BE1029799A1 - Niet-gesmeerde compressor met slijtwillig afdichtingselement en verwante werkwijze om deze te monteren - Google Patents

Abstract

De niet-gesmeerde compressor (10) voor het comprimeren van een gas, omvat: een stationaire stator (12) met een behuizing (18) die een rotorholte (20) omvat die wordt begrensd door een bodemwand (22), een bovenwand (24) en een zijwand (26) die de bodemwand (22) en de bovenwand (24) verbindt, een rotorelement (14) dat is ingericht voor rotatie om een as (z) in de rotorholte (20) voor het comprimeren van een gas daarin, een zelfdragend afdichtingselement (16) dat in de rotorholte (20) is ingericht, waarbij het afdichtingselement (16) is gemaakt van een slijtwillig koolstofmateriaal en een wandgedeelte (34) omvat dat op een binnenoppervlak van de zijwand (26) van de rotorholte (20) is ingericht.

Description

Niet-gesmeerde compressor met slijtwillig afdichtingselement en verwante werkwijze om deze te monteren

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een niet-gesmeerde compressor voor het comprimeren van een gas, omvattende een rotorholte, een in de rotorholte ingericht rotorelement en een in de rotorholte ingericht afdichtingselement dat van slijtwillig koolstofmateriaal is gemaakt.

Niet-gesmeerde compressoren maken geen gebruik van vloeibaar smeermiddel om een afdichting tussen de rotor en de behuizing te creëren. In het algemeen wordt bij bekende niet-gesmeerde compressoren een slijtwillige bekledingslaag op de functionele oppervlakken aangebracht, dat wil zeggen op het oppervlak van de rotor en/of op de binnenzijde van de wanden die de rotorholte begrenzen; waarbij de bekledingslaag tijdens een inloopperiode van de compressor gedeeltelijk af zal slijten omeen zo goed mogelijke afdichting te creëren.

Een nadeel van deze bekende uitvoeringsvormen is dat het aanbrengen van de slijtwillige bekleding relatief veel tijd kost, aangezien dit het aanbrengen van een veelheid bekledingslagen vereist, en dit maakt het proces relatief duur. Bovendien verschaft de bekleding een beperkte marge voor het tolereren van bewerkingstoleranties en moeten de onderdelen aldus met strikte tolerantiegrenzen worden geproduceerd.

Een slijtwillig afdichtingselement wordt bijvoorbeeld getoond in de internationale octrooiaanvrage WO 2050/157567 Al op naam van de aanvrager. De octrooipublicatie beschrijft een niet-gesmeerd systeem dat een stationaire stator en een roteerbaar rotorelement omvat, waarbij een slijtwillige bekleding is verschaft op ten minste één, naar het rotorelement gekeerde zijde van een in een rotorholte opgenomen afdichtingselement. Het in deze publicatie getoonde afdichtingselement bedekt echter alleen de boven- en bodemwanden van de rotorholte, en niet de zijwanden, en verschaft geen voldoende dichte afdichting. Bovendien is een afdichting niet direct toepasbaar op een machine van het Wankel-type en in het bijzonder op een Wankel-compressor.

Een driedimensionaal afdichtingselement, of -voering, gemaakt van een niet-slijtwillig metaalmateriaal voor aanbrenging op een machine van het Wankel-type, in het bijzonder een Wankel-motor, wordt in Amerikaanse octrooiaanvrage US 4021163 A getoond.

Het doel van deze uitvinding is het verschaffen van een niet-gesmeerde compressor die niet aan de nadelen van de stand der techniek lijdt, en in het bijzonder een niet- gesmeerde compressor die gemakkelijk en goedkoop te produceren is, terwijl hij tegelijkertijd is voorzien van een afdichtingselement dat voldoende dicht is.

Dit en andere doelen worden volledig bereikt volgens deze uitvinding door een niet- gesmeerde compressor volgens conclusie 1 en door een verwante werkwijze voor het monteren van een dergelijke niet-gesmeerde compressor volgens conclusie 13.

In de afhankelijke conclusies worden voordelige uitvoeringsvormen van de uitvinding gespecificeerd, waarvan de inhoud moet worden begrepen als een integraal onderdeel van de volgende beschrijving.

Samenvattend is een eerste aspect van de uitvinding gebaseerd op het idee om een niet- gesmeerde compressor te verschaffen voor het comprimeren van een gas, die omvat: een stationaire stator met een behuizing die een rotorholte omvat die wordt begrensd door een bodemwand, een bovenwand en een zijwand die de bodemwand en de bovenwand verbindt, een rotorelement dat is ingericht voor rotatie om een as z, bij voorkeur voor excentrische beweging om de as z, in de rotorholte voor het comprimeren van een gas daarin, een zelfdragend afdichtingselement dat in de rotorholte is ingericht, waarbij de compressor daardoor wordt gekenmerkt dat het afdichtingselement van een slijtwillig koolstofmateriaal is gemaakt, en dat het afdichtingselement een wandgedeelte omvat dat op een binnenoppervlak van de zijwand van de rotorholte is ingericht.

Zoals hier gebruikt, in de beschrijving en in de bijgevoegde conclusies, omvat de uitdrukking "ingericht voor rotatie om een as" zowel de toestand van een element dat is ingericht voor eenvoudige rotatie om een as, als de toestand van een element dat is ingericht voor excentrische beweging, dat wil zeggen een toestand waarin het element rond een as roteert die niet in het midden is gepositioneerd, zoals gebeurt in het geval van roterende machines van het Wankel-type.

