DK157403B - Roterende fortraengningsmaskine af spiraltypen - Google Patents

Description

DK 157403 B

Opfindelsen angår en roterende fortrængningsmaskine af den i krav l's indledning angivne art.

Fortrængningsmaskiner af denne art er velkendt. En rotations-forhindrende del betegnet en Oldham-ring er 5 anbragt for at forhindre, at det bevægelige spiralle geme drejer omkring sin egen akse, når det udfører en kredsbevægelse i forhold til det stationære spirallegeme. En højtryksport er udformet i midten af det stationære spirallegemes endeplade og udgør ved en kom-10 pressor eller pumpe en udløbsport, fra hvilken et flui dum under højt tryk afgives. Ved en motor danner højtryksporten en indløbsport for fluidum, som under højt tryk indføres i motoren. En lavtryksport er anbragt ved spiraldelenes radialt udvendige side.

15 En sådan fortrængningsmaskine er i sin tidlige udformning kendt fra beskrivelsen til USA patent nr. 801 182.

En meget nyere udviklet fortrængningsmaskine af den omhandlede art er kendt fra USA patent nr. 4 216 661.

I denne fortrængningsmaskine mangler bearbejdning af 20 den udvendige vægoverflade af det stationære spiral- legemes spiraldel i en udstrækning på 180°.

I denne fra USA patent nr. 4 216 661 kendte fortrængningsmaskine kan den til bearbejdning af det stationære spirallegeme krævede tid afkortes, fordi behovet for 25 at bearbejde spirallegemets udvendige vægoverflade er elimineret, hovedsalig i en udstrækning på 180°. Overfladen, ved hvilken bearbejdning er udeladt, vil imidlertid berøre endepladen af det bevægelige spirallegeme, og den i forhold dertil modstående overflade berører 30 ikke endepladen af det bevægelige spirallegeme. Således vil trykket, som virker på det bevægelige spirallegeme, komme ud af balance og derved få det bevægelige spiral-

DK 157403 B

2 legemes kredsende bevægelse til at blive ustabil. Dette har givet anledning til, at inducerende vibration opstår i det bevægelige spirallegeme.

Når det bevægelige spirallegemes kredsende bevægelse 5 bliver ustabil, opstår desuden det problem, at det er umuligt at holde apparatet i funktion med stor virkningsgrad i en lang tidsperiode, fordi den aksiale tætning imellem det bevægelige spirallegeme og det stationære spirallegeme vanskeliggøres.

10 Formålet med opfindelsen er at tilvejebringe en roteren de fortrængningsmaskine af den omhandlede art, hvori der i modsætning til de kendte maskiner påføres det bevægelige, kredsende spirallegeme et jævnt fordelt tryk, således at maskinen ikke udsættes for vibratio-15 ner, samtidig med at de termiske tab er små.

Dette formål opnås ifølge opfindelsen ved, at den indledningsvis angivne roterende fortrængningsmaskine er ejendommelig ved det i krav l's kendetegnende del angivne . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Fordybningen, som forløber i den rundtgående udstræk 2 ning på 180° i den ringformede del og står i forbindel 3 se med den i de øvrige 180° i den ringformede del for- 4 løbende frigang for det bevægelige spirallegeme , medfø 5 rer som følge af, at den har en indvendig grænselinie 6 i afstand fra det bevægelige spirallegemes ydre vægover 7 flade , at der opnås den tilstræbte punktsymmetriske tryk- 8 fordeling i de rum, som er afgrænset imellem det sta 9 tionære og det bevægelige spirallegeme. Eftersom fordyb 10 ningen står i forbindelse med frigangen, strømmer arbejds- 11 fluidet i frigangen ind i og gennem fordybningen. Arbejds- fluidet, som strømmer ind i fordybningenopvarmes lidt af fordybningens væg (een port af det stationære spiral-

DK 157403 B

3 legemes endeplade) og dens arbejdsfluidum strømmer gennem fordybningen og strømmer ind i frigangen. Men dens opvarmede fluidum opvarmer ikke arbejdsfluidet i frigangen på grund af den ringe mængde af dens opvarmede fluidum.

5 Eftersom rumfanget af et sådant indtrængende fluidum er meget ringe sammenlignet med strømningshastigheden af fluidet, som suges ind og afgives, er en stigning af gastemperaturen som følge af gassen, der strømmer ind i og gennem fordybningen og trænger ind i frigangen, 10 så ringe, at man kan se bort fra den.

Således har den roterende fortrængningsmaskine ifølge opfindelsen fordelagtige lave vibrationer og ringe termiske tab.

