-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen mehrstufigen Hochdruckkompressor
mit einem mehrstufigen Kompressionsmechanismusbereich, der ein Ansaug-Arbeitsfluid
verdichtet, so dass ein Hochdruck-Arbeitsfluid erzeugt wird. Insbesondere betrifft
die vorliegende Erfindung eine Drehmomentschwankungen unterdrückende Vorrichtung
in einem Elektromotor des mehrstufigen Hochdruckkompressors. Die
vorliegende Erfindung betrifft auch eine Dichtungsvorrichtung eines
mehrstufigen Hochdruckkompressors und insbesondere eine Dichtstruktur
zwischen einem Zylinder und einem den äußeren Umfang desselben umgebenden
Element.
-
2. Ausführliche
Beschreibung des Standes der Technik
-
Ein
mehrstufiger Hochdruckkompressor, der einen in seinem unteren Teil
vorgesehenen Elektromotor und einen in seinem oberen Teil vorgesehenen Kompressionsmechanismusbereich
einschließt,
ist bekannt gewesen. In einem solchen mehrstufigen Hochdruckkompressor
weist der Kompressionsmechanismusbereich eine Mehrzahl von Kompressionsbereichen
auf und bewegt durch die Drehung einer rotierenden welle, die sich
vom Elektromotor aus nach oben erstreckt, einen Kolben in Bezug
zu einem Zylinder hin und her. Die Hin- und Herbewegung des Kolbens
bewirkt, dass ein Ansaug-Arbeitsfluid durch eine Mehrzahl von Kompressionsstufen
verdichtet wird, wodurch ein Hochdruck-Arbeitsfluid erzeugt wird. Beispiele
dieser Art von mehrstufigem Hochdruckkompressor schließen eine
mehrstufige Kompressionsvorrichtung ein, die einer der vom jetzigen Anmelder
vor dem Anmeldetag der vorliegenden Anmeldung erfundenen Hochdruckgaskompressoren ist.
Eine solche mehrstufige Kompressionsvorrichtung ist zum Beispiel
in den Japanischen Patentanmeldungen Nr. 11-81781 und 11-46748 beschrieben.
-
1 veranschaulicht
einen Stand der Technik, der eine Beziehung zwischen einem Kompressionsmechanismusbereich
und einem Elektromotor zeigt. In 1 bezeichnet
das Bezugszeichen 20 einen Elektromotor. Der Elektromotor 20 schließt einen Stator 22 ein,
der eine Wicklung 21 aufweist und an einer Innenseite eines
Motorgehäuses 24 befestigt ist,
sowie einen Rotor 25, der im Inneren des Stators 22 vorgesehen
und durch einen vorbestimmten Luftspalt vom Stator 22 beabstandet
ist. Eine rotierende Welle 23 des Rotors 25 erstreckt
sich nach oben. Ein Kompressionsmechanismusbereich 26 ist oberhalb
des Elektromotors 20 vorgesehen. Die Bezugszeichen 27 und 28 bezeichnen
Gehäuseelemente,
die an der Ober- und Unterseite des Motorgehäuses 24 befestigt
sind. Das Motorgehäuse 24 und die
Gehäuseelemente 27 und 28 umschließen zusammen
den Elektromotor 20. Die Bezugszeichen 29 und 30 bezeichnen
Lager für
eine drehbare Halterung der rotierenden Welle 23. Das Bezugszeichen 35 ist
ein Festsetzkeil, um zu verhindern, dass sich der Rotor 25 in
Bezug zur rotierenden Welle 23 dreht.
-
Bei
der oben beschriebenen Konstruktion wird ein Kolben 32 durch
die Drehung der rotierenden Welle 23 in Bezug zu einem
Zylinder 31 des Kompressionsmechanismusbereichs 26 hin
und her bewegt. Die Hin- und Herbewegung des Kolbens 32 bewirkt,
dass ein Arbeitsfluid, wie ein Ansauggas, durch vier Stufen verdichtet
wird, wodurch ein Hochdruckgas erzeugt wird. Die Konstruktion und
Funktionsweise eines Hochdruckkompressors mit einem solchen vierstufigen
Kompressionsmechanismus sind in den zuvor erwähnten Japanischen Patentanmeldungen Nr.
11-81781 und 11-46748 beschrieben.
-
Wie
in 1 veranschaulicht, enthält der Elektromotor 20 den
Rotor 25, wobei eine kreisförmige Platte 33 zur
Aufnahme der Unterseite des Rotors 25 am unteren Ende der
rotierenden Welle 23 mittels eines Schraubenbolzens 34 befestigt
ist, der in die rotierende Welle 23 geschraubt ist, wodurch
der Rotor 25 in Bezug zur rotierenden Welle 23 gehalten bzw.
abgestützt
wird.
-
Der
Festsetzkeil 35, der zwischen der rotierenden Welle 23 und
dem Rotor 25 angeordnet ist, soll verhindern, dass sich
der Rotor 25 in Bezug zur rotierenden Welle 23 dreht.
Der gesamte Festsetzkeil 35 ist im Rotor 25 enthalten.
-
Wie
oben beschrieben, macht der Stand der Technik die kreisförmige Platte 33 erforderlich,
die vorgesehen ist, um den Rotor 25 in Bezug zur rotierenden
Welle 23 des Elektromotors 20 zu halten bzw. abzustützen. Somit
tritt im Fall des Standes der Technik eine Drehmomentschwankung
des Elektromotors 20 auf, und es sind weder Strukturen
noch Vorkehrungen zum Unterdrücken
einer solchen Drehmomentschwankung im Stand der Technik vorgesehen.