Zoals hier gebruikt, in de beschrijving en in de bijgevoegde conclusies, betekent "zelfdragend" dat het afdichtingselement op zichzelf sterk genoeg is om tijdens montage van de niet-gesmeerde compressor te worden gehanteerd. Dientengevolge kan het afdichtingselement afzonderlijk worden vervaardigd en vervolgens in de rotorholte van de behuizing worden gestoken of geplaatst en bijvoorbeeld aan de rotorholte worden gelijmd, geschroefd, bevestigd, geklemd, vergrendeld of anderszins worden vastgemaakt.

Zoals hier gebruikt, in de beschrijving en in de bijgevoegde conclusies, verwijst "slijtwillig koolstofmateriaal" naar een koolstofmateriaal dat in poedervorm afslijt of naar een koolstofmateriaal dat bros is in zijn mechanisch gedrag, dat wil zeggen waar microdeeltjes afslijten door contact met het betreffende eindvlak van het roterende rotorelement van de niet-gesmeerde compressor. Idealiter hebben deze afgesleten microdeeltjes een aantalgemiddelde deeltjesgrootte die kleiner is dan 1 pm.

Het slijtwillige koolstofmateriaal zorgt voor gecontroleerde slijtage tijdens het inlopen van het systeem, waarbij rekening wordt gehouden met de warmte die tijdens het inlopen wordt gegenereerd, waardoor hierboven gedefinieerde microdeeltjes afslijten. Aldus wordt een hoeveelheid slijtwillig materiaal van het afdichtingselement verwijderd, bijvoorbeeld een 50 um dikke laag slijtwillig materiaal, totdat voldoende slijtwillig materiaal is verwijderd om een goede rotatie van het rotorelement mogelijk te maken en het resterende slijtwillige materiaal in het afdichtingselement een voldoende dichte afdichting verschaft, dat wil zeggen de resterende spleet is bijvoorbeeld kleiner dan 10 um.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding omvat het afdichtingselement verder een plaatvormig gedeelte dat met het wandgedeelte van het afdichtingselement is verbonden of daarmee integraal is, en is het plaatvormige gedeelte op een binnenoppervlak van de bodemwand van de rotorholte ingericht. Bij voorkeur omvat het afdichtingselement een verder plaatvormig gedeelte dat op een binnenoppervlak van de bovenwand van de rotorholte is ingericht. In deze uitvoeringsvorm zijn het plaatvormige gedeelte en het wandgedeelte van het afdichtingselement bij voorkeur uit één stuk gemaakt en met meer voorkeur is het verdere plaatvormige gedeelte als een afzonderlijk dekplaatonderdeel verschaft.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding heeft het wandgedeelte van het afdichtingselement een binnenoppervlak dat naar binnen in de rotorholte is gekeerd en een buitenoppervlak aan de tegenoverliggende zijde, waarbij het binnenoppervlak een epitrochoïdale vorm of hypotrochoïde vorm heeft in een dwarsdoorsnede in een vlak evenwijdig aan de bodemwand van de rotorholte. In deze uitvoeringsvorm is het buitenoppervlak van het afdichtingselement bij voorkeur volledig in contact met de zijwand van de rotorholte.

Volgens voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding kan het zelfdragende afdichtingselement een minimale dikte van bij voorkeur ten minste 2 mm, met meer voorkeur ten minste 2,5 mm en met nog meer voorkeur ten minste 3 mm hebben.

Het afdichtingselement kan bijvoorbeeld uit een enkele laag slijtwillig koolstofmateriaal bestaan, maar in een uitvoeringsvorm omvat het een gelaagde structuur die is gemaakt van lagen slijtwillig koolstofmateriaal.

Volgens voorkeursuitvoeringsvormen is het afdichtingselement ten minste gedeeltelijk van een koolstofmatrix gemaakt, dat wil zeggen het slijtwillige koolstofmateriaal omvat of bestaat uit een koolstofmatrix. De koolstofmatrix heeft ten minste gedeeltelijk, bij voorkeur overwegend, de vorm van grafiet, bijvoorbeeld fijnkorrelig grafiet. Volgens uitvoeringsvormen is de mate van grafitisering PI, gedefinieerd als de waarschijnlijkheid dat aangrenzende hexagonale koolstoflagen een grafietrelatie hebben, groter dan 60%, groter dan 80% of groter dan 95%. Röntgendiffractiespectroscopie verschaft een geschikte manier voor het bepalen van de mate van grafitisering.

Een slijtwillig koolstofmateriaal in de vorm van een koolstofmatrix volgens de uitvinding kan worden verkregen door de carbonisering (bijvoorbeeld bij hoge temperatuur in aanwezigheid of afwezigheid van zuurstof) van een composiet, waarbij het composiet een polymeermatrix en koolstof (bijvoorbeeld in de vorm van koolstofvezels of koolstofdeeltjes)

omvat. In uitvoeringsvormen is het polymeer gekozen uit de groep bestaande uit polyesters, vinylesters, polyepoxiden, polyfenolen, polyimiden, polyamiden, polypropyleen en polyetheretherketon, volgens verdere voorkeur is het polymeer een polyepoxide.

Bij voorkeur kan een slijtwillig koolstofmateriaal in de vorm van een koolstofmatrix volgens de uitvinding worden verkregen door het hierboven beschreven gecarboniseerde composiet ook te onderwerpen aan een afzonderlijke grafietvormingsstap, die de mate van grafitisering verhoogt, zoals een hoge-temperatuurbehandeling. In uitvoeringsvormen wordt een slijtwillig koolstofmateriaal in de vorm van een koolstofmatrix volgens de uitvinding verkregen door het impregneren van het gecarboniseerde composiet, dat optioneel wordt onderworpen aan een afzonderlijke grafietvormingsstap. Impregnering kan plaatsvinden met metalen, zouten of polymeren.

