DE19728434A1 - Screw compressor for compressible media - Google Patents
Screw compressor for compressible mediaInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Schraubenverdichter für kompressible Medien mit zwei um parallele Achsen gegensinnig drehbaren und miteinander kämmenden Schrauben - deren Gewinde also ineinander greifen - die an einer gemeinsamen Seite jeweils von einem Festlager gehalten und von der Innenseite eines Gehäuses bis auf einen Spaltabstand dicht umschlossen sind, wobei der Auslaß des komprimierten Mediums im Bereich des Festlagers angeordnet ist und wobei der innere Schraubendurchmesser der beiden Schrauben in Förderrichtung jeweils zunimmt und der äußere Schraubendurchmesser der beiden Schrauben sowie der Durchmesser der Innenseite des Gehäuses in dem Maße in Förderrichtung abnimmt, in welchem der innere Schraubendurchmesser zunimmt.The invention relates to a screw compressor for compressible Media with two and rotatable in opposite directions about parallel axes intermeshing screws - their threads so one inside the other grab - on a common side by one Fixed bearing held up from the inside of a housing a gap distance are tightly enclosed, the outlet of the compressed medium is arranged in the area of the fixed bearing and where the inside screw diameter of the two screws is in The direction of conveyance increases and the outer screw diameter of the two screws and the diameter of the inside of the Housing decreases in the direction of conveyance to the extent that the inner Screw diameter increases.
Schraubenverdichter, auch Schraubenspindelverdichter genannt, sind sowohl als Kompressoren als auch zur Erzeugung eines Unterdruckes bekannt und haben in aller Regel miteinander kämmende Schrauben gleichbleibenden Durchmessers.Screw compressors, also called screw screw compressors, are both as compressors and for generating a negative pressure known and usually have intermeshing screws constant diameter.
Bei derartigen Schraubenverdichtern ergibt sich wegen der erforderlichen Abdichtung die Notwendigkeit, jeweils Schrauben mit mehreren Windungen oder Umschlingungen vorzusehen und miteinander kämmen zu lassen. Dies führt dazu, daß über die Förderlänge eine Druckzunahme durch die Erwärmung des Mediums einerseits und durch Rückströmungen an den Spalten zwischen den Schrauben und dem Gehäuse andererseits entsteht. Die eigentliche Verdichtung erfolgt praktisch in den letzten Windungen, so daß starke Pulsationen auftreten, die entsprechende Belastungen vor allem in axialer Richtung bewirken. Dies hat negative Auswirkungen auf das Festlager der jeweiligen Schraube. Deshalb muß dieses bisher zur Aufnahme solcher dynamischen Kräfte überdimensioniert werden.With such screw compressors, there is the required sealing the need to use screws each to provide several turns or loops and with each other to comb. This leads to a Pressure increase due to the heating of the medium on the one hand and by Reverse flows at the gaps between the screws and the housing on the other hand arises. The actual compression takes place practically in the last turns, so that strong pulsations occur cause corresponding loads, especially in the axial direction. This has a negative impact on the fixed camp of each Screw. Therefore, this has so far to accommodate such dynamic Forces are oversized.
Ein Schraubenverdichter der eingangs erwähnten Art ist aus der DE-29 34 065 A1 bekannt. Die miteinander kämmenden Schrauben haben dabei in Förderrichtung eine stetige Zunahme des inneren Durchmessers und demgemäß eine stetige Abnahme des äußeren Durchmessers sowie der Innenseite des Gehäuses, was zu einer Verdichtung des kompressiblen Mediums schon während der Förderung führt. Die von der Herstellung scheinbar günstige kegelförmige Ausbildung der zusammenwirkenden Teile hat dabei jedoch den empfindlichen Nachteil, daß das Verhältnis der radialen Wärmeausdehnung zur axialen Wärmeausdehnung sich über die Länge der Schrauben ständig ändert, weil an jeder Stelle der Schrauben zwar eine definierte radiale Wärmeausdehnung stattfindet, sich die gleichzeitig erfolgenden axialen Wärmeausdehnungen der Schrauben aber über deren gesamte Länge addieren. Somit ergibt sich bei einem stetigen Verlauf der Durchmesservergrößerung der Innenseite des Gehäuses bei einer Anordnung des Festlagers im Bereich des größten Durchmessers, daß die Schrauben in die kegelige Gehäuse in dem Sinne hineingedrückt werden, daß sie festlaufen können, oder die Spalten zwischen den Schrauben und der Innenseite des Gehäuses müssen so groß gewählt werden, daß dies zwar vermieden wird, der Wirkungsgrad sich aber gleichzeitig entsprechend verschlechtert. Befindet sich das Festlager hingegen an der Seite des kleinsten Durchmessers des Gehäuses, werden die Schrauben gewissermaßen aus diesem Gehäuse herausgeschoben, so daß aufgrund der kegeligen Gestaltung die Spaltweite zwischen Schrauben und Gehäuse zunimmt. Auch dies führt zu einer un zuträglichen Wirkungsgradverschlechterung.A screw compressor of the type mentioned is from DE-29 34 065 A1 known. The intermeshing screws are included a constant increase in the inner diameter in the direction of conveyance and accordingly a steady decrease in the outer diameter as well the inside of the housing, resulting in a compression of the compressible medium already during the promotion. The of the manufacture of the apparently inexpensive conical shape of the interacting parts has the disadvantage, however, that the ratio of radial thermal expansion to axial Thermal expansion changes constantly over the length of the screws, because there is a defined radial at every point of the screws Thermal expansion takes place, which takes place simultaneously axial thermal expansion of the screws but over their entire Add length. This results in a continuous course of Increase in diameter of the inside of the housing at one Arrangement of the fixed bearing in the area of the largest diameter that the screws are pushed into the conical housing in the sense that they can get stuck, or the gaps between the Screws and the inside of the case must be chosen as large be that this is avoided, but the efficiency worsened accordingly at the same time. The fixed camp is located on the other hand, on the side of the smallest diameter of the housing the screws are pushed out of this housing so that due to the conical design, the gap width between Screws and housing increases. This also leads to an un beneficial deterioration in efficiency.
