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Zweistufiger Flüssigkeitsring-Verdichter Bei Flüssigkeitsring-Verdichtern
für Luft, Gase oder Dämpfe mit zum Laufrad exzentrisch liegendem, stillstehendem
oder umlaufendem Gehäuse sind die Ein- und Austrittsöffnungen für das Gas meist
in einem innerhalb der Laufradnabe sitzenden zylindrischen oder kegligen Steuerkörper
angeordnet. Diese Öffnungen können aber auch neben der Nabe in zur Laufradachse
senkrecht liegenden ebenen Scheiben, den Steuerscheiben, untergebracht sein.
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Die Eintrittsöffnung wird in der Umfangsrichtung im allgemeinen so
bemessen, daß sie unter Berücksichtigung der Schaufelform des Laufrades und der
inneren Begrenzung des Gehäuses angenähert da beginnt, wo der Flüssigkeitsring von
der Laufradnabe weg nach außen geht. Sie hört ungefähr da auf, wo die Ausbauchung
des Gehäuses am größten ist und damit der Spiegel des Flüssigkeitsringes sich am
weitesten von der Laufradnabe entfernt hat. Es ist dabei die Füllung des Gasraumes
der Schaufelzelle beendet.
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DerAnfang der Austrittsöffnung, in der Drehrichtung des Laufrades
gesehen, soll so liegen, daß die vorhergehende Schaufel einer Zelle die Austrittsöffnung
dann beginnt freizugeben, wenn der Druck in dieser Zelle den Förderdruck, der in
der Austrittsöffnung und dem anschließenden Raum herrscht, erreicht hat. Das Ende
der Austrittsöffnung wird ungefähr mit der Stelle übereinstimmen, an der der Flüssigkeitsring
auf die Laufradnabe auftrifft und damit das Gas aus der Zelle ausgeschoben hat.
In
den Abb. r und. 2 ist, die bekannte beispielsweise Ausführung eines solchen 'Verdichters
dargestellt. a ist das auf der Welle b befestigte Laufrad mit den
Schaufeln c, die in der Zeichnung eben und radial stehend angegeben sind, die aber
auch gekrümmt sein und schräg stehen können. Der Steuerkörper d sitzt ..in bekannter
Weise innerhalb der Laufradnabe und trägt. die Ein- und Austrittsöffnungen, die
mit dem Eintrittsstutzen e bzw. mit dem Austrittsstutzen f verbunden sind. Jede
Zelle des Laufrades hat in der Nabe eine Öffnung ä, durch die das Gas in die Zelle
einströmt bzw. austritt, wenn sie bei der Drehung des Laufrades durch den Steuerkörper
freigegeben wird, d. h. über die Ein- bzw. Austrittsöffnung im Steuerkörper zu liegen
kommt. Ist die Spaltfläche zwischen Steuerkörper und Laufrad nickt kegelförmig oder
zylindrisch sondern eben, so sind die Zellenöffnungennach der Stirnseite des Laufrades
herausgeführt.
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Die Innenwand des Gehäuses h verläuft bei der beispielsweisen Ausführung
nach Abb. 2 im Scheitelspalt, da wo die Gehäusewand dem Laufradumfang am nächsten
liegt, auf eine kurze Strecke konzentrisch zum Laufrad, und erst anschließend daran
beginnen die Ausbauchungen. Beim normalen Betrieb wird deshalb der Flüssigkeitsring
ungefähr bei i, dem Ende dieser- konzentrischen Strecke, in der Drehrichtung gesehen,
von der Laufradnabe weggehen und andererseits entsprechend dem Anfang der Strecke,
also ungefähr bei k, wieder auf die. Nabe auftreffen. Nach dem oben Gesagten wird
demnach ungefähr bei i der Anfang der Eintrittsöffnung und bei k das Ende der Austrittsöffnung
im Steuerkörper zu liegen kommen.
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Es ist nun festgestellt worden, daß die Eintrittsöffnung auch schön
früher beginnen und die Austrittsöffnung später enden kann, ohne daß dadurch die
Füllung bzw. der Aasschub nennenswert beeinträchtigt werden. Es maß nur mit Rücksicht
auf den Spaltverlust darauf geachtetwerden, daß dieDichtungslänge zwischen Ende
der Austritts- und Anfang der Eintrittsöffnung nicht zu kurz wird. Auch die Lage
des Endes der Eintrittsöffnung läßt sich in gewissen Grenzen verschieben, ohne die-
Füllung zu verschlechtern, da die Ausbauchung ziemlich langgestreckt ist und der
Druck in den Laufradzellen . zunächst langsam ansteigt.
