-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Kühlmittelverdichter zur Verwendung
in einer Kältemaschine.
-
8 zeigt
eine Querschnittansicht in einer Längsrichtung eines in der japanischen
Patentanmeldung JP 9-268 579 A gezeigten Spiralverdichters als Stand
der Technik. Eine feststehende Spirale 1 ist mit ihrem
Außenumfangsteil
mittels Schrauben (nicht gezeigt) an einem Führungsrahmen 15 befestigt.
-
Eine
Spiralturbine 1b ist an einer Oberfläche (untere Seite in 8)
eines Sitzes 1a ausgebildet, und ein Paar von Oldham-Kupplungsschlitzen 1c ist so
ausgebildet, daß sie
im wesentlichen linear in einem Außenumfangsteil des Sitzes vorliegen,
wobei mit diesen Oldham-Kupplungsschlitzen 1c ein Paar von
feststehenden Vorsprüngen 9c einer
Oldham-Kupplung 9 so in Eingriff steht, daß sie relativ zueinander
gleitverschieblich sind. Ein Ansaugrohr 10a ist in einen
hermetisch abgeschlossenen Behälter
durch Hindurchführen
von einer Seite der feststehenden Spirale 1 her eingepreßt (rechte
Seite in 8).
-
Eine
rotierende Spirale 2 weist auf einer Oberfläche eines
Sitzes 2a (obere Seite in 8) eine
Spiralturbine 2b auf, die im wesentlichen die gleiche Form
wie die Spiralturbine 1b der feststehenden Spirale 1 besitzt.
An einem Mittelbereich einer Oberfläche (untere Seite in 8),
die derjenigen der Spiralturbine 2b des Sitzes 2a gegenüberliegt,
ist ein Vorsprung 2f mit einer hohlzylindrischen Form ausgebildet,
und auf einer inneren Seitenfläche
des Vorsprungs 2f ist ein Lager 2c ausgebildet.
-
Ferner
ist an einem Außenumfang
in der gleichen Oberfläche
wie derjenigen des Vorsprungs 2f eine Druckfläche 2d ausgebildet,
die in Gleitkontakt mit einem Drucklager 3a eines nachgiebigen
Rahmens 3 steht. In einem Außenumfangsteil des Sitzes 2a der
rotierenden Spirale 2 ist ein Paar von Oldham-Kupplungsschlitzen 2e im
wesentlichen linear um ca. 90° phasenversetzt
zu den Oldham-Kupplungsschlitzen 1c der feststehenden Spirale
ausgebildet, wobei mit diesen Oldham-Kupplungsschlitzen 2e ein
Paar von drehbaren Vorsprüngen 9a der
Oldham-Kupplung 9 relativ zueinander gleitverschieblich in
Eingriff steht.
-
In
einem Mittelbereich des nachgiebigen Rahmens 3 sind ein
Hauptlager 3c und ein Hilfshauptlager 3h jeweils
zum radialen Abstützen
einer Hauptwelle 4 ausgebildet, die von einem Motor 7 mit einer
Drehbewegung angetrieben wird. Obgleich ein Außenumfang 15g des
Führungsrahmens 15 mittels Übermaß-Preßsitz, Schweißen oder
dergleichen an dem hermetisch abgeschlossenen Behälter befestigt ist,
ist ein Strömungspfad
zum Einführen
eines Kühlgases
mit einem hohen Druck, das durch eine Austrittsöffnung 1f der feststehenden
Spirale 1 aus dem Führungsrahmen 15 an
ein auf der Motorseite (untere Seite in 8) vorgesehenes
Austrittsrohr 10b ausgegeben wird, freigelassen.
-
Auf
der Seite der feststehenden Spirale des Führungsrahmens 15 (obere
Seite in 8) ist an einer inneren Seitenfläche eine
obere Bohrungsfläche 15a ausgebildet
und mit einer oberen zylindrischen Oberfläche 3d, die in einer
Außenumfangsfläche des nachgiebigen
Rahmens 3 ausgebildet ist, zusammengesetzt und in Eingriff.
-
Andererseits
ist auf der Motorseite des Führungsrahmens 15 (untere
Seite in 8) in einer inneren Seitenfläche eine
untere Bohrungsfläche 15b ausgebildet
und mit einer unteren zylindrischen Oberfläche 3e, die an einer
Außenumfangsfläche des
nachgiebigen Rahmens 3 ausgebildet ist, zusammengesetzt
und in Eingriff.
-
In
einer inneren Seitenfläche
des Führungsrahmens 15 sind
zwei Dichtnuten zum Aufnehmen eines Dichtmaterials ausgebildet,
und eine obere Dichtung 16a und eine untere Dichtung 16b sind
mit diesen Dichtnuten zusammengesetzt und in Eingriff. Ein durch
diese beiden Dichtungen 16a, 16b, die innere Seitenfläche des
Führungsrahmens 15,
und die äußere Seitenfläche des
nachgiebigen Rahmens 3 begrenzter Raum 15f ist
mit einem Raum 2h um den Vorsprung 2f durch eine
in dem nachgiebigen Rahmen 3 ausgebildete Druckausgleichöffnung 3i verbunden.
-
Die
obere Dichtung 16a und die untere Dichtung 16b sind
nicht zwingend erforderlich und können weggelassen werden, falls
ein Abdichten in einem Mikrospalt zwischen Eingriffsbereichen möglich ist. Ein
Raum 2i um den Außenumfang
des Sitzes 2a, der in der Außenumfangsseite des Drucklagers 3a von
dem Sitz 2a der rotierenden Spirale und dem nachgiebigen
Rahmen 3 in den vertikalen Richtungen umgeben ist, ist
mit einer Ansaugkammer 1g in der Nähe eines Endes der Spiralturbine
verbunden, so daß in
ihm eine Ansauggas-Atmosphäre
vorliegt.
-
An
dem Ende der Hauptwelle 4 auf der Seite der rotierenden
Spirale (obere Seite in 8) ist ein Umlaufwellenkörper 4b ausgebildet,
der in drehendem Eingriff mit dem Lager 2c der rotierenden
Spirale 2 steht. Zur unteren Seite der Hauptwelle hin ist
ein Hauptwellen-Ausgleichselement 4e durch Übermaß-Schrumpfpassung
befestigt, und ein Hauptwellenkörper 4c,
der in drehendem Eingriff mit dem Hauptlager 3c und dem
Hilfshauptlager 3h des nachgiebigen Rahmens 3 steht,
ist unterhalb des Hauptwellen-Ausgleichselementes 4e ausgebildet.
-
Am
anderen Ende der Hauptwelle ist ein Nebenwellenkörper 4d ausgebildet,
der in drehendem Eingriff mit einem Nebenlager 6a eines
Nebenrahmens 6 steht. Zwischen dem Nebenwellenkörper 4d und
dem oben erwähnten
Hauptwellenkörper 4c ist ein
Rotor 8 des Motors 7 durch Übermaßpassung befestigt. Ein oberes
Ausgleichselement 8a ist an einem oberen Ende des Rotors 8 ausgebildet,
und ein unteres Ausgleichselement 8b ist an einem unteren
Ende des Rotors befestigt, so daß ein statisches Gleichgewicht
und ein dynamisches Gleichgewicht durch das oben erwähnte Hauptwellen-Ausgleichselement 4e und
diese drei Ausgleichselemente aufrechterhalten werden.
-
Ein Ölrohr 4f ist
auf ein unteres Ende der Hauptwelle 4 aufgepreßt, um in
einem unteren Bereich des hermetisch abgeschlossenen Behälters 10 angesammeltes
Kühlöl 10e hochzusaugen.
Ein Glasanschluß 10f ist
an einer Seitenfläche
des hermetisch abgeschlossenen Behälters 10 angebracht,
wobei an diesen Glasanschluß ein
Leitungsdraht von einem Stator des Motors 7 angeschlossen
ist.
-
Es
wird nun ein Standardbetrieb des herkömmlichen Spiralverdichters
beschrieben. Im Normalbetrieb wird, da ein Bereich 10d des
hermetisch abgeschlossenen Behälters 10 einen
hohen Druck unter einer Atmosphäre
von Austrittsgas aufweist, das Kühlöl 10e im
unteren Bereich des hermetisch abgeschlossenen Behälters 10 aus
einem Hochdruck-Schmierungsloch 4g, welches die Hauptwelle 4 in
Axialrichtung durchsetzend ausgebildet ist, in einen Raum 2g in
dem Vorsprung 2f eingeführt.
-
Dieses
Hochdrucköl
wird durch das Lager 2c so entspannt, daß es einen
mittleren Druck aufweist, und strömt auf den Raum 2h um
den Vorsprung 2h zu. Das Kühlöl mit einem mittleren Druck
strömt durch
die Druckausgleichöffnung 3i zu
dem Raum 15f und wird über
ein Mitteldruck-Einstellventil oder dergleichen in den Raum 2i um
den Außenumfang des
Sitzes 2a abgegeben, der einen niedrigen Druck aufweist.
-
Obgleich
auf den nachgiebigen Rahmen 3 eine abwärtsgerichtete Kraft einwirkt,
deren Betrag die Summe der durch den mittelhohen Druck in dem Raum 2h hervorgerufenen
Kraft und eines Drucks von der rotierenden Spirale 2 über das
Drucklager 3a ist, erzeugt im Normalbetrieb eine aufwärtsgerichtete Kraft,
deren Betrag die Summe der durch den mittleren Druck in dem Raum 15f erzeugten
Kraft und einer durch den hohen Druck hervorgerufenen Kraft, der auf
einen Abschnitt einwirkt, welcher der Hochdruckatmosphäre ausgesetzt
ist, in der unteren Endfläche
eine Kraft, die größer als
die abwärtsgerichtete Kraft
ist.
-
Somit
ist in dem nachgiebigen Rahmen 3 die obere zylindrische
Oberfläche 3d durch
die obere Bohrungsfläche 15a des
Führungsrahmens
geführt, und
die untere zylindrische Oberfläche 3e ist
durch die untere Bohrungsfläche 15b des
Führungsrahmens 15 geführt, so
daß der
nachgiebige Rahmen 3 auf der Seite der feststehenden Spirale
in Aufwärtsrichtung
in 8 abhebt.
-
Ferner
hebt die rotierende Spirale 2, die durch das Drucklager 3a auf
den nachgiebigen Rahmen 3 hin gedrückt wird, in Aufwärtsrichtung
ab, wobei die oberen Teile und der untere Teil der rotierenden Spirale 2 mit
dem unteren Teil bzw. den oberen Teilen der feststehenden Spirale 1 in
Gleitkontakt stehen.
-
Wenn
beim Hochfahren eine Flüssigkeitsverdichtung
stattfindet, erhöht
sich eine Last durch ein Gas, das in der Schubrichtung auf die rotierende
Spirale 2 einwirkt, so daß der nachgiebige Rahmen 3 auf der
gegenüberliegenden
Seite der feststehenden Spirale durch die rotierende Spirale 2 und
das Drucklager 3a stark nach unten gedrückt wird.