In voorkeursuitvoeringsvormen omvat het slijtwillige koolstofmateriaal meer dan 80 gew.%, 90 gew.% of 95 gew.% koolstof.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm, is de C2-Shore-hardheid van het slijtwillige koolstofmateriaal van het afdichtingselement bij voorkeur tussen 60 en 70 en met de meeste voorkeur is deze ongeveer 65. Zoals hier gebruikt en bekend bij elke deskundige op het vakgebied, verwijst "C2-Shore-hardheid" naar de Shore-hardheid zoals gedefinieerd door de ASTM D2240-norm.

Volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding kan het rotorelement zijn gemaakt van roestvrij staal, bij voorkeur van gehard roestvrij staal.

Volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding die de meeste voorkeur heeft, is de rotorholte een compressiekamer van het Wankel-type en is het rotorelement een rotor van het Wankel-type, ingericht voor excentrische beweging rond een centrale as die in wezen loodrecht op de bodemwand van de rotorholte staat.

Volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft ten minste een deel van het oppervlak van het rotorelement een contactoppervlak met een ruwheid Ra > 1,0 um,

bij voorkeur Ra > 2,5 um. Dit kan bijvoorbeeld worden bereikt door het eindvlak op te ruwen met middelen die bekend zijn aan de deskundige op het vakgebied.

Volgens voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding kan het afdichtingselement zijn voorzien van één of meer openingen voor de toevoer en/of afvoer van gas aan en/of uit rotorholte. Met andere woorden, deze openingen vormen een doorgang naar/van een inlaat-/uitlaatpoort van de behuizing. In het bijzonder kunnen aan de zij- en/of bodemwand van het afdichtingselement ten minste één inlaatopening en ten minste één uitlaatopening zijn voorzien, voor respectievelijk de toevoer van te comprimeren gas en de afvoer van gecomprimeerd gas.

Bovendien heeft een tweede aspect van de uitvinding betrekking op een werkwijze voor het monteren van een niet-gesmeerde compressor volgens het eerste aspect van de uitvinding, waarbij de werkwijze de stappen omvat van: 2) het vervaardigen van een afdichtingselement-halffabricaat door het machinaal bewerken van een blok slijtwillig koolstofmateriaal zodat een buitenvorm van het blok een binnenvorm van de rotorholte kopieert en zodat het blok een open binnenholte heeft die wordt begrensd door een bodemwand en door een zijwand die een constante dikte heeft; b) het verwarmen van de behuizing van de stator tot een temperatuur van ten minste 350 °C;

Cc) het in de rotorholte van de behuizing plaatsen van het afdichtingselement- halffabricaat terwijl de behuizing op een temperatuur van ten minste 350 °C is; d) het in de binnenholte van het afdichtingselement-halffabricaat zetten van het rotorelement; ©) het laten lopen van het rotorelement zodat de binnenholte van het afdichtingselement-halffabricaat verder machinaal wordt bewerkt door het rotorelement.

Stap e) kan gedurende een vooraf bepaalde tijdsperiode worden uitgevoerd, bijvoorbeeld 5 tot 15 minuten.

Volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding kan de werkwijze verder een stap omvatten van het opruwen van ten minste één eindvlak van het rotorelement.

Volgens uitvoeringsvormen van de uitvinding kan stap c) de aanbrenging omvatten van een afdichtingsmiddel en/of hechtmiddel en/of een lijm en/of een thermische pasta tussen het afdichtingselement en het respectieve binnenoppervlak van de zijwanden van de behuizing, om voor een voldoende dichte afdichting tussen het afdichtingselement en het binnenoppervlak van de wand van de rotorholte van de behuizing te zorgen of deze te vergemakkelijken en/of om het afdichtingselement aan de behuizing te binden.

Volgens een uitvoeringsvorm van de werkwijze die de meeste voorkeur heeft, is het rotorelement een rotor van het Wankel-type die is ingericht voor excentrische beweging rond een centrale as die in wezen loodrecht op de bodemwand van de rotorholte staat, en met nog meer voorkeur wordt de stap e) op zodanige wijze uitgevoerd dat een binnenoppervlak van het afdichtingselement wordt verkregen dat in een dwarsdoorsnede evenwijdig aan de bodemwand van de rotorholte een epitrochoïdale of hypotrochoïde vorm heeft.

Volgens een uitvoeringsvorm van de werkwijze omvat de werkwijze verder de volgende stap: f) na stap c) of na stap a), en voor stap d), het machinaal bewerken van de bodemwand van het afdichtingselement-halffabricaat totdat deze een constante dikte heeft.

Volgens een uitvoeringsvorm van de werkwijze omvat de werkwijze verder de volgende stappen: gl) na stap c), het door machinaal bewerken produceren, door middel van een enkele boorstap, van ten minste één inlaatopening door de zijwand van het afdichtingselement en door de zijwand van de rotorholte voor de toevoer van te comprimeren gas; en g2) na stap c), het door machinaal bewerken produceren, door middel van een enkele boorstap, van ten minste één uitlaatopening door de zijwand van het afdichtingselement en door de zijwand van de rotorholte voor de afvoer van het gecomprimeerde gas.