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Es hat sich dagegen herausgestellt, däß für den ruhigen Betrieb des
Verdichters und für seinen Wirkungsgrad bedeutungsvoll die genau richtige Lage der
Vorderkante z der Austrittsöffnung ist. Wenn die Schaufelzelle nicht in derjenigen
Stellung geöffnet, also mit dem Austrittsschlitz verbunden wird, in der in der Zelle
der Förderdruck herrscht, tritt eine plötzliche Druckänderung ein, und zwar eine
Druckerhöhung, wenn der volle Förderdruck in der Zelle noch nicht erreicht ist,
und eine Drucksenkung, falls der Zellendruck höher als der Förderdruck ist. Beidemal
ergeben sich Energieverluste, und der Verdichter steht in Gefahr, unruhig zu laufen.
Nun ist die Lage der freien Oberfläche des Flüssigkeitsringes auf der Druckseite
nicht zuverlässig bekannt, sie läßt sich weder genau berechnen noch messen. Es liegt
deshalb auch der Verlauf der Druckzunahme in den Laufradzellen nicht fest, und man
ist bei der Bestimmang der- Vorderkante der . Austrittsöffnung auf Schätzungen angewiesen.
Sehr häufig müß sie nachträglich noch geändert werden.
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Auf Grund dieser gewonnenen Erkenntnisse wird nun- gemäß .der Erfindung
diese Vorderkante der Austrittsöffnung einstellbar gemacht, und zwar dadurch, daß
entweder der Steuerkörper d oder das Gehäuse h um die Laufradmitte gedreht, ihre
gegenseitige Lage zueinander also geändert wird. Damit läßt sich bei Inbetriebsetzung
des Verdichters die zum Förderdruck gehörige Lage der Austrittsöffnung einstellen,
ohne daß Nachteile auftreten, weil, wie eben schon ausgeführt wurde, auf Grund der
gewonnenen Erkenntnisse das Ende der Austrittsöffnung und die Lage der Eintrittsöffnung
in ziemlich weiten Grenzen keinen Einfluß auf Leistung, Wirkungsgrad und Betriebsverhalten
des Verdichters haben.
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Es ist durch die Erfindung auch möglich, den Verdichter für verschieden
- hohe Förderdrücke zu verwenden, ohne daß an der Maschine, außer der nach der Erfindung
möglichen gegenseitigen Einstellung von Gehäuse und Steuerkörper, etwas geändert
zu werden braucht.
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In Abb. 3 ist die Lageränderung zwischen Gehäuse und Steuerkörper
für einen gegenüber Abb. 2 höheren Förderdruck durch Verdrehen des Gehäuses entgegen
dem Drehsinn des Laufrades dargestellt. Die Austrittsöffnung wird bei dieser Stellung
später geöffnet entsprechend dem höheren Druck in der Schaufelzelle. Das Ende der
Austrittsöffnung liegt jetzt hinter dem Auftreffen des Flüssigkeitsringes auf die
Laufradnabe, was aber, da der Aasschub vorher schon beendet ist, nichts zu sagen
hat. Die Gaseintrittsöffnung wird nun erst etwas nach dem Weggehen des Flüssigkeitsringes,von
der Laufradnabe aufgemacht, wodurch in den Zellen geringe Unterdrücke entstehen
können, die aber nach der Öffnung der Zelle rasch mit Gas gefüllt werden und die
Füllung beschleunigen.
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In Abb. q. ist eine der Abb. 3 entgegengesetzte Verdrehung des Gehäuses
gezeichnet, also für geringeren Förderdruck. Bei der Verbindung der Schaufelzelle
mit dem Austritt ist ihr Gasinhalt größer als bei den Stellungen nach den Abb. 2
und 3, d. h. der Druck ist kleiner und paßt sich demnach dem verlangten geringeren
Förderdruck an. Bei beendigtem Aasschub, wenn die Zelle abgeschlossen wird, würde
nach der Zeichnung der Flüssigkeitsring die Laufradnabe noch nicht ganz erreicht
haben, was zur Folge hätte, daß die Zelle noch eine geringe Menge Gas enthielte,
die bei der Weiterdrehung des Laufrades noch etwas verdichtet würde. Wenn diese
Überdruckspitzen tatsächlich auftreten sollten, bleiben sie erfahrungsgemäß in geringen
unschädlichen Grenzen. Meist treten sie aber nicht auf, weil die hintere Kante der
Austrittsöffnung die Lage des Flüssigkeitsspiegels mit beeinflußt. Der Spiegel wird
dort früher nach innen gezogen, weil an dieser Kante Flüssigkeit mit dem Gas zusammen
abströmt.
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Ermöglicht wird die gegenseitige Änderung der Lage vom Gehäuse und
Steuerkörper dadurch, daß zum Beispiel das Gehäuse auf den zentrisch zum Laufrad
liegenden kreiszylindrischen Mänteln in, und m2 geführt ist und gedreht werden kann.
