DE2240018A1 - Ein- oder mehrstufiger rotationskompressor - Google Patents

Description

2240073

DB. EMCH NEUGEBAITER PATENTANWALT MÜNCHEN 20, POSTFACH 31 ZWEIBaüCKENSTBASSe 10

14. August 1972

Airfina Etablissements. 9490 Vaduz

(Liechtenstein)

Ein- oder mehrstufiger Rotationskompressor

Die vorliegende Erfindung betrifft einen ein- oder mehrstufigen Rotationskompressor mit Einspritzung von Kühlmittel in den Kompressionsraum.

Es sind Rotationskompressoren in Form von Drehschieber-und Schraubenkompressoren bekannt, bei welchen zwecks Kühlung des Kompressionsmediums, OeI oder eine andere Flüssigkeit in den Kompressionsraum eingespritzt wird. Eingehende Versuche haben nun gezeigt, dass sich deren Wirkungsgrad ohne wesentlichen konstruktiven Mehraufwand verbessern lässt. In diesem Sinne zeichneb sich die vorliegende Erfindung dadurch aus, dass die Zahl der Kühlmittel-Einspritzdüsen über 20 je Kompressiona-

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stufe beträgt, und/oder falls das Verhältnis Länge zu Breite einer Düsenöffnung die Zahl 10 übersteigt, dass dessen kleinste Breite weniger als 0,1 ^F beträgt, wobei F die Summe der Einspritzflächen aller Düsen pro Kompressionsstufe ist.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden anschliessend anhand von Figuren erläutert. Dabei wird Luft als Kompressionsmedium und OeI als eingespritzte Flüssigkeit angenommen, wobei alle Betrachtungen auch auf andere Kompressionsmedien und Kühlflüssigkeiten ausgedehnt werden können. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Drehschieberkompressors mit Oelabscheidungssystem, im Schnitt nach Linie I-I der Fig. 3,

Fig. 2, 2a, 2b, 2c, 2d einen Ausschnitt aus dem Drehschieberkompressor gemäss Fig. 1, mit Zylinder, Läufer, Oeleinspritzsystem und kombiniertem Regelventil nach Schnittlinie II-II der Fig. 3, bzw. in perspektivischer Darstellung, mit zwei unterschiedlichen Lagen des Läufers (2 und 2a), in den Ausführungen mit Einspritzdüsen (2, 2a, 2b) und Einspritzschlitzen (2c, 2d),

Pig. 3 einen Längsschnitt durch den Ausschnitt des Drehschieber-

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!compressors, gemäss Schnittlinie III-III der Pig. 2,

Fig. 4 eine sehematische Darstellung des Aufbaus eines Schraubenkorapressors mit Oelabscheidungssystem im Schnitt nach Linie IV-IV der Fig. 7, .

Pig» 5 ein Schema eines Rotationskompressors nach ISO Normen, gemäss Fig. 1 bzw. 4, gleichzeitig für Leerlauf und Vollast dargestellt,

Fig. 6, 6a, 6b, 6c, 6d einen Ausschnitt'aus dem Schraubenkompressor, teilweise in perspektivischer Darstellung, gemäss Fig. 4, mit Zylinder, Hauptläufer, Nebenläufer, Oeleinspritzsystem (auf Fig. 6a und 6c sind die Düsen nur für die Einspritzung auf den Hauptläufer eingezeichnet) und kombiniertem Regelventil nach Schnittlinie VI-VI der Fig. 9,

Fig. 7 einen Längsschnitt durch den Ausschnitt des Schraubenkompressors, gemäss Schnittlinie VII-VII der Fig. 6,

Fig. 8, 8a eine Abwicklung der Laufermantelflache des Schraubenkompressors für zwei Läuferlagen in der die Lage des Ansaugens, des Komprimierens, der Oeleinspritzung und des Luftaustritts ersichtlich ist. In Fig. 8 ist das kleinste Zellenvolumen V^, in welches noch Kühlmittel

eingespritzt wird, in Fig. 8a das kleinste geschlossene Zellenvolumen Vp ersichtlich,

Fig. 9 eine Aufsicht auf den Schraubenkompressor, gemäss Fig. 6, mit Ansaugöffnung und Oelpumpe,

Fig. 10 eine Ansicht des Schraubenkompressors gemäss Fig. 6 von hinten, mit Einspritzungsflansch, Austritt und Speisung der axialen Oelzufuhr.

In der schematischen Darstellung zum Aufbau eines Drehschieberkompressors ist in Fip;. 1 ein Gehäuseunterbau bzw, Carter 1 ersichtlich, mit welchem ein Gehäuseoberbau 3 zusammengebaut ist. Mit dem Gehäuse 1, 3 ist ein Zylinder 5 mit der Achse 6 verbunden. Ein Rotor oder Läufer 8 ist mit seiner Achse 9 exzentrisch zur Zylinderachse 6 gelagert. Der Zylinder 5 ist mit einer, bzw, mehreren Luftansaugöffnungen 11 sowie mit Luftauslassöffnungen 12 versehen. Der Läufer 8 weist ungefähr radial angeordnete Schieber 1Ί auf, welche sich, bedingt durch die Zentrifugalkraft des sich drehenden Läufers 8, an die Innenfläche des Zylinders 5 anschmiegen.