Fordybningen har fortrinsvis en dybde på under 2 mm, 15 men hvis der er tilvejebragt en skillevæg midtvejs i fordybningens rundtgående udstrækning, forhindrer denne skillevæg helt strømning af fluidum i og gennem fordybningen. I dette tilfælde kan dybden af fordybningen være over 2 mm, eventuelt have en dybde, der svarer 20 til spiraldelenes højde.

Opfindelsen skal i det følgende nærmere beskrives med henvisning til tegningen, hvorpå: fig. 1 er et lodret snitbillede af en første udførelsesform ifølge opfindelsen af en maskine af spiraltypen 25 til behandling af fluida, vist langs linien I-I i fig.

2, fig. 2 er et snitbillede langs linien II-II i fig. 1, fig. 3 er et snitbillede af en anden udførelsesform af en maskine ifølge opfindelsen af spiraltypen til 30 behandling af fluida, vist langs en linie svarende til linien 11 — 11 i fig. 1, og

DK 157403 B

4 fig. 4 er et snitbillede af en tredje udførelsesform ifølge opfindelsen af en maskine af spiraltypen til behandling af fluida, vist langs en linie svarende til linien II-II i fig. 1.

5 Beskrivelse af foretrukne udførelsesformer

Fig. 1 viser i lodret tværsnit en maskine af spiraltypen til behandling af fluida, i hvilken maskine et stationært spirallegeme omfatter en endeplade la, og en spiraldel lb, som er anbragt på overfladen af det statio-10 nære spirallegeme 1 i en opretstående position, og en ringformet del lc, som er udformet på en sådan måde, at den omgiver spiraldelen lb. Et kredsende spirallegeme 2 omfatter ligeledes en endeplade 2a, og en spiraldel 2b af samme form som spiraldelen lb anbragt på overfla-15 den af endepladen 2a i en opretstående position.

De to spirallegemers 1 og 2 spiraldele lb og 2b har form som en spiral eller en lignende kurve og har samme tykkelse og højde.

En port 3 er udformet i midten af det stationære spiral-20 legemes 1 endeplade la, og en anden port 4 er udformet i en ydre periferisk del deraf. Porten 3 tjener som en udløbsport, når apparatet fungerer som en motor.

Det kredsende spirallegeme 2 har en tap 2c, som rager frem fra bagsiden deraf. 1 2 3 4 5 6

De to spirallegemer 1 og 2 er således anbragt, at over 2 fladerne af deres endeplader la og 2a vender mod hinanden, 3 og spiraldelene lb og 2b er i indgreb med hinanden.

4

Med spiraldelene lb og 2b i denne tilstand er de respek 5 tive spiraldeles lb og 2b afsluttende ender lb' og 2b' 6 anbragt i forhold til hinanden på en sådan måde, at de er indbyrdes forskudt i det væsentlige i en rundtgå-ende afstand på 180°.

DK 157403 B

5

En ramme 5 er boltet flere steder til endefladen af det stationære spirallegemes 1 ringformede del lc.

En krumtapaksel 6 er lejret i rammen 5 med to lejer 7 og 8, som er fastgjort til rammen 5. Krumtapakselen 5 6 er udformet i ét stykke med en kontravægt 9, som kan være udformet som en separat helhed, som er uafhængig af krumtapakselen 6, hvis dette ønskes.

Krumtapakselen 6 er ved sit hoved udformet med et hult fremspring 10, som er centreret i en position, som er 10 forskudt et stykke X fra krumtapakselens 6 midterakse 0 og indeholder tappen 2c fastgjort deri. Et nåleleje 11 er monteret imellem det hule fremspring 10 og tappen 2c.

En del 12 til forhindring af en rotation om sin egen 15 akse er monteret imellem den nederste overflade af det kredsende spirallegemes 2 endeplade 2a og rammen 5.

Delen 12, som forhindrer rotation om sin egen akse, er udformet som en ring med ikke viste rette riller, henholdsvis på overfladen beliggende ved siden af ende-20 pladen 2a og på overfladen beliggende ved siden af rammen 5. Rillen på overfladen beliggende ved siden af rammen 5 står vinkelret på rillen beliggende på overfladen ved siden af endepladen 2a. I den rille, der er udformet på overfladen beliggende ved siden af rammen 25 5, findes der en kile 13, som ligeledes er fastgjort til rammen 5, og i den rille, der er udformet på overfladen beliggende ved siden af endepladen 2a, findes der en kile, som ikke er vist, som også er fastgjort til endepladen 2a. 1

En mekanisk tætning 14 er anbragt ved en del af krumtap-akselen 6, som går igennem rammen 5 og strækker sig udad, og er indeholdt i et tætningshus 15. Den mekaniske

DK 157403 B

6 tætning 14 er af kendt konstruktion og detaljer ved dens konstruktion er udeladt.