Nicht zuletzt aufgrund dieser Nachteile haben sich Schrauben verdichter gemäß DE-29 34 065 C1 in der Praxis nicht durchgesetzt, sondern nach wie vor sind praktisch ausschließlich Schrauben verdichter mit über die Länge der Schraube gleichbleibenden Durchmesserverhältnissen im Handel und im Gebrauch, bei denen auf eine innere Verdichtung schon im Verlauf der Schrauben verzichtet werden muß.Not least because of these disadvantages, screws compressors according to DE-29 34 065 C1 not implemented in practice, but are still practically exclusively screws compressor with constant over the length of the screw Diameter ratios in trade and in use, on which internal compression is already omitted in the course of the screws must become.
Es besteht deshalb die Aufgabe, einen Schraubenverdichter der eingangs erwähnten Art mit innerer Verdichtung zu schaffen, bei welchem trotz der Zunahme des Innendurchmessers der Schrauben in Förderrichtung über die gesamte Länge der Schraube günstige, insbesondere weitestgehend gleichbleibende Spaltweiten realisiert werden können.There is therefore the task of a screw compressor to create the kind mentioned at the beginning with inner compression which despite the increase in the inside diameter of the screws in Conveying direction favorable over the entire length of the screw, in particular largely constant gap widths realized can be.
Zur Lösung ist der eingangs erwähnte Schraubenverdichter für kompressible Medien dadurch gekennzeichnet, daß die Zunahme des inneren Schraubendurchmessers und die entsprechende Abnahme des äußeren Schraubendurchmessers und des Querschnittes der Innenseite des Gehäuses überproportional zur Länge der Schraube entsprechend der Zunahme des Temperaturniveaus in Förderrichtung ist.The screw compressor mentioned at the beginning is for the solution compressible media characterized in that the increase in inner screw diameter and the corresponding decrease in outer screw diameter and the cross section of the inside of the housing disproportionately to the length of the screw is the increase in the temperature level in the conveying direction.
Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die größte Zunahme des inneren Schraubendurchmessers mit der entsprechenden größten Abnahme des Durchmessers der Innenseite des Gehäuses im Bereich des Festlagers der Schrauben angeordnet ist, wo sich der Auslaß für das komprimierte Medium oder Gas befindet. Entsprechend klein sind die Änderungen des inneren, des äußeren Schraubendurchmessers und des Durchmessers der Innenseite des Gehäuses am entgegengesetzten Ende der Schraube, wo eine solche Änderung sogar bis auf Null herabgehen kann, so daß dort unter Umständen sogar die Innenseite des Gehäuses und die Außenseite der Schraube praktisch parallel zur Rotationsachse verlaufen. Da die in axialer Richtung erfolgende Wärmedehnung vom Festlager ausgehend sich zu den Enden der Schrauben hin addiert, bei denen die Durchmesseränderung am geringsten ist, wo gleichzeitig auch die radiale Wärmeausdehnung am geringsten ist, können Spaltweiten mit üblichen Toleranzen ausreichen, um ein Verklemmen zwischen den Außenseiten der Schrauben und der Innenseite des Gehäuses zu vermeiden. Da in diesem Bereich größter axialer Wärmebewegungen der Schrauben kaum oder keine Durchmesseränderungen vorgesehen sind, wird also die Gefahr eines Verklemmens vermieden. Da die axiale Bewegung der Schrauben relativ zum Gehäuse aufgrund von Wärmedehnungen zum Festlager hin abnimmt, kann in dieser Richtung die Durchmesserzunahme entsprechend ansteigen bzw. durch eine solche überproportionale Durchmesserzunahme des inneren Schraubendurch messers mit entsprechender Abnahme des Durchmessers der Innenseite des Gehäuses kann der Schraubenkompressor bestmöglich an die durch die Wärmedehnungen an verschiedenen Stellen der Schrauben auftretenden relativen Bewegungen angepaßt werden, so daß praktisch an allen Stellen der Schrauben trotz der Wärmeausdehnung weitest gehend gleichbleibende Spaltweiten beibehalten werden. Der Erfindung liegt also die Erkenntnis zugrunde, daß durch eine überproportionale Änderung der Durchmesser in Förderrichtung die durch den Temperatur verlauf und das sich ändernde Temperaturniveau zu erwartenden Wärmeausdehnungen in einer Weise kompensiert werden können, daß die Spaltweiten innerhalb gewünschter Werte bleiben. Somit kann die angestrebte innere Verdichtung realisiert werden, ohne daß mit Wirkungsgradverlusten oder gar Berührungen zwischen den Schrauben und der Innenseite des Gehäuses gerechnet werden muß. Dabei kann die Krümmung der Zunahme des inneren Schraubendurchmessers je nach Temperaturverlauf, aber auch je nach verwendetem Werkstoff angepaßt und berechnet und/oder durch Versuche bestimmt werden.This measure ensures that the greatest increase in inner screw diameter with the corresponding largest decrease the diameter of the inside of the housing in the area of Fixed bearing of the screws is arranged where the outlet for the compressed medium or gas is located. Are accordingly small changes in the inner, outer screw diameter and of the diameter of the inside of the housing on the opposite End of the screw where such a change even down to zero can go down, so that there may even be the inside of the housing and the outside of the screw practically parallel run to the axis of rotation. Because the one in the axial direction Thermal expansion from the fixed bearing to the ends of the screws added together where the diameter change is the smallest, where at the same time the radial thermal expansion is lowest, gap widths with usual tolerances are sufficient to achieve a Jamming between the outside of the screws and the inside to avoid the housing. Because in this area largest axial Little or no thermal changes in the diameter of the screws are provided, the risk of jamming is avoided. Because of the axial movement of the screws relative to the housing from thermal expansion to the fixed bearing can decrease in this direction the increase in diameter increases accordingly or by such disproportionate increase in diameter of the inner screw diameter knife with a corresponding decrease in the diameter of the inside the screw compressor can be connected to the housing as best as possible the thermal expansion at different points of the screws Occurring relative movements are adjusted so that practical as far as possible at all points of the screws despite the thermal expansion constant gap widths are maintained. The invention is based on the knowledge that through a disproportionate Change in the diameter in the conveying direction by the temperature course and the changing temperature level to be expected Thermal expansion can be compensated in such a way that the gap widths remain within the desired values. So can the desired inner compression can be realized without using Loss of efficiency or even contact between the screws and the inside of the housing must be counted. It can the curvature of the increase in the internal screw diameter depending on Temperature curve, but also adapted depending on the material used and calculated and / or determined by tests.
Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht noch darin, daß die Schrauben im Bereich der Festlager ihre größte radiale Ausdehnung und damit ihr größtes Trägheitsmoment haben, so daß sowohl bei einer fliegenden Lagerung als auch bei einer Lagerung mit einem Loslager im Bereich des Einlasses des zu komprimierenden Mediums hinsichtlich eventueller Biegeverformungen die günstigsten Verhältnisse bestehen und solche Verbiegungen der Schrauben auf ein Mindestmaß reduziert bleiben.Another advantage of this arrangement is that the Bolts in the area of the fixed bearing their greatest radial expansion and thus have their greatest moment of inertia, so that both at one flying storage as well as storage with a floating bearing in the area of the inlet of the medium to be compressed with regard to possible bending deformations the most favorable conditions exist and such bending of the screws is reduced to a minimum stay.
Eine besonders gute Anpassung an die sich in Förderrichtung ändernde Auswirkung der Wärmedehnung aufgrund der Zunahme des Temperaturni veaus kann erreicht werden, wenn die Mantellinien entlang dem inneren Schraubendurchmesser der Schrauben einerseits und entlang dem äußeren Schraubendurchmesser und der Innenseite des Gehäuses andererseits stetig und nicht linear, insbesondere bogenförmig, zum Beispiel gemäß einer Exponentialfunktion - mit in Förderrichtung zunehmender Steigung - gekrümmt sind. Dies führt zu einer kontinuierlichen Zunahme der Vergrößerung des inneren Schraubendurchmessers mit entsprechender Anpassung an die in dieser Richtung auch erfolgende innere Verdichtung und den daraus resultierenden Temperaturanstieg, dessen Auswirkungen auf die Wärmedehnung aufgrund der Bogenform der Mantellinien derart kompensiert werden kann, daß die Spaltweiten zwischen Schrauben und Gehäuse in Förderrichtung während des Betriebes praktisch unverändert und an allen Stellen der Schrauben etwa gleich groß bleiben.A particularly good adaptation to the changing in the conveying direction Effect of thermal expansion due to the increase in temperature veaus can be achieved if the surface lines run along the inner Screw diameter of the screws on the one hand and along the outer Screw diameter and the inside of the housing on the other hand steady and not linear, especially arcuate, for example according to an exponential function - with increasing in the conveying direction Slope - are curved. This leads to a continuous Increase in the enlargement of the inner screw diameter with corresponding adaptation to that also taking place in this direction internal compression and the resulting rise in temperature, its effects on thermal expansion due to the arch shape the surface lines can be compensated so that the gap widths between screws and housing in the conveying direction during the Operation practically unchanged and at all points of the screws stay about the same size.
Aus fertigungstechnischen Gründen kann es jedoch zweckmäßig sein, wenn zumindest die Durchmesserverkleinerung der Innenseite des Gehäuses - und vorzugsweise die entsprechenden Durchmesserver änderungen der Schrauben - in Förderrichtung mehrere Abschnitte aufweisen, deren Mantellinien jeweils geradlinig, aber in Förderrichtung unter zunehmendem Winkel gegenüber der jeweiligen Rotationsachse der zugehörigen Schraube angeordnet sind. Dadurch kann die Herstellung gegenüber der strömungstechnisch günstigeren kontinuierlichen Zunahme der Krümmung in Förderrichtung einfacher gestaltet werden. Dies gilt um so mehr, wenn auch die Durchmesserver größerung des inneren Schraubendurchmessers einerseits und die entsprechende Verkleinerung des äußeren Schraubendurchmessers andererseits in gleicher Weise in solchen Abschnitten mit jeweils geradlinig verlaufenden Mantellinien vorgesehen ist. For manufacturing reasons, however, it can be useful if at least the reduction in diameter of the inside of the Housing - and preferably the corresponding diameter ver Changes to the screws - several sections in the conveying direction have, whose surface lines each straight, but in Direction of conveyance at increasing angles to the respective Rotation axis of the associated screw are arranged. Thereby the production can be compared to the more fluidly favorable continuous increase in curvature in the conveying direction easier be designed. This applies all the more, even if the diameter ver enlargement of the inner screw diameter on the one hand and the corresponding reduction in the outer screw diameter on the other hand in the same way with such sections rectilinear surface lines is provided.
Dabei können die geradlinigen Abschnitte beispielsweise abgeleitete Tangentenstücke an einen bogenförmigen Verlauf, wie er vorstehend schon erwähnt wurde, beispielsweise an einen Verlauf gemäß einer Exponentialfunktion, sein. Dadurch wird trotz der Unterteilung in einzelne etwa geradlinige Mantelabschnitte eine bestmögliche Anpassung an die anzustrebende Durchmesseränderung entsprechend der Zunahme des Temperaturniveaus erreicht. Zweckmäßig ist es dabei, wenn die Übergänge zwischen Abschnitten mit geradlinigen Mantellinien gekrümmt oder gerundet sind.The straight-line sections can be derived, for example Tangent pieces on an arcuate course, as above has already been mentioned, for example on a course according to a Exponential function. This means that despite the subdivision into individual, approximately straight jacket sections a best possible Adaptation to the desired change in diameter accordingly the increase in temperature level reached. It is useful if the transitions between sections with rectilinear surface lines are curved or rounded.
