SE517590C2 - Rotationsmaskin för kompression eller expansion av ett gasformigt arbetsmedium - Google Patents

Description

517 590 ~ ~ - ~ | .o utsättes för en snabb förslitning är att de vid sina hög- tryckssidor uppvisar kantytor, som under maskinens drift utsättes för verkan av det på högtryckssidan om hjulbladen befintliga, under högt tryck stående arbetsmediet och att hjulbladen till följd härav pressas till mycket kraftig anliggning mot rotorspårets väggar.

I syfte att undvika en dylik av arbetsmediet orsakad ofördelaktig tryckpåverkan på hjulbladen och en därav följan- de snabb förslitning av dessa föreslås enligt uppfinningen att hjulbladen skall ha perifera kantpartier med spetsvinklig kilformig profil, vilka mynnar i utmed spårets väggar rör- liga smala tätningseggar, som är belägna åtminstone närmel- sevis i nivå med de vid hjulbladens högtryckssidor belägna huvudytorna hos hjulbladen.

Genom att förse hjulbladen med på detta sätt utformade kantpartier kan man på enkelt sätt undvika att det vid hjul- bladens högtryckssidor uppkommer några för arbetsmediet exponerade kantytor, på vilka arbetsmediet kan utöva en ofördelaktig tryckpåverkan av ovan beskrivet slag.

Separeringshjulet kan på i och för sig känt sätt vara inrättat att bibringas en med rotorns rotationsrörelse ko- ordinerad rotationsrörelse genom kraftpàverkan på separerings- hjulet från rotorn via rotorspårets väggar och hjulbladen.

Vid en dylik drivning av separeringshjulet uppkommer givetvis ett visst anliggningstryck mellan delar av rotorspårets väggar och hjulbladen. Detta anliggningstryck är dock mycket litet i förhållande till de tryck, som vid tidigare kända maskiner uppkommer till följd av arbetsmediets tryckpåverkan på vid hjulbladens högtryckssidor belägna, för arbetsmediet exponerade kantytor, och det behöver därför icke ge upphov till någon nämnvärd förslitning av hjulbladens tätningseggar.

En dylik förslitning kan dessutom enkelt motverkas genom successivt införande av små mängder Smörjmedel i rotorspåret, t.ex. med hjälp av separeringshjulet.

För att helt undvika varje risk för en eventuell av en anliggning mellan delar av rotorspårets väggar och hjul- 517 590 bladen orsakad förslitning av separeringshjulets tätnings- eggar kan separeringshjulet dock alternativt vara inrättat att drivas med hjälp av separata drivorgan, t.ex. med hjälp av en mellan rotorn och separeringshjulet anordnad yttre transmission, företrädesvis en glappfri kuggremstransmission.

Hjulbladen kan ha många olika former. Enligt en före- dragen utföringsform av uppfinningen kan de dock med fördel ha en delcirkulär form. Detta medför att rotorspàret kan ha en motsvarande tvärsektionsform, vilket i praktiken är ytterst fördelaktigt på grund av att det gör det möjligt att framställa rotorspàret på ett förvånansvärt enkelt sätt.

Rotorn kan lämpligen åtminstone utmed en avsevärd del av dess längd uppvisa en generellt stympkonisk form.

En dylik form hos rotorn är fördelaktig i flera hänseenden.

Vidare kan separeringshjulet företrädesvis ha tre hjulblad.

Dessutom kan hjulbladen lämpligen vid sina högtrycks- sidor uppvisa i ett mct separeringshjulets rotationsaxel vinkelrätt plan belägna plana huvudytor.

Uppfinningen beskrivs nedan ytterligare under hänvis- ning till bifogade schematiska ritningar, på vilka fig. 1 visar en längdsektionsvy av en rotationsmaskin enligt en enbart såsom exempel vald utföringsform av uppfin- ningen, fig. 2 en perspektivvy av en i maskinen enligt fig. 1 ingående rotor, fig. 3 en delvy i förstorad skala och i sektion utmed linjen III-III i fig. 1 samt fig. 4 en sidovy av rotorn, åskådliggörande denna under pågående bearbetning av den medelst ett roterande fräsverktyg.

