NO844965L - Kompressor - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en vingekompressor av den type som omfatter en rotor som er eksentrisk anordnet i et sylindrisk hus, samt vinger som danner et rom mellom periferien av rotoren og innerflaten av huset, idet volumet av rommet varierer under rotorens rotasjon.

En kompressor av denne type er f.eks. vist i fransk patent

nr. 826 424 og 1 261 674.

En slik vingekompressor er blitt benyttet i mange anvendelser og fungerer bra i de fleste tilfeller. Imidlertid kan den vanligvis ikke operere med forskjellige mottrykk. Dersom mottrykket overskrider det mottrykk for hvilket kompressoren er konstruert, kan kompressoren ikke fungere. Dersom kompressoren på den annen side er konstruert for et høyt mottrykk (og forbindes med et lavt mottrykk, vil den ha meget lav virknings-grad og vil således kreve høy effekt fra kraftkilden. Videre vil kompressoren i sistnevnte tilfelle vibrere sterkt.

Et formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en kompressor av ovennevnte type som kan operere effektivt ved forskjellige mottrykk.

Ifølge oppfinnelsen omfatter rotoren i det minste én innløps-ventil som er anordnet i rotoren mellom innløpet av kompressoren og nevnte rom og er innrettet til å åpne når trykket i rommet er under trykket i innløpet for å suge luft inn i rommet under innløpsslaget av rotoren, og i det minste én utløps-ventil anordnet i rotoren mellom rommet og utløpet av kompressoren og innrettet til å åpne når trykket i rommet overstiger mottrykket ved utløpet under kompresjonsslaget. Innløpsven-tilen og utløpsventilen er innbyrdes forbundet på en slik måte at innløpsventilen på én side av rotoren åpnes samtidig.med utløpsventilen på den diametralt motsatte side av rotoren. Ventilene er fortrinnsvis innbyrdes forbundet ved hjelp av et hydraulisk eller pnevmatisk system.

Ved å anordne ventilene i rotorlegemet oppnås det at konstruk-sjonen ikke er avhengig av en spesiell plassering av utløps-ventilen i huset, men åpningen av ventilene kan skje ved enhver vinkelstilling av rotoren. Til tross for at ventilene er anordnet i rotoren, er de trykkregulert. Dette gjøres mulig ved å forbinde innbyrdes par av innløps- og utløpsventiler, fortrinnsvis ved hjelp av et hydraulisk system, som forbinder ventilene og således balanserer sentrifugalkreftene som virker på dem.

Ifølge et ytterligere aspekt ved oppfinnelsen er rotoren delt

i flere sektorer som er klemt mellom sylindriske plater slik at det dannes et kryssformet rom mellom sektorene, hvilket rom opptar vingene. Kompressoren kan omfatte flere kompressorenheter forbundet i serie for å gi det forønskede utløpstrykk.

Et foretrukket utførelseseksempel på kompressoren ifølge( oppfinnelsen er på fig. 1 vist i delvis gjennomskåret sideriss.

Fig. 2 er et snitt langs linjen I-l på fig. 1. Fig. 3a og 3b er lengdesnitt av et avlastningssystem for kompressoren ifølge fig. 1 og 2.

Kompressoren ifølge det foretrukne utførelseseksempel på oppfinnelsen er vist på fig. 1 og 2. Kompressorenheten 10 omfatter et luftinnløp 12, som åpner mot det indre rom av en hovedsakelig sylindrisk formet rotor 14. Rotoren 14 er eksentrisk lagret i et sylindrisk hus 15, se også fig. 2.

Rotoren 14 består av et sylindrisk legeme som har åtte aksiale åpninger 16 og 17, hvorav fire åpninger 16 åpner mot venstre (sett i henhold til fig. 2) i legemet mens fire åpninger 17 åpner mot høyre i legemet, idet hvert par åpninger 16 og 17 er adskilt i aksial retning av en plate 21. Hver åpning 16 og 17 er radialt forbundet med periferien av rotorlegemet 14 via ventilseter 19 og 20, som vist på fig. 1. Et ventillegeme 2 3 samvirker med hvert ventilsete 19 på venstre side av rotoren 14. Ventillegemet 23 er forbundet med en stamme 32, f.eks. ved hjelp av en skrue. Stammen er glidbart opptatt i en hylse 34, som er innsatt og på egnet måte fastsveiset i et hull.i det sentrale parti 25 av rotorlegemet 14. Den radialt ytre ende av hylsen 34 strekker seg nesten helt opp til ventillegemet 23 når dette befinner seg i den stilling hvor det er i kontakt med ventilsetet. Således er ventillegemet 23 kun bevegelig utad for å åpne ventilsetet 19 når trykket i rommet på utsiden av ventillegemet 23 er lavere enn trykket under ventillegemet, slik det skal beskrives i større detalj nedenfor. En stoppinnretning (ikke vist) forhindrer ventillegemet fra å bevege seg for langt utad.