Virkemåden af maskinen af spiraltypen til behandling af fluida af førnævnte konstruktion skal beskrives.

5 En rotation af krumtapakselen 6 i retning med uret i fig. 2 ved hjælp af et primært bevægelsesorgan, som ikke er vist, medfører, at det kredsende spirallegeme 2 bevæger sig i en kredsbevægelse i retning med uret, medens den ikke ændrer stilling (tilsyneladende ikke 10 drejer om sin egen akse) i forhold til det stationære spirallegeme 1. Som følge heraf bliver rumfangene af de tætte.rum VI og V2 imellem de to spirallegemer 1 og 2 reduceret under rotation i retning med uret for derved at sammentrykke det deri gennem porten 4 indfør-15 te fluidum og afgive dette gennem porten 3.

Når det kredsende spirallegeme 2 omvendt bevæges i kreds-bevægelse i retning mod uret, forøges rumfangene af de tætte rum VI og V2 gradvis, når de drejer i retning mod uret, således at den gennem porten 3 indførte gas 20 med høj temperatur og tryk (som har høj temperatur og tryk sammenlignet med den gennem porten 4 afgivne gas) ekspanderes og afgives gennem porten 4. På dette tidspunkt frembringes en bevægende kraft ved krumtapakselen 6. Når antallet af spiraldelenes vindinger er 1,5 for 25 at eliminere enhver rumfangsændring i de lukkede rum, virker apparatet som en pumpe.

Det vigtigste træk ved konstruktionen af maskinen af spiraltypen til behandling af fluida skal herefter beskrives med henvisning til fig. 2. Der er tilvejebragt en 30 frigang 16, som strækker sig fra den afsluttende ende lb' af det stationære spirallegemes 1 spiraldel lb i en rundtgående udstrækning på omkring 180°, således at den kredsende bevægelse af det kredsende spirallegeme

DK 157403 B

7 2 ikke kan blive forstyrret, eller svøbet 2b ikke kan ramme den indre vægoverflade af den ringformede del lc. Frigangen 16 tjener som en passage for gas med lavt tryk og lav temperatur, når maskinen fungerer som en 5 kompressor eller en motor. En fordybning 17 med en strimmelform og en ringe dybde er anbragt og strækker sig 1 den rundtgående udstrækning på 180°, som udgør en hel cirkel med førnævnte rundtgående udstrækning på 180°, medens den efterlader spiraldelen lb af den statio- 10 nære snegldel 1. Fordybningen 17 står i forbindelse med frigangen 16. Den rette dybde af den lave fordybning 17 er mindre end 2 mm. Ved denne konstruktion har det på den kredsende spirallegeme 2 virkende fluidum en trykfordeling, som er punktsymmetrisk og derved gør 15 det muligt at reducere det til den kredsende snegldel 2 tilførte moment med en forspændt trykfordeling. Fluidet, som strømmer ind og gennem den flade fordybning 17, trænger ind i frigangen 16 under påvirkninger udøvet af varme fra væggen. Eftersom rumfanqet af et sådant 20 undvigende fluidum er meget ringe sammenlignet med strømningshastigheden af fluidet, som trækkes ved sugning og afgives, er en stigning af gastemperaturen inden for frigangen 16, som bringes til at finde sted ved gasstrømning ind i og gennem fordybningen 17 og sive 25 ind i frigangen 16, så ringe, at man kan se bort fra den. Således har det fremstillede apparat fordelagtig ringe vibration og termisk tab.

Fig. 3 viser en anden udførelsesform ifølge opfindelsen, i hvilken den flade fordybning 17' har en buet 30 form. Kurver KF og IJ er koncentriske buer. Den udvendige spiralkurve på det stationære spirallegeme 101 slutter ved et punkt lOld, og en kurve lOld IJ kan være en kurve af en hvilken som helst ønsket form. Således er denne udførelsesform forskellig fra den første udførelsesform 35 ved, at kurven IJ har buet form. Dette medfører den fordel, at bearbejdningen af spirallegemet 1 til dannelse af fordybningen 17' er lettere.

DK 157403 B

8

Fig. 4 viser en tredje udførelsesform ifølge opfindelsen, ved hvilken en delevæg 18 er anbragt midtvejs i en fordybning af strimmelformen dannet på den ydre side med en rundtgående udstrækning på 180° forløbende fra 5 afslutningsenden af spiraldelen på det stationære spirallegeme 201 for at opbryde fordybningen i to fordybningssektioner 17" og 17"'. Delevægen 18 forbinder spiraldelen 201b på det stationære spirallegeme 201 til den ringformede del 201c. I dette tilfælde kan dybden af fordyb-10 ningssektionerne 17" og 17"' være over 2 mm. Desuden kan fordybningssektionerne 17" og 17"' have en dybde, som svarer til højden af spiraldelen 201b, og fordyb-ningsektionerne 17" og 17"' kan have forskellige dybder.

