener Höhe Öffnungen vorgesehen
sein, durch welche der Überschuß anFlüssigkeit abfließen kann. Ein anderes Mittel,
um den Flüssigkeitsspiegel im Zylinder zu beeinflussen, besteht darin, der Drehrichtung
der Flüssigkeit entgegengerichtete Fangdüsen, z. B. ein zugeschärftes Rohrstück,
ruhend anzuordnen, so daß beim 'Steigen des Flüssigkeitsspiegels die Flüssigkeit
vermöge ihrer kinetischen Energie durch ein an die Fangdüse angeschlossenes Ablaufrohr
selbsttätig abgeführt werden kann.
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Für normale Drücke eignet sich Wasser als Betriebsflüssigkeit. Für
sehr hohe Drücke eignet sich am besten eine spezifisch schwere Flüssigkeit, z. B.
Quecksilber.
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Wenn es sich darum handelt, anstatt neutrale Gase, wie z. B. Luft,
Gase zu fördern, die z. B. mit Wasser in chemische Verbindung treten oder stark
gelöst würden, so empfiehlt es sich, chemisch neutrale Flüssigkeiten, die dem betreffenden
Gas von Fall zu Fall angepaßt sind, zu verwenden.
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Es ist nicht unbedingt nötig, daß die beiden Achsen des Rotors und
des Zylinders parallel sind. In besonderen Fällen kann es von Vorteil sein, wenn
sich die beiden Achsen schneiden oder windschief zueinander angeordnet sind. Wenn
es z. B. gilt, die äußeren Abmessungen des Verdichters aufs äußerste zu vermindern,
so könnte es von Vorteil sein, die Exzentrizität auf der Druckseite zu verkleinern,
was ohne Nachteil möglich wäre, da der Zentriwinkel x (Fig. a) des
sichelförmigen Arbeitsraumes der großen Windungen wesentlich kleiner ist als der
Zentriwinkel des sichelförmigen Arbeitsraumes der ersten bzw. kleinsten Windung.
In diesem Falle z. B. würden sich die beiden Achsen des Rotors und des Zylinders
schneiden.
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Die radiale Steigung S kann zwischen den Grenzwerten Null und q. E
wechseln (Fig. _9). Bei kleineren Einheiten kann an Stelle oder in Ergänzung des
Flüssigkeitsumlaufs der Zylinder mit Kühlrippen versehen sein, so daß die Verdichtungswärme
ganz oder teilweise an die Vmgebungsluft abgegeben wird.
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Der beschriebene Verdichter bietet den Vorteil, in einer Stufe, d.
h. mit einem Rotor erheblich höhere Druckverhältnisse zu ermöglichen als die bisher
üblichen Kreiselverdichter und in Anbetracht der beinahe isothermischen Verdichtung
hohe Wirkungsgrade zu ergeben.