-
Das
zweite Problem, das von der vorliegenden Erfindung gelöst werden
soll, wird nun in Verbindung mit einem in 2 bis 5 dargestellten mehrstufigen
Hochdruckkompressor des Standes der Technik beschrieben. Ein mehrstufiger
Hochdruckkompressor 100 schließt vier Kompressionsbereiche
(Kompressionsstufenbereiche) 101, 102, 103 und 104 ein,
d.h. der Kompressor ist der vierstufige Kompressor. Die Kompressionsbereiche 101 und 103 sind
auf einer horizontalen Achse 106 angeordnet, und die Kompressionsbereiche 102 und 104 sind auf
einer horizontalen Achse 105 angeordnet. Ein Wechselwirkungs-Kompressionsmechanismus
besteht aus Zylindern 71, 72, 73 und 74,
die feststehende Elemente sind, sowie auf den Achsen 106 und 105 angeordneten
Kolben 51, 52, 53 und 54, die
bewegliche Elemente sind, welche sich darin hin und her bewegen.
-
Als
Erstes wird ein aus einem Ansaugrohr 118 angesaugtes Arbeitsfluid
im Kompressionsbereich 101 der ersten Stufe verdichtet.
Als Nächstes tritt
das im Kompressionsbereich 101 der ersten Stufe verdichtete
Arbeitsfluid durch eine Leitung 5 in den Kompressionsbereich 102 der
zweiten Stufe ein, um es zu verdichten. Dann tritt das im Kompressionsbereich 102 der
zweiten Stufe verdichtete Arbeitsfluid durch eine Leitung 6 in
den Kompressionsbereich 103 der dritten Stufe ein, um es
zu verdichten. Danach tritt das im Kompressionsbereich 103 der
dritten Stufe verdichtete Arbeitsfluid durch eine Leitung 7 in den
Kompressionsbereich 104 der vierten Stufe ein, um es zu
verdichten. Das so erhaltene Hochdruck-Arbeitsfluid mit vorbestimmtem
Druck und vorbestimmter Strömungsmenge
wird aus einem Auslassrohr 8 abgegeben.
-
Das
Arbeitsfluid in einem solchen mehrstufigen Hochdruckkompressor 100 ist
ein Gas, wie Stickstoff, ein Erdgas, Schwefelhexafluorid (SF6) und Luft. Der mehrstufige Kompressor 100 kann
bei einer Erdgasbefüllungsmaschine,
um ein Erdgas in eine Druckflasche (Zylinder) eines Autos zu füllen, das Erdgas
verwendet, einer Hochdruck-Stickstoffgasversorgung zu einer Gas-Spritzgussmaschine,
die während
des Spritzgießens
von Kunstharz ein Hochdruck-Stickstoffgas verwendet, einer Befüllmaschine zum
Einfüllen
von Hochdruckluft in eine Druckluftflasche, oder dergleichen Anwendung
finden.
-
Bei
dem mehrstufigen Hochdruckkompressor 100 sind der Kolben 51 im
Kompressionsbereich 101 der ersten Stufe und der Kolben 53 im
Kompressionsbereich 103 der dritten Stufe durch ein Joch 1A auf
der Achse 106 verbunden. Ein Kreuzschlitten 2A, der
beweglich vorgesehen ist, so dass er die Achse 106 im Joch 1A überquert,
ist über
einen Kurbelzapfen 3 mit einer Kurbelwelle 4 verbunden.
Die Achsen 105 und 106 kreuzen sich bei Betrachtung
von oben unter einem Winkel von 90 Grad. Der Kolben 52 im Kompressionsbereich 102 der
zweiten Stufe und der Kolben 54 im Kompressionsbereich 104 der
vierten Stufe sind durch ein Joch 1B auf der Achse 105 verbunden.
Ein Kreuzschlitten 2B, der beweglich vorgesehen ist, so
dass er die Achse 105 im Joch 1B überquert,
ist über
den Kurbelzapfen 3 mit der Kurbelwelle 4 verbunden.
-
Die
Kurbelwelle 4 wird vom Elektromotor 20 in Drehung
versetzt (siehe z.B. 1), der unterhalb der Kompressionsbereiche 101 bis 104 vorgesehen ist.
Die Drehung der Kurbelwelle 4 bewirkt, dass der Kurbelzapfen 3,
der in Bezug zur Kurbelwelle 4 exzentrisch vorgesehen ist,
um die Kurbelwelle 4 gedreht wird. Betrachtet man das Joch 1A,
so wird einer Verlagerung des Kurbelzapfens 3 in Richtung
der Achse 105 durch die Bewegung des Kreuzschlittens 2A Rechnung
getragen, und einer Verlagerung des Kurbelzapfens 3 in
Richtung der Achse 106 wird durch die Bewegung des Jochs 1A Rechnung
getragen. Dementsprechend bewegen sich die Kolben 51 und 53 nur
in Richtung der Achse 106 hin und her.
-
Betrachtet
man das Joch 1B, so wird andererseits einer Verlagerung
des Kurbelzapfens 3 in Richtung der Achse 106 durch
die Bewegung des Kreuzschlittens 2B Rechnung getragen,
und einer Verlagerung des Kurbelzapfens 3 in Richtung der Achse 105 wird
durch die Bewegung des Jochs 1B Rechnung getragen. Dementsprechend
bewegen sich die Kolben 52 und 54 nur in Richtung
der Achse 105 hin und her.
-
5 ist
eine Querschnittsansicht, welche die Konstruktion des Kompressionsbereichs 101 der ersten
Stufe des mehrstufigen Hochdruckkompressors 100 zeigt.
Der Kompressionsbereich 101 der ersten Stufe enthält eine
erste Kompressionskammer 58 und eine zweite Kompressionskammer 59,
die auf entgegengesetzten Seiten des Kolbens 51 vorgesehen
sind.