Durch nicht
gezeichnete Klemmvorrichtungen oder mit Schlitzen versehene
Verschraubungen läßt sich das Gehäuse dann in jeder Lage festmachen.
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Bei solchen Verdichtern, bei denen das Gehäuse und nicht der Steuerkörper
verdreht wird, kann die Führung, das sind die Mäntel in, und ira, der Abb. z, auch
exzentrisch zur Laufradachse liegen, was zur Folge hat, daß sich bei der Verdrehung
außer der gegenseitigen Lage von Ausbauchungen und den Ein-und Austrittsöffnungen
am Steuerkörper auch die Größe der Ausbauchung und des Scheitelspaltes ändert. Es
lassen sich dadurch die Fördermenge und der ruhige Gang der Maschine beeinflussen.
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Ein weiterer Erfindungsgedanke geht dahin, die gegenseitige Lagenänderung
zwischen Gehäuse und Austrittsöffnung im Steuerkörper während des Betriebes zu ermöglichen,
um den Verdichter in einfacher Weise auf günstige Betriebsverhältnisse bei einem
verlangten Förderdruck und auch für wechselnde Förderdrücke einstellen zu können.
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Dies wird bei der erfindungsgemäßen Bauart, wie sie in den Abb. x
bis 4 beispielsweise dargestellt ist, dadurch erreicht, daß das Gehäuse durch irgendeine
an sich bekannte Vorrichtung, z. B. durch Spindel und Handrad, ähnlich wie in Abb.
2 rechts angedeutet, auf den Führungen in, und in, verdreht wird.
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In den Abbildungen ist ein einräumiger Verdichter dargestellt, doch
lassen sich die Erfindungsgedanken auch auf zwei- und mehrräumige Flüssigkeitsring-Verdichter
anwenden, bei denen also statt der einen Ausbauchung längs des Gehäuseumfanges zwei
oder mehr solcher Ausbauchungen vorhanden sind, ebenso auf Doppellaufräder mit zwei
in axialer Richtung nebeneinanderliegenden Schaufelungen und dementsprechend zwei
zur Mittelebene des Laufrades symmetrisch angeordneten Steuerkörpern.
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Das Gehäuse kann im Scheitel, bei der kleinsten Entfernung seiner
Innenwand vom Laufradumfang, auch so ausgebildet sein, daß die Innenwand nicht,
wie in den Abbildungen gezeichnet, dort auf eine gewisse Strecke konzentrisch zum
Laufradumfang, sondern exzentrisch verläuft. Die Wirkung des Erfindungsgedankens
tritt dabei ebenfalls ein, und es werden lediglich auf der Strecke zwischen Austritts-und
Eintrittsöffnung die obenerwähnten Überdruck-und Unterdruckspitzen auftreten.
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In den Abb. 5 und 6 ist schematisch die Anwendung der Erfindung auf
Flüssigkeitsring-Verdichter mit exzentrisch liegendem umlaufendem Gehäuse gezeigt.
Die Lager ial und ia, des umlaufenden Gehäuses lt" werden von Wänden getragen, die
durch einen Mantel zu einem das umlaufende Gehäuse umschließenden und schützenden
Gehäuse p verbunden sein können. Dieses zweite Gehäuse P ist in q1 und q. zentrisch
oder etwas exzentrisch zur Laufradachse an den Seitenschildern r1 und r, geführt
und läßt sich um diese Führungen drehen. Dabei wird der Mittelpunkt des umlaufenden
Gehäuses lt" geschwenkt, und es ändert sich seine Scheitellage zu den Ein- und Austrittsöffnungen
des Steuerkörpers in genau gleicher Weise, wie dies in den Abb. 2 bis 4 für das
nicht umlaufende Gehäuse h gezeigt ist.
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Jede neue Stellung des die Lager von 1a" tragenden zweiten Gehäuses
P, des Schutzgehäuses, ist durch irgendeine Festhaltevorrichtung zu sichern. Seine
Einstellung läßt sich auch während des Betriebes durch eine besondere Vorrichtung
erreichen, wie sie beispielsweise in Abb. 2 rechts als Spindel und Handrad eingezeichnet
ist.
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Auch bei solchen Verdichtern der gekennzeichneten Bauart, bei denen
die Fördermenge durch Drosseln am Saugschieber oder Druckschieber geändert, also
z. B. zur Erzielung einer gegenüber der normalen Lieferung kleineren Fördermenge
der Druckschieber weiter zugemacht und dadurch der Druck in der Austrittsöffnung
des Steuerkörpers erhöht wird, läßt sich noch nach den Erfindungsgedanken die für
diesen jeweiligen Druck passende Lage der Austrittsöffnung während des Betriebes
einstellen. Druckstöße werden dadurch vermieden, der Verdichter läuft ruhig und
mit besserem Wirkungsgrad.