EP1054159A2 - Roots-Kompressor und Verfahren zur Reduzierung von Quetschverlusten in einem Roots-Kompressor - Google Patents

Roots-Kompressor und Verfahren zur Reduzierung von Quetschverlusten in einem Roots-Kompressor Download PDF

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EP1054159A2
EP1054159A2 EP00108046A EP00108046A EP1054159A2 EP 1054159 A2 EP1054159 A2 EP 1054159A2 EP 00108046 A EP00108046 A EP 00108046A EP 00108046 A EP00108046 A EP 00108046A EP 1054159 A2 EP1054159 A2 EP 1054159A2
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root
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Norbert Dipl.-Ing. Düwel
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/08—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C18/12—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C18/126—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with radially from the rotor body extending elements, not necessarily co-operating with corresponding recesses in the other rotor, e.g. lobes, Roots type
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    • F04C29/0021—Systems for the equilibration of forces acting on the pump
    • F04C29/0035—Equalization of pressure pulses

Definitions

  • Roots compressors of the aforementioned type cf. DE 35 27 292
  • the timing of the Feed of the medium from the pressure chamber such that the resulting pressure wave with respect Wavelength, amplitude, direction of vibration and Path difference is designed so that the Pressure wave and the resulting from the squeeze pulse Extinguish the pressure wave from each other. Because of this Principle of cancellation by interference will reduce the pressure pulsations and vibrations in of an order of magnitude not previously achieved.
  • the solution according to the invention is based on the knowledge that phase-shifted squeeze pulses in the longitudinal direction of the piston arise due to the torsion of the pistons.
  • This Crushing impulses are - in every plane of the longitudinal extension Pistons viewed individually - each output from separate Overpressure waves in the same sense as the squeeze pulses are out of phase and in a more distant place add up to a new, independent wave.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Roots-Kompressor mit dreiflügeligen Rootskolben zum Komprimieren von gasförmigem Fördermedium sowie ein Verfahren zur Reduzierung von Quetschverlusten in einem Roots-Kompressor. Um bei derartigen Roots-Kompressoren Drehzahlerhöhungen unter Beibehaltung des Auslöschprinzips durch Interferenz vornehmen zu können, ohne Quetschverluststeigerungen in Kauf nehmen zu müssen, werden erfindungsgemäß die Rootskolben als verwundene Kolben ausgebildet, so dass beim Eintauchen der Kopfpartien in den Taillenbereich aufgrund der Verwindung phasenverschobene Quetschimpulse in axialer Richtung entstehen. Dabei werden der zeitliche Ablauf der Einspeisung von Fördermedium aus der druckseitigen Kammer durch Lage und Ausbildung des Voreinlasses in bezug auf den Kolbendrehwinkel und die phasenverschobenen Quetschimpulse durch Wahl des Grades der Verwindung der Rootskolben derart abgestimmt, dass die von dem in der druckseitigen Kammer auftretenden Unterdruckimpuls erzeugte Druckwelle diejenige Druckwelle auslöscht, die aus der Summe der Quetschimpulse resultiert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Roots-Kompressor mit dreiflügeligem Rootskolben zum Komprimieren von gasförmigem Fördermedium, bei dem abwechselnd in die von dem jeweiligen Rootskolben und der zugeordneten Förderraumwand gebildeten Förderkammern nach dem Abschließen gegenüber der saugseitigen Kammer Fördermedlum über einen Voreinlaßspalt aus der druckseitigen Kammer gesteuert eingespeist wird, und bei dem beim Eintauchen der Kopfpartien des einen Kolbens in den Taillenbereich des jeweils anderen Kolbens Quetschimpulse ausgelöst werden. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Reduzierung von Quetschverlusten in einem Roots-Kompressor.