-
Wenn
sich der Kolben 51 vorwärtsbewegt, wird
ein Arbeitsfluid durch geöffnete
Ventile e und f in den durch Pfeile angezeigten Richtungen in die
erste Kompressionskammer 58 angesaugt, wobei Ventile a und
b geschlossen sind. Gleichzeitig wird in der zweiten Kompressionskammer 59 ein
Arbeitsfluid verdichtet. Wenn das verdichtete Arbeitsfluid in der zweiten
Kompressionskammer 59 einen vorbestimmten Druck erreicht,
wird das Arbeitsfluid durch geöffnete
Ventile c und d nach außen
abgegeben. Danach wird das Arbeitsfluid durch die Leitung 5 zum
Kompressionsbereich 102 der zweiten Stufe geschickt, wie
durch einen in 3 und 5 dargestellten Pfeil
veranschaulicht.
-
Wenn
sich der Kolben 51 zurückzieht,
werden die Ventile e und f geschlossen, und das Arbeitsfluid in
der ersten Kompressionskammer 58 wird verdichtet. Wenn
das verdichtete Arbeitsfluid einen vorbestimmten Druck erreicht,
werden die Ventile a und b geöffnet,
womit das Arbeitsfluid zur zweiten Kompressionskammer 59 abgegeben
wird. Das Bezugszeichen 60 bezeichnet eine Stangenführung zum Führen einer
Verbindungsstange 57, so dass sich die Verbindungsstange 57 ohne
Schwingungen reibungslos zwischen vorbestimmten Stellungen hin und
her bewegt.
-
Wie
oben beschrieben, verwendet der Kompressionsbereich 101 der
ersten Stufe des mehrstufigen Hochdruckkompressors 100 einen
Doppelkompressionsmechanismus (Doppelwirkungsmechanismus), so dass
ein Arbeitsfluid in dem einzigen Zylinder 71 durch zwei
Stufen angesaugt, verdichtet und abgegeben wird. Jeder von dem Kompressionsbereich 102 der
zweiten Stufe, dem Kompressionsbereich 103 der dritten
Stufe und dem Kompressionsbereich 104 der vierten Stufe
verwendet an Stelle des Doppelkompressionsmechanismus, wie demjenigen aus
dem Kompressionsbereich 101 der ersten Stufe, eine gewöhnliche
Anordnung, einen sogenannten "Einzelwirkungsmechanismus", wo das Ansauggas durch
eine einstufige Kompression im Zylinder verdichtet wird, indem der
Kolben in Bezug zum Zylinder hin und her bewegt wird.
-
Bei
der oben beschriebenen Konstruktion beträgt der Druck eines Gases, welches
das Arbeitsfluid ist, das aus dem Ansaugrohr 118 angesaugt wird,
im Allgemeinen etwa 0,05 MPa(G), und das Gas wird im Kompressionsbereich 101 der
ersten Stufe auf etwa 0,5 MPa(G) verdichtet. Das verdichtete Gas
wird durch die Leitung 5 dem Kompressionsbereich 102 der
zweiten Stufe zugeführt.
Dann wird das Gas im Kompressionsbereich 102 der zweiten Stufe
auf etwa 2 MPa(G) verdichtet. Danach wird das verdichtete Gas durch
die Leitung 6 dem Kompressionsbereich 103 der
dritten Stufe zugeführt.
Das Gas wird im Kompressionsbereich 103 der dritten Stufe auf
etwa 7 bis 10 MPa(G) verdichtet. Danach wird das verdichtete Gas
durch die Leitung 7 dem Kompressionsbereich 104 der vierten
Stufe zugeführt.
Im Kompressionsbereich 104 der vierten Stufe wird das Gas
bis auf etwa 20 bis 30 MPa(G) verdichtet. Das derart erhaltene Hochdruckgas
(Hochdruck-Arbeitsfluid)
wird aus dem Auslassrohr 8 einem Speicher zugeführt. Das
Hochdruckgas wird aus dem Speicher in einen interessierenden Gegenstand
zugeführt,
z.B. eine Gas-Spritzgussmaschine,
eine Druckluftflasche oder dergleichen.
-
In
dem oben beschriebenen Stand der Technik sind die jeweiligen Zylinder 71, 72, 73 und 74 vom Kompressionsbereich 101 der
ersten Stufe bis zum Kompressionsbereich 104 der vierten
Stufe in einem Gehäuse 70 abgestützt, und
jeweilige Zylinderköpfe 75, 76, 77 und 78 sind
damit verschraubt. In Abhängigkeit
von der speziellen Konstruktion des Kompressionsmechanismus ist
ein Ventilsitz mit einem Einlassventil oder einem Auslassventil
für den
Kolben vom Kompressionsbereich 101 der ersten Stufe bis zum
Kompressionsbereich 104 der vierten Stufe vorgesehen.
-
Unter
Bezugnahme auf 6 wird nun ein Dichtungszustand
des Zylinders 71 im Kompressionsbereich 101 der
ersten Stufe erörtert.
Zwei Dichtnuten 80 sind auf der äußeren Umfangsfläche des Zylinders 71 vorgesehen.
In den zwei Dichtnuten 80 sind jeweils Dichtringe (O-Ringe) 81 angeordnet.
Für die
Abdichtung zwischen den Elementen, die den Zylinder 71 umgeben
(in diesem Fall das Gehäuse 70 und
der Zylinderkopf 75), und dem Zylinder 71 wird durch
die Dichtringe (O-Ringe) 81 gesorgt, die zwischen dem Zylinder 71 und
dem Gehäuse 70 und zwischen
dem Zylinder 71 und dem Zylinderkopf 75 zusammengedrückt werden.
Das Bezugszeichen 82 bezeichnet einen im Kolben 51 vorgesehenen
Kolbenring.
-
Um
die Abdichtung im oben beschriebenen Stand der Technik zu verstärken, ist
ein starkes Zusammendrücken
der Dichtringe (O-Ringe) 81 erforderlich.
Jedoch wird dann der Zusammenbau der Dichtringe (O-Ringe) 81 mit
dem Zylinder 71, dem Gehäuse 70 und dem Zylinderkopf 75 schwieriger. Um
einen geeigneten Dichtungszustand zu erreichen, wird die Tiefe und
Breite von jeder der Dichtnuten 80 in Bezug zu jedem der
Dichtringe (O-Ringe) 81 entscheidender.