In der schematischen Darstellung zum Aufbau eines Schraubenkompressors ist in Fig. H ein Gehäuseunterbau bzw. Carter 1 ersichtlich, mit welchem ein Gehäuseoberbau 3 zusammengebaut

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ist. Mit dem Gehäuse X, 3 ist ein Doppelzylinder 105 mit den Achsen 106 und 107 verbunden. Im Doppelzylinder 105 drehen ein Hauptläufer 108 mit der Achse 106 und ein Nebenläufer 110 mit der Achse IQJ, Der Antrieb erfolgt vorzugsweise auf den Hauptläufer. Der Nebenläufer wird über Steuerzahnräder 85 (Fig. 7) angetrieben, so dass sich Haupt- und Nebenläufer nicht berühren. Bei entsprechender Schmierung ist auch der direkte Antrieb ohne Steuerzahnräder, durch das Ineinandergreifen der Zähne von Haupt- und Nebenläufer, möglich. Der Doppelzylinder 105 ist mit einer in diesem Schnitt nicht sichtbaren Luftansaugöffnung und einer Luftaustrittsöffnung 12 versehen.

Sowohl beim Drehschieber- als auch beim Schraubenkompressor (Fig. 1 bzw. 4) ist ferner im Gehäuse 1, 3 eine erste Filterscheibe l6, z.B. aus Filz, mit relativ grosser Filterfläche und zugehöriger Oelgrube 15 ersichtlich, der ein Metallgewebe 18 zum Auffangen grosser, an der Scheibe 16 gebildeter Tropfen nachgeschaltet ist. Diesem Filter 18 folgt, in Richtung der strömenden Luft gesehen, eine zweite Filterscheibe, deren Fläche in einen äusseren Ringteil 20 und in einen inneren Ringteil 21 unterteilt ist. Die zugehörigen Oelgruben 17 bzw. 19 sind ebenfalls ersichtlich. Dem äusseren Ringteil 20 nachgeschaltet ist ein Metallgewebefilter 22, nach welchem der innere Ringteil 21 der zweiten Filterscheibe zu durchströmen ist, gefolgt von einem Auslasskanal 2^ und einem Rückschlagventil

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25 sowie einem Pressluftanschlusstutzen 26. Die Oelgruben 15» 17 und 19 sind über eine Rückführleitung 43 (Pig. 3, 5) mit dem Ansaugraum des Kompressors verbunden.

Das vom Kompressor geförderte Oe1-Luftgemisch gelangt ins Carter 1, in welchem sich das OeI unten absetzt, die Fressluft jedoch oben abströmt und in den nachgeschalteten Filtern 16, 18, 20, 21 und 22 gereinigt wird. Anschliessend strömt die Luft durch das Rückschlagventil 25, welches einem Luftkühler 28 (Pig, 5) vorgeschaltet ist. Das OeI dagegen gelangt zwecks Kühlung in einen Oelkühler 27 und dann über ein kombiniertes Regelventil 33 durch Düsen 5¹*» 55 (Bohrungen oder Sehlitzen) in den Kompressionsraum.

Qemäss Fig. 2 bzw. 6 strömt die angesaugte Frischluft bzw. das angesaugte Gas über das kombinierte Mehrfachfunktion-Regelventil 33 in eine Ventilkammer 32.

Am Eintritt zu dieser Ventilkammer 32 ist ein Ventilsitz 3¹J eingesetzt. Zum kombinierten Regelventil 33» welches "AUF/ZU" regelt (es könnte grundsätzlich auch kontinuierlich geregelt werden, durch Drosselung der angesaugten Frischluft und bei Schraubenkompressoren auch mittels interner Luftumwälzung) gehört ferner ein Ventilteller 35 mit einem Ventilschaft 36. Dessen freies Ende ist mit einem Steuerkolben 38 in einem

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euerzylindei

Steuerzylinder 37 verbunden. Das freie Ende des Steuerzylinders 37.trägt einen Druckmittelanschluss 4o (normalerweise Druckluft). Im Steuerkolben 38 ist ein Einsatz 42 vorgesehen.

Die Versorgung mit in den Kompressionsraum einzuspritzendem Kühlöl (es kann auch eine andere Flüssigkeit sein, z.B. Wasser) erfolgt aus dem als Oelbehälter ausgebildeten Carter 1, welches unter dem Endkompressionsdruck steht und welchem über eine Leitung und den Kühler 27 (Fig. 5) das OeI entnommen wird. Dabei kann zwecks Erhöhung des Oeldruckes eine Pumpe 86 verwendet werden. Das OeI gelangt anschliessend in eine Kammer 48 (Fig. 2 und 6) von wo es durch einen Ventilsitz 50 in eine Oelvorkammer 52 strömt. Das eine Ende des Steuerkolbens 38 ist als Ventilkörper ausgebildet, welcher den Durchlass zwischen der Kammer 48 und der Oelvorkammer 52 steueit. Aus der Oelvorkammer 52 führen Bohrungen 53, welche in Düsen 54 oder 55 enden, ins Innere des Zylinders 5 bzw. 105. Bei der vorerwähnten Ausführung mit kreisförmigen Einspritzdüsen sind diese Düsen in relativ dichten Reihen (Fig. 2, 2a, 2b und 3 bzw. 6, 6a, 6b) wie die Büschel einer Bürste angeordnet, wodurch eine gut verteilte, gleichmässige Oelaufgabe in die komprimierte Luft im Kompressionsraum 56 erfolgt. Das OeI kann auch durch schlitzförmige Düsen 55 (Fig. 2c, 2d bzw. 6c, 6d) zugeführt werden.

