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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Regeln einer Schraubenrotorinaschine,
bei der mindestens zwei sogenannte männliche und weibliche Schraubenrotoren mit
ihren Schraubenkämmen- und -nuten ineinandergreifend in einem Arbeitsraum
zusammen
arbeiten, der durch einander achsparallel durchdringende zylindrische
Gehäusebohrungen für die Rotoren gebildet und stirnseitig von Abschlußwänden begrenzt
ist sowie Hoch- und Niederdruckdurchlässe für ein kompressibles Förder- bzw. Arbeitsmedium
aufweist, von denen der eine an einem axialen Ende des Arbeitsraums und auf einer
Seite der durch die Rotordrehachsen gelegten Ebene, der andere auf der anderen Seite
dieser Ebene und am anderen axialen Ende des Arbeits-(Förder-)raums gelegen ist,
wobei beim Umlauf der Rotoren in deren Schraubennuten in bestimmter Weise von den
Wänden des Arbeitsraums abgeschlossene und ständig ihr Volumen ändernde Verdrängerzellen
gebildet werden, und bei der ferner mindestens ein zu den Schraubenrotoren parallelachsig
verschieblicher, im Verschneidungsbereich der Gehäusebohrungen für die Rotoren angeordneter,
dort einen Teil der Förderraum-Umfangswand bildender und an den Umfängen der Schraubenrotoren
abdichtender Schieber vorgesehen ist, durch welchen die Weite des Durchganges von
einem der Durchlässe zu den Nuten der Schraubenrotoren veränderbar ist.
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Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art für einen Schraubenrotorkompressor
verbleibt der Schie-, ber während seiner Verstellung in Achsrichtung der Rotoren
mit beiden Endkanten stets im Bereich dieser Rotoren, wodurch bei einer Verkleinerung
des Hochdruckauslasses zwangsläufig eine Vergrößerung des Niederdruckeinlasses auftritt,
indem auf der Nieder-. druckseite eine den Füllungsgrad der Verdrängerzellen ändernde
Anzapföffnung geöffnet wird. Die Länge des vom Schieber überdeckten Verdichtungsabschnittes
der Rotoren bzw. der Drehwinkel, während welchem eine Verdichtung erfolgt, bleibt
hingegen konstant. Es findet bei der Verstellung des Schiebers folglich nur eine
Mengenregelung des Durchsatzes an Arbeitsmedium statt, während das Druckverhältnis
zwischen Ausgangsseite und Eingangsseite des Kompressors praktisch unverändert bleibt.
Ähnliche Schieberanordnungen sind auch bei Spindelpumpen mit mehreren Schraubwindungen
der Rotorkämme bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten
Art so auszubilden, daß einerseits die Menge des die Maschine durchsetzenden Arbeitsmediums
und andererseits auch das Neundruckverhältnis der Maschine verändert werden kann.
Gemäß der Erfindung wird Diesel Aufgabe dadurch gelöst, daß der Schieber eine solche
axiale Länge hat, daß er auf einer Seite eine der beiden Abschlußwände an der Stelle,
an der sich keiner der Hochdruck- oder Niederdruckdurchlässe befindet, durchsetzt
und mit seiner anderen Stirnfläche bzw. dem betreffenden Endteil die Weite des Durchganges
von einem der Hochdruck- oder Niederdruckdurchlässe zu den Nuten der Schraubenrotoren
verstellt, ohne die Weite des Durchganges vom anderen der Durchlässe zu den Nuten
der Rotoren zu verändern.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist bei einer ersten
Ausführungsfonn der Schieber in der Umfangswand des Förder- oder Arbeitsraums auf
der gleichen Seite der die Achsen der Rotoren enthaltenden Ebene wie der Hochdruckdurchlaß
angeordnet und durchsetzt die niederdruckseitige Abschlußwand.