In all diesen Fällen bleiben die erfindungsgemäßen Vorteile erhalten, daß nämlich die Spaltverluste zwischen Schrauben und Gehäuse minimiert werden können. Es kann nämlich bei der Auslegung der Schrauben und des Gehäuses berücksichtigt werden, daß die Wärmeausdehnung der Schrauben entlang der Achse vom Festlager aus gesehen mehr und mehr zunimmt, der Betrag der radialen Ausdehnung aber annähernd konstant bleibt. Es wird gemäß der Erfindung berücksichtigt, daß für die Gesamtausdehnung, die sich aus diesen beiden Komponenten - einerseits in axialer und andererseits in radialer Richtung - ergibt Richtung und Betrag ändern. Die Beachtung dieser physikalischen Gegebenheiten durch die überproportionale - Durchmesseränderung im Verlauf der Schrauben erlaubt eine Minimierung des Spaltes zwischen Schrauben und Gehäuse vom Festlager aus in der Weise, daß trotz einer sich über die Schraubenlängen auch ändernden Temperatur ein überwiegend konstanter Spalt zwischen Schrauben und Gehäuse erhalten bleibt. Somit kann mit optimaler Spaltweiteneinstellung eine innere Verdichtung und eine Vor verdichtung schon während der Förderung durch die Schrauben erreicht werden, so daß eine Pulsation deutlich reduziert wird.In all these cases, the advantages according to the invention are retained. that namely the gap losses between screws and housing can be minimized. It can namely in the interpretation of the Screws and the housing take into account that the Thermal expansion of the screws along the axis from the fixed bearing seen more and more increases, the amount of radial expansion but remains approximately constant. It is according to the invention takes into account that for the total extent resulting from these two components - on the one hand in axial and on the other hand in radial direction - results in changing direction and amount. The attention of these physical conditions through the disproportionate - Diameter changes in the course of the screws allow minimization the gap between screws and housing from the fixed bearing in the way that despite one over the screw lengths too changing temperature a predominantly constant gap between Screws and housing are preserved. Thus, with optimal Gap width adjustment an inner compression and a front compression achieved during the conveyance by the screws be so that a pulsation is significantly reduced.
Ferner eröffnet die Erfindung die Möglichkeit, bei einer im Laufe der Zeit erfolgenden Verschlechterung des Wirkungsgrades durch zunehmende Spaltverluste, die zum Beispiel durch Abnutzungen der Schraube und des Gehäuses entstehen können, die Schrauben in axialer Richtung nachzustellen und sie dabei innerhalb des Gehäuses mehr zum Festlager hin, also in Richtung der Abnahme des Durchmessers der Innenseite des Gehäuses, zu verstellen, wodurch der Spalt wieder vermindert wird. Dies erspart einen kompletten Austausch der Schrauben.Furthermore, the invention opens up the possibility of one in the course deterioration in efficiency over time increasing gap losses caused, for example, by wear of the Screw and the housing can arise, the screws in axial Readjust direction and it more within the housing towards the fixed bearing, i.e. in the direction of the decrease in diameter the inside of the case, adjusting it, creating the gap again is reduced. This saves a complete exchange of the Screws.
Es sei erwähnt, daß die Mantellinien entlang dem inneren und äußeren Schraubendurchmesser - und somit auch der Innenseite des Gehäuses - im Einlaßbereich des Schraubenverdichters parallel zur jeweiligen Rotationsachse ausgebildet sein können und sich mit diesem Verlauf vorzugsweise über mehrere Windungen erstrecken können. Es ist also möglich, die Steigung der Zunahme des inneren Schraubendurchmessers und demgemäß der Abnahme des äußeren Schraubendurchmessers und des Durchmessers der Innenseite des Gehäuses gewissermaßen bei Null anfangen zu lassen und diesem Anfang unter Umständen sogar noch einen Bereich mit Schraubenabschnitten gleichbleibendem Durchmessers vorzuschalten, falls das zu befördernde und zu komprimierende Medium und die angestrebten Druckverhältnisse dies als vorteilhaft erscheinen lassen. Eine durch Wärmeausdehnungen bewirkte axiale Verstellung dieses Anfangsbereiches der Schrauben führt dann gar nicht mehr zu irgend einer Änderung der Spaltweite, zumal auch eine radiale Wärmeausdehnung in diesem Anfangsbereich aufgrund der zunächst sehr geringen Temperaturdifferenz gegenüber der Umgebungs temperatur nicht oder nicht in nennenswertem Umfange zu erwarten ist.It should be noted that the generatrices along the inner and outer Screw diameter - and thus also the inside of the housing - in the inlet area of the screw compressor parallel to the respective Rotation axis can be formed and with this course can preferably extend over several turns. So it is possible the slope of the increase in the internal screw diameter and accordingly the decrease in the outer screw diameter and the Diameter of the inside of the housing to a certain extent at zero to let it begin and possibly even this beginning an area with screw sections of constant diameter upstream if the medium to be transported and compressed and the desired pressure ratios this as advantageous let appear. An axial caused by thermal expansion Adjustment of this initial area of the screws then leads no longer any change in the gap width, especially one radial thermal expansion in this initial area due to the initially very small temperature difference compared to the surrounding temperature or not to be expected to any appreciable extent is.