Volgens een uitvoeringsvorm van de werkwijze, kan stap c) verder het aanbrengen omvatten van een hechtmiddellaag tussen het afdichtingselement-halffabricaat en de rotorholte.

Verdere kenmerken en voordelen van deze uitvinding worden toegelicht door de gedetailleerde beschrijving die volgt, die uitsluitend bij wijze van niet-beperkend voorbeeld wordt gegeven met verwijzing naar de bijgevoegde tekeningen, waarbij: fig. 1 een perspectivisch aanzicht in gedeeltelijke doorsnede van een niet- gesmeerde compressor volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding is; fig. 2 een perspectivisch aanzicht in gedeeltelijke doorsnede van een afdichtingselement van de niet-gesmeerde compressor van fig. 1 is; en fig. 3 een perspectivisch aanzicht in gedeeltelijke doorsnede van de niet- gesmeerde compressor van fig. 1 is waarbij het rotorelement wordt getoond.

De onderhavige uitvinding wordt hier beschreven met betrekking tot verschillende voorkeursuitvoeringsvormen en met verwijzing naar de tekeningen, maar de uitvinding is op geen enkele wijze daartoe beperkt en wordt uitsluitend door de conclusies gedefinieerd.

De tekeningen zijn uitsluitend schematisch en niet-beperkend bedoeld. Het is het mogelijk dat de afmetingen van bepaalde elementen niet op schaal zijn getekend in de tekeningen, louter voor illustratieve doeleinden. De afmetingen en relatieve afmetingen corresponderen niet noodzakelijkerwijs met feitelijke praktische uitvoeringsvormen van de uitvinding.

Onder verwijzing naar de figuren, wordt een niet-gesmeerde compressor volgens de uitvinding aangegeven met verwijzingscijfer 10

De in de figuren getoonde compressor 10 is een niet-gesmeerd systeem, voor het comprimeren van een gas of gasmengsel zoals bijvoorbeeld lucht. Niet-gesmeerd betekent dat er geen vloeistof voor smering, koeling of afdichting in de gasstroom wordt geïnjecteerd. De afdichting van het rotorelement naar de rotorholte van de behuizing geschiedt zoals hier beschreven, maar de compressor 10 kan ook aanvullende voorzieningen omvatten voor afdichting, bijvoorbeeld afdichting naar de omgeving. Dergelijke aanvullende voorzieningen zijn bekend aan de deskundige op het vakgebied en worden hier dan ook niet verder beschreven.

De compressor 10 volgens de uitvinding omvat in wezen een stationaire stator 12, een rotorelement 14 en een afdichtingselement 16.

Op een als zodanig bekende wijze heeft de stationaire stator 12 een behuizing 18 die een rotorholte 20 omvat.

De rotorholte 20 wordt begrensd door een bodemwand 22, een bovenwand 24 en een zijwand 26 die de bodemwand 22 verbindt met de bovenwand 24. De bodemwand 22 heeft een in wezen plat oppervlak dat naar binnen in de rotorholte 20 is gekeerd. In een voorkeursuitvoeringsvorm heeft de bovenwand 24 ook een in wezen plat oppervlak dat naar de rotorholte 20 is gekeerd, en met meer voorkeur is de bovenwand 24 evenwijdig aan de bodemwand 22. Zoals getoond in de figuren staat de zijwand 26 in een voorkeursuitvoeringsvorm loodrecht op zowel de bodemwand 22 als de bovenwand 24. De zijwand 26 kan elke willekeurige vorm hebben, hoewel deze in een voorkeursuitvoeringsvorm een stadionvorm heeft, of een discorechthoekige vorm, of een ronde rechthoekvorm, dat wil zeggen hij omvat twee platte wandgedeelten die naar elkaar zijn gekeerd en zijn verbonden door een paar tegenoverliggende halfronde wanden.

Het rotorelement 14 is binnenin of in de rotorholte 20 ingericht voor het daarin comprimeren van een gas bij rotatie rond een as z, op een als zodanig bekende wijze.

Zoals getoond in figuur 3, kan het rotorelement 14 op een rotoras 28 zijn gezet die om de as z roteert, welke zich aan beide of één van beide zijden door de behuizing 18 kan uitstrekken, en daarmee aandrijfbaar kan zijn verbonden voor rotatie daaromheen door middel van geschikte ingrijping van tandwielen.

In een uitvoeringsvorm die de meeste voorkeur heeft, kan de compressor 10 een compressor van het Wankel-type zijn. Daarom is in deze uitvoeringsvorm de rotorholte 20 uitgevoerd als een compressiekamer van het Wankel-type, terwijl het rotorelement 14 een rotor van het Wankel-type is. Op een bekende wijze heeft een rotor van het

Wankel-type een vorm die vergelijkbaar is met een Reuleaux-driehoek en is ingericht voor excentrische beweging om de as z. Daarom kan het rotorelement 14 zijn ingericht voor excentrische roterende beweging rond de as z, die in wezen loodrecht op de bodemwand 22 van de rotorholte 20 staat.