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Beim Verstellen des Schiebers wird der Hochdruckdurchlaß des Arbeitsraums,
d. h. die den Hochdruckkanal mit dem Arbeitsraum verbindende öffnung, verändert,
wodurch beim Betrieb der Maschine als Kompressor das Nenndruckverhältnis der Maschine
und beim Betrieb der Maschine als Expander die Menge des die Maschine durchsetzenden
Arbeitsmediums und zugleich das Nenndruckverhältnis der Maschine verändert werden.
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Bei einer anderen Ausführungsform nach den Merkmalen der Erfindung
ist der Schieber in der Umfangswand des Förder- oder Arbeitsraums auf der gleichen
Seite der die Achsen der Rotoren enthaltenden Ebene wie der Niederdruckdurchlaß
angeordnet und durchsetzt die hochdruckseitige Abschlußwand.
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Beim Betrieb dieser Maschine als Kompressor wird durch Verstellen
des Schiebers der Niederdruckdurchlaß des Arbeitsraums eingeregelt, wobei dieser
Durchlaß gesperrt werden kann, bevor die geschlossenen Kammern ihr größtes Volumen
erreicht haben. Auf diese Weise wird die Menge des die Maschine durchsetzenden Arbeitsmediums
kleiner als die maximal mögliche Menge. Bei einem derartigen Betriebsverfahren wird
die angesaugte Menge an Arbeitsmedium zuerst auf das volle Kammervolumen expandiert
und dann in üblicher Weise wieder komprimiert.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist neben einem auf
der gleichen Seite der die Achsen der Rotoren enthaltenden Ebene wie der Hochdruckdurchlaß
angeordneten und die niederdruckseitige Abschlußwand durchsetzenden Schieber mindestens
ein weiterer unabhängig vom vorgenannten Schieber axial verstellbarer, in der Urnfangswand
des Förder-oder Arbeitsraums angeordneter Schieber vorgesehen, der gegen wenigstens
einen Rotor abdichtet und die hochdruckseitige Abschlußwand durchsetzt.
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Wie schon erwähnt, wird mit Hilfe des ersten Schiebers beim Kompressorbetrieb
das Nenndruckverhältnis der Maschine und beim Expanderbetrieb in erster Linie die
Menge des die Maschine durchsetzenden Arbeitsmediums verändert. Mit Hilfe des zweiten
Schiebers wird beim Kompressorbetrieb hingegen vor allem die Menge des die Maschine
durchsetzenden Arbeitsmediums verändert, weil damit der Zeitpunkt, bei welchem die
geschlossenen Kammern vom Niederdruckkanal abgetrennt werden, einstellbar ist. Beim
Expanderbetrieb wird mit Hilfe des zweiten Schiebers vor allem das Nenndruckverhältnis
der Maschine verändert, weil damit der Zeitpunkt, bei welchem die geschlossenen
Kammern gegen den Niederdruckkanal öffnen, eingestellt werden kann.
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Der zweite bzw. die zweiten Schieber können bezüglich der die Rotorachsen
enthaltenden Ebene auch niederdruckseitig angeordnet sein. Beim Kompressorbetrieb
wird dann mit Hilfe des bzw. der zweiten Schieber die Menge des die Maschine durchsetzenden
Arbeitsmediums verändert, weil der Punkt, an welchem die geschlossenen Kammern vom
Niederdruckkanal abgetrennt werden, so eingestellt werden kann, daß dieses Abtrennen
vor Erreichen des maximalen Kammervolumens erfolgt.
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Bei einer Maschine der vorgenannten Art mit einem ersten Schieber
auf der Hochdruckseite der die Rotorachse enthaltenden Ebene kann in vorteilhafter
Weiterbildung
der Erfindung auf der gleichen Führung wie der erste Schieber ein zweiter, mindestens
gegen einen Rotor abdichtender Schieber in der Umfangswand des Förder- oder Arbeitsraums
gelagert und bis zur dichtenden Anlage gegen den ersten Schieber unabhängig axial
verstellbar sein. Bei einer solchen Anordnung in Verbindung mit einem Kompressor
wird die maximale Durchsatzmenge an Arbeitsmedium bei abdichtender Berührung der
beiden Schieber erzielt; dabei ist das Nenndruckverhältnis der Maschine von der
Stellung der Schleber abhängig und vor allem kann eine Änderung der Menge des die
Maschine durchsetzenden Arbeitsmediums durch getrennte Verstellung des ersten Schiebers
erzielt werden.