I denne udførelsesform, hvor fordybningssektionerne 15 17" og 17"' kan være udformet på mange forskellige måder, har fluidet, som virker på overfladen af endepladen af det kredsende spirallegeme, hvorpå spiraldelen er anbragt, en trykfordeling, som i det væsentlige er punktsymmetrisk. I denne henseende er punktet, hvorpå punkt-20 symmetrien er baseret, anbragt på linien, som forbinder det stationære spirallegemes 201 midte med det kredsende spirallegemes 2 midte og i en sådan position på denne linie, som har ækvidistant afstand fra de to centre.

Således virker en aksialt orienteret kraft i det væsent-25 lige ensartet på det kredsende spirallegeme, således at dette kredsende spirallegeme kan bevæge sig i kredsbevægelse i stabil tilstand. Som følge heraf elimineres vibration. Eksistensen af skillevæggen 18 tjener til at forhindre strømningen af fluidum ind og gennem fordyb-30 ningen mod de tætnende rum VI og V2, således at gassens strømningsvej via porten 4 til de tætte rum VI og V2 foregår ved hjælp af frigangen 16. Dette gør gassens strømningslængde mindst mulig og herved er det muligt at nedsætte mængden af varme, som overføres fra vægover-35 fladerne i frigangen 16 og fordybningen 17", 17"' til det mindst mulige, således at den volumetriske virkningsgrad kan opretholdes ved et højt niveau.

Claims (6)

1. Roterende fortrængningsmaskine, såsom motor, kompressor eller pumpe af spiraltypen omfattende et stationært spirallegeme (1) og et bevægeligt spirallegeme (2), som udfører en kredsbevægelse i forhold til det 5 stationære spirallegeme (1), idet hvert spirallegeme (1, 2) omfatter en endeplade, henholdsvis (la) og (2a), som vender imod det andet spirallegeme, således at motorkompressor- eller pumpeeffekten tilvejebringes ved de spiralformede vægges indbyrdes kredsbevægelse, hvor-10 hos det stationære spirallegeme (1) har en ringformet del (lc), som omgiver det stationære spirallegemes (l) spiraldel (lb), er integreret med spiraldelen (lb) og har samme højde som denne, og hvorhos der i den ringformede del (lc) er tilvejebragt en frigang (16), som 15 strækker sig fra den afsluttende ende (lb1) af det stationære spirallegemes (1) spiraldel (lb) i en rundtgå-ende udstrækning på omkring 180°, kendetegnet ved, at en fordybning (17, 17') med ringe dybde forløber i den resterende rundtgående udstrækning på 180° 20. den ringformede del (lc) og har en indvendig grænse- linie i afstand fra spirallegemets (lb) ydre vægoverflade, samt at fordybningen (17, 17') står i forbindelse med frigangen (16).

2. Roterende fortrængnimigsmaskine ifølge krav 1, k e n - 25 detegnet ved, at der findes en skillevæg (18) midt i fordybningens langsgående udstrækning til opdeling af fordybningen i to fordybningssektioner (17", 17"'), hvilken skillevæg (18) har samme højde som den ringformede del (lc) og spiraldelen (lb). DK 157403 B

3. Roterende fortrængningsmaskine ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at fordybningerne (17, 17*, 17" og 17'") hver har en konstant dybde, som er under 2 mm.

4. Roterende fortrængningsmaskine ifølge ethvert af kravene 1-3, kendetegnet ved, at hver af fordybningerne (17, 17', 17", 17"') har en udvendig grænselinie i form af en cirkelbue, som er koncentrisk med en indvendig vægoverflade på den ringformede del 10 (lc).

5. Roterende fortrængningsmaskine ifølge ethvert af kravene 1-4, kendetegnet ved, at hver af fordybningerne (17, 17', 17" og 17'") er anbragt i en afstand uden for spiraldelens (lb) indvendige væg-15 overflade svarende til tykkelsen af spiraldelen (lb).

6. Roterende fortrængningsmaskine ifølge ethvert af kravene 1-4, kendetegnet ved, at den indvendige grænselinie har form af en cirkelbue, som er koncentrisk med den ringformede dels (lc) indvendige vægover- 20 flade og fordybningernes (17, 17', 17" og 17"') udven dige grænselinie.