Sowohl bei Kombination einzelner oder mehrerer der vorbeschriebenen Merkmale und Maßnahmen ergibt sich die Möglichkeit, die Schrauben einerseits und das Gehäuse andererseits aus Werkstoffen unter schiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten zu fertigen, um dadurch ebenfalls die Zunahme des Temperaturniveaus in Förderrichtung in dem Sinne zu berücksichtigen, daß die Spaltweite möglichst gering gewählt werden kann und außerdem die überproportionalen Durchmesser änderungen an den Schrauben und der Innenseite des Gehäuses auch materialspezifisch ausgelegt werden können. Both when combining one or more of the above Features and measures gives the possibility of the screws on the one hand and the housing on the other hand made of materials to produce different coefficients of thermal expansion, thereby also the increase in the temperature level in the conveying direction in to take into account the fact that the gap width is as small as possible can be selected and also the disproportionate diameter Changes to the screws and the inside of the case too can be designed specifically for the material.
Die Schrauben einerseits und das Gehäuse andererseits können also aus verschiedenen Werkstoffen und dabei die Schrauben beispielsweise aus Kunststoff oder Keramik und das Gehäuse aus Metall bestehen, was wiederum der Fertigung entgegenkommt. Ferner lassen sich dabei Werkstoffpaarungen finden, bei denen die Unterschiede der Temperaturen der Schrauben gegenüber denen des Gehäuses so berücksichtigt werden können, daß dennoch Wärmedehnungen insbesondere in axialer Richtung nicht zu sehr differieren oder sogar gleich groß ausfallen. Ferner können solche Werkstoff fertigungstechnische Vorteile haben, weil beispielsweise Fließ- oder Spritzgießverfahren eingesetzt werden können. Ferner kann durch solche Werkstoffwahlen eine Gewichtsverminderung erreicht werden.The screws on the one hand and the housing on the other hand can made of different materials and the screws for example made of plastic or ceramic and the housing made of metal, which in turn accommodates manufacturing. Furthermore, Find material pairs in which the differences of Temperatures of the screws compared to those of the housing can be taken into account that thermal expansion in particular not differ too much in the axial direction or even the same turn out big. Such material can also be used in production engineering Have advantages because, for example, flow or injection molding processes can be used. Furthermore, through such choice of materials weight reduction can be achieved.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zur Vergrößerung der Steigerung der inneren Verdichtung des kompressiblen Mediums noch während seiner Beförderung durch die Schrauben kann darin bestehen, daß zusätzlich zur Vergrößerung des inneren Schraubendurchmessers bei gleichzeitiger Verkleinerung des äußeren Schraubendurchmessers und der Innenseite des Gehäuses die Steigung der Schrauben in Förderrichtung insbesondere kontinuierlich abnimmt oder die Schrau ben in Förderrichtung hintereinanderliegend Abschnitte mit jeweils gegenüber dem vorhergehenden Abschnitt kleinerer Steigung haben. Dies führt zu einer noch stärkeren Verminderung der das Medium aufnehmenden Räume in Förderrichtung, also einer entsprechend stärkeren Verdichtung schon im Bereich der miteinander kämmenden Schrauben.Another embodiment of the invention to enlarge the Increasing the internal compression of the compressible medium during its transportation through the screws may consist of that in addition to increasing the internal screw diameter with simultaneous reduction of the outer screw diameter and the inside of the case the pitch of the screws in Direction of delivery in particular decreases continuously or the screw ben in the conveying direction of successive sections with each have a smaller slope than the previous section. This leads to an even greater reduction in the medium receiving rooms in the direction of conveyance, i.e. one corresponding stronger compression already in the area of the intermeshing Screws.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Schrauben und der Innenseite des Gehäuses erlaubt eine zweckmäßige Ausgestaltung dahingehend, daß die Schrauben insbesondere ausgehend von der Seite der Festlager in axialer Richtung verstellbar und dadurch die Spaltweite einstellbar sein können. Dies gestattet die schon erwähnte Nachstellung beispielsweise bei Abnutzungen.The inventive design of the screws and the inside the housing allows a practical design in that that the screws in particular starting from the side of the fixed bearing adjustable in the axial direction and thereby the gap width can be adjustable. This allows the one already mentioned Adjustment, for example in the event of wear.
Beispielsweise kann zwischen der Außenseite des Festlagers und dem Gehäuse eine das Festlager übergreifende Einstellbuchse angeordnet sein, die mit dem Festlager zusammen relativ zu dem Gehäuse in axialer Richtung verstellbar und festlegbar sein kann. An einer solchen Einstellbuchse können entsprechende, in axialer Richtung wirkende Einstellschrauben angreifen, so daß über diese axiale Verstellung der Festlager auch die davon gehaltenen Schrauben in axialer Richtung mitverstellt werden können.For example, between the outside of the fixed bearing and the Housing an adjusting bush arranged across the fixed bearing be together with the fixed bearing relative to the housing axial direction can be adjustable and fixable. At a such adjusting bush can be corresponding, in the axial direction attack the adjusting screws so that they are axial Adjustment of the fixed bearing also the screws held in it axial direction can also be adjusted.