Ventilsetet 20 på høyre side av rotoren samvirker på lignende måte med et ventillegeme 24, som er festet til en stamme 33, som løper i en hylse 35. Hylsen 35 er kortere enn hylsen 34 og gjør det mulig for ventillegemet 24 å bevege seg innad når trykket i åpningen 17 er lavere enn trykket på utsiden av ventillegemet .

i Rotorlegemet 14 består i tverrsnitt av fire separate sektorer 38 som har en toppvinkel på 90°. Disse sektorer er fastklemt

•mellom flere korte sylindriske plater 39, 21, 40, 41, 42 ved

hjelp av flere bolter 43, f.eks. to for hver sektor. Sektorene er fastklemt på en slik måte at et radialt spor 44 dannes mellom hver sektor. Disse spor 44 har samme bredde fra periferien mot sentrum og opptar radialt bevegelige vinger 45, som strekker seg utenfor periferien av rotorlegemet 14 for tetten-de å samvirke med innerflaten av rotorhuset 15 og danne et

rom 46. Vingene presses utad, slik det skal beskrives nærmere nedenfor. Ved denne konstruksjon skapes det kryssende spor hvor vingene er plassert. Ved denne konstruksjon kan rotorens diameter minskes siden det sentrale parti 25 av rotoren nå

kan benyttes, til forskjell fra homogene rotorer som har ma-skinerte spor.

Platene 39, 40 og 42 er forsynt med åpninger, som står i forbindelse med åpningene 16, 17 for å tillate fri luftstrøm. Imidlertid er platene 21, 41 hovedsakelig uperforerte for å adskille åpningene 16, 17.

Kompressoren virker som angitt nedenfor. Luft løper inn fra venstre gjennom innløpet 12 i platen 39 og når de fire åpninger 16 på venste side av rotoren 14, som er sugesiden. På fig. 2 er det rom som defineres av vingene 45 mellom rotoren 14 og huset 15 angitt med 4 6a. Når rotoren beveger seg i retning av pilen 47, vil rommet 46a øke i volum-, hvorved trykket minsker. I denne stilling vil ventilen 24a vanligvis være lukket, mens ventilen 23a vil åpne under rotasjonsbevegelsen når trykket i rommet 46a er mindre enn innløpstrykket ved åpningen 16. Under denne bevegelse suges luft inn i rommet 46a inntil dette når den øvre stilling angitt med 46b. Ved denne stilling vil ventilen 23b lukke, og fortsatt rotasjon bevir-ker at luften komprimeres. Når lufttrykket i rommet 4 6c overskrider mottrykket ved utløpet 48 av kompressorens første trinn, åpner ventilen 24c, og luften i rommet 46c tvinges ut gjennom utløpet 48 til innløpet 49 av kompressorens andre trinn 50.

i

Det andre kompressortrinn, som er konstruert hovedsakelig på samme måte som beskrevet ovenfor, øker trykket ytterligere. Det andre kompressortrinn 50 er konstruert tilsvarende smalere siden luftvolumet som passerer det andre trinn er mindre enn luftvolumet som passerer det første trinn på grunn av det øk-ede trykk. Det omfatter åpninger 51, 52 og ventillegemer og ventilseter som vist.

Til sist støtes trykkluften ut av utløpet 53 gjennom et rør 54, som er forbundet med forbrukeren av trykkluft på konven-sjonell måte.

Som vist på fig. 1, er ventillegemene 23, 24 innbyrdes forbundet ved hjelp av et hydraulisk system 60, som omfatter to kanaler 61 og 62 for hvert par innbyrdes diametralt motstående par av ventillegemer. Hylsen 35 for utløpsventilen strekker seg til sentrum av rotorlegemet 14 og er tett forbundet med den diametralt motstående hylse 35. Hver hylse 35 er forbundet med tilsvarende kanaler 61, 62 ved hjelp av et hull 63. Hver hylse 34 for innløpsventilene er forbundet med den tilsvarende kanal 61, 62 uten å innsnevre denne. Til venstre på fig. 1 er én av kanalene forbundet med et avlastningssystem 70, som skal beskrives i større detalj nedenfor. Som vist på fig. 1, er utløpsventilene som er anordnet 90° i forhold til ovennevnte par utløpsventiler, forskjøvet en viss distanse mot høyre for å danne sine egne kanalsystemer 61a,62a (ikke vist).