Falls man mit höheren Druckverhältnissen pro Stuf<=> (z.B. 8)

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arbeitet, ist eine gute Kühlung unerlässlich, um zu vermeiden, dass die Lufttemperatur während der Kompression zu hoch steigt; dem hohe: Lufttemperaturen bedingen einen schlechten Wirkungsgrad, eine hohe thermische Beanspruchung des OeIs, eine ungleichmässige Temperaturverteilung innerhalb des Kompressors usw. Die bisherigen Kompressoren mit Flüssigkeitseinspritzung sind so gestaltet, dass man durch eine relativ kleine Anzahl Düsen die Kühlflüssigkeit möglichst vor dem Kompressionsvorgang einspritzt, um eine möglichst hohe Druckdifferenz Oel-Luft zum Einspritzen auszunützen. Man ging von der Ueberzeugung aus, dass sich ein Oelnebel bilden würde, der dank seiner intimen Vermischung mit der Luft und der kleinen Tropfengrösse die während der Kompression der Luft erzeugte Wärme aufnehmen sollte. Dieser Schluss wurde scheinbar durch die Messung relativ tiefer Lufttemperaturen am Austritt des Kompressors bzw. der Kompressionsstufe bestätigt.

Es wurde nun erkannt, dasscUrch eine solche Einspritzung infolge des relativ niedrigen Einspritzdruckes und des relativ grossen Durchmessers der Einspritzdüsen der gewünschte Oelnebel nicht entsteht, sondern dass der grösste Teil der Flüssigkeitsmenge in relativ grobe Tropfen übergeht, welche der Luftbewegung nur schlecht zu folgen vermögen und daher sofort ausgeschieden werden. Wenn die Kühlflüssigkeit nur am Anfang der Kompression eingespritzt wird, befindet sich an der Stelle, wo höhere

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Drücke herrschen und somit infolge höherer Lufttemperatur ein intensiver Wärmeaustausch möglich ist, praktisch keine Vermischung von OeI und Luft mehr. Die Lufttemperatur wird dort entsprechend hoch, was durch eine Messung der Temperatur am Austritt nicht erfasst werden kann, da sich dort Flüssigkeit und Luft wieder vermischen, so dass die Lufttemperatur, dort wesentlich tiefer wird als im Kompressionsraum. Weiter ergibt die Temperaturmessung dort-eher die OeI- als die Lufttemperatur wieder. Auch bei einer Einspritzung bei höheren Luftdrücken wird nur eine relativ schlechte Vermischung von Kühlflüssigkeit und Luft erreicht, solange die Flüssigkeit nicht durch viele, gleichmässig verteilte Düsen bzw. durch einen oder mehrere dünne Schlitze eingespritzt wird. Es bedurfte ausgedehnter Forschungsarbeit, um zu erkennen, welche Vorteile eine gleichmässig verteilte Einspritzung,· insbesondere im Bereich höherer Luftdrücke und Lufttemperaturen, mit sich bringt.

Die bisherige Kühlung ist auch in dem Sinne weniger wirkungsvoll, als bei einigen Konstruktionen das Kühlöl wegen vorzeitiger Alterung nach einer relativ bescheidenen Betriebsstundenzahl ersetzt werden muss, da es thermische Schäden erleidet. Bei einem Verhältnis von 10 kg Kühlöl pro kg Pressluft und dank der gleichmässigen Verteilung von OeI und Luft ist beim beschriebenen Kompressor ein Oelwechsel praktisch nicht nötig, da das OeI an keiner Stelle Zersetzungstemperaturen

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erreicht. Durch eine entsprechende Aufteilung in viele bürstenborstenartig angeordnete Einzeldüsen mit DUsendurchmessern zwischen 0,3 nom und 1,2 mm, vorzugsweise ca. 0,8 mn bzw· durch einen oder mehrere Schlitze mit einer Spaltdicke von höchstens 1 mm, vorzugsweise 0,3 mm kann eine ausgezeichnete Verteilung des der Kühlung dienenden Oeles in fein zerstäubtem Zustand in der Kompressionskammer erfolgen. Durch Zerplatzen der Oelstrahlen (bzw. im Falle der Einspritzung durch Schlitze, der Oelvorhänge) an der Läuferoberfläche, wird der Zerstäubungsgrad und damit die Aufteilung der Kühlflüssigkeit in die zu kühlende Luft verbessert. Das Luft/Oelgemisch wird auch mikroskopisch homogener.