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Eine besondere Ausführungsform der Erfindung ergibt sich bei einer
zweiflutigen Schraubenrotormaschine, deren Rotoren zwei axial hintereinanderliegende
Abschnitte von gegenläufig schraubenförmigen Kämmen aufweisen, wobei der eine Durchlaß
im Bereich der Stoßstelle der beiden axial hintereinanderliegenden Abschnitte jedes
Rotors liegt dadurch, daß zwei axial verstellbare, zumindest gegen je einen
Rotor abdichtende Schieber auf der gleichen Führung gelagert sind und daß jeder
Schieber je eine der gegenüberliegenden Abschlußwände des Arbeitsraums durchsetzt,
wobei die beiden Schieber gleichzeitig, aber gegenläufig zueinander verstellbar
sind. Die Arbeitsweise dieser Maschine ist die gleiche wie die einer Maschine mit
gleichsinnig schraubenförmigen Kämmen und einem Schieber an jeder Führung.
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In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele einer Schraubenrotormaschine
mit den Merkmalen der Erfindung dargestellt. Es zeigen F i g. 1 bis
3 Längsschnitte durch drei verschiedene Ausführungsbeispiele, F i
g. 4 einen Querschnitt nach der Linie 4-4 in F i g. 3,
F i
g. 5 einen Querschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel, F i
g. 6 einen Schnitt nach der Linie 6-6 in F i g. 5,
F
i g. 7, 8 und 9 Längsschnitte, durch weitere Ausführungsbeispiele.
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Übereinstimmend bei sämtlichen Ausführungsbeispielen arbeitet ein
männlicher Rotor 12, der im wesentlichen konvexe schraubenförmige Kämme 14 aufweist,
mit einem im wesentlichen konkave schraubenförmige Kämme 18 tragenden weiblichen
Rotor 16 zusammen. Die Rotoren 12 und 16 sind in einem Gehäuse 20
gelagert, das einen Arbeitsraum umschließt, der durch zwei einander achsparallel
durchdringende zylindrische Bohrungen 22, 24 mit je einem der Rotoren 12 bzw.
16 darin gebildet ist. Das Gehäuse weist ferner zwei Abschlußwände
26, 28 auf, die den Arbeitsraum begrenzen und gegen die Enden der Rotoren
12, 16 abdichten. Schließlich sind im Gehäuse Niederdruck- und Hochdruckdurchlässe
30
bzw. 32 vorgesehen, an die ein Niederdruckkanal 34 bzw. ein Hochdruckkanal
36 anschließen.
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Die Rotoren 12 und 16 sind in Lagern 38, 40 gelagert
und in bekannter Weise durch Synchronisiergetriebe 42 derart gekuppelt, daß sie
niemals in direkte mechanische Berührung miteinander kommen. Der männliche Rotor
12 trägt außerdem einen Wellenstummel 44, der zur Kraftübertragung von oder zu der
Maschine dient.
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Zur Änderung des Eintrittsvolumens, d. h. der Menge des die
Maschine durchsetzenden Arbeitsmediums, und/oder des Nenndruckverhältnisses der
Maschine ist ein axial verstellbarer Schieber vorgesehen. Dieser Schieber ist durch
eine der Abschlußwände des Arbeitsraums hindurch betätigbar und dichtet sowohl gegen
einen Rotor oder beide Rotoren als auch gegen die betreffende Abschlußwand ab.