Daher ist für
die Bearbeitung der Dichtnuten 80, die entlang des Umfangs
des Zylinders vorgesehen werden müssen, in Verbindung mit der
Abmessung der Dichtringe (O-Ringe) 81 eine hohe Genauigkeit
erforderlich. Somit wird ein Dichtungsmechanismus benötigt, der
eine vereinfachte Bearbeitung des Zylinders und ein einfaches Montageverfahren
realisiert.
-
Die
US-A-4,190,402 und die US-A-4,615,259 offenbaren jeweils einen mehrstufigen
Hochdruckkompressor, der sämtliche
der Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 enthält. Die bekannten
Kompressoren weisen beide den Nachteil auf, dass eine Drehmomentschwankung
des Elektromotors auftreten kann.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
In
Anbetracht der Probleme, wie oben beschrieben, ist es ein Ziel der
vorliegenden Erfindung, einen mehrstufigen Hochdruckkompressor bereit
zu stellen, der eine Vorrichtung aufweist, die imstande ist, einen
Rotor in Bezug zu einer rotierenden Welle eines Elektromotors zu
halten bzw. abzustützen
und eine Drehmomentschwankung des Elektromotors zu unterdrücken. Außerdem ist
es ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, einen mehrstufigen
Hochdruckkompressor bereit zu stellen, bei dem man einen stabilen
Betrieb des Elektromotors erhalten kann.
-
Um
die oben beschriebenen Ziele zu erreichen, verwendet die vorliegende
Erfindung technische Mittel, so dass ein Rotor eines Elektromotors
in Bezug zu einer rotierenden Welle durch ein Schwungrad abgestützt wird,
das an einem unteren Ende der rotierenden Welle des Elektromotors
befestigt ist.
-
Die
vorliegende Erfindung verwendet auch technische Mittel, so dass
das Schwungrad durch einen Schraubenbolzen mit dem unteren Ende
der rotierenden Welle des Elektromotors verbunden wird, und eine
Verlängerung
eines Festsetzkeils zwischen der rotierenden Welle des Elektromotors
und dem Rotor des Elektromotors in das Schwungrad eingesetzt wird.
-
Die
vorliegende Erfindung verwendet auch technische Mittel, so dass
das untere Ende der rotierenden Welle des Elektromotors und das
daran zu befestigende Schwungrad durch sich miteinander paarende
Schraubgewinde verbunden werden, die am unteren Ende der rotierenden
Welle des Elektromotors und am Schwungrad ausgebildet sind.
-
Die
vorliegende Erfindung verwendet auch technische Mittel, so dass
das untere Ende der rotierenden Welle des Elektromotors und das
daran zu befestigende Schwungrad durch eine Schrumpfpassung dazwischen
verbunden werden.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die kreisförmige
Platte, die im Stand der Technik verwendet wird, um den Rotor zu
halten bzw. abzustützen, weggelassen
werden, und statt dessen wird das Schwungrad vorgesehen, das die
Rolle einer Halterung bzw. Abstützung
des Rotors spielt und auch eine reibungslose Drehung des Rotors
sicherstellen kann. Daher können
die Schwingungen der mehrstufigen Kompressionsvorrichtung verringert
werden. Außerdem
kann die Temperatur der Wicklung des in der mehrstufigen Kompressionsvorrichtung
verwendeten Elektromotors verringert werden, wodurch die Zuverlässigkeit
der mehrstufigen Kompressionsvorrichtung verbessert wird.
-
Da
die Verlängerung
des Festsetzkeils in das Schwungrad eingesetzt wird, wird zusätzlich zu
den oben beschriebenen Wirkungen für eine ausreichende Wirkung
gesorgt, dass eine Drehung des Schwungrades in Bezug zur rotierenden
Welle verhindert wird, ohne dass man das Schwungrad mit einem sperrigen
Schraubenbolzen festschrauben muss. Der Rotor und das Schwungrad
können
beide unter Verwendung eines gemeinsamen Keils am Drehen gehindert
werden, wodurch die Anzahl von Komponenten und die Anzahl von Montageschritten verringert
wird.
-
Außerdem wird
das Schwungrad an der rotierenden Welle befestigt, indem am Schwungrad und
der rotierenden Welle ausgebildete Schraubgewinde verbunden werden.
Daher ist zusätzlich
zu den oben beschriebenen Wirkungen der Schraubenbolzen zum Befestigen
des Schwungrades in Bezug zur rotierenden Welle nicht länger notwendig,
wodurch die Anzahl von Komponenten verringert und die Befestigung
des Schwungrades erleichtert wird.
-
Auch
wird das Schwungrad durch Schrumpfpassung an der rotierenden Welle
befestigt. Zusätzlich
zu den Wirkungen der ersten Erfindung ist daher der Schraubenbolzen
zum Befestigen des Schwungrades in Bezug zur rotierenden Welle nicht
länger notwendig,
wodurch die Anzahl von Komponenten verringert und die feste Fixierung
des Schwungrades erreicht wird.
-
Außerdem ist
es in Anbetracht der Probleme, wie oben beschrieben, ein Ziel der
vorliegenden Erfindung, einen mehrstufigen Hochdruckkompressor bereit
zu stellen, der einen Dichtmechanismus einschließt, der für eine ausreichende Abdichtungswirkung
sorgen kann und eine vereinfachte Bearbeitung des Zylinders und
einen einfachen Montagevorgang erzielen kann. Bei einem mehrstufigen
Hochdruckkompressor mit einem Kompressionsmechanismusbereich, der
ein Hochdruck-Arbeitsfluid
erzeugt, indem er einen Kolben unter Ausnutzung der Drehung eines
Elektromotors in Bezug zum Zylinder hin und her bewegt und indem
er unter Ausnutzung der Hin- und Herbewegung des Kolbens das Ansaug-Arbeitsfluid
durch eine Mehrzahl von Kompressionsstufen verdichtet, verwendet
die vorliegende Erfindung deshalb als die speziellen Mittel zum
Lösen der
oben beschriebenen Probleme technische Mittel, so dass Dichträume, in
denen Dichtringe jeweils zwischen dem Zylinder und denselben umgebenden
Elementen zusammengedrückt
werden, am jeweiligen äußeren Umfang
an beiden Enden des Zylinders vorgesehen sind.