Den på ritningen visade rotationsmaskinen kan utnyttjas valfritt för kompression eller expansion av ett gasformigt arbetsmedium. Den beskrivs dock för enkelhets skull nedan i huvudsak enbart under hänvisning till dess funktion såsom en kompressor.

Maskinen innefattar ett maskinhus 10 och en rotor 11 517 590 med generellt stympkonisk form, som vid dess ändar är försedd med axiellt utskjutande axeltappar 12 och 13, medelst vilka rotorn 11 är lagrad i maskinhuset 10 för rotation av densamma i förhållande till maskinhuset kring en rotationsaxel A.

Rotorn 11 är försedd med ett i dess mantelyta anordnat, såsom en genomströmningskanal för arbetsmediet tjänande, skruvlinjeformigt förlöpande spår 14, vilket uppvisar utmed spårets längd varierande djup och tvärsektionsarea. Med 15 betecknas ett separeringshjul, som på icke närmare visat sätt är lagrat för rotation av detsamma kring en på avstånd från rotorns 11 rotationsaxel A belägen och i en mot rikt- ningen för denna vinkelrät riktning orienterad rotationsaxel B. Hjulet 15 uppvisar en central navdel 16 och tre från denna radiellt utskjutande, i hjulets omkretsriktning lik- formigt fördelade blad 17 med delcirkulär form, vilka tjänar såsom i rotorspåret 14 införbara separeringselement, medelst vilka nämnda spår kan uppdelas i ett antal i dettas längdrikt- ning efter varandra följande arbetskammare. Då rotorn 11 och hjulet 15 försättes i samtidig koordinerad rotation, kommer dessa arbetskammare att förflyttas utmed spåret 14 i dettas längdriktning under successiv ändring av deras volym.

Det kan i detta sammanhang påpekas att husets 10 mot rotorns koniska mantelyta vända vägg är inrättad att till- sluta det i rotorn anordnade spåret 14 i riktning radiellt utåt. Dock finns i nämnda vägg hos huset 10 en spaltformig öppning 18, genom vilken hjulbladen 17 kan sträcka sig in i rotorspåret 14 och i vilken även navdelen 16 kan inskjuta med ett radiellt yttre parti hos densamma.

Spåret 14 mynnar vid rotorns 11 tjockände i en i en ändvägg 19 hos rotorn anordnad öppning 20, som sträcker sig i rotorns omkretsriktning utmed en avsevärd vinkel, t.ex. cirka 90°. Denna öppning 20 står i förbindelse med en i huset 10 anordnad ringformig kammare 21, till vilken ett för kompression avsett gasformigt arbetsmedium, t.ex. luft, kan tillföras genom en inloppskanal 22. Nära rotorns 11 517 590 smalände finns i den angränsande väggen hos huset 10 en med streckade linjer visad öppning 23, som står i förbindelse med en utloppsledning 24, genom vilken i maskinen komprimerat arbetsmedium kan bortledas från denna.

Då maskinen skall startas, försättes rotorn 11 med hjälp av en icke visad motor i rotation i den i fig. 1 med pilen C markerade riktningen, dvs. i moturs riktning, sett nedifrån i fig. 1. Erforderlig drivenergi kan härvid lämp- ligen tillföras rotorn 11 via den vid dennas smalände anord- nade axeltappen 12, vilken företrädesvis bör vara lagrad i axiellt fixerat tillstånd i huset 10.

Separeringshjulet 15 försättes samtidigt i rotation i den i fig. 1 med pilen D markerade riktningen, dvs. i medurs riktning enligt fig. 1. Rotationshastigheten hos hjulet 15 kommer härvid till följd av att hjulet 15 har tre för samverkan med rotorspåret 14 avsedda hjulblad 17 att uppgå till en tredjedel av rotorns rotationshastighet.

