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Zweistufiger Exzenterdrehkolbenverdichter Uniersucht man bekannte
Bauarten von Drehkolbenverdichtern mit einem Kolben (Widerlager) in Zwillings- oder
Mehrfachanordnung oder als zweistufigen Verdichter, so sind folgende wesentliche
Besonderheiten und Nachteile festzustellen.
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Der Kolben (Widerlager) einer bekannten Bauart wird zwecks Abdichtung,
Kraftübertragung und Aufhebung der Fliehkraft starr mit zwei seitlichen Dichtungsscheiben
verbunden, wovon die eine auf der Triebwelle aufgekeilt ist. Da nun auch zwei Einheiten
dieser Bauart unmittelbar zusammengebaut werden können, so ergeben sich leichtSchwierigkeiten
hinsichtlich der Wärmedehnungen, weil im Betrieb nicht alle Bauteile dieselben Temperaturen
besitzen. Die Abdichtung der beiden seitlichen Deckscheiben. gegen das ruhende Gehäuse
bereitet ebenfalls Schwierigkeiten. Ebenso gleitet der schmale Kolben atn Zylinder
des ruhenden Gehäuses mit voller Umfangsgeschwindigkeit entlang, wodurch der Kolben
sich meist stärker ausdehnt als (las ruhende Gehäuse; so müssen genügend große Spiele
zwischen den gleitenden Flächen vorhanden sein. Die Folge ist Undichtigkeit, leicht
eintretendes Klemmen und damit eine Beschädigung der Maschine.
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Die Zwillings- und Mehrfachdrehkolbenmaschinen, seien es Pumpen oder
Verdichter, werden meistens unmittelbar zusammengebaut und laufen in einem gemeinsamen
Gehäuse. Sie werden von einer Seite angetrieben. Der Kraftfluß geht von der Triebwelle
immer unsymmetrisch erst nach der ersten Maschineneinheit und von da nach der zweiten.
Die außermittig gelagerten Kolbentrommeln werden hierbei auf einer meist ortsfesten
außermittigen Welle, welche von der anderen Seite der Gesamtmaschine in die einzelnen
Einheiten oder Gruppen der Verdichter oder Pumpen hineinragt, gelagert. Die mittlere
Trennwand ist bei diesen Bauarten immer reichlich groß durchbrochen, um die außermittige
Welle durchtreten zu lassen, während das gesamte Aggregat mit den Kolbentrommeln
und den Zylindermänteln umläuft.
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Im Betrieb dehnt sich bei den auftretenden Erwärmungen der mit der
Triebwelle starr verbundene Maschinensatz (entweder Triebwelle und die damit starr
verbundenen Seitenscheiben, Zylindermantel der ersten Stufe, mittlere Trennwand,
Zylindermantel der zweiten Stufe (Maschineneinheit) und Seitenscheiben oder Triebwelle,
außermittige Welle der ersten und der zweiten Maschineneinheit) immer nach der Seite
aus, wo kein Spurlager sich entgegenstellt, das ist von den Lagerdeckeln auf beiden
Seiten weg nach der Mitte zu. Die außermittige Welle dehnt sich von der anderen
Seite aus. Die beiden Dehnungswege sind gegeneinandergerichtet und summieren sich
also. Es tritt daher auch bei geringer Erwärmung schon leicht ein Klemmen der umlaufenden
Bauteile ein. Will man diese Mängel beseitigen und vergrößert demzufolge
die
Lagerspiele oder die Spiele zwischen den Dichtflächen, so wird 'der Maschinensatz
undicht, arbeitet unwirtschaftlich und läßt in seinen Leistungen nach.
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Bei anderen Maschinen werden dieolte@l':. versetzt, wobei sich bei
einer zweistufigen-" Anordnung der Verdichter oder Pumpen ein längerer Überströmkanal
ergibt, was einen schädlichen Totraum schafft und die Lieferung vermindert.
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Eine dritte Bauart läßt die Kolbentrommeln auf einer sich drehenden
außermittigen Welle schwingen, wobei die Verbindung mit dem Gehäuse über den schwingend
gelagerten Kolben (Widerlager) erfolgt. Hier tritt eine dauernd wechselnde Bewegung
des Kolbens auf, sei es nur schwingend oder auch nur hin und her gehend und schwingend,
so daß dieselben gleitend eingebaut werden müssen. Da nun die Kräfte über die gleitenden
Teile auf den Kolben wirken, so tritt Erwärmung durch Reibung ein. Bei dieser Bauart
steht der Gehäusemantel still, und die mittlere Trennwand ist hier durchbrochen,
um die umlaufende außermittige Welle für die Kolbentrommeln hindurchtreten zu lassen.
Um so mehr Dichtflächen vorhanden sind, deren Spiele entsprechend den auftretenden
Temperaturen eingestellt werden müssen, um so größereUndichtigkeiten undReibungsverluste
entstehen.
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Aus dieser Kennzeichnung des Bekannten ersieht man sogleich, wie bei
einzelnen dieser Erfindungen gute Lösungen auf Teilgebieten erfolgten, aber dafür
wieder andere Mängel hervorgerufen wurden, welche diese Drehkolbenverdichter oder
Pumpen an sich nicht betriebssicherer machten. Diese Mängel beseitigt nun die vorliegende
Erfindung.