Kanalene 61, 62 og hylsene 34, 35 under stammene 32, 33 er fylt med inkompressibelt hydraulisk fluid. Således virker hver hylse 34, 35 og den tilhørende stamme 32, 33 som en hydraulisk sylinderenhet. Siden de fire innbyrdes forbundne ventillegemer er anordnet på diametralt motsatte sider av rotoren, vil det forstås at sentrifugalkreftene som virker på

de frie ventillegemer motvirker hverandre, og således er hvert ventillegeme upåvirket av sentrifugalkreftene og kan virke i avhengighet av trykkdifferansene på motsatte sider av ventilen. Det vil også forstås at hvert par innløpsventiler og utløps-.ventiler influerer hverandre. Imidlertid skjer åpninger^ av

én innløpsventil omtrent ved samme vinkelposisjon som åpningen av den diametralt motstående utløpsventil. Disse ventiler vil

■således hjelpe hverandre i et servosystem.

Hvis det oppstår vanskeligheter på grunn av forskjellig vinkelstilling for åpning av innløpsventilen og dens samvirkende, diametralt motstående utløpsventil, kan utløpsventilen plas-seres noe forskjøvet fra dette diametralt motstående forhold for visse anvendelser. En slik forskyvning er ikke ansett nød-vendig for de fleste anvendelser.

Som vist på fig. 2, er rotoren laget av fire sektorer 38 på 90° som etterlater et smalt radialt spor mellom hvert par sektorer. Disse spor inneholder vingene 45. Det kryssformede rom innenfor vingene 4 5 i sporene er forbundet med en fluidkilde under trykk, som tvinger vingene utad mot innerflaten av huset. Denne fluidkilde kan være en hydraulisk fluidkilde, eller fortrinnsvis en pnevmatisk fluidkilde. I en foretrukket utførelse er dette pnevmatiske fluid tatt direkte fra kompressorens utløp.

Denne trykkfluidkilde kan erstattes av fjærer som virker mellom hvert par vinger. Således kan fjærene være anordnet slik at det er en vinkel på 90° mellom hver fjær i lengderetningen. Siden avstanden mellom de diametralt motstående vinger ikke varierer særlig, vil fjærene ikke utsettes for særlig stor kompresjon. Således vil fjærkraften som utøves mot vingene være hovedsakelig konstant.

Vingene kan ved sin ytre ende samvirke med et ringformet ele-ment som glir langs innerflaten av huset, slik det er velkjent f.eks. fra britisk patent nr. 348 524.

Når ventilene fungerer i det hydrauliske system, utvikles det et negativt trykk i det hydrauliske system 60 på grunn av sentrifugalkreftene som virker på ventillegemene. Dette nega-tive trykk avhenger av rotorens rotasjonshastighet, så vel som av de fremherskende lufttrykk. Dette trykk oscillerer ved åp-•ning og lukking av ventilene.

Videre utsettes det hydrauliske fluid for en viss varmeutvid-•else på grunn av varmen som utvikles under kompresjonsslaget. Derfor er det anordnet et avlastningssystem for å ta vare på overskuddet av hydraulisk fluid som utvikles under varmeekspan-sjonen. Avlastningssystemet er vist i alle detaljer på fig. 3.

Kanalen 61 er forbundet med avlastningssystemet 70 gjennom en åpning 71 i platen 39. Åpningen er vanligvis lukket av et stempel 72, men lar et lite hull 73 være fritt. Stempelet er bevegelig i en sylinder 74 utformet i platen 39 og endeparti-et 75 av rotoren. Sylinderen 74 er forbundet med atmosfæren' gjennom et lite hull 76. Sylinderen omfatter et andre stempel 77 som fritt kan bevege seg langs en stamme 78. Stammen strekker seg i hele sylinderens 74 lengderetning og er ved den ene ende forbundet med det første stempel 72. Ved sin andre ende strekker den seg inn i et sentralt plassert hull 79 i ende-veggen av sylinderen. Stammen 78 og hullet 79 danner enluft-fjær som presser stempelet 72 mot høyre på fig. 3.

Det andre stempel 77 deler således sylinderen 74 i et venstre parti som står i forbindelse med atmosfæren, og et høyre .parti som står i forbindelse med det hydrauliske system 60 via åpningen 71 og hullet 73.