-
Da
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Dichträume,
in denen jeweils die Dichtringe zwischen dem Zylinder und den denselben
umgebenden Elementen zusammengedrückt werden, am jeweiligen äußeren Umfang
an beiden Enden des Zylinders vorgesehen sind, wird die Bearbeitung
des Zylinders erleichtert, verglichen mit derjenigen eines Zylinders, bei
dem eine Dichtnut entlang des mittleren Teils seines äußeren Umfangs
ausgebildet ist. Auch ist es bei der Montage nicht länger notwendig,
wie im Stand der Technik den mühevollen
Vorgang auszuführen, bei
dem der Dichtring von einem Ende des Zylinders bis zu der in der äußeren Umfangsfläche des
Zylinders vorgesehenen Dichtnut bewegt und der Dichtring entlang
der Dichtnut angebracht wird.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
-
Diese
und andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die begleitenden
Zeichnungen deutlich, in denen:
-
1 eine
teilweise im Querschnitt dargestellte Seitenansicht eines mehrstufigen
Hochdruckkompressors gemäß einem
Stand der Technik ist;
-
2 eine
Draufsicht auf einen mehrstufigen Hochdruckkompressor ist, für den die
vorliegende Erfindung relevant ist;
-
3 eine
Draufsicht auf den mehrstufigen Hochdruckkompressor ist, für den die
vorliegende Erfindung relevant ist, wobei sie jeden Kompressionsbereich
im Querschnitt zeigt;
-
4 eine
Draufsicht ist, die einen Joch- und Kreuzschlitten-Bereich im mehrstufigen
Hochdruckkompressor zeigt, für
den die vorliegende Erfindung relevant ist;
-
5 eine
Querschnittsansicht eines Kompressionsbereichs einer ersten Stufe
des mehrstufigen Hochdruckkompressors ist, für den die vorliegende Erfindung
relevant ist;
-
6 eine
Querschnittsansicht ist, die eine Dichtstruktur gemäß dem Stand
der Technik zeigt;
-
7 eine
teilweise im Querschnitt dargestellte Seitenansicht eines mehrstufigen
Hochdruckkompressors gemäß der ersten
Ausführungsform
der ersten Erfindung ist;
-
8 eine
teilweise im Querschnitt dargestellte Seitenansicht eines mehrstufigen
Hochdruckkompressors gemäß der zweiten
Ausführungsform der
ersten Erfindung ist;
-
9 eine
teilweise im Querschnitt dargestellte Seitenansicht eines mehrstufigen
Hochdruckkompressors gemäß der dritten
Ausführungsform
der ersten Erfindung ist;
-
10 eine
teilweise im Querschnitt dargestellte Seitenansicht eines mehrstufigen
Hochdruckkompressors gemäß einer
Abwandlung der dritten Ausführungsform
der ersten Erfindung ist;
-
11 eine
teilweise im Querschnitt dargestellte Seitenansicht eines mehrstufigen
Hochdruckkompressors gemäß der vierten
Ausführungsform der
ersten Erfindung ist;
-
12 eine
teilweise im Querschnitt dargestellte Seitenansicht ist, die zeigt,
dass ein mehrstufiger Hochdruckkompressor gemäß der vorliegenden Erfindung
auf einen Sitz gesetzt ist;
-
13 eine
Darstellung ist, welche die Konstruktion eines Schlittenmechanismusteils
eines Kreuzschlittens in einem mehrstufigen Hochdruckkompressor
gemäß dem Stand
der Technik zeigt;
-
14 eine
teilweise geschnittene Ansicht ist, die einen Schlittenmechanismusteil
eines Kreuzschlittens in einem mehrstufigen Hochdruckkompressor
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
-
15 eine
Seitenansicht des Schlittenmechanismusteils des Kreuzschlittens
in dem mehrstufigen Hochdruckkompressor gemäß der vorliegenden Erfindung
bei Betrachtung von der Seite eines Wälzlagers her ist;
-
16 eine
teilweise geschnittene Ansicht ist, die den Schlittenmechanismusteil
des Kreuzschlittens in dem mehrstufigen Hochdruckkompressor gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
-
17 eine
Querschnittsansicht eines Kompressionsbereichs der zweiten Stufe
eines mehrstufigen Hochdruckkompressors gemäß der vorliegenden Erfindung
ist; und
-
18 eine
Darstellung ist, welche die Anordnung einer Zylinderöffnung des
Kompressionsbereichs der zweiten Stufe bei dem mehrstufigen Hochdruckkompressor
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
-
AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Die
vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die begleitenden
Zeichnungen speziell beschrieben. Da der Betrieb eines mehrstufigen Hochdruckkompressionsmechanismusbereichs
derselbe ist, wie der oben beschriebene, wird seine Beschreibung
hier weggelassen (siehe die zuvor erwähnte, unter Bezugnahme auf 2 bis 5 gelieferte
Beschreibung).
-
7 veranschaulicht
die erste Ausführungsform
der ersten Erfindung. In 7 sind dieselben Komponenten
wie diejenigen in 1 durch dieselben Bezugszeichen
wie diejenigen in 1 bezeichnet. In 7 bezeichnet
das Bezugszeichen 40 ein Schwungrad, das mittels eines
Schraubenbolzens 41 am unteren Ende der rotierenden Welle 23 befestigt
ist. Das Schwungrad 40 ist vorgesehen, um die Unterseiten
des Rotors 25 und der Wicklung 21 zu bedecken,
und umfasst einen Teil 42, welcher der rotierenden Welle 23 entspricht,
einen Teil 43, welcher dem Rotor 25 entspricht,
und einen Teil 44, welcher der Wicklung 21 entspricht.