Insgesamt ergibt sich vor allem bei Kombination einzelner oder mehrerer der vorbeschriebenen Merkmale und Maßnahmen ein Schrauben- oder Schraubenspindelverdichter für kompressible Medien, sei es als Druck-, sei es als Vakuumpumpe, bei welchem sich der einge schlossene Raum für das kompressible Medium bei dessen Durchlauf zunehmen und überproportional zur Förderlänge verkleinert. Dies bedeutet eine Verbesserung der Verdichtung, die dabei nicht mehr nur an der letzten Windung erfolgt, und gleichzeitig eine Temperaturreduzierung bzw. auch eine bessere Verteilung der Temperatur bzw. der Erwärmung, was wiederum eine Verbesserung der Kühlung über eine größere Länge ermöglicht. Vor allem wird dadurch die vom Festlager ausgehende zunehmende Wärmeausdehnung in axialer Richtung in der Weise abhängig vom Temperaturverlauf berücksichtigt, daß die Spaltweite zwischen den Schrauben und der Innenseite des Gehäuses weitestgehend gleich bleibt, obwohl die Schrauben bei ihrer Erwärmung im Einlaßbereich die größten entsprechenden axialen Bewegungen erfahren, denn dort sind erfindungsgemäß die Durchmesser änderungen am geringsten und verringern sich praktisch asymtotisch oder sogar vollständig an einen zylindrischen Schrauben- und Gehäusebereich an, in welchem also eine Axialbewegung keinerlei Einfluß auf die Spaltweite mehr hat. Die Kurve der Durchmesser änderungen kann also so gewählt und angepaßt werden, daß zwischen diesem Bereich und dem Bereich unmittelbar benachbart zum Festlager, wo die axiale Bewegung aufgrund von Wärmedehnungen am geringsten ist, also die Durchmesseränderung am größten sein kann, ein weitestgehend gleichmäßiger Übergang der Durchmesseränderungen vorgesehen wird, der den jeweiligen Axialbewegungen also in dem Sinne Rechnung trägt, daß überall gleichbleibende Spaltweiten erreicht werden.Overall, this results especially when combining individual or several of the features and measures described above a screw or Screw compressor for compressible media, be it as a pressure, be it as a vacuum pump, in which the on closed space for the compressible medium during its passage increase and reduced disproportionately to the conveyor length. This means an improvement in compaction, which is no longer only on the last turn, and at the same time one Temperature reduction or better distribution of the Temperature or warming, which in turn is an improvement in Cooling over a greater length enables. Most of all, it will the increasing thermal expansion from the fixed bearing in axial Direction taken into account depending on the temperature curve, that the gap between the screws and the inside of the Housing remains largely the same, although the screws in their Warming in the inlet area the largest corresponding axial Experience movements, because there are diameters according to the invention Changes are the least and decrease practically asymtotically or even completely on a cylindrical screw and Housing area, in which no axial movement Has more influence on the gap width. The curve of the diameter Changes can be chosen and adjusted so that between this area and the area immediately adjacent to the fixed camp, where the axial movement is least due to thermal expansion is, so the change in diameter can be greatest, a largely uniform transition of diameter changes is provided that the respective axial movements in the The sense takes into account that the gap widths remain the same everywhere can be achieved.
Die Kühlung kann dabei im ersten Teil der Schrauben - in Förder richtung gesehen - mittels Kühlrippen an der Außenseite des Gehäuses erfolgen, während im letzten Teil der Schrauben und damit im Bereich der größten Verdichtung eine Flüssigkeitskühlung angeordnet werden kann. Ferner ergibt sich in vorteilhafter Weise, daß das Trägheits moment der Schrauben im Hauptbelastungsbereich, nämlich nahe den Festlagern, am größten ist, so daß entsprechend geringe Durch biegungen auftreten.The cooling can be in the first part of the screws - in conveyor seen direction - by means of cooling fins on the outside of the housing take place while in the last part of the screws and thus in the area liquid cooling are arranged at the highest compression can. It also advantageously results that the inertia torque of the screws in the main load area, namely near the Fixed storage, is largest, so that correspondingly low through bends occur.
Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher beschrieben.Below is an embodiment with reference to the drawing described.
Die einzige Figur zeigt einen teilweisen schematisierten Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Schraubenverdichters mit zwei parallelen, miteinander kämmenden Schrauben oder Schraubspindeln, deren innerer Schraubendurchmesser in Förderrichtung zunimmt, während der äußere Schraubendurchmesser sowie der Durchmesser der Innenseite des Gehäuses in dem gleichen Maße abnimmt, wie dieser innere Schraubendurchmesser zunimmt.The only figure shows a partially schematic Longitudinal section of a screw compressor according to the invention two parallel meshing screws or Screw spindles whose inner screw diameter is in Delivery direction increases while the outer screw diameter and the diameter of the inside of the housing in the diminishes to the same extent as this inner screw diameter increases.
Eine im ganzen mit 1 bezeichneter Schraubenverdichter für kompressive Medien hat zwei um parallele Achsen 2 und 3 gegensinnig drehbare und miteinander kämmende Schrauben 4 und 5, die an einer gemeinsamen Seite jeweils von einem sie auch axial festlegenden Festlager 6, in folgenden Festlager 6 genannt, gehalten und von der Innenseite 7 eines Gehäuses 8 bis auf einen Spaltabstand dicht umschlossen sind, wobei der in der Zeichnung nur bezüglich eines Kanalabschnittes dargestellte Auslaß 9 des komprimierten Mediums im Bereich der Festlager 6 angeordnet ist. Im Bereich des in der Zeichnung aufgrund des Schnittverlaufes nicht sichtbaren Eintrittes in den Schrauben verdichter 1 erkennt man im Ausführungsbeispiel jeweils Lager 10, die eine Axialbewegung zulassen. Diese Loslager 10 können bei fliegender Lagerung der Schrauben 4 und 5 entfallen.A whole by 1, designated screw compressor for compressive media has two about parallel axes 2 and 3 counter-rotating and intermeshing screws 4 and 5, each of them called on a common side of an axially defining fixed bearing 6 in the following fixed bearing 6 held and are tightly enclosed from the inside 7 of a housing 8 to a gap distance, the outlet 9 of the compressed medium shown in the drawing only with respect to a channel section being arranged in the region of the fixed bearing 6 . In the area of the inlet in the screw compressor 1 , which is not visible in the drawing due to the course of the cut, bearings 10 can be seen in the exemplary embodiment which permit axial movement. These floating bearings 10 can be dispensed with if the screws 4 and 5 are stored on the fly.