-
Infolgedessen
bildet sich ein relativ großer Spalt
zwischen den oberen Teilen und dem unteren Teil der rotierenden
Spirale 2 und dem unteren Teil bzw. den oberen Teilen der
feststehenden Spirale 1, so daß es möglich ist, einen anormalen
Druckanstieg in einer Kompressionskammer zu vermeiden. Der Entlastungsbetrag
wird durch einen Abstand zwischen einer Kontaktfläche 3q des
nachgiebigen Rahmens 3 und einer Kontaktfläche 15h des
Führungsrahmens 15 bestimmt.
-
Obgleich
hierbei das in der rotierenden Spirale 2 erzeugte Kippmoment
teilweise oder zur Gänze
durch das Drucklager 3a übertragen wird, wirkt eine
resultierende Kraft aus einer von dem Hauptwellenlager 3c her
empfangenen Last und einer Gegenkraft zu der Last, d.h. der gekoppelten
Kraft aus einer vom Führungsrahmen 15 her über die
obere zylindrische Oberfläche 3d empfangenen
Gegenkraft und einer vom Führungsrahmen 15 her über die
untere zylindrische Oberfläche 3e empfangenen
Gegenkraft – kompensierend
gegen das Kippmoment, so daß eine
ausgezeichnete Stabilität
im Nachfolgebetrieb und auch im Entlastungsbetrieb erzielt werden
kann.
-
Bei
dem herkömmlichen
Spiralverdichter, dessen nachgiebiger Rahmen in Axialrichtung beweglich
war, so daß er
sein eigenes Gleichgewicht im Hinblick auf das Moment bewahren konnte,
d.h. dem sogenannten Spiralverdichter vom Typ mit nachgiebigem Rahmen
des einschlägigen
Standes der Technik, entwich der mittlere Druck in dem Raum 2h um den
Vorsprung 2f in den Raum 2i um den Außenumfang
des Sitzes 2a, wenn die rotierende Spirale 2 aufgrund
einer geringfügigen äußeren Störung wie
etwa einer Variation einer Bedingung des Betriebsdrucks und der
Ansaugung von flüssigem
Kühlmittel
am Drucklager 3a des nachgiebigen Rahmens 3 anstieß.
-
Infolgedessen
entwich der mittlere Druck in dem Raum 15f durch die Druckausgleichöffnung 3i in den
Raum 2i, in dem eine Atmosphäre mit niedrigem Druck vorlag.
-
Somit
wurde die Kraft zum Anheben des nachgiebigen Rahmens 3 auf
der Seite der feststehenden Spirale (Aufwärtsrichtung in 8)
verringert, so daß der
nachgiebige Rahmen 3 auf der gegenüberliegenden Seite der feststehenden
Spirale (Abwärtsrichtung
in 8) gemeinsam mit der rotierenden Spirale 2 entlastet
wurde. Mit anderen Worten, es lag eine Instabilität vor, da
es leicht vorkam, daß die
rotierende Spirale 2 durch eine geringfügige äußere Störung entlastet wurde.
-
Weiterhin
hatte der herkömmliche
Spiralverdichter einen geringeren Freiheitsgrad beim Einstellen
eines Arbeitsbereichs des Raumes 15f, d.h. eines Bereiches
mit dem mittleren Druck, der einen Hauptfaktor beim Anheben des
nachgiebigen Rahmens 3 auf der Seite der feststehenden
Spirale (Aufwärtsrichtung
in 8) darstellt, da er durch einen Arbeitsbereich
des Raumes 2h, d.h. des Raumes mit dem gleichen mittleren
Druck wie demjenigen dieses Raumes, eingeschränkt würde.
-
Weiterhin
wurde bei dem herkömmlichen Spiralverdichter
der mittlere Druck in dem Raum 15f, der einen Hauptfaktor
beim Anheben des nachgiebigen Rahmens 3 in der Richtung
auf die feststehende Spirale (Aufwärtsrichtung in 8)
unmittelbar nach dem Anfahren darstellte, so erzeugt, daß ein Innendruck
des hermetisch abgeschlossenen Behälters 10 erhöht wurde,
und das Kühlöl 10e mit
einem hohen Druck durch das Lager gedrosselt wurde und in den Raum 15f strömte.
-
Somit
lag eine Zeitverzögerung
vor, bis der mittlere Druck in dem Raum 15f anzusteigen
begann. Folglich bestand das Problem, daß es eine Zeit dauerte, bis
der nachgiebige Rahmen 3 für den Normalbetrieb abhob,
d.h., zum Anfahren war ein beträchtlicher
Zeitbetrag nötig.
-
Weiterhin
gab es bei dem herkömmlichen Spiralverdichter
dadurch Probleme, daß durch
eine Überbelastung
bei einem anormalen Druckanstieg in der durch die Spiralturbine 1b der
feststehenden Spirale 1 und die Spiralturbine 2b der
rotierenden Spirale 2 gebildeten Kompressionskammer möglicherweise
die Spiralturbinen 1b und 2b zerstört wurden
und die Lager 2c und das Hauptlager 3c blockierten,
und zwar als Folge einer Flüssigkeitsverdichtung,
bei der ein Betrag eines Axialspiels des nachgiebigen Rahmens 3 zu
gering war, um das Ansaugen von flüssigem Kühlmittel im laufenden Zustand
zu ermöglichen.
-
Weiterhin
gab es bei dem herkömmlichen Spiralverdichter
dadurch Probleme, daß eine äußerst lange
Zeitdauer nötig
war, um einen normalen Betrieb durch das Abheben des nachgiebigen
Rahmens 3 herzustellen, oder im schlimmsten Fall ein Anfahren
unmöglich
war, da der nachgiebige Rahmen 3 zum Zeitpunkt des Anfahrens
maximal entlastet wurde, wenn der Betrag des Axialspiels des nachgiebigen
Rahmens 3 groß war,
so daß die
rotierende Spirale 2 um einen maximalen Betrag in Axialrichtung von
der feststehenden Spirale 1 abgerückt war; die rotierende Spirale 2 regellos
drehte und dabei weniger Kompression bewirkte, und sich daher der
Innendruck des hermetisch abgeschlossenen Behälters kaum erhöhte.
-
Die
US-A-4 552 518 (entsprechend der FR-A-2 559 847) beschreibt einen
Spiralverdichter gemäß dem Oberbegriff
von Patentanspruch 1.
-
Es
wäre wünschenswert,
die oben genannten, bei der herkömmlichen
Technik systembedingt vorliegenden Probleme zu lösen, und die Instabilität zu verbessern,
die darin besteht, daß es
leicht vorkommt, daß der
nachgiebige Rahmen 3 und die rotierende Spirale 2 entlastet
werden, wenn die rotierende Spirale 2 aufgrund einer geringfügigen äußeren Störung anstößt.
-
Es
wäre weiterhin
wünschenswert,
einen ausreichenden Freiheitsgrad zum Einstellen eines Arbeitsbereiches
des Raumes 15f zur Verfügung
zu stellen.
-
Es
wäre weiterhin
wünschenswert,
einen Verdichter zur Verfügung
stellen zu können,
bei dem keine Möglichkeit
besteht, daß Spiralturbinen
für die Kompression
zerstört
werden und Lager blockieren.
-
Es
wäre weiterhin
wünschenswert,
einen Verdichter mit einem ausgezeichneten Anfahrverhalten zur Verfügung zu
stellen.
-
Es
wäre weiterhin
wünschenswert,
einen Verdichter zur Verfügung
stellen zu können,
bei dem ein Gleitreibungsverlust einer rotierenden Spirale verringert
ist und eine stabile Schmierung von Lagern möglich ist.
-
Die
vorliegende Erfindung gibt einen Spiralverdichter gemäß den Angaben
in dem Patentanspruch 1 an.
-
Ein
erfindungsgemäßer Spiralverdichter weist
eine feststehende Spirale mit einer Spiralturbine und eine rotierende
Spirale mit einer Spiralturbine auf, wobei die Spiralturbinen miteinander
in Eingriff stehen, um zwischeneinander eine Kompressionskammer
zu bilden, und die feststehende Spirale und die rotierende Spirale
in einem hermetisch abgeschlossenen Behälter angeordnet sind. Ein nachgiebiger
Rahmen stützt
die rotierende Spirale in deren Axialrichtung ab und stützt eine
Hauptwelle zum Antreiben der rotierenden Spirale in Richtungen ihrer Radien
ab.
-
Ein
Führungsrahmen
stützt
den nachgiebigen Rahmen in den Richtungen der Radien ab, wobei der
Führungsrahmen
an dem hermetisch abgeschlossenen Behälter befestigt ist. Die rotierende Spirale
ist in Axialrichtung beweglich durch eine Gleitbewegung in bezug
auf den nachgiebigen Rahmen in Axialrichtung. Ein Raum ist zwischen
dem nachgiebigen Rahmen und dem Führungsrahmen gebildet, und
ein Druck in dem Raum ist höher
als der Ansauggasdruck und gleich dem oder kleiner als der Austrittsgasdruck.
-
Bei
einer Ausführungsform
ist zwischen der rotierenden Spirale und dem nachgiebigen Rahmen ein
Raum um einen Vorsprung gebildet, der einen höheren Druck aufweist als der
Ansauggasdruck, sowie den gleichen Druck wie den Austrittsgasdruck
oder einen geringeren Druck aufweist.
-
Bei
einer Ausführungsform
sind der Raum um den Vorsprung und der Raum zwischen den Rahmen
verbunden, und Fluid kann von dem Raum um den Vorsprung zu dem anderen
Raum strömen.
-
Bei
einer weiteren Ausführungsform
weist ein unterer Bereich des hermetisch abgeschlossenen Behälters, in
dem sich Kühlöl ansammelt,
einen hohen Druck auf, der größenordnungsmäßig bei
dem Druck des Austrittsgases liegt, der Raum um den Vorsprung befindet
sich in der Mitte eines Ölzuführungsweges,
und der Raum zwischen den Rahmen ist mit einem einen niedrigen Druck
aufweisenden Bereich über
eine Druckeinstellvorrichtung verbunden.
-
Bei
einer weiteren Ausführungsform
sind ein Druck in dem Raum zwischen den Rahmen und ein Druck in
dem Raum um den Vorsprung voneinander unabhängig.
-
Bei
einer weiteren Ausführungsform
weist ein unterer Bereich des hermetisch abgeschlossenen Behälters, in
dem sich Kühlöl ansammelt,
einen hohen Druck auf, der größenordnungsmäßig bei
dem Austrittsdruck liegt; der Raum um den Vorsprung befindet sich
in der Mitte eines Ölzuführungsweges,
und der Raum um den Vorsprung ist mit einem einen niedrigen Druck
aufweisenden Bereich über
eine Druckeinstellvorrichtung verbunden.