Das Schwungrad 40 ist mit einer abgestuften Konfiguration
ausgebildet, deren Durchmesser nach unten zunimmt. Der Rotor 25 wird
von dem Teil 42 gehalten bzw. abgestützt, welcher der rotierenden
Welle 23 entspricht. Die Aufwärtsbewegung des Rotors 25 wird
durch einen Stufenteil 46 gesteuert, der in der rotierenden
Welle 23 ausgebildet ist. Der Rotor 25 schlägt gegen
den Stufenteil 46 an, wenn er sich nach oben bewegt, so dass
die Aufwärtsbewegung
des Rotors 25 kontrolliert wird.
-
Der
Festsetzkeil 35 ist zwischen der rotierenden Welle 23 und
dem Rotor 25 vorgesehen, wodurch der Rotor 25 daran
gehindert wird, sich in Bezug zur rotierenden Welle 23 zu
drehen. Der gesamte Festsetzkeil 35 ist im Rotor 25 enthalten.
-
Durch
den so konstruierten mehrstufigen Hochdruckkompressor der vorliegenden
Erfindung kann die kreisförmige
Platte 33, die im Stand der Technik verwendet wird, um
den Rotor 25 zu halten bzw. abzustützen, weggelassen werden, und
statt dessen ist das Schwungrad 40 vorgesehen, das die Rolle
einer Halterung bzw. Abstützung
des Rotors 25 spielt und auch eine reibungslose Drehung
des Rotors 25 sicherstellen kann. Somit können die
Schwingungen des mehrstufigen Hochdruckkompressors 100 verringert
werden. Die Ausgangsleistung des im mehrstufigen Hochdruckkompressor 100 verwendeten
Elektromotors 20 beträgt
zum Beispiel etwa 2,0 kW, und der Stromwert des Elektromotors 20,
wenn er überlastet
ist, kann von etwa 11 A (Ampere) auf etwa 7 A (Ampere) verringert
werden. Daher kann die Temperatur der Wicklung 21 des Elektromotors 20 von
etwa 110°C
auf etwa 80°C
verringert werden, wodurch die Zuverlässigkeit des mehrstufigen Hochdruckkompressors 100 verbessert
wird.
-
8 veranschaulicht
die zweite Ausführungsform
der ersten Erfindung. In 8 sind dieselben Komponenten
wie diejenigen in 7 durch dieselben Bezugszeichen
wie diejenigen in 7 bezeichnet. Der Rotor 25 wird
von dem Teil 42 gehalten bzw. abgestützt, welcher der rotierenden
Welle 23 entspricht. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich
von der ersten Ausführungsform
dadurch, dass eine Abwärtsverlängerung 45A eines
Festsetzkeils 45 in eine in der Seitenfläche des
Teils 42 des Schwungrades 40 ausgebildete Nut
eingesetzt ist.
-
Dementsprechend
wird dort für
eine ausreichende Wirkung dahingehend gesorgt, dass eine Drehung
des Schwungrades in Bezug zur rotierenden Welle verhindert wird,
ohne dass man das Schwungrad mit dem sperrigen Schraubenbolzen 41 festschrauben
muss. Beide, der Rotor und das Schwungrad, können unter Verwendung eines
gemeinsamen Keils am Drehen gehindert werden, wodurch die Anzahl
von Komponenten und die Anzahl von Montageschritten verringert wird.
Außerdem kann,
wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, die im Stand der
Technik zum Halten bzw. Abstützen
des Rotors 25 verwendete kreisförmige Platte 33 weggelassen
werden, und statt dessen ist das Schwungrad 40 vorgesehen,
das die Rolle einer Halterung bzw. Abstützung des Rotors 25 spielt
und auch eine reibungslose Drehung des Rotors 25 sicherstellen
kann.
-
9 veranschaulicht
die dritte Ausführungsform
der ersten Erfindung. In 9 sind dieselben Komponenten
wie diejenigen in 7 durch dieselben Bezugszeichen
wie diejenigen in 7 bezeichnet. Der Rotor 25 wird
von dem Teil 42 gehalten bzw. abgestützt, welcher der rotierenden
Welle 23 entspricht. Gemäß der dritten Ausführungsform
der ersten Erfindung wird das Schwungrad 40 durch eine Gewindeverbindung
zwischen einem in einem unteren Endteil 23A der rotierenden
Welle 23 ausgebildeten Außengewinde und einem in dem
Teil 42 des Schwungrades 40 ausgebildeten Innengewinde
am unteren Ende der rotierenden Welle 23 befestigt.
-
10 veranschaulicht
eine Abwandlung der dritten Ausführungsform
der ersten Erfindung. In 10 sind
dieselben Komponenten wie diejenigen in 9 durch
dieselben Bezugszeichen wie diejenigen in 9 bezeichnet,
und ihre Beschreibung ist dieselbe wie diejenige im Fall von 9.
Der Rotor 25 wird von dem Teil 42 gehalten bzw.
abgestützt, welcher der
rotierenden Welle 23 entspricht. Die Abwandlung der dritten
Ausführungsform
unterscheidet sich von der zuvor erwähnten Ausführungsform in einem Verfahren
zur Befestigung des Schwungrades 40 am unteren Endteil der rotierenden
Welle 23. Spezieller wird das Schwungrad 40 durch
eine Gewindeverbindung zwischen einem im unteren Endteil der rotierenden
Welle 23 ausgebildeten Innengewinde und einem aus dem Teil 42 des
Schwungrades 40 überstehenden
Außengewinde
am unteren Ende der rotierenden Welle 23 befestigt.