Alle diese Phänomene bringen eine wirkungsvolle Kühlung der Luft und eine tatsächlich optimale Ausnützung des der Kühlung dienenden Oeles. Es wird zudem durch die Vielzahl der Strahlen die Turbulenz der Luft im Kompressionsraum verbessert, was eine Verbesserung sowohl des Temperatur- als auch des Massenaustausches mit sich bringt und daher ebenfalls die Wirksamkeit des Kühlöls verbessert.

Die gleichmässige Verteilung des OeIs, insbesondere im Bereich höherer Drucke, vermeidet an den meisten Stellen die Leckage. Dadurch wird nicht nur der Wirkungsgrad verbessert, sondern auch die Oelabscheidung. Die kleinsten Oeltropfen, welche die Oelabscheidung erschweren, entstehen nämlich nur bei höheren

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Luftgeschwindigkeiten, wie sie hauptsächlich an Leckagestellen entstehen können.

Bei einstufigen Kompressoren mit einem Druckverhältnis 8 und einem Verhältnis von 10 kg KÜhlöl pro kg Pressluft ergibt

sich eine Einspritzfläche F von ca. 1,5 mm²/PS Nennleistung, wobei F die Summe der Einspritzquerschnitte aller Einspritzöffnungen bedeutet. Bei kreisförmigen Düsen mit 0,8 mm Durchmesser ergeben sich somit ca. 3 Löcher/PS Nennleistung. Bei den bekannten Rotationskompressoren liegt dagegen die Zahl der Einspritzdüsen pro Stufe unter 12, wobei der Düsenquerschnitt kreisförmig ist. Bei rechteckigem Querschnitt mit einem Verhältnis Länge zu Breite,· z.B. 10 entspricht dieZa.ihl 12 einer Düsenbreite b von ca. 0,1 /f. Um während der Kompression eine gleichmässige Beaufschlagung der Luft mit OeI zu erreichen, ist demnach bei Kompressoren über 10 PS Nennleistung eine wesentlich höhere Löcher zahl als 12 notwendig bzw. bei Verhältnissen Länge zu Breite der Düsen-Öffnung grosser als 10, eine kleinste Düsenbreite wesentlich unter 0,1 / F.

Als "Zellenvolumen" wird das Volumen des umschlossenen Raumes (Zelle) verstanden, in dem sich die Luft während der Kompression befindet. Ein im folgenden erläutertes Zellenvolumen kann auch nach Erreichen der Auslassöffnungen definiert

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werden. Beim DrehBchieberverdichter ist das Zellenvolumen durch zwei sich folgende, sich gegenüberliegende Schieberflächen und die dazugehörenden Mantelflächenteile des Läufers und des als geschlossen betrachteten Zylinders begrenzt (Fig. 2). Beim Schraubenverdichter ist das Zellenvolumen durch die als geschlossen betrachtete druckseitige Stirn- und Zylinderwand und die Zahnflanken begrenzt. Durch Abwickeln der Läufermantelfläche ist es einigermassen möglich, das dreidimensionale Zellenvolumen zweidimensional darzustellen (Fig. 8, 8a). Dort sind Haupt- und Nebenläufer 108 bzw. 110 ersichtlich, sowie die Stellen, 112 bzw. 114, wo sich die Zahnkämme an den Zylinder anschmiegen ·". (auch Fig. 6). Die saugseitige Stirnwand 170 ist durch die Ansaugöffnung 11, die druekseitige Stirnwand 169 durch die Austrittsöffnung 12 unterbrochen. Die kompliziertere Abgrenzung 120 des Zellenvolumens durch das Ineinandergreifen der Hauptläufer- und Nebenläuferzähne ist in den Fig. 8 und 8a nur schematisch dargestellt.

Das kleinste Zellenvolumen, in welches noch Kühlmittel eingespritzt wird, ist mit V-, das kleinste geschlossene Zellenvolumen,bei welchem die Zelle die erste Kante einer Oeltasche, bzw. die erste Kante einer Luftaustrittsöffnung (sofern keine entsprechende Tasche vorgesehen ist) erreicht, ist mit V_ bezeichnet.

In Fig. 2, 2a entspricht V₁ der schraffierten Fläche CDEF, V₃

_ TO —

3 fl 9 8 2 /* / Q : i? L

der Fläche GHIK. In Pig. 8 entspricht V₁ der Fläche ABCDEFGH, V„ der Fläche IKLMOPQR. Beim beschriebenen Kompressor muss dann für jede Stufe die Beziehung

- 0,40 -SL *4" < + 0,60 gelten, mit

^V2

Es bedeutet dies, dass Kühlmittel selbst dann noch eingespritzt wird, wenn die Zelle die erste Kante einer Oeltasche oder einer Auslassöffnung überschritten hat, in welchem Falle 7,<V wird.

Diese Anordnung stellt sicher, dass sich ein plötzlicher, ungewollter Druckanstieg, z.B. durch einen Flüssigkeitsschlag, in der Zelle nicht ausbilden kann, da ein Entweichen des Druckes entweder durch die noch mit der Zelle verbundenen Sprühdüsen 54 bzw. Sprühschlitze 55 oder durch die schon mit der Zelle verbundenen Luftauslassöffnungen 12 bzw. Oeltaschen 58 möglich ist. Jeder Auslassöffnung 12 ist beim Drehschieberkompressor eine Oeltasche 58 zugeordnet (Fig. 2b).