Vor allem wird anhand der Zeichnung deutlich, daß der innere Schraubendurchmesser der beiden Schrauben 4 und 5 in Förderrichtung, also vom Bereich der Lager 10 zu den Festlagern 6 und dem Auslaß 9 hin, jeweils zunimmt und der äußere Schraubendurchmesser, also der Durchmesser der Windungen 11 der Schrauben 4 und 5, sowie der Durchmesser der Innenseite 7 des Gehäuses 8 in dem Maße in Förderrichtung abnimmt, in welchem der innere Schraubendurchmesser zunimmt. Wie deutlich erkennbar, wird dadurch erreicht, daß die Schraubengänge und Windungen 11 über die gesamte Förderstrecke mit dem üblichen geringen Spaltabstand oder gegebenenfalls sich berührend miteinander kämmen und ebenso an der Außenseite gegenüber der Innenseite 7 des Gehäuses 8 nur der Spaltabstand beziehungsweise ein geringes Spiel besteht, welches aber zur Abdichtung zwischen Einlaß und Auslaß 9 aufgrund der relativ großen Zahl von Windungen 11 für eine gute Abdichtung sorgt.Above all, it is clear from the drawing that the inner screw diameter of the two screws 4 and 5 increases in the conveying direction, i.e. from the area of the bearings 10 to the fixed bearings 6 and the outlet 9 , and the outer screw diameter, that is to say the diameter of the turns 11 the screws 4 and 5 , and the diameter of the inside 7 of the housing 8 decreases to the extent in the conveying direction in which the inner screw diameter increases. As can be clearly seen, the result is that the screw threads and turns 11 mesh with one another over the entire conveying path with the usual small gap spacing or, if appropriate, touching each other and likewise there is only the gap spacing or a slight play on the outside relative to the inside 7 of the housing 8 , but which provides a good seal for sealing between inlet and outlet 9 due to the relatively large number of turns 11 .
Es ist also eine Profiländerung entlang den Längsachsen 2 und 3 in dem Sinne vorgesehen, daß schon auf diesem Förderweg eine "innere" Verdichtung des kompressiblen Mediums erfolgt, da sich beim Durchlauf des kompressiblen Mediums der eingeschlossene Raum, in welchem sich dieses Medium befindet, vorzugsweise stetig, verkleinert. Somit erfolgt auch eine Vergleichmäßigung des insbesondere durch die Kompression bewirkten Temperaturanstieges.There is therefore a change in profile along the longitudinal axes 2 and 3 in the sense that an "inner" compression of the compressible medium takes place already on this conveying path, since the enclosed space in which this medium is located is preferably when the compressible medium passes through steady, downsized. The temperature rise caused in particular by the compression is thus also equalized.
Vor allem wird aus der Zeichnung deutlich, daß der größere Querschnitt beziehungsweise das größere Trägheitsmoment der Schrauben 4 und 5 im Bereich der Festlager 6 erreicht wird, was einer Durchbiegung in diesem Bereich der größten Belastung in vorteilhafter Weise entgegenwirkt. Above all, it is clear from the drawing that the larger cross section or the greater moment of inertia of the screws 4 and 5 is achieved in the area of the fixed bearing 6 , which advantageously counteracts deflection in this area of the greatest load.
Die Zunahme des inneren Schraubendurchmessers und die entsprechende Abnahme des äußeren Schraubendurchmessers und des Querschnittes der Innenseite 7 des Gehäuses 8 kann dabei überproportional zur Länge der Schrauben 4 und 5 entsprechend der Zunahme des Temperatur niveaus gewählt sein. Dadurch kann die Abmessung des Spaltes zwischen dem Außendurchmesser der Schrauben 4 und 5 und der Gehäuseinnenseite 7 über die gesamte Schraubenlänge so klein wie möglich gehalten, also der Wirkungsgrad des Verdichters 1 gesteigert werden. Die Abmessung diesem Spaltes ist so gering, daß sie in der Zeichnung nicht sichtbar ist.The increase in the inner screw diameter and the corresponding decrease in the outer screw diameter and the cross section of the inside 7 of the housing 8 can be chosen disproportionately to the length of the screws 4 and 5 according to the increase in temperature level. As a result, the dimension of the gap between the outside diameter of the screws 4 and 5 and the inside of the housing 7 can be kept as small as possible over the entire screw length, that is to say the efficiency of the compressor 1 can be increased. The dimension of this gap is so small that it is not visible in the drawing.
Im Ausführungsbeispiel wird vor allem am Längsschnitt des Gehäuses 8 deutlich, daß die Mantellinien entlang der Innenseite 7 der Gehäusewandung bogenförmig, zum Beispiel etwa parabelförmig mit zum Auslaß 9 hin zunehmender Krümmung gekrümmt sind. In ent sprechender Weise sind Mantellinien entlang dem inneren Schrauben durchmesser und entlang dem äußeren Schraubendurchmesser gekrümmt, um wiederum eine Anpassung an den zu erwartenden Temperaturverlauf und eine entsprechend überproportionale innere Verdichtung zu erzielen.In the exemplary embodiment, it is clear above all from the longitudinal section of the housing 8 that the surface lines along the inside 7 of the housing wall are curved, for example approximately parabolically, with increasing curvature toward the outlet 9 . In a corresponding manner, surface lines along the inner screw diameter and along the outer screw diameter are curved, in order in turn to achieve an adaptation to the expected temperature profile and a correspondingly disproportionate internal compression.
Denkbar wäre allerdings insbesondere aus fertigungstechnischen Gründen auch, die Durchmesserverkleinerung der Innenseite des Gehäuses in Förderrichtung stetig und geradlinig oder aber in mehreren Abschnitten erfolgen zu lassen, wobei bei einer abschnitts weisen Durchmesserverkleinerung die Mantellinien zwar jeweils geradlinig in Förderrichtung aber unter zunehmenden Winkel gegenüber der jeweiligen Drehachse 2 oder 3 der zugehörigen Schraube 4 oder 5 erfolgen kann. Dabei könnten die Übergänge zwischen solchen Abschnitte allerdings gekrümmt oder gerundet sein.However, it would also be conceivable, in particular for manufacturing reasons, to have the diameter reduction of the inside of the housing steady and straight in the conveying direction or in several sections, with a section-wise diameter reduction, the surface lines each being rectilinear in the conveying direction but at increasing angles with respect to the respective axis of rotation 2 or 3 of the associated screw 4 or 5 can be done. However, the transitions between such sections could be curved or rounded.