Op een als zodanig bekende wijze wordt de compressor 10 voorzien van te comprimeren gas en levert deze zelf gecomprimeerd gas. In een uitvoeringsvorm zijn ten minste één inlaatopening 30 en ten minste één uitlaatopening 32 verschaft voor respectievelijk de toevoer van te comprimeren gas en de afvoer van gecomprimeerd gas. Bij voorkeur zijn de ten minste ene inlaatopening 30 en de ten minste ene uitlaatopening 32 beide als doorgaand gat in de bodemwand 22 van de rotorholte 20 verschaft. Zoals voor de deskundige op het vakgebied duidelijk is, worden de ten minste ene inlaatopening 30 en de ten minste ene uitlaatopening 32 aangevuld door passende respectieve doorgaande gaten door de dikte van het afdichtingselement 16 heen, zodat gas de rotorholte 20 in en uit kan stromen. De ten minste ene inlaatopening 30 en/of de ten minste ene uitlaatopening 32 kunnen echter ook op verschillende locaties van de rotorholte 20 zijn gepositioneerd. Bijvoorbeeld is in de in de figuren getoonde uitvoeringsvorm een paar inlaatopeningen 30 door de bodemwand 22 van de rotorholte 20 verschaft, en is een paar uitlaatopeningen 32 door de zijwand 26 van de rotorholte 20 verschaft.

Het afdichtingselement 16 is een zelfdragend afdichtingselement 16 en is binnenin of in de rotorholte 20 ingericht of geplaatst, voor het verschaffen van een voldoende dichte afdichting tussen het rotorelement 14 en de binnenoppervlakken van de rotorholte 20. Daartoe omvat het afdichtingselement 16 een wandgedeelte 34 dat op een binnenoppervlak van de zijwand 26 van de rotorholte is ingericht, bij voorkeur in direct contact met een dergelijk binnenoppervlak. “Binnenoppervlak”" verwijst hier naar een oppervlak bedoeld dat naar binnen in de rotorholte 20 is gekeerd.

Het wandgedeelte 34 van het afdichtingselement 16 heeft een binnenoppervlak 34a en een buitenoppervlak 34b, waarbij het binnenoppervlak 34 naar binnen in de rotorholte 20 is gekeerd en het buitenoppervlak 34b naar buiten de rotorholte is gekeerd, dat wil zeggen het is tegenover het binnenoppervlak 34a of aan de tegenoverliggende zijde van het wandgedeelte 34 ingericht. Volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding met de meeste voorkeur heeft het binnenoppervlak 34b een epitrochoïdale vorm of een hypotrochoïde vorm, in een dwarsdoorsnede in een vlak evenwijdig aan de bodemwand 22 van de rotorholte 20 of loodrecht op de as z waaromheen het rotorelement 14 roteert. Het buitenoppervlak 34b van het wandgedeelte 34 van het afdichtingselement 16 hoeft niet evenwijdig te zijn aan het binnenoppervlak 34a. Desalniettemin is in een voorkeursuitvoeringsvorm het buitenoppervlak 34b volledig in contact met de zijwand 26 van de rotorholte 20. In dit geval kan het buitenoppervlak 34b van het wandgedeelte 34 van het afdichtingselement 16 de vorm van de zijwand 26 kopiëren, dat wil zeggen het kan bijvoorbeeld elke willekeurige vorm hebben, hoewel het in een voorkeursuitvoeringsvorm een stadionvorm heeft, of een discorechthoekige vorm, of een ronde rechthoekvorm, dat wil zeggen hij omvat twee platte wandgedeelten die naar elkaar zijn gekeerd en zijn verbonden door een paar tegenoverliggende halfronde wanden.

Het afdichtingselement 16 is door middel van krimppassen in de rotorholte 20 geplaatst, zodat het binnenoppervlak 34a van het wandgedeelte 34 het contactgedeelte, dat wil zeggen het binnenoppervlak, of het oppervlak van de zijwand 26 van de rotorholte 20 dat naar binnen in de rotorholte 20 is gekeerd, waarop het rotorelement 14 anders zou lopen, vervangt.

Het afdichtingselement 16 kan verder een plaatvormig gedeelte 36 omvatten, dat op een binnenoppervlak van de bodemwand 22 van de rotorholte 20 is ingericht. Het plaatvormige gedeelte 36 kan verbonden zijn met de rest van het afdichtingselement 16, dat wil zeggen met het wandgedeelte 34 van het afdichtingselement 16, of daarmee integraal zijn (dat wil zeggen de gedeelten zijn uit één stuk gemaakt). Wanneer de ten minste ene inlaatopening 30 en/of de ten minste ene uitlaatopening 32 in de bodemwand 22 van de rotorholte 20 zijn verschaft, is het plaatvormige deel 36 van het afdichtingselement ook voorzien van respectieve doorgaande gaten die respectievelijk naar de ten minste ene inlaatopening 30 en/of de ten minste ene uitlaatopening 32 zijn gekeerd om gas in en uit de rotorholte 20 te kunnen laten stromen.

In een voorkeursuitvoeringsvorm kan het afdichtingselement 16 ook een verder plaatvormig gedeelte 38 omvatten, dat op of (ten minste gedeeltelijk) in contact met een binnenoppervlak van de bovenwand 24 van de rotorholte 20 is ingericht. Ofwel als alternatief voor het verdere plaatvormige deel 38, of in combinatie daarmee, kan ook een eenlaagse of een meerlaagse bekleding van slijtwillig koolstofmateriaal op het binnenoppervlak van de bovenwand 24 zijn aangebracht.

In een voorkeursuitvoeringsvorm zijn het plaatvormige gedeelte 36 van het afdichtingselement 16 en het wandgedeelte 34 van het afdichtingselement 16 uit één stuk gemaakt, of integraal met elkaar, terwijl het verdere plaatvormige deel 38 als een afzonderlijk onderdeel is verschaft voor het afdekken en omsluiten van de rotorholte 20. Het verdere plaatvormige deel 38 kan bijvoorbeeld zijn bevestigd aan een naar binnen gekeerde zijde van een dekplaat 40 van de behuizing 18 die voor het afsluiten van de rotorholte 20 is bedoeld.