Bei den bekannten Rotationskompressoren liegen diese Werte im Bereich _s

0,9<cV<3

Wie aus Fig. 1 bzw. 4 ersichtlich, sind die Luftauslassöffnungen

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12 durch einen Kanal 59 mit dem Carter 1 verbunden, aus welchem ein Luftkanal 60 zu den Filtern 16, 18, 20, 21 und führt. Die plattenförmigen Filter 16, 20, 21 werden auf zwei Zugankern 6l, 62 bzw. l6l, 162, die sich auf den Deckeln 64 und 65 abstützen, gehalten, wobei die Zuganker mittels Muttern 63 abgespannt sind.

Gemäss Fig. 3 erfolgt beim Drehschieberkompressor die seitliche Abdeckung des Zylinders 5 sowie des Läufers 8 mittels zweier zweiteiliger Zylinderdeckel 69, 70, welche der Aufnahme von Wälzlagern 72 und 73 dienen. In jedem Deckel 69 und 70 befindet sich ferner ein Stopfbuchsring 75 bzw. 76, welche vermeiden, dass Aussenluft in die Lager gelangt. Mit Oelnebel beaufschlagte Leckageluft gelangt durch Spalte 77 zwischen den Distanzringen 80 und den Deckeln 69 und 70 in die Lager 72, 73, die auf diese Weise geschmiert werden. Danach gelangt die Leckageluft durch Kanäle 7** in die Saugseite des Kompressors,

Die Läuferzapfen sind mit 78 und 79 bezeichnet. Am einen freien Ende des Läuferzapfens 79 ist bei der luftgekühlten Ausführung ein Kühlpropeller 81 aufgesetzt.

Aus der Oelvorkammer 52 führen Druckölkanäle 82 in die Deckel 69 bzw. 70. Durch Kanäle 84 wird Schmier- und Kühlöl als Sperrflüssigkeit seitlich den Läufer-Stirnflächen zugeführt. Zu diesem Zwecke ist es vorteilhaft, die Flüssigkeit nur auf ·

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einen Sektor JH9 (Fig. 2a) des Läufers 8 zuzuführen, welcher jeweils begrenzt ist durch die kleinste geschlossene Zelle V-, GHJK. Es ist ferner möglich, die Einspritzdüsen 54 in'achsialer Richtung, d.h. parallel zu den Achsen 6 und 9 spritzend anzuordnen. In diesem Falle sind als ,Düsenreihen auf gleichen Leitstrahlen des Zylindergehäuses 5 angeordnete Düsen definiert.

Wie in Fig. 7 dargestellt, erfolgt beim Schraubenkompressor die seitliche Abdeckung des Zylinders 105 mittels zweier Zylinderdeckel 169 und 170, welche der Aufnahme von Wälzlagern 172 und 173 dienen. Im Deckel 169 befinden sich ferner zwei Stopfbuchsringe 175 und 176^ welche, vermeiden, dass Aussenluft in die Lager gelangt. Mit Oelnebel beaufschlagte Leckageluft gelangt durch einen ringförmigen Spalt 177 in die Wälzlager 172 und 173 und von dort durch die Bohrungen 174 in den Ansaugkanal des Kompressors.

Zwei Steuerzahnräder 85 sowie eine Einspritzpumpe 86 können vorzugsweise auf der dem Antrieb entgegengesetzten Seite auf den Läuferzapfen 179 und I83 angebracht sein. Bei der luftgekühlten Ausführung gehört ferner ein Kühlpropeller 81 dazu.

Aus der Oelvorkammer 52 führen Druckölkanäle I88 in die Zylinderdeckel 169 bzw. 170, welche Kühlöl als Sperrflüssigkeit durch

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Bohrungen 182 den Läuferstirnflächen seitlich zuführen, womit gleichzeitig der achsiale Schub der Läufer teilweise ausgeglichen wird. Weiter werden aus der Oelvorkammer 52 die OeI-kanäle 184 gespiesen und durch die Düsen 5¹* eine Kühleinspritzung von der druckseitigen Stirnfläche aus erzielt. Zu diesem Zwecke ist esVorteilhaft, die Flüssigkeit nur in den durch radiale Einspritzung begrenzten Zellenbereich einzuspritzen.

Das beschriebene und in Fig. 2 bzw. 6 in Einzelheiten dargestellte Ventil 33 ist in seiner Art neu. Im Aufbau ist es ein kombiniertes Ventil mit koaxial angeordneten Ventilkörpern, welche mechanisch, entweder fest oder federnd, miteinander verbunden sind. Es wird durch ein nur auf eine Seite eines Kolbens wirkendes Steuermittel, hier Pressluft, betätigt. Im vorliegenden Falle führt es folgende Funktionen aus:

- Oeffnen und Schliessen der Luftansaugung, des Kühl- und Schmieröls, sowiejder zusätzlichen Oelspeisung bei drucklosem Carter, bzw. Oelbehälter und Leerlaufbetrieb

- Rückschlagventil bei Stromausfall und plötzlichem Anhalten des Kompressors.