Die Schrauben 4 und 5 und/oder ihr Gehäuse 8 können ganz oder teilweise aus Kunststoff bestehen, was der Fertigung entgegenkommt und aufgrund der günstigen Zunahme des Trägheitsmomentes auch aus Festigkeitsgründen problemlos möglich ist. The screws 4 and 5 and / or their housing 8 can be made entirely or partially of plastic, which complies with the production and is also possible for reasons of strength due to the favorable increase in the moment of inertia.
Zumindest die jeweils äußere Schicht der Schrauben 4 und 5 könnte im Bereich des inneren Durchmessers und der Gewindegänge 11 aus Kunststoff bestehen und/oder die Innenseite 7 des Gehäuses 8 könnte mit Kunststoff beschichtet sein, um so die Durchmesserveränderungen beispielsweise im Spritzgießverfahren relativ einfach herstellen zu können.At least the respective outer layer of the screws 4 and 5 could be made of plastic in the area of the inner diameter and the threads 11 and / or the inside 7 of the housing 8 could be coated with plastic so that the diameter changes, for example in the injection molding process, can be produced relatively easily .
Es sei noch erwähnt, daß zusätzlich zur Vergrößerung des inneren Schraubendurchmessers bei gleichzeitiger entsprechender Verkleinerung des äußeren Schraubendurchmessers und der Innenseite 7 des Gehäuses 8 die Steigung der Schrauben 4 und 5 beziehungsweise ihrer Gewindegänge 11 in Förderrichtung, also zum Austritt 9 hin abnehmen, insbesondere kontinuierlich abnehmen könnte. Dadurch würde die "innere" Verdichtung noch weiter gesteigert.It should also be mentioned that in addition to increasing the inner screw diameter while simultaneously reducing the outer screw diameter and the inside 7 of the housing 8, the pitch of the screws 4 and 5 or their threads 11 decrease in the conveying direction, that is to say toward the outlet 9 , in particular continuously decrease could. This would further increase the "inner" compression.
In der Zeichnung erkennt man noch, daß im ersten Förder- und Kompressionsbereich an der Außenseite des Gehäuses 8 Kühlrippen 12 für eine Luftkühlung und im letzten Teil der Förderstrecke Flüssigkeitskanäle 13 für eine Flüssigkeitskühlung vorgesehen sind.In the drawing it can still be seen that in the first conveying and compression area on the outside of the housing 8 cooling fins 12 for air cooling and in the last part of the conveying path liquid channels 13 are provided for liquid cooling.
In der Zeichnung ist noch angedeutet, daß die Schrauben 4 und 5 im Bereich ihrer Festlager 6 in axialer Richtung verstellbar und dadurch die Spaltweite einstellbar ist. Dazu ist zwischen der Außenseite des Festlagers 6 und dem Gehäuse 8 eine das Festlager 6 übergreifende Einstellbuchse 14 angeordnet, die mit dem Festlager 6 zusammen und damit auch zusammen mit der jeweiligen Schraube 4 oder 5 relativ zu dem Gehäuse 8 in axialer Richtung verstellbar und festlegbar ist, bevorzugt mittels Einstellschrauben. Somit kann die Spaltweite nach der Montage optimiert oder auch im Laufe einer längeren Betriebszeit unter Berücksichtigung von Abnutzungen nachgestellt werden.In the drawing it is also indicated that the screws 4 and 5 can be adjusted in the axial direction in the area of their fixed bearings 6 and the gap width can thereby be adjusted. For this purpose, the fixed bearing 6 and the housing 8 is arranged a fixed bearing 6 on cross adjusting bushing 14 between the outer side of which is adjustable relative to the housing 8 in the axial direction and can be fixed with the fixed bearing 6 together, and thus also together with the respective screw 4 or 5 , preferably using adjusting screws. This means that the gap width can be optimized after installation or can be adjusted over a longer period of time, taking wear into account.
Der Schraubenverdichter 1 dient zum Verdichten kompressibler Medien, sei es um vor seinem Einlaß einen Unterdruck oder ein Vakuum und/oder hinter seinem Auslaß oder Austritt 9 einen Überdruck zu schaffen und hat dazu zwei achsparallele, gegensinnig drehbare und miteinander kämmende Schrauben 4 und 5. Der innere Schraubendurchmesser der beiden Schrauben 4 und 5 nimmt dabei in Förderrichtung überpropor tional zu, während der äußere Schraubendurchmesser dieser beiden Schrauben 4 und 5 sowie der Durchmesser der Innenseite 7 des Gehäuses 8 in dem gleichen Maße in Förderrichtung abnimmt, in welchem der innere Schraubendurchmesser zunimmt, so daß bei den üblichen gering bemessenen Spalten schon während der Beförderung durch die Schrauben 4 und 5 eine Verdichtung stattfindet und dadurch die Effektivität des Schraubenverdichters 1 gesteigert wird, ohne daß Wärmedehnungen insbesondere in axialer Richtung zu Unzuträglichkeiten bei den Spaltweiten zwischen den Schrauben 4 und 5 und der Innenseite 7 des Gehäuses 8 führen.The screw compressor 1 is used to compress compressible media, be it to create a negative pressure or a vacuum in front of its inlet and / or to create an excess pressure behind its outlet or outlet 9 , and for this purpose it has two axially parallel, counter-rotating and intermeshing screws 4 and 5 . The inner screw diameter of the two screws 4 and 5 increases proportionally in the conveying direction, while the outer screw diameter of these two screws 4 and 5 and the diameter of the inside 7 of the housing 8 decrease to the same extent in the conveying direction in which the inner screw diameter increases , so that with the usual small gaps a compression takes place during transport by the screws 4 and 5 and thereby the effectiveness of the screw compressor 1 is increased without thermal expansions, in particular in the axial direction, to intolerability in the gap widths between the screws 4 and 5 and the inside 7 of the housing 8 .
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