Erforderlig drivning av hjulet 15 kan åstadkommas antingen genom direkt kraftpåverkan på hjulet från rotorn 11 via rotorspårets 14 väggar och hjulbladens 17 perifera kanter eller med hjälp av separata drivorgan, t.ex. en mellan rotorn 11 och hjulet 15 anordnad yttre transmission, vilken företrädesvis kan utgöras av en glappfri kuggremstransmission.

Då maskinen är i drift, kommer det aktuella arbets- mediet att sugas in i rotorspåret 14 via kanalen 22, kammaren 21 och öppningen 20. Därefter kommer det under sin passage genom spåret 14 att undergå en successiv komprimering för att sedan utmatas från spåret i komprimerat tillstånd via öppningen 23 och ledningen 24.

I syfte att undvika att arbetsmediet under maskinens drift skall utsätta hjulbladen 17 för en ofördelaktig tryck- påverkan, som kan orsaka en snabb förslitning av dessa, är hjulbladen utformade på speciellt sätt. Närmare angivet är hjulbladen, som vid sina högtryckssidor uppvisar i ett mot hjulets 15 rotationsaxel B vinkelrätt plan belägna plana huvudytor 25, utformade med perifera kantpartier 26 med spetsvinklig kilformig profil, vilka mynnar i utmed spårets 517 590 14 väggar rörliga smala tätningseggar 27, som är belägna åtminstone närmelsevis i nivå med nämnda huvudytor. Häri- genom undvikes att det vid hjulbladens 17 högtryckssidor uppkommer några för det där befintliga, under högt tryck stående arbetsmediet exponerade kantytor, på vilka arbets- mediet kan utöva en ofördelaktig tryckpåverkan av ovan an- givet slag.

Tätningseggarna 27 behöver icke med nödvändighet vara absolut knivskarpa utan de kan även vara svagt avrundade.

De måste dock i alla händelser vara så smala att deras närmast rotorspårets 14 väggar belägna yttre partier kommer att befinna sig på försumbart avstånd från det plan, i vilket de vid hjulbladens högtryckssidor befintliga huvudytorna hos hjulbladen är belägna.

Det ovan beskrivna utförandet av separeringshjulet 15 medger att spåret 14 i rotorn 11 kan framställas på ett ytterst fördelaktigt, i fig. 4 schematiskt illustrerat sätt.

Spåret kan nämligen framställas genom att ett företrädesvis gjutet och med ett i detsamma förformat spår försett rotor- ämne 11' utmed den önskade utsträckningen för spåret 14 underkastas en successiv bearbetning av det medelst ett roterande skär- eller slipverktyg 28 med kilformig egg, företrädesvis ett fräsverktyg, som roteras kring en i en med den avsedda riktningen för separeringshjulets 15 rota- tionsaxel B parallell riktning orienterad rotationsaxel E.

Rotorämnet 11' kan härvid roteras kring den avsedda rotationsaxeln A för rotorn 11 under det att det roterande verktygets 28 rotationsaxel E samtidigt bibringas en koordi- nerad parallellförflyttning av den i förhållande till rotor- ämnet utmed en cirkelbågformig bana kring den avsedda rota- tionsaxeln B för separeringshjulet 15.

Uppfinningen är icke begränsad till den ovan beskrivna och på ritningarna visade utföringsformen. Många andra ut- föringsformer är i stället tänkbara inom ramen för uppfin- ningen, sådan denna definieras i de efterföljande patent- kraven. Såsom exempel kan nämnas att hjulbladen icke behöver 517 590 ha en delcirkulär form. Sålunda kan de t.ex. i stället ha en delelliptisk form. I detta fall är det vid framställ- ningen av spåret 14 i rotorämnet 11' nödvändigt att utnyttja ett verktyg 28 med avsevärt mindre diameter och att bibringa verktygets rotationsaxel E en på parallellförflyttningen av denna utmed en cirkelbågformig bana överlagrad ytterligare parallellförflyttning av den i förhållande till rotorämnet utmed en av den önskade tvärsektionsformen hos rotorspåret beroende bana. Vidare kan även nämnas att separeringshjulets rotationsaxel icke behöver vara orienterad i en mot riktningen för rotorns rotationsaxel vinkelrät riktning utan även kan vara orienterad i en annan från den förstnämnda riktningen avvikande riktning.