Bei Roots-Kompressoren der zuvor genannten Art (vgl. DE 35 27 292) erfolgt der zeitliche Ablauf der Einspeisung des Fördermediums aus der druckseitigen Kammer derart, dass die daraus resultierende Druckwelle hinsichtlich Wellenlänge, Amplitude, Schwingungsrichtung und Gangunterschied derart gestaltet ist, dass sich die Druckwelle und die aus dem Quetschimpuls resultierende Druckwelle gegenseitig auslöschen. Aufgrund dieses Auslöschprinzips durch Interferenz wird eine Reduzierung der druckseitigen Pulsationen und Schwingungserscheinungen in einer bisher nicht erreichten Größenordnung erzielt.
Bei Roots-Kompressoren dieser Art sind Drehzahlerhöhungen über die bisher üblichen Drehzahlwerte hinaus systembedingt mit einer starken Zunahme der Quetschverluste und damit der Antriebsleistung verbunden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei Roots-Kompressoren der oben beschriebenen Art Drehzahlerhöhungen unter Beibehaltung des Auslöschprinzips durch Interferenz vornehmen zu können, ohne die Quetschverluststeigerungen im oben genannten Maß in Kauf nehmen zu müssen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination der im Patentanspruch 1 beanspruchten Merkmale erreicht. Des weiteren wird die genannte Aufgabe gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale des erfindungsgemäßen Roots-Kompressors sowie weitere vorteilhafte Ausführungsmerkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der jeweils zugehörigen Unteransprüche 2 bis 4 und 6 bis 10.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass durch eine entsprechende Wahl des Grades der Verwindung der Rootskolben ein Steuerungsmittel zur Verfügung steht, mit dem erstmalig der Quetschimpuls beeinflußt werden kann. Durch dieses Steuerungsmittel wird die bisher starre Abhängigkeit des Quetschimpulses von der Drehzahl erstmalig variabel gestaltbar.
In Kombination mit den bekannten Gestaltungsmöglichkeiten der Einspeisung von Fördermedium aus der druckseitigen Kammer in die Förderkammern wird durch das neue Steuerungsmittel die Bandbreite der Steuerungsmechanismen noch weiter erhöht.
Darüber hinaus führen Kolben mit Verwindung gegenüber geraden Kolben zu kleineren Quetschverlusten, wodurch Drehzahlerhöhungen über die bisher üblichen Drehzahlwerte hinaus möglich sind.
Zwar sind verwundene Kolben bei Roots-Kompressoren mit dreiflügeligen Rootskolben bereits bekannt (vgl. VDI-Bericht, 17. Internationales Wiener Motorensymposium, Band 2, Wien A, 25. bis 26.04.1996, Reihe 12, Fortschrittberichte VDI 1996, Seiten 69 bis 95). Bei der Konzeption derartiger Rootskompressoren wird der Grad der Verwindung nach konstruktiven Gesichtspunkten festgelegt. Unter Grad der Verwindung (Verschränkung) wird der Winkel verstanden, um den die eine Stirnfläche des Rootskolbens gegenüber der anderen Stirnfläche verdreht ist. Eine Wahl des Grades der Verwindung als Steuerungsmittel zur Beeinflussung des Quetschimpulses erfolgt bei diesem bekannten Rootsgebläse jedoch nicht.
Unabhängig davon wird bei derartigen Maschinen eine Art Voreinlaß konzipiert, dessen Gestaltung über Versuchsreihen im Hinblick auf eine Geräuschminderung empirisch ermittelt wird.
Eine Kombination des Steuerungsmittels des verwindungsgrades mit der Gestaltungsmöglichkeit des Voreinlasses wird bei derartigen Maschinen nicht realisiert.
Die erfindungsgemäße Lösung basiert auf der Erkenntnis, dass phasenverschobene Quetschimpulse in Kolbenlängsrichtung aufgrund der Verwindung der Kolben entstehen. Diese Quetschimpulse sind - in jeder Ebene der Längserstreckung der Kolben einzeln betrachtet - jeweils Ausgang von separaten Überdruckwellen, die im gleichen Sinne wie die Quetschimpulse phasenverschoben sind und die an einem entfernteren Ort aufsummiert eine neue, eigenständige Welle ergeben.
Dabei zeigt sich, dass diese Welle je nach Grad der Verwindung unterschiedliche Amplituden und auch unterschiedliche Kolbenstellungen ergibt, denen man für diese neue Welle einen Quetschbeginn zuordnen kann. Diesem ermittelten Quetschbeginn ist dann der Rückschlagbeginn anzupassen. Die unterschiedlichen Amplituden ergeben sich dadurch, dass bei der Aufsummierung positive und negative Anteile sich nicht kompensieren, sondern dass je nach Grad der Verwindung Restanteile übrigbleiben. Dabei zeigt sich der Trend, dass die Amplituden steigen, je geringer der Grad der Verwindung ist.