-
Somit
ist bei der dritten Ausführungsform
der Schraubenbolzen zum Befestigen des Schwungrades 40 in
Bezug zur rotierenden Welle 23, der bei der oben beschriebenen
ersten und zweiten Ausführungsform
verwendet wird, nicht länger
notwendig, wodurch die Anzahl von Komponenten verringert und die
Befestigung des Schwungrades 40 erleichtert wird. Außerdem kann
wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform die im Stand der
Technik zum Halten bzw. Abstützen
des Rotors 25 verwendete kreisförmige Platte 33 weggelassen
werden, und statt dessen ist das Schwungrad 40 vorgesehen,
das die Rolle einer Halterung bzw. Abstützung des Rotors 25 spielt
und auch eine reibungslose Drehung des Rotors 25 sicherstellen
kann.
-
11 veranschaulicht
die vierte Ausführungsform
der ersten Erfindung. In 11 sind
dieselben Komponenten wie diejenigen in 9 und 10 durch
dieselben Bezugszeichen wie diejenigen in 9 und 10 bezeichnet,
und ihre Beschreibung ist dieselbe wie diejenige im Fall von 9.
Der Rotor wird von dem Teil 42 gehalten bzw. abgestützt, welcher
der rotierenden Welle 23 entspricht. Die vierte Ausführungsform
der ersten Erfindung unterscheidet sich von den zuvor erwähnten Ausführungsformen
in einem Verfahren zum Befestigen des Schwungrades 40 am
unteren Endteil der rotierenden Welle 23. Spezieller wird
das Schwungrad 40 durch Schrumpfpassung des unteren Endteils
der rotierenden Welle 23 in eine Öffnung, die in dem Teil 42 des
Schwungrades 40 ausgebildet ist, am unteren Endteil der
rotierenden Welle 23 befestigt.
-
Somit
ist bei der vierten Ausführungsform
der Schraubenbolzen zum Befestigen des Schwungrades 40 in
Bezug zur rotierenden Welle 23, der bei der oben beschriebenen
ersten und zweiten Ausführungsform
verwendet wird, nicht länger
notwendig, wodurch die Anzahl von Komponenten verringert und eine
feste Fixierung des Schwungrades 40 erreicht wird. Wie
bei der oben beschriebenen ersten Erfindung kann außerdem die
im Stand der Technik zum Halten bzw. Abstützen des Rotors 25 verwendete kreisförmige Platte 33 weggelassen
werden, und statt dessen ist das Schwungrad 40 vorgesehen,
das die Rolle einer Halterung bzw. Abstützung des Rotors 25 spielt
und auch eine reibungslose Drehung des Rotors 25 sicherstellen
kann.
-
12 veranschaulicht
die Konstruktion derart, dass der mehrstufige Hochdruckkompressor 100 gemäß der vorliegenden
Erfindung auf einen Untersatz 120 gesetzt ist. Der Untersatz 120 umfasst
allgemein zwei Bereiche. Einer ist ein erster Sockelbereich 121 zum
Absetzen des mehrstufigen Hochdruckkompressors 100 gemäß der vorliegenden
Erfindung im oberen Teil, und der andere ist ein unterhalb des mehrstufigen
Hochdruckkompressors 100 angeordneter zweiter Sockelbereich 123 zum
Absetzen eines Gebläses 122,
um von unten Kühlluft
zum mehrstufigen Hochdruckkompressor 100 zu blasen. Das
Gebläse 122 weist
einen Elektromotor 124 auf, der am zweiten Sockelbereich 123 befestigt
ist, und ein Schaufelrad 125, das vom Elektromotor 124 gedreht
wird. Der Hochdruckkompressor 100 wird von vier Beinen 126 gehalten
bzw. abgestützt,
die sich aus dem ersten Sockelbereich 121 erstrecken, und zwar
durch einen rüttelfesten
Gummi 127 am oberen Ende jedes Beins 126.
-
Um
die Wärmeabstrahlung
des mehrstufigen Hochdruckkompressors 100 zu fördern, weist
der Untersatz 120 eine Mehrzahl von Strömungskanalplatten 128 auf,
die am ersten Sockelbereich 121 befestigt sind, so dass
sie den mehrstufigen Hochdruckkompressor 100 umgeben. Die
Strömungskanalplatten 128 sind
abnehmbar am ersten Sockelbereich 121 oder einer durch
eine Schraube am ersten Sockelbereich 121 befestigten Stütze angebracht,
und zwar zum Zweck einer Reparatur und Inspektion des mehrstufigen
Hochdruckkompressors 100. Dementsprechend wird durch die
Strömungskanalplatten 128 die
Wärmeabstrahlung
des mehrstufigen Hochdruckkompressors 100 erleichtert.
Indem man die Strömungskanalplatten 128 abnimmt,
kann die Reparaturinspektion des mehrstufigen Hochdruckkompressors 100 mühelos ausgeführt werden.
-
13 zeigt
einen Schlittenmechanismusteil des Kreuzschlittens 2A in
dem mehrstufigen Hochdruckkompressor 100 gemäß dem Stand
der Technik. Dieser Mechanismus ist in 3 der zuvor
erwähnten
Japanischen Patentanmeldung Nr. 11-81781 dargestellt. 13 ist
eine Darstellung, welche den Schlittenmechanismusteil des Kreuzschlittens 2A des
Standes der Technik bei Betrachtung von der Seite eines Wälzlagers 11 her
zeigt. Eine Auskleidungsplatte 12 weist eine gleichförmige Dicke
und die Gestalt einer flachen Platte auf. Die Auskleidungsplatte 12 ist
in eine Aufnahme (einen Schuh) 110 für die Auskleidungsplatte 12 eingesetzt, und
die Aufnahme 110 ist im Joch 1A ausgebildet. Das
Wälzlager 11 mit
einer Mehrzahl von in Längsrichtung
angeordneten Rollen 111 ist auf der Oberfläche der
Auskleidungsplatte 12 angeordnet.