Slutligen kan nämnas att den ovan beskrivna maskinen, om den skall utnyttjas för expansion av ett under högt tryck stående gasformigt arbetsmedium, dvs. såsom en turbin, i stället för såsom en kompressor, tillföres nämnda arbets- medium via ledningen 24. Rctorn försättes härvid i rotation av det inmatade arbetsmediet. Det expanderade arbetsmediet utmatas sedan genom öppningen 22. Den under arbetsmediets passage genom maskinen utvunna energin kan utnyttjas för drivning av godtycklig till rotorn kopplad last.

Claims (7)

51-7 590 8 Patentkrav

1. Rotationsmaskin för kompression eller expansion av ett gasformigt arbetsmedium, innefattande ett maskinhus (10), en inuti detta roterbart lagrad rotor (11), som är försedd med minst ett i dess mantelyta anordnat, såsom en genomström- ningskanal för arbetsmediet tjänande, skruvlinjeformigt förlöpande spår (14) med utmed dess längd varierande djup, samt ett kring en på avstånd från rotorns (11) rotationsaxel (A) belägen och i en från dennas riktning avvikande riktning orienterad rotationsaxel (B) roterbart separeringshjul (15), som uppvisar en central navdel (16) och ett antal från denna i åtminstone närmelsevis radiell riktning utskjutande, i hjulets omkretsriktning likformigt fördelade blad (17), som tjänar såsom i rotorns (11) spår (14) successivt införbara separeringselement, vilka är inrättade att uppdela spåret (14) i ett antal i dettas längdriktning efter varandra följande arbetskammare, som vid koordinerad samtidig rotation av rotorn (11) och separeringshjulet (15) förflyttas utmed spåret (14) i dettas längdriktning under successiv ändring av deras volym, k ä n n e t e c k n a d av att hjulbladen (17) har perifera kantpartier (26) med spetsvinklig kilformig profil, vilka mynnar i utmed spårets (14) väggar rörliga smala tätningseggar (27), som är belägna åtminstone närmelse- vis i nivå med de vid hjulbladens (17) högtryckssidor belägna huvudytorna (25) hos hjulbladen (17).

2. Rotationsmaskin enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att separeringshjulet (15) är inrättat att bibringas en med rotorns (11) rotationsrörelse koordinerad rotations- rörelse genom kraftpåverkan på separeringshjulet (15)_från rotorn (11) via rotorspárets (14) väggar och hjulbladen (17).

3. Rotationsmaskin enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att separeringshjulet (15) är inrättat att drivas med _hjälp av separata drivorgan.

4. Rotationsmaskin enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d :av att separeringshjulet (15) är inrättat att drivas med hjälp av en mellan rotorn (11) och separeringshjulet (15) 5 1 7 l 5 9 0 Éffï - IlÉï f? anordnad yttre transmission, företrädesvis en glappfri kugg- remstransmission.

5. Rotationsmaskin enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att hjulbladen (17) har en del- cirkulär form.

6. Rotationsmaskin enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att rotorn (11) åtminstone utmed en avsevärd del av dess längd har en generellt stympkonisk form.

7. Rotationsmaskin enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d tre njuiblaa (17). s. av att separeringshjulet (15) har Rotationsmaskin enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att hjulbladen (17) vid sina hög- tryckssidor uppvisar i ett mot separeringshjulets (15) rota- tionsaxel (B) vinkelrätt plan belägna plana huvudytor (25).