Der beschriebene Rotationskompressor arbeitet wie folgt (es werden in diesem Beispiel nur Vollast oder Leerlauf gefahren):

Beim Drehschieberverdichter gelangt bei drehendem Läufer 8 und

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bei Vollast die zu verdichtende Frischluft durch den Ventilsitz 34 (Fig. 2) in die Ventilkammer 32« Hier verteilt sie sich und strömt anschliessend durch die Luftansaugöffnungen 11 in den Zylinder 5» wo sie von den Schiebern 14 des rotierenden Läufers 8 erfasst und in Pfeilrichtung bewegt wird. Während dieses Vorganges wird sie, bedingt durch den kleiner werdenden Raum zwischen Zylinder 5, Läufer 8 und den entsprechenden Schiebern 14, komprimiert, wobei die Schieber 14 entsprechend der innern Zylinderwandung 7 in den Läufer 8 zurückgedrängt werden.

Bedingt durch die nun folgende Kompression erwärmt sich die Luft ganz wesentlich, Zwecks Kühlung wird in die entsprechende Kammer des Kompressionsraumes durch die Düsen.54 bzw. 55 OeI eingespritzt. Die entstehenden Strahlen zerfallen z.T., zum andern treffen sie auf den rotierenden Läufer 8 auf und zerplatzen in ein Tropfengemisch. Das Oel-Luftgemisch sowie ein Schwall an der Lauffläche 7 des.Zylinders 5 ausgeschiedenen Oeles werden vom entsprechenden Schieber 14 gegen die Taschen 58 und die Luftauslassöffnungen 12 geschoben. Der grösste Teil der mit der Luft geförderten Oelmenge muss in äusserst kurzer Zeit, nämlich während der Zeit, in welcher der Schieber 14 an den Luftauslassöffnungen 12 vorbeistreicht, aus dem enger werdenden Spalt zwischen dem Läufer 8 und dem Zylinder ausgepresst werden. Um ein stoss- und schlagartiges Ausstossen

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dieser Flüssigkeitsmasse zu verhüten, sind die Oeltaschen 58 sowie mehrere Luftauslassöffnungen 12 geschaffen worden. Es steht somit genügend freies Volumen zur Verfügung! in welches die Flüssigkeitsmasse beim Vorbeigehen eines Schiebers lH entweichen kann, womit der stossartige Ausschub vermieden wird. Dadurch, dass sich ausserdem die Taschen 58 über die Oeffnungen 12 hinaus erstrecken, ergeben sich auf der Druckseite Oelkeile, welche gegen die Saugseite hin die Leckverluste an Pressluft verringern. Dabei ist im Bereiche der Oeltaschen 58 bzw. der Luftauslassöffnungen 12 die tragende Fläche des Zylinders kleiner als 70 %_t vorzugsweise weniger als 50 % der möglichen Tragfläche der ganzen Zylinderbreite·

Beim beschriebenen Schraubenverdichter gelangt bei Vollast die zu verdichtende Frischluft durch den Ventilsita 3* (Ρίς. 6) in die Ventilkammer 32. Hier verteilt eie sich und strömt anschliessend durch die auf der Zylinderstirnwand und auf der Zylindermantelfläche angebrachte Luftansaugöffnung 11 in den Zylinder 105* Dort beginnt das Ansaugen damit, dass bei in Pfeilrichtung drehendem Haupt- und Nebenläufer 108 bzw. 110 an der Stirnseite Zahn und Zahnlücke ausser Eingriff kommen und bei weiterer Drehung sowohl die Zahnlücke auf dem Hauptais auch diejenige auf dem Nebenläufer auf ihrer ganzen Länge freigegeben werden. Wenn die Zähne an der gegenüberliegenden Stirnseite ausser Eingriff kommen, sind beide Zahnlücken mit

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Luft gefüllt. Bei weiterer Drehung werden die Zahnlücken an der Saugseite durch die Stirnwand abgeschlossen. Später gelangen an der Saugseite im Bereich, welcher der Ansaugöffnung gegenüberliegt, Zahn und Lücke wieder in Eingriff. Es bildet sich somit eine durch die druckseitige Stirnwand, den Zylinder und die ineinandergreifenden Zahnflanken begrenzte Zelle, in welcher sich die Luft befindet. Bei weiterer Drehung verkleinert sich die Zelle, indem sich die Eingriffsstelle in Richtung Druckseite verschiebt und sich so die aufgefüllten Zahnlücken verkürzen. Die Einspritzung von OeI zwecks Kühlung erfolgt analog wie beim Drehschieberverdichter auf dem Zylindermantel, wobei die Verteilung der Bohrungen bzw. der Schlitze auf den Zylindermantel der Zellenform entspricht (Fig. 6b, 6d und 8), sowie auf der druckseitigen Stirnwand, Da beim Schraubenverdichter keine Schieberreibung oder ähnliches auftritt, kann hier Einspritzung von Wasser statt OeI von Vorteil sein. Die Kompression hört auf, wenn die Zelle die auf der Druckstirnseite und auf den Zylindermantel angebrachte Austrittsöffnung 12 erreicht, wobei sich hier Oeltaschen, wie sie beim Drehschieberverdichter vorteilhaft sind, erübrigen»

Sowohl beim Drehschieber als auch beim Schraubenkompressor gelangt das ausgestossene Gemisch von Luft und OeI anschliessend über den Kanal 59 ins Carter 1 (Fig. 1 bzw, ¹I), aus welchem die Druckluft durch den Luftkanal 60 und anschliessend durch die erste Filterplatte 16 strömt.