Avlastningssystemet virker som beskrevet nedenfor. Dersom trykket i det hydrauliske system overskrider atmosfæretrykket, åpnes det første stempel 72 og hydraulisk fluid tvinges inn i sylinderen 74, hvorved det andre stempel 77 beveges mot venstre. Så snart trykket i det hydrauliske system minker under atmosfæretrykket, lukker det første stempel og stenger inne et volum hydraulisk fluid i sylinderen 74. Imidlertid vil atmosfæretrykket som virker på venstre side av det andre stempel 77, tvinge en viss mengde hydraulisk fluid gjennom hullet 73 tilbake til det hydrauliske system. Ved egnet dimensjoner-ing av arealene av åpningen 71 og hullet 73 vil avlastningssystemet ta vare på eventuelt overskudd av hydraulisk fluid for å trygge anordningens sikre funksjon.

i Dersom kompressoren fungerer ved sterkt varierende betingel-ser, inklusive forskjellige rotasjonshastigheter, kan det være

■nødvendig å regulere trykket på venstre side av sylinderen 74

i avhengighet av rotasjonshastigheten. Denne regulering kan oppnås ved hjelp av en radial hylse, som omfatter et stempel som har en viss vekt. Sentrifugalkreftene virker på stempelet og tvinger det utad for å minske trykket i det venstre parti av sylinderen ved høyere rotasjonshastigheter.

En fagmann vil forstå at forskjellige innfallsvinkler kan benyttes for å løse dette problem.

Kompressoren ifølge oppfinnelsen tilpasser vingetypekompressor-er for bruk i anvendelser som har varierende mottrykk. An-vendelsesområdene er for vide til å nevnes her, men en fagmann vil kunne finne bruksmuligheter for denne kompressor i omtrent alle tilfeller hvor trykkluft er nødvendig.

En foretrukket utførelse av oppfinnelsen er blitt beskrevet ovenfor for å eksemplifisere oppfinnelsen. Imidlertid kan denne utførelse modifiseres på mange måter uten å avvike fra

.oppfinnelsens ramme og idé. Slike modifikasjoner som er.inn-

lysende for en fagmann, er ment å falle innenfor oppfinnelsens ramme. Oppfinnelsen er kun begrenset av de påfølgende krav.

Claims (8)

1. Vingekompressor omfattende en rotor (14) eksentrisk anordnet i et sylindrisk hus (15) og vinger (45), som danner et rom (46) mellom periferien av rotoren (14) og innerflaten av huset (15) , idet volumet av rommet (46) varierer under rotorens rotasjon, karakterisert ved at rotoren (14) omfatter i det minste én innlø psventil (19, 23) anordnet i rotoren mellom kompressorens innløp (12) og nevnte rom (46) og er innrettet til å åpne når trykket i rommet (46) er lavere enn trykket i innløpet (12) for å suge luft inn i rommet (46) under rotorens inntaksslag; i det minste én ut-løpsventil (20, 24) som er anordnet i rotoren mellom nevnte rom og kompressorens utløp (48) og er innrettet til å åpne når trykket i rommet (46) overskrider mottrykket ved utløpet (48) under kompresjonsslaget; idet nevnte i det minste ene innløpsventil og i det minste ene utløpsventil er innbyrides forbundet på en slik måte at innløpsventilen (19, 23) på én side av rotoren åpnes samtidig med utløpsventilen (20, 24) på den diametralt motsatte side av rotoren.

2. Vingekompressor ifølge krav 1, karakterisert ved at ventilene er innbyrdes forbundet ved hjelp av et hydraulisk eller pnevmatisk system (60).

3. Vingekompressor ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at rotoren er delt i flere sektorer (38) som er fastklemt mellom sylindriske plater (39, 40, 41,

42) slik at det dannes kryssende spor mellom sektorene, hvilke spor opptar vingene (45).

4. Vingekompressor ifølge et foregående krav, karakterisert ved at flere kompressorenheter er forbundet i serier (10, 50).

5. Vingekompressor ifølge et foregående krav, k a r a k - i terisert ved et avlastningssystem (70) for å oppta overskudd av hydraulisk fluid ved varmeekspansjon av dette. I

6. Vingekompressor ifølge krav 5, karakterisert ved at avlastningssystemet omfatter en sylinder (74) som er forbundet med det hydrauliske system via en åpning (71) og et lite hull (73), hvilken åpning vanligvis er lukket av et stempel (72), slik at hydraulisk fluid tvinges inn i sylinderen (74) når trykket i det hydrauliske system overskrider et forutbestemt trykk og at det hydrauliske fluid returneres fra sylinderen til det hydrauliske system med lav strømningshastighet når trykket i det hydrauliske system befinner seg under et forutbestemt trykk.

7. Vingekompressor ifølge krav 6, karakterisert ved at nevnte forutbestemte trykk er atmosfære-trykk.

8. Vingekompressor ifølge krav 6, karakterisert ved at nevnte forutbestemte trykk reguleres (i avhengighet av rotorens rotasjonshastighet slik at det forutbestemte trykk minsker når rotasjonshastigheten øker.