-
Bei
einer weiteren Ausführungsform
ist der Raum zwischen den Rahmen während des Verdichtungsbetriebs
mit der Kompressionskammer verbunden, um einen Druck in dem Raum
höher als
den Ansaugdruck und gleich dem oder kleiner als den Austrittsdruck
zu machen.
-
Bevorzugt
beträgt
die maximale bewegliche Distanz der rotierenden Spirale in bezug
auf den Führungsrahmen
in Axialrichtung 30 μm
oder mehr und 300 μm
oder weniger.
-
Ein
vollständigeres
Verständnis
der Erfindung und vieler der damit einhergehenden Vorteile ergibt
sich unter Bezugnahme auf die nachfolgende ausführliche Beschreibung in Verbindung
mit den beigefügten
Zeichnungen.
-
Es
zeigen:
-
1 eine
Längsschnittansicht
eines Spiralverdichters gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung;
-
2 eine
schematische Längsschnittansicht
eines wesentlichen Teils gemäß Ausführungsform
1;
-
3a eine
schematische Darstellung eines Endpunktes der maximal beweglichen
Distanz in einer Axialrichtung gemäß Ausführungsform 1;
-
3b eine
schematische Darstellung des anderen Endpunktes der maximal beweglichen
Distanz in einer Axialrichtung gemäß Ausführungsform 1;
-
4 ein
Diagramm zur Erläuterung
eines Anstiegs des Innendrucks beim Verdichten eines flüssigen Kühlmittels;
-
5 ein
Diagramm zur Erläuterung
eines Anfahrverhaltens;
-
6 eine
schematische Längsschnittansicht
eines wesentlichen Teils eines Spiralverdichters gemäß Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung;
-
7 eine
schematische Längsschnittansicht
eines wesentlichen Teils eines Spiralverdichters gemäß Ausführungsform
3 der vorliegenden Erfindung; und
-
8 eine
Längsschnittansicht
zur Veranschaulichung eines herkömmlichen
Spiralverdichters.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Im
nachfolgenden wird eine detaillierte Erläuterung von bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 gegeben,
wobei gleiche Bezugszeichen für
gleiche oder ähnliche
Teile verwendet werden, um eine Wiederholung der Beschreibung solcher
Teile zu vermeiden.
-
AUSFÜHRUNGSFORM 1
-
Die
Ausführungsform
1 wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben.
Eine feststehende Spirale 1 ist mit ihrem Außenumfangsteil
mittels Schrauben (nicht gezeigt) an einem Führungsrahmen 15 befestigt.
Eine Oberfläche
eines Sitzes 1a (untere Seite in 1) ist mit
einer Spiralturbine 1b ausgebildet, und ein Außenumfangsteil
des Sitzes 1a ist mit einem Paar von Oldham-Kupplungsschlitzen 1c ausgebildet,
die im wesentlichen ausgerichtet sind.
-
Ein
Paar von feststehenden Vorsprüngen 9c einer
Oldham-Kupplung 9 steht mit den Oldham-Kupplungsschlitzen 1c so
in Eingriff, daß sie
relativ zueinander gleitverschieblich sind. Ferner ist ein Ansaugrohr 10a in
einen hermetisch abgeschlossenen Behälter 10 von einer
Seitenfläche
der feststehenden Spirale 1 her (rechte Seite in 1)
durch Hindurchführen
in den hermetisch abgeschlossenen Behälter 10 eingepreßt.
-
Eine
rotierende Spirale 2 weist einen Sitz 2a auf.
Auf einer Oberfläche
des Sitzes 2a (obere Seite in 1) ist eine
Spiralturbine 2b ausgebildet, die im wesentlichen die gleiche
Form wie die Spiralturbine 1b der feststehenden Spirale 1 besitzt,
und in einem Mittelbereich der gegenüberliegenden Seite der Spiralturbine 2b des
Sitzes 2a (untere Seite in 1) ist ein
Vorsprung 2f mit einer hohlzylindrischen Form ausgebildet.
In einer inneren Seitenfläche
des Vorsprungs 2f ist ein Lager 2c ausgebildet.
-
In
einem Außenumfangsteil
auf der gleichen Seite wie derjenigen des Vorsprungs 2f der
rotierenden Spirale ist eine Druckfläche 2d ausgebildet,
die in Gleitkontakt mit einem Drucklager 3a eines nachgiebigen
Rahmens steht. Ferner ist in einem Außenumfang des Sitzes 2a der
rotierenden Spirale 2 ein Paar von Oldham-Kupplungsschlitzen 2e im
wesentlichen ausgerichtet, und zwar um ca. 90° phasenversetzt zu den Oldham-Kupplungsschlitzen 1c der
feststehenden Spirale 1 ausgebildet.
-
Ein
Paar von drehenden Vorsprüngen 9a der Oldham-Kupplung 9 steht
mit den Oldham-Kupplungsschlitzen 2e so in Eingriff, daß sie relativ
zueinander gleitverschieblich sind. Der Sitz 2a ist mit
einer Mitteldruckpassage 2j ausgebildet, bei der es sich um
ein schmales Loch handelt, das eine Oberfläche auf der Seite der feststehenden
Spirale 1 (obere Oberfläche
in 1) mit einer Oberfläche auf der Seite des nachgiebigen
Rahmens 3 (untere Oberfläche in 1) verbindet.
-
Eine Öffnung an
der Oberfläche
der Mitteldruckpassage 2j auf der Seite des nachgiebigen Rahmens,
d.h. ein unterer Einlaß,
ist so angeordnet, daß sich
im normalen Betrieb ein kreisförmiger
Ort davon stets innerhalb einer Innenseite des Drucklagers 3a des
nachgiebigen Rahmens 3 befindet. Die Mitteldruckpassage 2j kann
ein einziges Schrägloch gemäß der Darstellung
in 1 sein oder aus drei Löchern und einer Mitteldruckpassage 2l zusammengesetzt
sein (vgl. 2), wobei zwischen diesen kein wesentlicher
Unterschied besteht.
-
In
einem Mittelbereich des nachgiebigen Rahmens 3 sind ein
Hauptlager 3c und ein Hilfshauptlager 3h jeweils
zum radialen Abstützen
einer von einem Motor 7 drehbar angetriebenen Hauptwelle 4 ausgebildet.
Ferner ist eine Verbindungspassage 3s, welche eine Verbindung
von der Oberfläche
des Drucklagers 3a zu einem Raum 15f darstellt,
an dem nachgiebigen Rahmen 3 ausgebildet.
-
In
dem nachgiebigen Rahmen 3 ist weiterhin ein Einstellventilgehäuse ausgebildet,
wobei ein Ende dieses Einstellventilgehäuses 3p (unteres Ende
in 2) mit einem Außenvorsprungsraum 2h um
den Vorsprung 2f durch einen Einstellventil-Einlaßpfad 3j verbunden
ist, und gleichzeitig sein anderes Ende (oberes Ende in 2)
mit einem Raum 2i um den Außenumfang des Sitzes 2a durch
einen Einstellventil-Auslaßpfad 3n verbunden
ist. In einem unteren Bereich des Einstellventilgehäuses 3p ist
ein Mitteldruck-Einstellventil 3l so aufgenommen, daß es hin
und her beweglich gleitverschieblich ist.
-
In
einem oberen Bereich des Einstellventilgehäuses 3p ist ein Federanschlag 3t aufgenommen,
der an dem nachgiebigen Rahmen 3 befestigt ist. Zwischen
dem Mittel druck-Einstellventil 3l und dem Federanschlag 3t ist
eine Mitteldruck-Einstellfeder 3m so aufgenommen, daß sie auf
eine kürzere Länge als
ihre entspannte Länge
zusammengedrückt ist.
-
Obgleich
eine Außenumfangsfläche 15g des Führungsrahmens 15 mittels Übermaß-Preßsitz oder Schweißen an dem
hermetisch abgeschlossenen Behälter 10 befestigt
ist, wird ein Strömungspfad
zum Einführen
eines Kühlgases
mit einem hohen Druck, das durch eine Austrittsöffnung 1f der feststehenden Spirale 1 aus
dem Führungsrahmen 15 an
ein auf der Motorseite (untere Seite in 1) angebrachtes
Austrittsrohr 10b ausgegeben wird, beibehalten.
-
Auf
der Seite der feststehenden Spirale des Führungsrahmens 15 (obere
Seite in 1) ist an einer inneren Seitenfläche eine
obere Bohrungsfläche 15a ausgebildet
und mit einer oberen zylindrischen Oberfläche 3d, die an einer
Außenumfangsfläche des
nachgiebigen Rahmens 3 ausgebildet ist, in Eingriff. Andererseits
ist auf der Motorseite des Führungsrahmens 15 (untere
Seite in 1) an der inneren Seitenfläche eine
untere Bohrungsfläche 15b ausgebildet
und mit einer unteren zylindrischen Oberfläche 3e, die an der
Außenumfangsfläche des nachgiebigen
Rahmens 3 ausgebildet ist, in Eingriff.
-
In
einer inneren Seitenfläche
des Führungsrahmens 15 sind
zwei ringförmige
Dichtungsnuten zum Aufnehmen von Dichtungen ausgebildet, wobei in
diesen Dichtungsnuten eine ringförmige
obere Dichtung 16a und eine ringförmige untere Dichtung 16b eingesetzt
sind und fest sitzen. Der oben genannte Raum 15f ist durch
diese beiden Dichtungen 16a, 16b, die innere Seitenfläche des
Führungsrahmens 15,
und die äußere Seitenfläche des
nachgiebigen Rahmens 3 begrenzt.
-
Die
obere Dichtung 16a wie auch die untere Dichtung 16b ist
nicht zwingend erforderlich und kann durch Abdichten eines Mikrospaltes
zwischen Eingriffsbereichen, beispielsweise durch Ausbilden eines Ölfilms,
weggelassen werden. Ein Raum auf der Außenumfangsseite des Drucklagers 3a,
der von dem Sitz 2a der rotierenden Spirale und dem nachgiebigen
Rahmen in den vertikalen Richtungen umgeben ist, nämlich der
Raum 2i, ist mit einer Ansaugkammer 1g in der
Nähe des äußeren Endes
der Spiral turbine verbunden, so daß er einen niedrigen Druck
unter einer Ansauggas-Atmosphäre
aufweist.
-
An
dem Ende der Hauptwelle 4 auf der Seite der rotierenden
Spirale (obere Seite in 1) ist ein Umlaufwellenkörper 4b ausgebildet,
der in drehbarem Eingriff mit dem Lager 2c der rotierenden
Spirale 2 steht.
-
Unterhalb
dieses Endes ist ein Hauptwellen-Ausgleichselement 4e durch Übermaß-Schrumpfpassung befestigt,
und ein Hauptwellenkörper 4c ist
ausgebildet, der in drehbarem Eingriff mit dem Hauptlager 3c und
dem Hilfshauptlager 3h des nachgiebigen Rahmens 3 steht.