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Bei der in F i g. 1 dargestellten Schraubenrotormaschine ist
ein axial verstellbarer Sebieber 46 auf der gleichen Seite einer die Achsen der
Rotoren 12 und 16 enthaltenden Ebene wie der Hochdruckdurchlaß
32 angeordnet und reicht über die niederdruckseitige Abschlußwand
26 hinaus. Der Schieber 46 ist auf einer Führung 48 gelagert und kann mit
Hilfe einer Stange 50 in axialer Richtung verstellt werden. Das Profil des
Schiebers 46 wird durch zwei einander achsparallel durchdringende, gegen die Rotoren
12 und 16 abdichtende Zylinderflächen gebildet, wie F i g. 3 und 4
zeigen. An der niederdruckseitigen Abschlußwand 26 ist eine Dichtungsplatte
52 angeordnet, deren Profil dem des Schiebers 46 angepaßt ist.
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Die vorbeschriebene Maschine arbeitet wie folgt: Wird die Maschine
als Kompressor verwendet, dann tritt ein gasförmiges Arbeitsmedium durch den Niederdruckkanal
34 und den Niederdruckdurchlaß 30 in den Arbeitsraum ein. Das Arbeitsmedium
füllt in bekannter Weise die von je zwei kommunizierenden Nuten der Rotoren
gebildeten Verdrängerzellen, woraufhin das Arbeitsmedium durch die allmähliche Verkleinerung
dieser Zellen komprimiert wird, sobald die Kämme 14, 18 an der niederdruckseitigen
Abschlußwand 26 zum Eingriff kommen. Diese Kornpression dauert so lange an,
bis die Kämme 14, 18
den Rand des Hochdruckdurchlasses 32 überstreichen.
Dieser Rand wird durch die dem Hochdruckdurchlaß 32 zugekehrte Stirnfläche
53 des verstellbaren Schiebers 46 gebildet. Auf diese Weise kann das Nenndruckverhältnis
des Kompressors verändert werden.
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Wenn die Maschine hingegen als Expander verwendet wird, dann tritt
gasförmiges Arbeitsmedium unter Druck durch den Hochdruckkanal 36 und den
Hochdruckdurchlaß 32 in den Arbeitsraum und füllt die zum Hochdruckdurchlaß
32 hin offenen Teile der Verdrängerzellen, die von den Rotornuten gebildet
werden. Die Rotoren 12, 16 werden hierdurch derart in Umlauf versetzt, daß
sich der Eingriffspunkt zwischen den Kämmen 14 und 18 in Richtung zur niederdruckseitigen
Abschlußwand 26 bewegt, wobei sich die durch die kommunizierenden Teile
je zweier Nuten gebildeten Verdrängerzellen vergrößern. Während des Umlaufs
der Rotoren 12 und 16 überstreichen die Kämme 14 und 18 die Ränder
des Hochdruckdurchlasses 32, wodurch die vom Niederdruckkanal 34 abgeschlossenen
Verdrängerzellen auch vom Hochdruckkanal 36 abgetrennt werden. Das Arbeitsmedium
wird nun so lange expandiert, bis der Eingriffspunkt der Kämme 14 und
18 die niederdruckseitige Abschlußwand 26 erreicht und die Kämme selbst
die Ränder des Niederdruckdurchlasses 30
überstreichen.
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Durch die axiale Verstellung des Schiebers 46 werden die Ränder des
Hochdruckdurchlasses 32 verschoben, und in Abhängigkeit von dieser Verschiebung
erfolgt die Trennung der Expansionskammern vom Hochdruckkanal 36 jeweils
in einer anderen Lage des Eingriffspunktes zwischen den Kämmen 14 und
18, d. h. bei einem anderen Volumen der Verdrängerzellen. Auf diese Weise
können die Menge des
die Mäschine durchsetzenden Arbeitsmediums
eingestellt und damit die Leistung der Maschine verändert werden. Gleichzeitig wird
auch das Nenndruckverhältnis in der Maschine verändert und es kann daher insbesondere
die Maschine derart eingestellt werden, daß ihr Nenndruckverhältnis mit dem tatsächlichen
Druckverhältnis außerhalb der Maschine übereinstimmt und somit der Expansionsvorgang
in der wirkungsvollsten Weise stattfindet.