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Deren Fläche ist relativ gross, so dass die schwindigkeit der Luft entsprechend klein wird» Der Abscheidungsgrad ist unter sonst gleichen Bedingungen, bei kleinen Durchströmgeschwindigkeiten erfahrungsgemäss schlechter als bei grösseren. Die Nachfilterung erfolgt in den Metallgewebefiltern 18 und 22 sowie in dem zweiten^ unterteilten plattenförmigen Filter 21, 20 mit getrennt arbeitenden Teilen. Aufgrund dieser Unterteilung in Teilflächen und der dadurch erreichten zweifachen Durchströmung der Filterplatte 20, sind die Luftgeschwindigkeiten in den einzelnen Filterteilen 20 bzw. 21 bedeutend höher als in der Filterplatte 16. Dabei ist die äussere Ringfläche des Filters 20 grosser als die innere Fläche des Filters 21 (Flächenverhältnis >1,5), so dass auch hier eine unterschiedliche Abscheidung erreicht wird. Die Abscheidewirkung wird mithin grosser als bei der Filterplatte 16. Die vom OeI weitgehend gereinigte Luft gelangt dann, das Rückschlagventil 25 durchströmend, aus dem Auslasskanal 24 zum Pressluftanschlussstutzen 26 und von dort in einen Windkessel bzw. zum Verbraucher (nicht dargestellt).

Wenn das Versorgernetz des Kompressors einen vorgegebenen maximalen Druck erreicht hat, muss der Kompressor automatisch in seine Leerlaufstellung gehen, in welcher die Luftfßrderung aufhört, jedoch nicht die Schmierung und die Kühlung des Läufers. Die Schaltung ist dementsprechend die folgende:

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Bei Erreichen des maximalen Druckes im Netz schaltet ein Druckschalter 89 (Fig. 5) in seine Qeffnungslage_s ein Magnetventil 91 speist die Steuerflüssigkeit und bringt einen servobetätigten Schieber 92 in seine Leerlauflage L. Die zwischen den beiden Filtern 20 und 21 angeschlossene Zapf-· leitung wird über den servobetätigten Schieber 92 mit der-Aussenluft verbunden, so dass die Luft durch diese Leitung abbläst. Anderseits wirkt unvermindert der Systemdruck (da dieser höher ist als der sinkende Druck im Carter 1, Figo 1 und 4, schliesst das Rückschlagventil 25)» so dass dieser ein Kugelventil 93 in seine linke Lage schiebt (Fig, 5) und über das Magnetventil 91 und den Druckmittelanschluss 40 (Fig. 2_S 5 und 6) unter den Steuerkolben 38 ein Druckaufgebaut wird, welcher den Kolben 38 hebt und über den Ventilschaft 36 den Ventilteller 35 auf den Ventilsitz 34 presst. Damit ist die Ansaugluftzufuhr zum Kompressor unterbrochen. Während dieser Schliessbewegung hat auch der Kolben 38 den Ventilsitz 50 geschlossen. In der Oelvorkammer 52 stellt sich somit ein Unterdruck ein, welcher sich über die nun mit diesem Raum verbundenen Oeffnungen 99 ins Innere des Kolbens 38 fortpflanzen kann. Da im Raune 48 zuerst noch ein relativ hoher Oeldruck herrscht, schliesst sich das Ringventil 39. Durch den servobetätigten Schieber 92

in-(Fig. 5) bläst^zwischen die Luft aus-dem Carter 1 ab, der Druck sinkt, und mit dessen Absinken sinkt auch der Oeldruck im Räume 48. Wenn der Oeldruck im Räume 48 einen gewissen Wert unterschreitet, öffnet unter dem Druck einer Feder 97 der Ring-

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ventilteller 39. Es strömt dann OeI aus dem Räume 48 durch Kanäle 95 und die seitlichen Bohrungen 99 in die Oelvorkammer 52 und von hier durch die Düsen 5*· bzw.-55 in den Kompressionsraum. Diese verringerte Oelmenge dient dazu, die Schmierung und Kühlung des Kompressors während der Leerlaufperiode sicherzustellen.

Wenn nun durch Verbrauch im Pressluftnetz ein gewisser minimaler Druck unterschritten wird, so spricht der Druckschalter 89 (Fig. 5) an und steuert entsprechend das Magnetventil 91 in die Lage "V". In dieser Lage wird keine Steuerflüssigkeit mehr in dem servobetätigten Schieber 92 und unter den Kolben 38 zugeführt, so dass unter dem Sog ira Raum 32, Ρις. 2 und 6, sich das kombinierte Regelventil öffnet. Der Kompressor beginnt zu fördern, der Druck in der Anlage steigt und schliesst das Ventil 93 gegen das Verbrauchersystem ab, womit ein Ueberspringen der dritten Abscheidestufe 21 durch das Ventil 93 verhindert wird. Mit steigendem Druck im System steigt sofort auch der Oeldruck, so dass die in die Zellen eingespritzte Kühl- und Schmierölmenge steigt. Sobald der Druck im Kompressorsystem denjenigen im Verbrauchersystem erreicht hat, öffnet das Rückschlagventil 25. Der Kompressor fördert Luft ins Aufladesystem, d.h. in den Windkessel und zwar solange, bis auch dieses System vollständig aufgeladen ist. Dann schaltet der Kompressor, wie erläutert, automatisch wieder in seine Leerlaufstellung.