Am anderen Ende der Hauptwelle ist ein Nebenwellenkörper 4d ausgebildet,
der in drehbarem Eingriff mit einem Nebenlager 6a eines
Nebenrahmens 6 steht. Zwischen dem Nebenwellenkörper 4d und
dem Hauptwellenkörper 4c ist
ein Rotor 8 des Motors 7 durch Übermaß-Schrumpfpassung
befestigt.
-
An
einer Oberfläche
des oberen Endes des Rotors 8 ist ein oberes Ausgleichselement 8a angebracht,
und an einem unteren Ende des Rotors ist ein unteres Ausgleichselement 8b angebracht,
wobei die drei Ausgleichselemente, einschließlich des Hauptwellen-Ausgleichselementes 4e,
ein statisches Gleichgewicht und ein dynamisches Gleichgewicht einstellen.
-
Ferner
ist ein Ölrohr 4f in
die Endfläche
der Hauptwelle 4 eingepreßt, um in einem unteren Bereich
des hermetisch abgeschlossenen Behälters 10 angesammeltes
Kühlöl 10e hochzusaugen.
Es ist möglich,
die Hauptwelle 4 zu verlängern und so das Ölrohr 4f wegzulassen.
Ein Glasanschluß 10f ist
an einer Seitenfläche
des hermetisch abgeschlossenen Behälters 10 angebracht,
wobei an diesen Glasanschluß ein
Leitungsdraht von einem Stator des Motors 7 angeschlossen
ist.
-
Als
nächstes
wird der Normalbetrieb des Spiralverdichters gemäß Ausführungsform 1 beschrieben. Im
Normalbetrieb wird, da ein Bereich 10d des hermetisch abgeschlossenen
Behälters 10 einen
hohen Druck unter einer Atmosphäre
von Austrittsgas aufweist, das Kühlöl 10e im
unteren Bereich des hermetisch abgeschlossenen Behäl ters 10 durch
ein Hochdruck-Schmierungsloch 4g, welches das Ölrohr 4f und
die Hauptwelle 4 in Axialrichtung durchsetzt, in einen
Raum 2g in dem Vorsprung 2f eingeführt.
-
Dieses
Hochdrucköl
wird durch das Lager 2c so entspannt, daß es einen
mittleren Druck aufweist, der höher
als ein Ansaugdruck und gleich einem Austrittsdruck oder weniger
ist, und strömt
in den Raum 2h um den Vorsprung 2f. Andererseits
wird ein Hochdrucköl
im Hochdruck-Schmierungsloch 4g aus einer in der Hauptwelle 4 ausgebildeten
Seitenöffnung
in das Hochdruckende des Hauptlagers 3c (untere Endfläche in 1)
eingeführt,
wobei es durch das Hauptlager 3c entspannt wird, so daß es den
mittleren Druck aufweist, und strömt in den Raum 2h.
-
Das
Kühlöl mit dem
mittleren Druck des Raumes 2h liegt im allgemeinen in einem
Zwei-Phasen-Zustand vor, in dem es aufgrund einer Vergasung des
im Kühlöl gelösten Kühlmittels
ein gasförmiges
Kühlmittel
sowie das Kühlöl umfaßt, verläuft durch
einen Einstellventil-Einlaßpfad 3j,
strömt
in ein Einstellventilgehäuse 3p in
einer Atmosphäre
mit dem Ansaugdruck, d.h. einem niedrigen Druck, indem es eine durch
eine Mitteldruck-Einstellfeder 3m angelegte Last überwindet
und ein Mitteldruck-Einstellventil 3l aufdrückt, und
wird durch einen Einstellventil-Auslaßpfad 3n in den Raum 2i entlassen.
-
Wie
bereits beschrieben, wird der mittlere Druck Pm1 des Raumes 2h durch
einen vorgegebenen Druck α,
der im wesentlichen durch die Federkraft der Mitteldruck-Einstellfeder 3m und
den Bereich, der dem mittleren Druck des Mitteldruck-Einstellventils 3l ausgesetzt
ist, bestimmt ist, folgendermaßen
gesteuert: Pm1 = Ps + α,wobei Ps einen Druck der
Ansaugatmosphäre,
d.h. einen niedrigen Druck, bezeichnet.
-
Bei
der Ausführungsform
1 kann eine stabile Schmierung der Lager erzielt werden aufgrund
der folgenden Druckverhältnisse:
Ansaugbereich
(Raum 2i) < Raum 2h um
Vorsprung 2f < Austrittsbereich
(Bereich 10d des hermetisch abgeschlossenen Behälters);
das Kühlöl strömt in der Hochdruck atmosphäre im Austrittsbereich
stabil in den Raum um den Vorsprung aufgrund einer vorgegebenen
Druckdifferenz, die durch eine Druckeinstellvorrichtung bestimmt
wird.
-
Hierbei
ist ein im Sitz 2a der rotierenden Spirale 2 installierter
Einlaß 2k der
Mitteldruckpassage 2j ständig oder intermittierend mit
einem Öffnungsbereich
auf einer Drucklagerseite der im nachgiebigen Rahmen 3 ausgebildeten
Verbindungspassage 3s, d.h. mit einem Einlaß 3u (oberer Öffnungsbereich
in 2), verbunden. Daher wird ein Kühlgas mit
einem mittleren Druck, der höher
als ein Ansaugdruck während
des Verdichtungsvorgangs in der aus der feststehenden Spirale 1 und
der rotierende Spirale 2 bestehenden Kompressionskammer
ist, und gleich einem Austrittsdruck oder kleiner ist, durch die
Mitteldruckpassage 2j der rotierenden Spirale 2 und
die Verbindungspassage 3s des nachgiebigen Rahmens 3 in
den Raum 15f eingeführt.
-
Da
der Raum 15f jedoch ein abgeschlossener Bereich ist, der
durch die obere Dichtung 16a und die untere Dichtung 16b abgedichtet
ist, befinden sich die Kompressionskammer und der Raum 15f in einem
sogenannten Atmungszustand, in dem es im Normalbetrieb als Reaktion
auf Druckänderungen der
Kompressionskammer geringfügige
bidirektionale Strömungen
zwischen der Kompressionskammer und dem Raum 15f gibt.
-
Wie
bereits beschrieben, wird ein mittlerer Druck Pm2 in dem Raum 15f durch
eine vorgegebene Verstärkung β, die im
wesentlichen durch eine Position der verbindenden Kompressionskammer
bestimmt ist, folgendermaßen
gesteuert: Pm2 = Ps × β,wobei Ps einen Druck der
Ansaugatmosphäre,
d.h. einen niedrigen Druck bezeichnet.
-
Obgleich
die Summe der Kraft, die durch den mittleren Druck Pm1 in dem Raum 2h um
den Vorsprung 2f und einen Druck von der rotierenden Spirale 2 über das
Drucklager 3a verursacht wird, eine abwärtsgerichtete Kraft bewirkt,
bewirkt die Summe der Kraft, die durch den mittleren Druck Pm2 in
dem Raum 15f verursacht wird, und der Kraft, die durch
einen hohen Druck verursacht wird, der auf einen der Atmosphäre mit hohem
Druck ausgesetzten Bereich verursacht wird, auf der Endfläche eine
aufwärts gerichtete
Kraft, wobei die aufwärtsgerichtete
Kraft im Normalbetrieb so eingestellt ist, daß sie größer als die abwärtsgerichtete
Kraft ist.
-
Daher
wird die obere zylindrische Oberfläche 3d des nachgiebigen
Rahmens 3 durch die obere Bohrungsfläche 15a geführt, und
die untere zylindrische Oberfläche 3e des
nachgiebigen Rahmens 3 wird durch die untere Bohrungsfläche 15b geführt. Mit
anderen Worten, der nachgiebige Rahmen 3 kann auf dem Führungsrahmen 15 gleiten
und hebt auf der Seite der feststehenden Spirale (Aufwärtsrichtung
in 1) ab. Die rotierende Spirale 2, die von
dem nachgiebigen Rahmen 3 über das Drucklager 3a nach
oben gedrückt
wird, hebt ebenfalls nach oben ab. Folglich stehen die Oberteile
und das Unterteil der rotierenden Spirale 2 in Gleitkontakt
mit dem Unterteil bzw. den Oberteilen der feststehenden Spirale 1.
-
Bei
der Ausführungsform
1 ist ein Raum 2h um den Vorsprung 2f ausgebildet,
dessen Innendruck der mittlere Druck ist, welcher höher als
ein Ansaugdruck ist, mit dem Effekt, daß die rotierende Spirale 2 in
Axialrichtung von dem nachgiebigen Rahmen 3 abgerückt ist,
und eine Kontaktkraft zwischen der Druckfläche der rotierenden Spirale 2 und
dem Drucklager des nachgiebigen Rahmens 3 teilweise reduziert
ist, so daß ein
Gleitreibungsverlust der rotierenden Spirale verringert werden kann,
und ein Blockieren des Drucklagers infolge einer Überbelastung
verhindert werden kann.
-
Als
nächstes
wird der grundlegende Betrieb beim Anfahren unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
Im allgemeinen ist ein Druck in dem hermetisch abgeschlossenen Behälter 10 vor
dem Anfahren gleichförmig;
dieser Druck ist der sogenannte ausgeglichene Druck. Die Ansaugatmosphäre und die
Austrittsatmosphäre
haben den gleichen Druck. Der Druck der Ansaugatmosphäre verringert
sich im Verlauf des Verdichtungsbetriebs unmittelbar nach dem Anfahren,
und der Druck der Austrittsatmosphäre erhöht sich im Verlauf des Verdichtungsbetriebs.
-
In
dem Spiralverdichter vom Typ mit nachgiebigem Rahmen gemäß Ausführungsform
1 wird ein Druck, der geringfügig
höher als
der ausgeglichene Druck unmittelbar vor dem Anfahren ist, d.h. der
ausgeglichene Druck multipliziert mit β, ist, unmittelbar nach dem
Anfahren in den Raum 15f eingeführt. Bei dem herkömmlichen
Spiralverdichter vom Typ mit nachgiebigem Rahmen wird ein Innendruck
in dem hermetisch abgeschlossenen Behälter 10, d.h. ein Druck
der Austrittsatmosphäre,
erhöht,
und daraufhin wird ein Druck in dem Raum 15f erhöht.
-
Bei
Ausführungsform
1 erhöht
sich jedoch der Druck in dem Raum 15f vor einem Anstieg
des Druckes der Austrittsatmosphäre.
Daher wird der nachgiebige Rahmen 3 innerhalb einer relativ
kurzen Zeitspanne angehoben, und die rotierende Spirale 2 gemeinsam
damit angehoben, so daß sie
in Axialrichtung gleitend in Kontakt mit der feststehenden Spirale 1 ist,
so daß der
Normalbetrieb hergestellt ist. Dadurch wird ein hochwirksames Verdichten
mit einem ausgezeichneten Anfahrverhalten verwirklicht.