In voorkeursuitvoeringsvormen heeft het afdichtingselement 16 een minimale dikte van ten minste 2 mm, bij voorkeur ten minste 3 mm. Deze dikte dient te worden beoordeeld bij het wandgedeelte 34 en, indien aanwezig, bij het plaatvormige gedeelte 36 en bij het verdere plaatvormige gedeelte 38.

Het afdichtingselement 16 is gemaakt van slijtwillig koolstofmateriaal, bij voorkeur is het volledig van = slijtwillg koolstofmateriaal gemaakt. In een voorkeursuitvoeringsvorm omvat het afdichtingselement 16 een gelaagde structuur die is gemaakt van slijtwillig koolstofmateriaal. In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm is het afdichtingselement gemaakt van een koolstofmatrix, zoals hierboven reeds is beschreven. Tot slot heeft het afdichtingselement 16 bij voorkeur een C2-Shore- hardheid tussen ongeveer 60 en ongeveer 70, en met meer voorkeur van ongeveer 65.

Zoals voorzien heeft het tweede aspect van de uitvinding betrekking op een werkwijze voor het monteren van de niet-gesmeerde compressor 10 volgens het eerste aspect van de uitvinding. De werkwijze omvat ten minste de werkwijze de volgende stappen: a) het vervaardigen van een afdichtingselement-halffabricaat 16; b) het verwarmen van de behuizing 18 van de stator 12;

Cc) het in de behuizing 18 plaatsen van het afdichtingselement-halffabricaat 16; d) het in het afdichtingselement-halffabricaat 16 zetten van het rotorelement 14; e) het laten lopen van het rotorelement 14 zodat het afdichtingselement- halffabricaat 16 verder machinaal wordt bewerkt door het rotorelement 14.

In het bijzonder wordt stap a) van het vervaardigen van een afdichtingselement-halffabricaat 16 uitgevoerd door het machinaal bewerken van een blok slijtwillig koolstofmateriaal zodat een buitenvorm van het blok de binnenvorm van de rotorholte 20 kopieert. In het bijzonder wordt het blok zodanig machinaal bewerkt dat het een naar boven open binnenholte heeft die wordt begrensd door een bodemwand en door een zijwand die een constante dikte heeft.

De behuizing 18 van de stator 12 wordt verwarmd tot een temperatuur van ten minste 350 °C. Zoals voor de deskundige op het vakgebied duidelijk zal zijn, zijn de minimale temperatuur waarop de behuizing 18 moet worden verwarmd en de maximale temperatuur waarop deze kan worden verwarmd beide afhankelijk van de thermische uitzettingscoëfficiënt van het materiaal van de behuizing 18, van de grootte van de behuizing 18 en van de grootte van het afdichtingselement-halffabricaat 16 dat door krimppassen in de behuizing 18 moet worden geplaatst. Met de meeste voorkeur, wordt de behuizing 18 verwarmd tot een temperatuur tussen 150 °C en 450 °C.

Terwijl de behuizing 18 op een temperatuur van ten minste 350 °C is, wordt het afdichtingselement-halffabricaat 16 in de rotorholte 20 van de behuizing 18 geplaatst.

In feite zal dankzij de hoge temperatuur van de behuizing 18 de grootte van de rotorholte 20 zijn uitgezet door thermische uitzetting en kan het afdichtingselement- halffabricaat 16 gemakkelijk in de rotorholte 20 passen. Als de behuizing 18 weer afkoelt tot kamertemperatuur, keert de grootte van de rotorholte 20 terug naar een kleinere waarde. Aldus wordt het afdichtingselement-halffabricaat 16 door middel van krimppassen goed gepositioneerd in de rotorholte 20 gezet, waarbij het wandgedeelte 34 tegen de zijwand 26 van de rotorholte 20 duwt.

De stap c) van het in de rotorholte 20 plaatsen van het afdichtingselement-halffabricaat 16 kan verder, in een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze van de uitvinding, ook de stap omvatten van het aanbrengen van een hechtlaag, of een lijmlaag, of een laag van een thermisch pastamateriaal, tussen het afdichtingselement-halffabricaat 16 en de rotorholte 20, in het bijzonder tussen de zijwand van het afdichtingselement- halffabricaat 16 en de zijwand 26 van de rotorholte 20.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze van de uitvinding kan het afdichtingselement- halffabricaat 16 verder machinaal worden bewerkt voordat stap c) wordt uitgevoerd, dat wil zeggen voordat het afdichtingselement-halffabricaat 16 in de rotorholte 20 wordt geplaatst, bijvoorbeeld om een bepaalde oppervlakteruwheidswaarde te verkrijgen.

In een andere uitvoeringsvorm van de werkwijze van de uitvinding wordt de bodemwand van het halffabricaatelement 16 machinaal bewerkt totdat deze een constante dikte heeft, of ten minste een oppervlak heeft dat naar binnen in de binnenholte van het afdichtingselement-halffabricaat 16 is gekeerd dat in wezen plat is.

Het rotorelement 14 wordt in de binnenholte van het afdichtingselement-halffabricaat 16 gezet en men laat het daar lopen zodat de binnenholte van het afdichtingselement- halffabricaat 16 verder machinaal wordt bewerkt door het rotorelement 14 bij rotatie van het laatste.