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Die Erfindung betrifft einen zweistufigen Exzenterdrehkolbenverdichter
und besteht darin, daß die beiden Verdichterstufen beiderseits einer gemeinsamen,
mit der Triebwelle fest verbundenenTrennwand symmetrisch angeordnet und mit dieser
Trennwand starr verbunden sind und die Verdichter jeder Stufe aus einem Zylindermantel,
einer in bekannter Weise außermittig zur Antriebswelle gelagerten Kolbentrommel
und einem durch eine Zylindernuß mit der Kolbentrommel in beweglicher Verbindung
stehenden Kolben bestehen, welche an der Trennwand unversetzt nebeneinanderliegen
und sowohl mit dieser als auch mit den Stirnwänden und dein Zylindermantel starr
und gasdicht verbunden sind.
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Die Verdichter sind im Maschinengehäuse sowohl radial als auch axial
ausdehnbar angeordnet, wobei noch zwischen dem Maschinengehäuse und dem Zylindermantel
eine Labyrinthdichtung vorgesehen ist. Innerhalb der Kolben und der mittleren Trennwand
ist ein Überströmkanal vom Verdichter der ersten Stufe nach dem Verdichter der zweiten
Stufe 4n.it einem selbsttätig wirkenden Ventil 33 vor-`gesehen.
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.Die Erfindung ist auf den beiliegenden :'Zeichnungen in Abb. i bis
5 dargestellt. Abb. i zeigt den Maschinensatz im Längsschnitt und die Abb.2 und
3 einen Schnitt nach Linien A-A und C-C der Abb. i durch die erste und zweite Stufe.
Abb. q. und 5 zeigen die beiden Kolben mit dem selbsttätig wirkenden Ventil und
dem Überströrnkanal.
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Der zweistufige Exzenterdrehkolberverdichter gemäß vorliegender Erfindung
besteht aus dem Maschinengehäuse i, das zu beiden Seiten durch zwei Gehäusestirnwände
2, 3 verschlossen ist. Auf diesen zwei Gehäusestirnwänden befinden sich die Lager
6, 7 für die Triebwelle B. Auf der Triebwelle 8 ist die mittlere Trennwand 9 aufgekeilt.
Diese ist am Umfang mit dein Zylindermantel io und daran anschließend zu beiden
Seiten finit den beiden unversetzt angeordneten Kolben 11, 12 und den seitlichen
Stirnscheiben 13, 14. starr und gasdicht' verbunden. Der Zylindermantel io trägt
außen schraubenförmige Kühlkanäle 15 und im Mantelteil der zweiten Stufe noch die
Auslaßöffnung 16 mit dein Ventil 34 für die verdichteten Gase. In der Ebene der
Mittelwand 9 ist auf dein Verdichterinantel io eine Labyrinthdiclitung-i7 zwischen
dieseln und dem Maschinengehäuse i vorgesehen, um einen Übertritt der verdichteten
Gase der zweiten Stufe zur Ansaugluft zu verhindern, Im Gehäuse befindet sich der
Ansaugstutzen i8 und der Druckstutzen i9. Die beiden Stirnwände 13, 14 sind auf
dem zur Triebwelle 8 mittig angeordneten Zapfen 2o, 21 der Gehäusewände 2, 3 gelagert.
Die außermittig gelagerte Kolbentrommel 2,2 der ersten Stufe läuft auf einem als
Hohlkörper ausgebildeten Exzenterlager 23. Die Kolbentromme125 der zweiten Stufe
ist ebenfalls auf dem außermittigen Zapfen 26 gelagert. Die beiden Kolbentrommeln
22, 25 sind mit Zylindernüssen 28, 29 mit den Kolben i i, 12 gelenkig verbunden
(vgl. Abb. 2 und 3). Die Stirnwand 13 der ersten Stufe besitzt die Öff-
nung
30 zum Ansaugen des Frischgases, welches verdichtet werden soll. In den beiden
Kolben 11, 12 befindet sich ein gemeinsamer Überströmkanal 32 von der ersten Stufe
nach der zweiten Stufe, der durch das Ventil 33
die verdichteten Gase der
ersten Stufe nach der zweiten strölhen läßt, um dort weiterverdichtet zu werden
(vgl. Abb. 5).
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Abb. q. zeigt eine seitliche Ansicht gegen die Stirnscheibe 13 mit
Einlaßöffnung 30 und Abb. 5 einen Schnitt durch die Kolben i i, 12 in Draufsicht.
Wirkungsweise
des zweistufigen Exzenterdrehkolbenverdichters Der Verdichter der ersten Stufe saugt
durch Ansaugstutzen i8 (Abb. 2) und Üffnung 30 das Gas bei einer Umdrehung in den
Arbeitsraum der ersten Stufe. Bei der folgenden Umdrehung wiederum wird von der
ersten Stufe weiter angesaugt; das vorher angesaugte Gas wird gleichzeitig in der
ersten Stufe verdichtet und strömt beim erreichten Zwischendruck über das Ventil
33 und den Kanal 32 nach dem Ansaugraum für die zweite Stufe (s. Abb.
5). Dort wird das Gas nun zu Ende verdichtet und geht über das Ventil 34 durch die
Auslaßöffnung 16 und Druckstutzen i9 nach dein Verwendungsort. I:)ieses Spiel, Ansaugen,
Verdichten, Überschieben und Weiterverdichtung in der zweiten Stufe und Ausschub
durch das Ventil 34 wiederholt sich bei jeder Umdrehung.