Claims (10)

  1. Roots-Kompressor mit dreiflügeligen Rootskolben zum Komprimieren von gasförmigem Fördermedium,
    bei dem abwechselnd in die von dem jeweiligen Rootskolben und einer zugeordneten Förderraumwand gebildeten Förderkammern nach dem Abschließen gegenüber einer saugseitigen Kammer das Fördermedium über einen Voreinlaßspalt aus der druckseitigen Kammer gesteuert eingespeist wird,
    und bei dem beim Eintauchen einer Kopfpartien des einen Kolbens in einen Taillenbereich des jeweils anderen Kolbens Quetschimpulse ausgelöst werden,
    wobei
    die Rootskolben als verwundene Kolben ausgebildet sind und beim Eintauchen aufgrund der Verwindung phasenverschobene Quetschimpulse in axialer Richtung entstehen,
    der zeitliche Ablauf der Einspeisung des Fördermediums aus der druckseitigen Kammer durch Lage und Ausbildung eines Voreinlaßspaltes in bezug auf den Kolbendrehwinkel und
    die phasenverschobenen Quetschimpulse durch Wahl des Grades der Verwindung der Rootskolben
    derart abgestimmt werden, dass eine von einem in der druckseitigen Kammer auftretenden Unterdruckimpul erzeugte Druckwelle eine solche Druckwelle auslöscht, die aus der Summe der Quetschimpulse resultiert.
  2. Roots-Kompressor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    sich der Voreinlaßspalt über die gesamte Länge des Rootskolbens erstreckt.
  3. Roots-Kompressor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    sich der Voreinlaßspalt über einen Teilbereich der Länge des Rootskolbens erstreckt.
  4. Roots-Kompressor nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Teilbereich in bezug auf die Kolbenlänge mittig angeordnet ist.
  5. Verfahren zur Reduzierung von Quetschverlusten in einem Roots-Kompressor mit dreiflügeligen Rootskolben zum Komprimieren von gasförmigem Fördermedium, wobei bei diesem Roots-Kompressor
    abwechselnd in die von dem jeweiligen Rootskolben und einer zugeordneten Förderraumwand gebildeten Förderkammern nach dem Abschließen gegenüber einer saugseitigen Kammer das Fördermedium über einen Voreinlaßspalt aus der druckseitigen Kammer gesteuert eingespeist wird,
    und beim Eintauchen einer Kopfpartien des einen Kolbens in einen Taillenbereich des jeweils anderen Kolbens Quetschimpulse ausgelöst werden,
    umfassend folgende Schritte:
    Bereitstellen von Rootskolben im Roots-Kompressor, die als verwundene Kolben ausgebildet sind,
    Erzeugen von phasenverschobenen Quetschimpulsen in axialer Richtung der Rootskolben beim Eintauchen,
    Abstimmen des zeitlichen Ablaufs der Einspeisung des Fördermediums aus der druckseitigen Kammer durch Lage und Ausbildung des Voreinlaßspaltes in bezug auf den Kolbendrehwinkel
    und
    Abstimmen der phasenverschobenen Quetschimpulse durch Auswählen des Grades der Verwindung der Rootskolben
    derart, dass
    eine von einem in der druckseitigen Kammer auftretenden Unterdruckimpuls erzeugte Druckwelle eine solche Druckwelle auslöscht, die aus der Summe der Quetschimpulse resultiert.
  6. Verfahren nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die erzeugten phasenverschobenen Quetschimpulse, wenn diese in ein jeder Ebene der Längserstreckung der Rootskolben einzeln betrachtet werden, jeweils Ausgang von separaten Überdruckwellen bilden, die im gleichen Sinne wie die Quetschimpulse phasenverschoben sind und die an einem entfernteren Ort aufsummiert eine eigenständige Welle ergeben.
  7. Verfahren nach Anspruch 6,
    gekennzeichnet durch
    Festlegen eines vorbestimmten Verwindungsgrades der Rootskolben zum Erzielen unterschiedlicher Amplituden der eigenständige Welle und zum Erzielen unterschiedlicher Kolbenstellungen.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    gekennzeichnet durch
    Verringern des Verwindungsgrades zum Erhöhen der Amplituden.
  9. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    dem Verwindungsgrad der Rootskolben und den unterschiedlichen Amplituden der eigenständigen Welle ein Quetschbeginn zugeordnet
    oder
    in Abhängigkeit des Verwindungsgrads der Rootskolben und der unterschiedlichen Amplituden der eigenständigen Welle ein Quetschbeginn ermittelt
    wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    gekennzeichnet durch
    Anpassen des Rückschlagsbeginns an den zugeordneten oder ermittelten Quetschbeginn.
EP20000108046 1999-05-20 2000-04-20 Roots-Kompressor und Verfahren zur Reduzierung von Quetschverlusten in einem Roots-Kompressor Expired - Lifetime EP1054159B1 (de)

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