In een voorkeursuitvoeringsvorm is het rotorelement 14 een rotor van het Wankel-type die is ingericht voor excentrische beweging, zodat bij uitvoering van stap e) het rotorelement 14 de binnenholte van het afdichtingselement-halffabricaat 16 afslijt en machinaal bewerkt tot een binnenoppervlak 34a van het afdichtingselement 16 dat een epitrochoïdale of hypotrochoïde vorm heeft, gezien in een dwarsdoorsnede evenwijdig aan de bodemwand 22 van de rotorholte 20 of nagenoeg loodrecht op de as z.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze van de uitvinding kan de werkwijze verder de stap omvatten van het door machinaal bewerken produceren van ten minste één inlaatopening 30 door het wandgedeelte 34 van het afdichtingselement 16 en door de zijwand 26 van de rotorholte 20 voor de toevoer van te comprimeren gas. Met nog meer voorkeur worden de ten minste ene opening 30 door het wandgedeelte 34 van het afdichtingselement 16 en die door de zijwand 26 van de rotorholte 20 tegelijkertijd door machinaal bewerken geproduceerd door middel van een enkele boorstap, bijvoorbeeld door laserboren, op een bekende wijze, nadat of direct nadat stap c) is uitgevoerd.

Op een vergelijkbare wijze kan de werkwijze, volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van werkwijze van de uitvinding, verder de stap omvatten van het door machinaal bewerken produceren van ten minste één uitlaatopening 32 door het wandgedeelte 34 van het afdichtingselement 16 en door de zijwand 26 van de rotorholte 20 voor de afvoer van gecomprimeerd gas. Met nog meer voorkeur worden de ten minste ene uitlaat 32 door het wandgedeelte 34 van het afdichtingselement 16 en die door de zijwand 26 van de rotorholte 20 tegelijkertijd door machinaal bewerken geproduceerd door middel van een enkele boorstap, bijvoorbeeld door laserboren, op een bekende wijze, nadat of direct nadat stap c) is uitgevoerd.

Zoals uit de bovenstaande beschrijving duidelijk is, heeft de niet-gesmeerde compressor volgens de uitvinding diverse voordelen.

Door het slijtwillige koolstofmateriaal als een zelfdragend afdichtingselement te verschaffen, in plaats van het aanbrengen van één of meer lagen slijtwillige bekleding op de binnenwand van de behuizing, wordt de productie en/of montage van de behuizing vereenvoudigd, worden tijd en geld bespaard en wordt een dichtere afdichting in een niet-gesmeerde compressor verschaft.

Bovendien kunnen als gevolg van het zelfdragende karakter van het afdichtingselement (wat geen direct aanbrengen van een slijtwillige bekleding op het betreffende deel van de behuizing vereist), materialen met een hogere thermische weerstand en/of betere corrosieweerstand worden gebruikt voor de slijtwillige bekleding, waardoor een afdichting wordt verkregen die beter bestand is tegen hoge werktemperaturen en/of corrosie, wat de levensduur van het niet-gesmeerde systeem kan verlengen. Specifieker verschaft het zelfdragende element corrosiebescherming voor het onderdeel van de behuizing dat erdoor bedekt is, wat gezien de stand van de techniek betere bescherming tegen corrosie verschaft dan een bekleding. De hogere thermische weerstand die kan worden bereikt, zorgt voor toepasbaarheid bij hogere temperaturen. Hogere temperaturen in dergelijke systemen zijn voornamelijk het gevolg van hogere inlaattemperaturen en/of hogere drukverhoudingen.

Bijgevolg is door een hogere thermische weerstand een uitbreiding van het werkbereik mogelijk. Binnen de thermische mogelijkheden van het materiaal wordt de levensduur echter nog steeds bepaald door de mechanische robuustheid. De hogere thermische weerstand wordt bereikt door het gebruiken van hier beschreven koolstofmateriaal of op koolstof gebaseerde materialen, in plaats van organische bekledingen volgens de stand van de techniek. Bovendien kan de optionele aanbrenging van een laag lijm en/of thermische pasta tussen het afdichtingselement en de rotorholte warmteoverdracht vergemakkelijken en aldus de thermische weerstand van de compressor als geheel verder vergroten.

Uiteraard kunnen, zonder afbreuk te doen aan het principe van de uitvinding, de uitvoeringsvormen en de constructiedetails in ruime mate worden gevarieerd ten opzichte van hetgeen hier louter bij wijze van niet-beperkend voorbeeld is beschreven en geïllustreerd, zonder daarbij het kader van de uitvinding, zoals dat door de bijgevoegde conclusies wordt gedefinieerd, te verlaten.

Claims (17)

Conclusies

1. Niet-gesmeerde compressor (10) voor het comprimeren van een gas, omvattende: een stationaire stator (12) met een behuizing (18) die een rotorholte (20) omvat die wordt begrensd door een bodemwand (22), een bovenwand (24) en een zijwand (26) die de bodemwand (22) en de bovenwand (24) verbindt, een rotorelement (14) dat is ingericht voor rotatie om een as (z) in de rotorholte (20) voor het comprimeren van een gas daarin, een zelfdragend afdichtingselement (16) dat in de rotorholte (20) is ingericht, waarbij de compressor (10) daardoor wordt gekenmerkt dat het afdichtingselement (16) van een slijtwillig koolstofmateriaal is gemaakt, en dat het afdichtingselement (16) een wandgedeelte (34) omvat dat op een binnenoppervlak van de zijwand (26) van de rotorholte (20) is ingericht.