-
Bei
dem herkömmlichen
Spiralverdichter vom Typ mit nachgiebigem Rahmen, d.h. einem Verdichter,
dessen Raum 2h um den Vorsprung 2f und der Raum 15f durch
eine Druckausgleichöffnung 3i (vgl. 8)
verbunden sind, so daß sie
im wesentlichen den gleichen Bereich haben, wird ein mittlerer Druck
in dem Raum 2h und ein mittlerer Druck in dem Raum 15f durch
das Einführen
eines Kühlgases
im Verlauf des Verdichtens eingeführt (mittlerer Druck = Ansaugdruck × β). Zwar scheint
es somit, daß ein Verdichter
mit einem ausgezeichneten Anfahrverhalten auf ähnliche Weise wie in Ausführungsform
1 beschrieben herstellbar ist, da sich der Druck in dem Raum 15f unmittelbar
nach dem Anfahren erhöht;
es gibt jedoch die folgenden zwei Probleme.
-
Das
erste Problem ist, daß der
Druck in dem Raum 2h synchron mit einer Zunahme des Drucks
in dem Raum 15f erhöht
wird, so daß sich
eine Kraft erhöht,
welche die rotierende Spirale 2 von dem nachgiebigen Rahmen 3 abrückt, so
daß die
rotierende Spirale instabil wird. Daher vergrößert sich ein Spalt, der ein
Leck zwischen der Druckfläche 2d der
rotierenden Spirale 2 und dem Drucklager 3a des
nachgiebigen Rahmens 3 verursacht, der mittlere Druck in dem
Raum 15f sinkt, so daß sich
das Anfahrverhalten verschlechtert, und dies kann eine Gefahr hinsichtlich
der Zuverlässigkeit
aufgrund eines ungenügenden
Kontakts der Lager verursachen.
-
Das
zweite Problem besteht darin, daß ein Zustand, in dem der Druck
in dem Raum 2h höher
ist als der Druck des in dem unteren Bereich des hermetisch abgeschlossenen
Behälters 10 angesammelten Kühlöls 10e,
d.h. der Austrittsdruck in dem hermetisch abgeschlossenen Behälter, für eine bestimmte Zeit
nach dem Anfahren weiterbesteht, da der Druck in dem Raum 2h synchron
mit der Druckzunahme in dem Raum 15f zunimmt.
-
Folglich
wird eine Schmierung durch eine Druckdifferenz des Kühlöl 10e nicht
sofort begonnen, und das Lager 2c und das Hauptlager 3c werden
in diesem Augenblick nicht mit dem Kühlöl versorgt, obgleich der Spiralverdichter
läuft,
so daß Probleme hinsichtlich
der Zuverlässigkeit,
wie etwa der Abnutzung und einem Blockieren der Lager, verursacht werden.
Mit der Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung hingegen wird ein hochwirksamer Verdichter
mit hoher Zuverlässigkeit
verwirklicht, bei dem eine Verbesserung des Anfahrverhaltens und
der Schmierung unmittelbar nach dem Anfahren sichergestellt ist.
-
Wenn
bei dem Spiralverdichter vom Typ mit nachgiebigem Rahmen gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung die rotierende Spirale 2 infolge
einer äußeren Störung an
dem Drucklager 3a des nachgiebigen Rahmens 3 anstößt, obwohl
der mittlere Druck Pm1 in dem Raum 2h verringert ist, wird
der mittlere Druck Pm2 in dem Raum 15f nicht verringert,
weshalb es nicht leicht vorkommt, daß die rotierende Spirale 2 entlastet
wird. Somit wird ein hochwirksamer Verdichter mit hoher Zuverlässigkeit verwirklicht.
-
Zusätzlich sind
der Raum 2h und der Raum 15f nicht miteinander
verbunden und unter dem Aspekt des Drucks als voneinander unabhängige Bereiche
ausgebildet. Somit wird mit geringen Kosten ein kompakter Verdichter
verwirklicht, der für
das Einstellen von Bereichen einen hohen Freiheitsgrad besitzt, bei
dem ein Druck innerhalb von verschiedenen Räumen in Axialrichtung wirkt.
In der Ausführungsform
1 ist ein Beispiel beschrieben, bei dem der Raum 2h durch
die Verwendung der Mitteldruck-Einstellfeder 3m und
des Mitteldruck-Einstellventils 3l auf den mittleren Druck
gebracht wird.
-
Ein ähnlicher
Effekt ist jedoch durch die Verwendung eines Aufbaus erhältlich,
bei dem der Raum 2h ein Raum mit einem niedrigen Druck
(Einlaßatmosphäre) wie
in dem Raum 2i um den Außenumfang des Sitzes 2a ist,
indem der Raum 2h direkt mit dem Raum 2i verbunden
wird, ohne die Mitteldruck-Einstellfeder 3m und das Mitteldruck-Einstellventil 3l anzuwenden.
-
Als
nächstes
wird die maximale bewegliche Distanz in Axialrichtung unter Bezugnahme
auf die 3a bis 5 beschrieben.
Im normalen Betrieb hebt der nachgiebige Rahmen 3 zusammen
mit der rotierenden Spirale 2 gemäß der Darstellung in 3a ab,
wobei ein Spalt mit der maximalen beweglichen Distanz in Axialrichtung,
d.h. der maximale Entlastungsbetrag in Axialrichtung, zwischen dem nachgiebigen
Rahmen 3 und dem Führungsrahmen 15 vorhanden
ist. Da andererseits im entlasteten Zustand der nachgiebige Rahmen 3 in
Axialrichtung in Kontakt mit dem Führungsrahmen 15 steht,
ist gemäß der Darstellung
in 3b kein Spalt in Axialrichtung zwischen ihnen
vorhanden.
-
4 zeigt
einen Anstieg des Innendrucks während
des Verdichtens eines flüssigen
Kühlmittels. In 4 stellt
die Abszisse den maximalen Entlastungsbetrag in Axialrichtung dar,
bei dem es sich um einen Zwischenraum in Axialrichtung zwischen
dem nachgiebigen Rahmen und dem Führungsrahmen während des
Normalbetrieb handelt, und die Ordinate stellt den maximalen Druck
dar, der während
des Verdichtens eines flüssigen
Kühlmittels,
eines Kühlöls usw.
in der Kompressionskammer erzeugt wird.
-
Wie
gezeigt, übersteigt
der maximale in der Kompressionskammer erzeugte Druck einen zulässigen Druck,
wenn der maximale Entlastungsbetrag in Axialrichtung 30 μm oder weniger
beträgt,
so daß die Gefahr
besteht, daß Probleme
hinsichtlich der Zuverlässigkeit
hervorgerufen werden, wie etwa eine Zerstörung, einschließlich von
Ermüdungsbrüchen der Spiralturbine
der feststehenden Spirale und der Spiralturbine der rotierenden
Spirale, und eine anormale Abnutzung sowie ein Blockieren in Verbindung
mit einer Zunahme einer Belastung der Lager.
-
Bei
dem Spiralverdichter vom Typ mit nachgiebigem Rahmen gemäß der Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung ist der maximale Entlastungsbetrag
in Axialrichtung so eingestellt, daß er 30 μm oder mehr beträgt, so daß keine
Gefahr besteht, daß die
oben genannten Probleme mit der Zuverlässigkeit hervorgerufen werden.
Im allgemeinen bestand bei dem Spiralverdichter, dessen rotierende Spirale
unabhängig
in Axialrichtung beweglich war, die Gefahr eines Blockierens der
Welle durch eine Zunahme der Fälle,
bei denen das Lager teilweise festgehalten wurde, wenn die rotierende
Spirale in einem Zustand entlastet wurde, in dem der maximale Entlastungsbetrag
in Axialrichtung der rotierenden Spirale groß eingestellt war.
-
Bei
Spiralverdichtern vom Typ mit nachgiebigem Rahmen, und zwar nicht
nur bei dem in der Ausführungsform
1 beschriebenen, erhöht
sich das Ausmaß nicht,
in dem das Lager teilweise festgehalten wird, da sich die rotierende
Spirale und der nachgiebige Rahmen bei einer Entlastung als Einheit
in den Vertikalrichtungen bewegen.
-
5 zeigt
das Anfahrverhalten. Die Abszisse stellt wie in 4 den
maximalen Entlastungsbetrag in Axialrichtung dar, und die Ordinate
stellt eine zum Anfahren benötigte
Zeit dar, d.h. eine Zeit vom Anfahren über das Abheben des nachgiebigen
Rahmens bis zum Normalbetrieb; insbesondere bedeutet die zum Anfahren
erforderliche Zeit eine Zeitspanne, die nötig ist, um von einem entlasteten
Zustand zu einem normalen Lauf überzugehen,
wobei ein nachgiebiger Rahmen und eine rotierende Spirale als Einheit abheben,
und Oberteile und ein Unterteil der rotierenden Spirale gleitend
in Kontakt mit einem Unterteil bzw. Oberteilen einer feststehenden
Spirale stehen.
-
Wie
in 5 gezeigt ist, überschreitet die Anfahrzeit
eine zulässige
Anfahrzeit, wenn der maximale Entlastungsbetrag in Axialrichtung
300 μm oder mehr
beträgt,
so daß die
Gefahr besteht, daß ein
Anfahrverhalten ungenügend
ist, oder daß in
einigen Fällen
ein Defekt eintritt, indem ein Anfahren unmöglich ist. Da der maximale
Entlastungsbetrag in Axialrichtung bei dem Spiralverdichter vom
Typ mit nachgiebigem Rahmen gemäß Ausführungsform
1 auf 300 μm
oder weniger eingestellt ist, besteht keine Gefahr, daß solche
Probleme hinsichtlich Zuverlässigkeit
und Defekt hervorgerufen werden.
-
Obgleich
das in der rotierenden Spirale 2 erzeugte Kippmoment zum
Teil oder zur Gänze
durch das Drucklager 3a auf den nachgiebigen Rahmen 3 übertragen
wird, bewirkt eine resultierende Kraft aus einer vom Hauptlager 3c her
empfangenen Last und einer Gegenkraft zu der Last, nämlich der
gekoppelten Kraft aus der vom Führungsrahmen 15 her über die
obere zylindrische Oberfläche 3d aufgenommenen
Gegenkraft und der vom Führungsrahmen 15 her über die
untere zylindrischen Oberfläche 3e aufgenommenen
Gegenkraft, eine Aufhebung des Kippmoments, so daß wie bei
dem herkömmlichen
Spiralverdichter vom Typ mit nachgiebigem Rahmen im Normalbetrieb
eine ausgezeichnete Stabilität
im Nachfolgebetrieb und bei Entlastung eine ausgezeichnete Stabilität erzielbar
sind.