-
14 bis 16 zeigen
ein Beispiel der Konstruktion des Schlittenmechanismusteils des Kreuzschlittens 2A bei
dem mehrstufigen Hochdruckkompressor 100 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Hier ist die Abmessung (durch eine Länge L1 angezeigt) der Aufnahme
(des Schuhs) 110 für
die Auskleidungsplatte 12, die im Joch 1A ausgebildet ist,
identisch mit derjenigen der Aufnahme (des Schuhs) 110 des
in 13 dargestellten Standes der Technik. Die Auskleidungsplatte 12 ist
eine Platte mit einer stufenförmigen Konfiguration,
deren Mittelteil, der in die Aufnahme (den Schuh) 110 eingesetzt
werden soll, eine gleichförmige
Dicke aufweist, und deren den Mittelteil beiderseits begrenzende
Teile eine kleinere Dicke aufweisen. Das Wälzlager 11 mit der Mehrzahl
von in Längsrichtung
angeordneten Rollen 111 ist auf der Oberfläche der
Auskleidungsplatte 12 angeordnet. Eine Last von den Rollen 111 wird
vom dicken Mittelteil der Auskleidungsplatte 12 aufgenommen.
Federn 13 werden gegen den dicken Mittelteil der Auskleidungsplatte 12 gedrückt. Während die
Rolle 111 im Stand der Technik einen Durchmesser von 2,5
mm aufweist, macht es die oben beschriebene Konstruktion der vorliegenden
Erfindung möglich,
eine Rolle zu verwenden, deren Durchmesser bis zu 3 mm lang ist.
-
Während die
Verdichtung des Kompressionsbereichs 104 der vierten Stufe
bei der Konstruktion aus dem Stand der Technik etwa 20 MPa(G) beträgt, kann
die Verdichtung des Kompressionsbereichs 104 der vierten
Stufe wegen der Konstruktion des Schlittenmechanismusteils des Kreuzschlittens gemäß der vorliegenden
Erfindung auf etwa 30 MPa(G) vergrößert werden. Der Grund dafür ist, dass ein
vom Kreuzschlitten 2A aufgebrachter planarer Druck verringert
werden kann.
-
Die
oben beschriebene Konstruktion kann innerhalb des Umfangs des zuvor
erwähnten
technischen Konzepts auch am Kreuzschlitten 2B angewandt
werden.
-
17 und 18 zeigen
die Konstruktion zur Verbesserung eines Ansaugwirkungsgrades eines
Ansauggases für
den mehrstufigen Hochdruckkompressor 100 und zur Verringerung
des Pulsierens des Ansauggases. Jede dieser Figuren betrifft den Kompressionsbereich 102 der
zweiten Stufe. Ein Ansauggas aus einer Ansaugöffnung 130 für den Kompressionsbereich 102 der
zweiten Stufe strömt
durch einen Durchlass 131, vier Zylinderöffnungen 132, 133, 134 und 135,
die Ansaugöffnungen
für den
Zylinder 72 sind, sowie Ansaugventile, die jeweils den vier
Zylinderöffnungen
entsprechen (das Bezugszeichen 136 bezeichnet das Ansaugventil,
das der Zylinderöffnung 132 entspricht),
und das Ansauggas wird dann in den Zylinder 72 gesaugt.
Das Bezugszeichen 137 bezeichnet eine Auslassöffnung zur
Abgabe eines verdichteten Gases aus dem Zylinder 72 durch ein
Auslassventil 138. Wie in 18 dargestellt,
wird das Ansauggas aus der Ansaugöffnung 130 in zwei Ströme aus der
Ansaugöffnung 130 unterteilt,
die zur Seite der Zylinderöffnung 132 bzw.
zur Seite der Zylinderöffnung 135 geleitet
werden.
-
Das
Verhältnis
einer Strecke R1 von der Mitte der Einlassöffnung 130 bis zur
Mitte der ersten Zylinderöffnung 132 und
einer Strecke R2 von der Mitte der Ansaugöffnung 130 bis zur
zweiten Zylinderöffnung 133 ist
gleich dem Verhältnis
einer Querschnittsfläche
W1 der ersten Zylinderöffnung 132 und einer
Querschnittsfläche
W2 der zweiten Zylinderöffnung 133,
d.h. R2/R1 = W2/W1. Entsprechend ist das Verhältnis einer Strecke R4 von
der Mitte der Ansaugöffnung 130 bis
zur Mitte der vierten Zylinderöffnung 135 und
einer Strecke R3 von der Mitte der Ansaugöffnung 130 bis zur
dritten Zylinderöffnung 134 gleich
dem Verhältnis
einer Querschnittsfläche
W4 der vierten Zylinderöffnung 135 und
einer Querschnittsfläche
W3 der dritten Zylinderöffnung 134, d.h.
R3/R4 = W3/W4.
-
Wenn
der Durchlasswiderstand des aus der Ansaugöffnung 130 in den
Zylinder 72 angesaugten Gases im Wesentlichen gleichförmig (gleichförmig oder
allgemein gleichförmig)
ist, kann dementsprechend der Ansaugwirkungsgrad verbessert werden und
das Pulsieren des Ansauggases kann vermindert werden.
-
Obwohl
die oben beschriebene Konstruktion auf den Kompressionsbereich 102 der
zweiten Stufe angewandt wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf
beschränkt.
Der Kompressionsbereich einer anderen Stufe kann die oben beschriebene
Konstruktion innerhalb des Umfangs des zuvor erwähnten technischen Konzepts
nutzen.
-
Obwohl
die augenblicklich bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung dargestellt und beschrieben worden sind, versteht sich, dass
die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist und dass verschiedene
Veränderungen und
Abwandlungen vom Fachmann vorgenommen werden können, ohne den Umfang der Erfindung
zu verlassen, wie in den beigefügten
Patentansprüchen angegeben.