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Die in F i g. 2 dargestellte Ausführungsforra einer Schraubenrotormaschine
weist einen axial verstellbaren Schieber 54 auf, der auf der gleichen Seite einer
die Achsen der Rotoren 12 und 16 enthaltenden Ebene wie - der Niederdruckdurchlaß
30 liegt -und über die hochdruckseitige Abschlußwand 28 hinausragt.
Der Schieber 54 ist auf einer Führung 56 gelagert und kann mit Hilfe einer
Stange 58 in axialer Richtung verstellt werden. Er weist zwei einander achsparallel
durchdringende, gegen die Rotoren 12 und 16 abdichtende Zylinderflächen.
auf, wie die F i g. 3 und 4 zeigen. In der hochdruckseitigen Abschlußwand
28 ist eine Dichtungsplatte 60 angeordnet, deren Profil dem des Schiebers
54 angepaßt ist. Eine derartige Maschine kann als Kompressor verwendet werden,
wobei die Verbindung zwischen dem Niederdruckkanal 34 und dem Arbeitsraum so lange
durch den Schieber 54 unterbrochen werden kann, bevor der Eingriffspunkt zwischen
den Kämmen 14 und 18 die hochdruckseitige AbschIußwand 28 erreicht
hat. In diesem Falle wird das Arbeitsmedium zuerst expandiert und dann vor dem Austreten
aus dem Hochdruckdurchlaß 32 komprimiert. Auf diese Weise könne die Menge
des die Maschine durchsetzenden Arbeitsmediums und zugleich das Nenndruckverhältnis
verändert werden.
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In den F i g. 3 und 4 ist eine dem Ausführungsbeispiel nach
F i g. 2 ähnliche Ausführungsform einer Schraubenrotormaschine dargestellt.
Der Unterschied liegt nur im Profil des Schiebers 62 und in dessen Lagerung,
da der Schieber 62 unmittelbar im Gehäuse 20 gelagert ist. Die Arbeitsweise
der Maschine ist die gleiche wie die der Maschine nach F i g. 2.
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In den F i g. 5 und 6 ist eine Ausführungsfonn einer
Schraubenrotormaschine mit drei getrennten axial verstellbaren Schiebern dargestellt.
Alle diese Schieber sind auf der gleichen Seite der die Achsen der Rotoren 12 und
16 enthaltenden Ebene wie der Hochdruckdurchlaß 32 angeordnet. Ein
den Hochdruckdurchlaß 32 regelnder Schieber 64 ist längs der Durchdringungslinie
der Bohrungen 22 und 24 angeordnet und ragt über die niederdruckseitige Abschlußwand
26 hinaus. Zwei weitere, die Verbindung zwischen dem Arbeitsraum und dem
Niederdruckkanal 34 regelnde Schieber 66 und 68 sind an in Längsrichtung
verlaufenden Umfangszonen der Rotoren beiderseits des erstgenannten Schiebers 64
angeordnet und ragen über die hochdruckseitige Abschlußwand 28 hinaus. Die
Schieber 64, 66 und 68
sind mit Hilfe von zugeordneten Stangen
70 bzw. 72
bzw. 74 in axialer Richtung verstellbar.
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Die Maschine arbeitet als Kompressor auf folgende Weise: Mit Hilfe
der seitlichen Schieber 66
und 68 wird die Menge des die Maschine durchsetzenden
Arbeitsmediums in der Weise verändert, daß während des ersten Teiles des Kompressionsvorganges
in der Maschine unkomprimiertes Arbeitsmedium in den Niederdruckkanal 34 entweichen
kann. Wenn die Schieber 66 und 68 jedoch völlig geschlossen smid,wird
jedes Entweichen von Arbeitsmedium verhindert, und die Menge des die Maschine durchsetzenden
Arbeitsmediums ist am größten. Der mittlere Schieber 64 hat die, gleiche Funktion
wie der Schieber 46 des in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels.