-
AUSFÜHRUNGSFORM 2
-
Die
Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 6 beschrieben. 6 ist
eine Längsschnittansicht
eines wesentlichen Teils gemäß Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung. Die weiteren Teile sind ähnlich wie
die in Ausführungsform
1 beschriebenen, so daß auf
deren Beschreibung verzichtet wird. Ein Einstellventilgehäuse 3p ist
in dem nachgiebigen Rahmen 3 ausgebildet.
-
Ein
Ende des Einstellventilgehäuses 3p (unteres
Ende in 6) ist durch einen Einstellventil-Einlaßpfad 3j mit
dem Raum 15f verbunden, und sein anderes Ende (oberes Ende
in 6) ist durch einen Einstellventil-Auslaßpfad 3n mit
dem Raum 2i um den Außenumfang
des Sitzes 2a verbunden. In einem unteren Teil des Einstellventilgehäuses 3p ist ein
Mitteldruck-Einstellventil 3l gleitverschieblich aufgenommen,
in einem oberen Bereich ist ein Federanschlag 3t aufgenommen,
wobei dieser Federanschlag an dem nachgiebigen Rahmen 3 befestigt
ist.
-
Eine
Mitteldruck-Einstellfeder 3m ist zwischen dem Mitteldruck-Einstellventil 3l und
dem Federanschlag 3t aufgenommen, wobei sie auf eine kürzere Länge als
die entspannte Länge
zusammengedrückt
ist. Ferner ist ein Rückschlagventilgehäuse 3v in
dem nachgiebigen Rahmen 3 ausgebildet, wobei ein Ende des
Rückschlagventilgehäuses 3v (oberes
Ende in 6) mit dem Raum 2h durch
einen Rückschlagventil- Einlaßpfad 3w verbunden
ist, und das andere Ende (unteres Ende in 6) mit dem Raum 15f durch
einen Rückschlagventil-Auslaßpfad 3x verbunden
ist.
-
In
einem oberen Bereich des Rückschlagventilgehäuses 3v ist
ein Rückschlagventil 3y gleitverschieblich
aufgenommen, und in einem unteren Bereich ist ein Federanschlag 3z aufgenommen,
wobei dieser Federanschlag 3z an dem nachgiebigen Rahmen 3 befestigt
ist. Eine Rückschlagventilfeder 3b ist
zwischen dem Rückschlagventil 3y und
dem Federanschlag 3z aufgenommen, indem sie auf eine kürzere Länge als
die entspannte Länge
zusammengedrückt
ist.
-
Zwei
ringförmige
Dichtungsnuten für
die Aufnahme von Dichtungen sind in einer inneren Seitenfläche des
Führungsrahmens 15 ausgebildet,
wobei in diese Dichtungsnuten ein ringförmige obere Dichtung 16a bzw.
eine ringförmige
untere Dichtung 16b eingesetzt sind. Die beiden Dichtungen 16a, 16b, eine
innere Seitenfläche
des Führungsrahmens 15, und
eine äußere Seitenfläche des
nachgiebigen Rahmens 3 begrenzen den Raum 15f.
-
Die
obere Dichtung 16a und die untere Dichtung 16b sind
jedoch nicht zwingend erforderlich und können weggelassen werden, indem
Mikrospalte von Eingriffsbereichen beispielsweise durch Bilden eines Ölfilms abgedichtet
werden. Ein Bereich auf einer Außenumfangsseite des Drucklagers,
der von dem Sitz 2a der rotierenden Spirale und dem nachgiebigen Rahmen 3 in
den vertikalen Richtungen umgeben ist, d.h. der Raum 2i,
ist mit einem Ansaugbereich in der Nähe eines äußeren Endes der Spiralturbine
verbunden und befindet sich daher in einer Ansauggas-Atmosphäre.
-
Als
nächstes
wird der Normalbetrieb des Spiralverdichters gemäß der Ausführungsform 2 beschrieben. Im
Normalbetrieb wird, da ein Raum 10d des hermetisch abgeschlossenen
Behälters 10 einen hohen
Druck unter einer Atmosphäre
von Austrittsgas aufweist, ein Kühlöl in einem
unteren Bereich des hermetisch abgeschlossenen Behälters durch
ein Hochdruck-Schmierungsloch 4g, welches die Hauptwelle 4 in
Axialrichtung durchsetzend ausgebildet ist, in einen Raum 2g in
dem Vorsprung 2f eingeführt. Das
Hochdrucköl
wird durch ein Lager 2c so entspannt, daß es einen mittleren
Druck aufweist, der höher
als ein Ansaugdruck und gleich einem Austrittsdruck oder weniger
ist, und strömt
in einen Raum 2h um den Vorsprung 2f.
-
Andererseits
wird über
einen anderen Weg das Hochdrucköl
von dem Hochdruck-Schmierungsloch 4g durch
ein in der Hauptwelle 4 ausgebildetes Seitenloch in eine
Endfläche
auf der Hochdruckseite eines Hauptlagers 3c (unteres Ende
in 6) eingeführt
und durch das Hauptlager 3c auf den mittleren Druck entspannt,
so daß das
Hochdrucköl
in den Raum 2h um den Vorsprung 2g strömt.
-
Das
Kühlöl mit dem
mittleren Druck des Raumes 2h um den Vorsprung 2f liegt
im allgemeinen in einem Zwei-Phasen-Zustand vor, in dem es aufgrund einer
Vergasung des im Kühlöl gelösten Kühlmittels ein
gasförmiges
Kühlmittel
sowie das Kühlöl aufweist,
verläuft
durch ein Rückschlagventil-Einlaßpfad 3w,
strömt
in das Rückschlagventilgehäuse 3v,
indem es eine durch die Rückschlagventilfeder 3b angelegte
Kraft überwindet
und das Rückschlagventil 3y aufdrückt, und
wird anschließend
in den Raum 15f entlassen, in dem der mittlere Druck vorliegt,
der höher
als der Ansaugdruck und gleich dem Austrittsdruck oder kleiner ist.
-
Danach
verläuft
das Kühlöl mit dem
anderen mittleren Druck in dem Raum 15f, das im allgemeinen
in einem Zwei-Phasen-Zustand vorliegt, in dem es aufgrund einer
Vergasung des im Kühlöl gelösten Kühlmittels
ein gasförmiges
Kühlmittel
sowie das Kühlöl aufweist,
durch den Einstellventil-Einlaßpfad 3j,
strömt
in das Einstellventilgehäuse 3p in
einer Atmosphäre
mit dem Ansaugdruck, d.h. einem niedrigen Druck, indem es eine durch
die Mitteldruck-Einstellfeder 3m angelegte Last überwindet
und das Mitteldruck-Einstellventil 3l aufdrückt, und
wird durch den Einstellventil-Auslaßpfad 3n in den Raum
um den Außenumfang
des Sitzes entlassen.
-
Wie
bereits beschrieben, wird der mittlere Druck Pm2 in dem Raum 15f durch
einen vorgegebenen Druck α1,
der im wesentlichen durch die Federkraft der Mitteldruck-Einstellfeder 3m und
den dem Raum des Mitteldruck-Einstellventils 3l ausgesetzten Bereich
bestimmt ist, folgendermaßen
gesteuert: Pm2 = Ps + α1, wobei Ps einen Druck
der Ansaugatmosphäre,
d.h. einen niedrigen Druck, bezeichnet.
-
Hierbei
wird der mittlere Druck Pm1 in dem Raum 2h durch einen
vorgegebenen Druck α2,
der im wesentlichen durch die Federkraft der Rückschlagventilfeder 3b und
den dem Raum 2h ausgesetzten Rückschlagventilbereich bestimmt
ist, folgendermaßen
gesteuert: Pm1 = Pm2 + α2 = Ps + (α1 + α2).
-
Wie
bereits beschrieben, ist bei dem Spiralverdichter vom Typ mit nachgiebigem
Rahmen gemäß der Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung das Rückschlagventil installiert,
das eine Fluidströmung
von dem Raum 2h zu dem Raum 15f ermöglicht und
gleichzeitig die entgegengesetzte Strömung, d.h. eine Fluidströmung von
dem Raum 15f zu dem Raum 2h, verhindert; auch
wenn hierbei der mittlere Druck Pm1 in dem Raum 2h verringert
wird, falls die rotierende Spirale 2 aufgrund einer äußeren Störung an
dem Drucklager 3a des nachgiebigen Rahmens 3 anstößt, wird
der mittlere Druck Pm2 in dem Raum 15f durch eine solche
Verringerung nicht herabgesetzt, so daß es nicht leicht vorkommt,
daß die
rotierende Spirale 2 entlastet wird.
-
Ferner
wird ein hochwirksamer Verdichter mit hoher Zuverlässigkeit
verwirklicht, bei dem die Schmierungsfunktion nicht beeinträchtigt ist.
Da der Parameter α2
durch Einstellen der Federkraft der Rückschlagventilfeder 3b einfach
und frei einstellbar ist, können
der Raum 2h und der Raum 15f praktisch als unabhängige Bereiche
behandelt werden. Daher wird mit geringen Kosten ein kompakter Verdichter verwirklicht,
bei dem für
das Einstellen von Bereichen, die in den beiden Bereichen mit dem
mittleren Druck einem Druck in Axialrichtungen ausgesetzt sind,
ein Freiheitsgrad vorhanden ist.
-
Ferner
ist in der Ausführungsform
2 der das Kühlöl sammelnde
untere Bereich des hermetisch abgeschlossenen Behälters mit
einem Hochdruck ausgeführt,
der größenordnungsmäßig bei
dem Austrittsdruck liegt; der Raum 2h befindet sich in
der Mitte des Schmierungsweges; und der Raum ist mit dem einen niedrigen
Druck auf weisenden Bereich über eine
Druckeinstellvorrichtung verbunden, weshalb die Drücke immer
das folgende Verhältnis
aufweisen:
Ansaugbereich (Raum 2i) < Raum 15f < Raum 2h < Austrittsbereich
(Raum 10d). Daher wird die Schmierung der Lager stabil,
da das Kühlöl in der
Atmosphäre
mit hohem Druck im Austrittsbereich stabil in den Raum um den Vorsprung
strömt
infolge einer vorgegebenen Druckdifferenz, die durch die Druckeinstellvorrichtung
und das Rückschlagventil
bestimmt wird.
-
In
der Ausführungsform
2 wird das Rückschlagventil 3y als
eine Einrichtung verwendet, welche die Fluidströmung aus dem Raum 2h um
den Vorsprung 2f zu dem Raum 15f ermöglicht und
die entgegengesetzte Strömung,
d.h. die Strömung
von Fluid von dem Raum 15f zu dem Raum 2h, verhindert.
Die Einrichtung ist jedoch nicht auf das Rückschlagventil beschränkt, und
es können
auch andere Einrichtungen verwendet werden, solange ein ähnlicher
Effekt erzielt werden kann.