2. Compressor volgens conclusie 1, waarbij het afdichtingselement (16) verder een plaatvormig gedeelte (36) omvat dat met het wandgedeelte (34) van het afdichtingselement (16) is verbonden of daarmee integraal is, waarbij het plaatvormige gedeelte (36) op een binnenoppervlak van de bodemwand (22) van de rotorholte (20) ingericht.

3. Compressor volgens conclusie 1 of conclusie 2, waarbij het wandgedeelte (34) van het afdichtingselement (16) een binnenoppervlak (34a) dat naar binnen in de rotorholte (20) is gekeerd en een buitenoppervlak (34b) aan de tegenoverliggende zijde heeft, waarbij het binnenoppervlak (34a) een epitrochoïdale vorm heeft in een dwarsdoorsnede in een vlak evenwijdig aan de bodemwand (22) van de rotorholte (20) of in een vlak loodrecht op de middenas (z).

4. Compressor volgens conclusie 3, waarbij het buitenoppervlak (34b) van het wandgedeelte (34) van het afdichtingselement (16) volledig in contact is met de zijwand (26) van de rotorholte (20).

5. Compressor volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het afdichtingselement (16) verder een plaatvormig gedeelte (38) omvat, dat op een binnenoppervlak van de bovenwand (24) van de rotorholte (20) is ingericht.

6. Compressor volgens conclusie 5, waarbij het plaatvormige gedeelte (36) en het wandgedeelte (34) van het afdichtingselement (16) uit één stuk zijn gemaakt en waarbij het verdere plaatvormige deel (38) als een afzonderlijk dekplaatonderdeel is verschaft.

7. Compressor volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het afdichtingselement (16) een minimale dikte van ten minste 2 mm, bij voorkeur van ten minste 3 mm heeft.

8. Compressor volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het afdichtingselement (16) een gelaagde structuur omvat.

9. Compressor volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het afdichtingselement (16) van een koolstofmatrix is gemaakt, bij voorkeur ten minste gedeeltelijk, met meer voorkeur voornamelijk, in de vorm van grafiet, met nog meer voorkeur fijnkorrelig grafiet.

10. Compressor volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het afdichtingselement (16) een C2-Shore-hardheid tussen ongeveer 60 en ongeveer 70 heeft, met de meeste voorkeur van ongeveer 65.

11. Compressor volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de rotorholte (20) een compressiekamer van het Wankel-type is en het rotorelement (14) een rotor van het Wankel-type is, ingericht voor excentrische beweging rond de as (z) die in wezen loodrecht op de bodemwand (22) van de rotorholte (20) staat.

12. Compressor volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij ten minste één inlaatopening (30) en de ten minste één uitlaatopening (32) in de zijwand en/of bodemwand (22) van de rotorholte (20) zijn verschaft, voor respectievelijk de toevoer en de afvoer van het gas.

13. Werkwijze voor het monteren van de niet-gesmeerde compressor (10) volgens een van de voorgaande conclusies, omvattende de stappen van: a) het vervaardigen van een afdichtingselement-halffabricaat (16) door het machinaal bewerken van een blok slijtwillig koolstofmateriaal zodat een buitenvorm van het blok een binnenvorm van de rotorholte (20) kopieert en zodat het blok een open binnenholte heeft die wordt begrensd door een bodemwand en door een zijwand die een constante dikte heeft; b) het verwarmen van de behuizing (18) van de stator (12) tot een temperatuur van ten minste 350 °C; Cc) het in de rotorholte (20) van de behuizing (18) plaatsen van het afdichtingselement- halffabricaat (16) terwijl de behuizing (18) op een temperatuur van ten minste 350 °C is; d) het in de binnenholte van het afdichtingselement-halffabricaat (16) zetten van het rotorelement (14); e) het laten lopen van het rotorelement (14) zodat de binnenholte van het afdichtingselement-halffabricaat (16) verder machinaal wordt bewerkt door het rotorelement (14).

14. Werkwijze volgens conclusie 13, waarbij het rotorelement (14) een rotor van het Wankel-type is die is ingericht voor excentrische beweging rond de as (z) en waarbij de stap e) wordt uitgevoerd voor het verkrijgen van een binnenoppervlak (34a) van het afdichtingselement (16) met een epitrochoïdale vorm in een dwarsdoorsnede in een vlak evenwijdig aan de bodemwand (22) van de rotorholte (20) of in een vlak loodrecht op de as (z).

15. Werkwijze volgens conclusie 13 of 14, verder omvattende de stap van: f na stap c) en voor stap d), het machinaal bewerken van de bodemwand van het afdichtingselement-halffabricaat (16) totdat deze een constante dikte heeft.

16. Werkwijze volgens een van de conclusies 13 tot 15, verder omvattende de stappen van: gl) na stap c), het door machinaal bewerken produceren, door middel van een enkele boorstap, van ten minste één inlaatopening (30) door het wandgedeelte (34) van het afdichtingselement (16) en door de zijwand (26) van de rotorholte (20) voor de toevoer van te comprimeren gas; en g2) na stap c), het door machinaal bewerken produceren, door middel van een enkele boorstap, van ten minste één uitlaatopening (32) door het wandgedeelte (34) van het afdichtingselement (16) en door de zijwand (26) van de rotorholte (20) voor de afvoer van het gecomprimeerde gas.

17. Werkwijze volgens een van de conclusies 13 tot 16, waarbij stap c) verder het aanbrengen omvat van een hechtmiddellaag tussen het afdichtingselement-halffabricaat (16) en de rotorholte (20).