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Als Expander arbeitet die Maschine auf folgende Weise: Der mittlere
Schieber 64 hat die gleiche Funktion wie der Schieber 46 der in F i g. 1
gezeigten Ausführungsform. Durch Öffnen der seitlichen Schieber 66 und
68 ist es außerdem möglich, das Nenndruckverhältnis der Maschine ohne Änderung
der Menge des die Maschine durchsetzenden Arbeitsmediums zu ändern.
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Bei dem in F i g. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel einer
Schraubenrotormaschine sind zwei getrennte axial verstellbare Schieber
76 und 78 vorgesehen, die an den gegenüberliegenden Seiten einer die
Achsen der Rotoren 12 und 16 enthaltenden Ebene liegen. Der Schieber
76, der auf der gleichen Seite dieser Ebene wie der Hochdruckdurchlaß
32
liegt, ragt über die niederdruckseitige Abschlußwand 26 hinaus.
Er ist auf einer Führung 80 gelagert und kann mit Hilfe einer Stange
82 axial verstellt werden. Der andere Schieber 78, der auf der gleichen
Seite der erwähnten Ebene wie der Niederdruckdurchlaß 30 liegt, ragt über
die hochdruckseitige Abschlußwand 28 hinaus, ist auf einer Führung 84 gelagert und
kann axial mit Hilfe einer Stange 86 verstellt werden. Diese Ausführungsform
der Erfindung stellt eine Kombination der in F i g. 1 und 2 gezeigten Bauarten
dar.
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Das in F i g. 8 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Schraubenrotormaschine
der Erfindung weist zwei getrennte, axial verstellbare Schieber 88 und
90
auf, die auf einer gemeinsamen Führung 92 gelagert sind und auf
der gleichen Seite der die Achsen der Rotoren 12 und 16 enthaltenden Ebene
liegen wie der Hochdruckdurchlaß 32. Der Schieber 88 ragt über die
niederdruckseitige Abschlußwand 26 hinaus und ist mit Hilfe einer Stange
94 verstellbar. Der Schieber 90 ist zwischen dem Schieber 88 und dem
Hochdruckdurchlaß 32 angeordnet und mit Hilfe einer Stange 96 verstellbar.
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Die Maschine arbeitet als Kompressor auf folgende Weise: Wenn zum
Anlauf mit einem direkt gekuppelten Antriebsmotor oder im Leerlauf nur eine geringe
Leistungsaufnahme des Kompressors erwünscht ist, wird der Schieber 88 ganz
in die niederdruckseitige Abschlußwand 26 zurückgezogen. Infolgedessen kann,
da der vom Schieber 90 verdeckte Teil der Rotoren 12 und 16 relativ
klein ist, im Anfangsteil des Kompressionsvorganges unkomprimiertes Arbeitsmedium
vom Arbeitsraum zurück in den Niederdruckkanal entweichen. Daher ist sowohl die
die Maschine durchsetzende Menge des Arbeitsmediums wie auch das Nenndruckverhältnis
der Maschine klein, so daß die aufgenommene Leistung sehr gering ist. Wenn die beiden
Schieber 88 und 90
hingegen einander berühren, arbeiten sie in der
gleichen Weise wie der Schieber der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform.
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F i g. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Schraubenrotormaschine,
bei welchem die Rotoren mit gegenläufigen Abschnitten von schraubenförmigen Kämmen
und zwei axial verstellbare Schieber 98 und 100 versehen sind, die
auf einer gemeinsamen Führung 102 gelagert sind und auf der gleichen Seite der
die
Achsen der Rotoren 12 und 16 enthaltenden Ebene wie der Hochdruckdurchlaß
32 liegen. Die beiden Schieber 98 und 100 werden gleichzeitig,
aber gegenläufig mit Hilfe zugeordneter Stangen 104 und 106 verstellt. Diese
Ausführungsform arbeitet in der gleichen Weise wie jene nach F i g. 1.