-
Als
nächstes
wird der Betrieb beim Anfahren unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
Im allgemeinen ist ein Innendruck des hermetisch abgeschlossenen
Behälters 10 unmittelbar
vor dem Anfahren gleichförmig;
dieser Innendruck ist der sogenannte ausgeglichene Druck. Die Ansaugatmosphäre hat daher
den gleichen Druck wie die Austrittsatmosphäre.
-
Der
Druck der Ansaugatmosphäre
verringert sich im Verlauf des Verdichtungsbetriebs unmittelbar nach
dem Anfahren, und der Druck der Austrittsatmosphäre erhöht sich im Verlauf des Verdichtungsbetriebs.
In dem Spiralverdichter vom Typ mit nachgiebigem Rahmen gemäß Ausführungsform
2 verringert sich der mittlere Druck Pm1 in dem Raum 2h im
Anschluß an
einen Abfalls des Drucks der Ansaugatmosphäre, und ein damit einhergehender
Druck in dem Raum 2i um den Außenumfang des Sitzes 2a verringert
sich unmittelbar nach dem Anfahren.
-
Andererseits
erhöht
sich der Druck in der Austrittsatmosphäre unmittelbar nach dem Anfahren, wobei
die Druckdifferenz zum Zuführen
des im unteren Bereich des her metisch abgeschlossenen Behälters 10 angesammelten
Kühlöls zum Lager 2c und zum
Hauptlager 3c unmittelbar nach dem Anfahren verfügbar ist.
Dadurch ist ein Verdichter mit hoher Zuverlässigkeit erhältlich,
bei dem eine Schmierung der Lager selbst an dem Zeitpunkt unmittelbar
nach dem Anfahren in ausreichendem Maße gewährleistet ist.
-
Wie
bereits beschrieben, sind zwei Baugruppen aus einem Ventil und einem
Federmodul zwischen dem Raum 2h und dem Raum 15f zum
Erzeugen der Druckdifferenz α 2
bzw. zwischen dem Raum 15f und dem Bereich der Atmosphäre mit einem
niedrigen Druck zum Erzeugen der Druckdifferenz α1 installiert, und der Verdichter
wird durch die Formeln Pm1 = Ps + (α1 + α2) und Pm2 = Ps + α1 gesteuert.
-
Ein ähnlicher
Effekt ist jedoch mit einer anderen Vorgehensweise erhältlich,
indem zwei Baugruppen aus einem Ventil und einem Federmodul zwischen
dem Raum 2h und dem Raum der Atmosphäre mit einem niedrigen Druck
zum Erzeugen der Druckdifferenz α2
bzw. zwischen dem Raum 15f und dem Raum der Atmosphäre mit einem
niedrigen Druck zum Erzeugen der Druckdifferenz α1 installiert werden, und des
weiteren der Verdichter gemäß den Formeln
Pm1 = Ps + α2
und Pm2 = Ps + α1
gesteuert wird.
-
In
diesem Fall ist ein einfacher Aufbau erhältlich, bei dem ein durch das
Lager 2c auf einen mittleren Druck entspanntes Kühlöl in den
Raum 2h eingeführt
wird, und ein durch das Hauptlager 3c auf einen mittleren
Druck entspanntes Kühlöl in den
Raum 2h eingeführt
wird.
-
AUSFÜHRUNGSFORM 3
-
Die
Ausführungsform
3 der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 7 beschrieben. 7 ist
eine Längsschnittansicht
eines wesentlichen Teils der Ausführungsform 3 der vorliegenden
Erfindung. Die weiteren Teile sind ähnlich wie die in der Ausführungsform
1 beschriebenen, so daß auf
deren Beschreibung verzichtet wird.
-
In
dem Sitz 2a der rotierenden Spirale 2 ist eine
Mitteldruckpassage zum Verbinden einer Oberfläche auf der Seite der feststehenden
Spirale (obere Oberfläche
in 7) mit einer Oberfläche auf der Seite des nachgiebigen
Rahmens 3 (untere Oberfläche in 7) ausgebildet,
bei der es sich um eine schmale Öffnung
handelt.
-
Ein Öffnungsbereich
an der Oberfläche
der Mitteldruckpassage 2j auf der Seite des nachgiebigen
Rahmens, d.h. ein unterer Einlaß 2k,
ist so angeordnet, daß sich
im normalen Betrieb ein kreisförmiger
Ort davon stets innerhalb des Drucklagers 3a des nachgiebigen
Rahmens 3 befindet.
-
Ferner
ist im Sitz 2a eine zweite Mitteldruckpassage 2m ausgebildet,
bei der es sich um ein weiteres schmales Loch handelt, zum Verbinden
der Oberfläche
auf der Seite der feststehenden Spirale (obere Oberfläche in 7)
mit der Oberfläche
auf der Seite des nachgiebigen Rahmens (untere Oberfläche in 7).
-
Ein Öffnungsbereich
der zweiten Mitteldruckpassage 2m auf der Seite des nachgiebigen
Rahmens ist so angeordnet, daß im
normalen Betrieb ein kreisförmiger
Ort davon stets oder intermittierend mit dem Raum 2h verbunden
ist. Ferner ist eine Verbindungspassage 3s zum Verbinden
der Oberfläche
des Drucklagers 3a mit dem Raum 15f in dem nachgiebigen
Rahmen 3 ausgebildet.
-
Zwei
ringförmige
Dichtnuten zum Aufnehmen von Dichtungen sind in einer inneren Seitenfläche des
Führungsrahmens 15 ausgebildet,
wobei in diese Dichtungsnuten eine ringförmige obere Dichtung 16a und
eine ringförmige
untere Dichtung 16b eingefügt sind. Diese beiden Dichtungen 16a, 16b, die
innere Seitenfläche
des Führungsrahmens 15, und
eine äußere Seitenfläche des
nachgiebigen Rahmens 3 begrenzen den Raum 15f.
Die obere Dichtung 16a und die untere Dichtung 16b sind
jedoch nicht zwingend erforderlich und können weggelassen werden, indem
Mikrospalte von Eingriffsbereichen beispielsweise durch Bilden eines Ölfilms abgedichtet
werden.
-
Ein
Bereich außen
am Außenumfang
des Drucklagers 3a, der von dem Sitz 2a der rotierenden Spirale
und dem nachgiebigen Rahmen 3 in den vertikalen Richtungen umgeben
ist, d.h. der Raum 2i, befindet sich in einer Ansauggas-Atmosphäre, da er mit
einem Ansaugbereich in der Nähe
eines äußeren Endes
der Spiralturbine verbunden ist.
-
Als
nächstes
wird der Betrieb des Spiralverdichters gemäß der Ausführungsform 3 im Normalbetrieb
beschrieben. Im Normalbetrieb wird, da der Raum 10d des
hermetisch abgeschlossenen Behälters 10 einen
hohen Druck unter einer Atmosphäre von
Austrittsgas aufweist, ein Kühlöl in einem
unteren Bereich des hermetisch abgeschlossenen Behälters durch
ein Hochdruck-Schmierungsloch 4g, welches die Hauptwelle 4 in
Axialrichtung durchsetzend ausgebildet ist, in den Raum 2h eingeführt.
-
Das
Hochdrucköl
wird durch ein Lager 2c so entspannt, daß es einen
mittleren Druck aufweist, und strömt in den Raum 2h.
Andererseits wird über einen
anderen Weg das Hochdrucköl
von dem Hochdruck-Schmierungsloch 4g durch ein in der Hauptwelle 4 ausgebildetes
Seitenloch in eine Endfläche auf
der Hochdruckseite eines Hauptlagers 3c (unteres Ende in 6)
eingeführt
und durch das Hauptlager 3c auf den mittleren Druck entspannt,
und strömt
auf ähnliche
Weise in den Raum 2h.
-
Das
Kühlöl mit dem
mittleren Druck in dem Raum 2h, das im allgemeinen in einem
Zwei-Phasen-Zustand vorliegt, indem es aufgrund einer Vergasung
des im Kühlöl gelösten Kühlmittels
ein gasförmiges
Kühlmittel
sowie das Kühlöl umfaßt, strömt durch die
zweite Mitteldruckpassage 2m in die durch die feststehende
Spirale 1 und die rotierende Spirale 2 ausgebildete
Kompressionskammer.
-
Mit
anderen Worten, es wird das Kühlöl während des
stattfindenden Verdichtungsbetriebs in ein Kühlgas eingespritzt. Wie bereits
beschrieben, wird der mittlere Druck Pm1 in dem Raum 2h durch
eine vorgegebene Verstärkung β1, die im
wesentlichen durch eine Position der im wesentlichen mit der zweiten
Mitteldruckpassage 2m verbundenen Kompressionskammer, die
Menge von einzuspritzendem Kühlöl usw. bestimmt
ist, folgendermaßen
kontrolliert: Pm1 = Ps × β1,wobei Ps einen Druck
der Ansaugatmosphäre,
d.h. einen niedrigen Druck, bezeichnet.
-
Andererseits
ist der Einlaß 2k der
im Sitz 2a der rotierenden Spirale 2 ausgebildeten
Mitteldruckpassage 2j stets oder intermittierend mit einem Öffnungsbereich
auf der Drucklagerseite der in dem nachgiebigen Rahmen 3 ausgebildeten
Verbindungspassage 3s, d.h. einem Einlaß 3u (einem oberen Öffnungsbereich
in 7), verbunden. Somit wird das Kühlgas während des
Verdichtungsbetriebs aus der von der feststehenden Spirale 1 und
der rotierenden Spirale 2 gebildeten Kompressionskammer
durch die Mitteldruckpassage 2j in der rotierenden Spirale 2 und
die Verbindungspassage 3s in dem nachgiebigen Rahmen 3 in
den Raum 15f eingeführt.
-
Da
jedoch der Raum 15f ein abgeschlossener Bereich ist, der
durch die obere Dichtung 16a und die untere Dichtung 16b abgedichtet
ist, gibt es im Normalbetrieb geringfügige bidirektionale Strömungen zwischen
der Kompressionskammer und dem Raum 15f als Reaktion auf
Druckänderungen
in der Kompressionskammer analog einer Atmungsbewegung.
-
Wie
bereits beschrieben, wird der mittlere Druck Pm2 in dem Raum 15f durch
eine vorgegebene Verstärkung β2, die im
wesentlichen durch eine Position der im wesentlichen mit der Mitteldruckpassage 2j verbundenen
Kompressionskammer folgendermaßen
gesteuert: Pm2 = Ps × β2,wobei Ps einen Druck
der Ansaugatmosphäre,
d.h. einen niedrigen Druck, bezeichnet.
-
Wie
bereits beschrieben, sind bei dem Spiralverdichter vom Typ mit nachgiebigem
Rahmen gemäß der Ausführungsform
3 der vorliegenden Erfindung der Raum 2h und der Raum 15f unabhängig voneinander
durch separate Bereiche gebildet, so daß, wenn die rotierende Spirale 2 aufgrund
einer äußeren Störung an
dem Drucklager 3a des nachgiebigen Rahmens 3 anstößt, sich
zwar der mittlere Druck Pm1 in dem Raum 2h verringert,
der mittlere Druck Pm2 in dem Raum 15f aber durch eine
solche Verringerung nicht abnimmt, so daß es nicht leicht vorkommt,
daß die
rotierende Spirale entlastet wird. Somit wird ein hochwirksamer
Verdichter mit hoher Zuverlässigkeit
verwirklicht.
-
Als
nächstes
wird der grundlegende Betrieb beim Anfahren unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
Im allgemeinen ist ein Innendruck des hermetisch abgeschlossenen
Behälters 10 unmittelbar vor
dem Anfahren gleichförmig;
dieser Druck ist der sogenannte ausgeglichene Druck. Mit anderen
Worten, eine Ansaugatmosphäre
und eine Austrittsatmosphäre
haben den gleichen Druck. Der Druck der Ansaugatmosphäre verringert
sich im Verlauf des Verdichtungsbetriebs unmittelbar nach dem Anfahren, und
der Druck der Austrittsatmosphäre
erhöht
sich im Verlauf des Verdichtungsbetriebs.
-
In
dem Spiralverdichter vom Typ mit nachgiebigem Rahmen gemäß der Ausführungsform
3 wird ein Druck, der unmittelbar vor dem Anfahren geringfügig höher als
der ausgeglichene Druck, d.h. der ausgeglichene Druck multipliziert
mit β2,
ist, unmittelbar nach dem Anfahren in den Raum 15f eingeführt. Folglich
erhöht
sich ein Druck in dem Raum 15f früher als der Druck in der Austrittsatmosphäre, so daß der nachgiebige
Rahmen 3 innerhalb einer relativ kurzen Zeitspanne angehoben
wird, und gleichzeitig die rotierende Spirale 2 angehoben
wird, so daß sie in
Axialrichtung gleitend in Kontakt mit der feststehenden Spirale 1 ist,
so daß der
Normalbetrieb hergestellt ist. Dadurch wird ein hochwirksamer Verdichter
mit einem ausgezeichneten Anfahrverhalten verwirklicht.
-
Da
des weiteren der Raum 2h und der Raum 15f als
unabhängige
Bereiche ausgebildet sind, wird mit geringen Kosten ein kompakter
Verdichter mit einem hohen Freiheitsgrad für das Einstellen von Bereichen,
die einen Druck in Axialrichtungen innerhalb der jeweiligen Bereiche
empfangen, welche die mittleren Drücke aufweisen, verwirklicht.
-
In
den Ausführungsformen
1 bis 3 ist beispielhaft ein hermetischer Verdichter dargestellt,
der hauptsächlich
in kleinen und mittelgroßen
Kältemaschinen
und Klimaanlagen verwendet wird. Ähnliche Effekte sind jedoch
in einem Verdichter erzielbar, der Betriebselemente außerhalb
eines die Verdichtungselemente aufnehmenden Behälters aufweist und hauptsächlich für Klimaanlagen
für Kraftfahrzeuge verwendet
wird.
-
Ferner
ist in den Ausführungsformen
1 bis 3 beispielhaft ein Spiralverdichter vom Typ mit einer Hochdruckschale
beschrieben, bei dem der Raum des hermetisch abgeschlossenen Behälters 10d eine Atmosphäre von Austrittsgas
aufweist oder einen hohen Druck, der größenordnungsmäßig bei
dem der Atmosphäre
des Austrittsgases liegt.
-
Im
wesentlichen ähnliche
Funktionen und Effekte sind jedoch erhältlich durch die Verwendung
eines Spiralverdichters vom Typ mit einem Niederdruckgehäuse, bei
dem der Raum 10d des hermetisch abgeschlossenen Behälter 10 eine
Ansauggas-Atmosphäre
bzw. einen niedrigen Druck aufweist, der größenordnungsmäßig bei
dem der Ansauggas-Atmosphäre
liegt, indem in einem Ende einer Hauptwelle 4 eine Ölpumpe installiert
wird und ein Kühlöl 10e durch
einen Druck der Pumpe zugeführt
wird.
-
Der
erste Vorteil eines Spiralverdichters gemäß der vorliegenden Erfindung
besteht darin, daß sich
ein Druck höher
als ein Ansaugdruck in einem Raum und gleich einem Austrittsdruck
oder geringer auch dann nicht erhöht, wenn eine rotierende Spirale infolge
einer geringfügigen äußeren Störung, wie etwa
Variationen einer Druckbedingung, zum Betreiben und Ansaugen eines
flüssigen
Kühlmittels
nicht anstößt, und
es daher nicht leicht vorkommt, daß die rotierende Spirale entlastet
wird, so daß ein
hochwirksamer Verdichter mit hoher Zuverlässigkeit hergestellt werden
kann.
-
Der
zweite Vorteil eines Spiralverdichters gemäß der vorliegenden Erfindung
besteht darin, daß eine
rotierende Spirale in einer Axialrichtung von dem nachgiebigen Rahmen
abgerückt
ist, da der Raum um den Vorsprung einen Druck aufweist, der höher als
der Ansaugdruck ist, die Kontaktkraft zwischen der Druckfläche der
rotierenden Spirale und dem Drucklager des nachgiebigen Rahmens
teilweise reduziert wird, und ein Gleitreibungsverlust der rotierenden
Spirale reduziert wird, und ein durch eine Überbelastung verursachtes Blockieren
des Drucklagers verhindert werden kann, so daß ein hochwirksamer Verdichter
mit hoher Zuverlässigkeit
hergestellt werden kann.
-
Der
dritte Vorteil eines Spiralverdichters gemäß der vorliegenden Erfindung
besteht darin, daß es
nicht leicht vorkommt, daß eine
rotierende Spirale entlastet wird, da sich der Druck in dem Raum
nicht verringert, indem eine Gegenströmung von Fluid trotz einer
Abnahme eines mittleren Drucks in dem Raum um den Vorsprung verhindert
wird, die dann verursacht wird, wenn die rotierende Spirale infolge einer
geringfügigen äußeren Störung, wie
etwa Variationen einer Druckbedingung, zum Betreiben und Ansaugen
eines flüssigen
Kühlmittels
anstößt, und die
Einführung
eines Drucks in den Raum einfach wird, so daß ein hochwirksamer Verdichter
mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann.
-
Der
vierte Vorteil eines Spiralverdichters gemäß der vorliegenden Erfindung
besteht darin, daß die
Schmierung von Lagern stabil wird, da ein Kühlöl in einer Atmosphäre mit einem
hohen Druck stabil in den Raum um den Vorsprung strömt aufgrund
einer vorgegebenen Druckdifferenz, die durch eine Druckeinstellvorrichtung
oder dergleichen unter einem konstanten Verhältnis von: Druck im Ansaugbereich < Druck im Raum < Druck im Raum um
den Vorsprung < Druck
im Austrittsbereich bestimmt ist, und daher ein Reibungskoeffizient
der Lager klein gehalten werden kann, und ein Blockieren der Lager
vermeidbar ist, so daß ein
hochwirksamer Verdichter mit hoher Zuverlässigkeit hergestellt werden
kann.
-
Der
fünfte
Vorteil eines Spiralverdichters gemäß der vorliegenden Erfindung
besteht darin, daß ein
Arbeitsbereich des Raum nicht durch einen Arbeitsbereich des Raumes
um den Vorsprung eingeschränkt
ist, und somit ein Freiheitsgrad beim Einstellen des Arbeitsbereichs
hoch wird, da ein Druck in dem Raum um den Vorsprung und ein Druck
in dem Raum separat eingestellt werden, so daß ein kompakter Verdichter
mit hoher Zuverlässigkeit
und hohem Wirkungsgrad hergestellt werden kann.
-
Der
sechste Vorteil eines Spiralverdichters gemäß der vorliegenden Erfindung
besteht darin, daß die
Schmierung von Lagern stabil wird, da ein Kühlöl in einer Atmosphäre mit einem
Druck in dem Austrittsbereich stabil in den Raum um den Vorsprung
strömt
aufgrund einer vorgegebenen Druckdifferenz, die durch eine Druckeinstellvorrichtung
unter einem konstanten Verhältnis
von: Druck im Ansaugbereich < Druck
im Raum um den Vorsprung < Druck
im Austrittsbereich bestimmt ist, und daher ein Reibungskoeffizient
der Lager klein wird, und ein Blockieren der Lager vermeidbar ist,
so daß ein
hochwirksamer Verdichter mit hoher Zuverlässigkeit hergestellt werden
kann.
-
Der
siebte Vorteil eines Spiralverdichters gemäß der vorliegenden Erfindung
besteht darin, daß das
Anfahrverhalten ausgezeichnet ist, da der Normalbetrieb durch einen
Druckanstieg in dem Raum erzielt wird, wobei der Druck ein hauptsächlicher
Faktor zum Anheben des nachgiebigen Rahmens auf einer Seite der
feststehenden Spirale unmittelbar nach dem Anfahren als Reaktion
auf eine Erhöhung
eines Drucks in der Kompressionskammer ist, so daß der nachgiebige
Rahmen innerhalb einer relativ kurzen Zeitspanne zum Abheben gebracht
wird, so daß ein hochwirksamer
Verdichter mit hoher Zuverlässigkeit hergestellt
werden kann.
-
Der
achte Vorteil eines Spiralverdichters gemäß der vorliegenden Erfindung
besteht darin, daß eine
Zerstörung
von Spiralturbinen usw. aufgrund eines anormalen Druckanstiegs in
der Kompressionskammer und Blockieren von Lagern und von einem Hauptlager
aufgrund des Anlegens einer übermäßigen Last
vermeidbar sind, da ein nachgiebiger Rahmen in einer Axialrichtung
um eine relativ große
Distanz entlastet wird, bevor sich ein Innendruck einer Kompressionskammer
anormal erhöht,
und das Anfahrverhalten ausgezeichnet ist, da verhindert wird, daß als Ergebnis
eines sogenannten regellosen Betriebs ohne Verdichtungsbetrieb eine äußerst lange Zeit
zum Verwirklichen des Normalbetriebs verstreicht, wenn ein nachgiebiger
Rahmen in einer Axialrichtung maximal entlastet ist, d.h. wenn eine
rotierende Spirale beim Anfahren maximal von einer feststehenden
Spirale abgerückt
ist, da der maximale Bewegungsbetrag in Axialrichtung 300 μm oder weniger
ist, so daß ein
hochwirksamer Verdichter mit hoher Zuverlässigkeit hergestellt werden
kann.
-
Offensichtlich
sind zahlreiche Modifikationen und Variationen der vorliegenden
Erfindung im Lichte der obenstehenden Lehre möglich. Es sollte daher verständlich sein,
daß die
Erfindung auch anders als obenstehend konkret beschrieben ausgeführt werden
kann, ohne den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche zu verlassen.