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Die beschriebenen Kompressoren weisen gegenüber den bisherigen Kompressoren dieser Bauart einen besseren öesamtwirkungsgrad, einen höheren Fördergrad, eine bessere Oelabscheidung und einen wesentlich geringeren Gelverbrauch auf. Die günstige Kühlwirkung erlaubt bei annähernd gleichem Wirkungsgrad wesentlich grössere Druckverhältnisse pro Stufe als bisher. Man kann somit bei höheren Druckverhältnissen die Zahl der Kompressionsstufen reduzieren.

Alle In dtn Unterlagen offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die offenbarte räumliche Ausgestaltung, werden» soweit eie einsein oder in Kombine tion gegenüber dem Stand der Technik nett eind, al· erfindtingeweeentlioh beansprucht·

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Claims (21)

1. Patentansprüche

   Γ iu) Ein- oder mehrstufiger Rofcationskompressor mit Einspritzung von Kühlmittel in den Kompressionsraum, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl der Kühlmittel-Einspritzdüsen über 20 je Kompressionsstufe beträgt und/oder falls das Verhältnis Länge zu Breite einer Düsenöffnung die Zahl 10 übersteigt, dass dessen kleinste Breite weniger als 0,1 /p beträgt, wobei P die Summe der Einspritzflächen aller Düsen pro Kompressionsstufe ist.
2. 2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Kompressionsstufe für "V" , die Differenz aus dem kleinsten Zellenvolumen V,, in welches noch Kühlmittel eingespritzt wird, und dem kleinsten geschlossenen Zellenvolumen Vp des Kompressors, bezogen auf das kleinste geschlossene Zellenvolumen, die Beziehung gilt

   - 0,40 ^- V ^ + 0,60
3. 3. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei runden Einspritzdüsen (5*0 der Düsendurchmesser 0,3 bis, 1,2 mm, vorzugsweise weniger als 1,0 mm beträgt.

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4. 4. Als Drehschieberverdichter ausgebildeter Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl (Z) der Düsenreihen (54, 55) für das Einspritzen des Kühlmittels mindestens drei beträgt.
5. 5. Als Drehschieberverdichter ausgebildeter Kompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenreihen (54, 55) parallel zur Zylinderachse (6) oder auf Leitstrahlen des Gehäuses (5) angeordnet sind.
6. 6. Als Drehschieberverdichter ausgebildeter Kompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (54^ 55) über den grossten Teil der Breite des Zylinders (5) verteilt sind.
7. 7. Als Drehschieberverdichter ausgebildeter Kompressor nach Anspruch 1 mit mehreren voneinander getrennten, z.B. in einer Reihe parallel zur Zylinderachse (5) liegenden Auslassöffnungen für Luft und OeI, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnungen (12) von Oeltaschen (58) eingerahmt sind, welche OeI-taschen (58) den Oelausstoss erleichtern und gegen den Saugraum ein dichtendes Oelpolster"ermöglichen.
8. 8. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die letzten Einspritzdüsen (54, 55) auf den Teil der Zylindermantel-

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   fläche angebracht sind, welcher die kleinste geschlossene Zelle abgrenzt.
9. 9. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Oeffnungen (84) bzw« (182) in der Zylinderstirnwand vorgesehen sind, um in mindestens annähernd axialer Richtung Sperrflüssigkeit zuzuführen.
10. 10. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Läuferlager (72, 73» 172, 173), vorzugsweise durch Leckage, ölnebelgeschmiert und vorzugsweise mit der Saugseite des Kompressors verbunden sind.
11. 11. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass für die Kühl- und Schmiermitteleinspritzung der vom Kompressor erzeugte Druck dient.
12. 12. Kompressor nach Anspruch 1_; gekennzeichnet durch mindestens zwei Filter (20, 21) deren Wirkflächen ungleich gross sind und s ich vorzugsweise mindestens wie 1,5 verhalten.
13. 13. Kompressor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Filter (20, 21) einer Platte angehören und vorzugsweise mindestens das eine (20) ringförmig ausgebildet und koaxial zum anderen (21) angeordnet ist.

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14. 14. Kompressor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Filterplatten (20, 21) zuerst in der einen und anschliessend in der entgegengesetzten Richtung durchströmt wird.
15. 15. Als Drehschieberverdichter ausgebildeter Kompressor nach Anspruch 7₉ dadurch gekennzeichnet, dass, bezogen auf die Zylindetfbreite, im Bereich der Luftauslassöffnungen (12) bzw. der Oeltaschen (58) die tragende Fläche weniger als 70 % vorzugsweise weniger als 50 % der entsprechenden Gesamtfläche des Zylindermantelteils beträgt.
16. 16. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere hintereinander angeordnete Filter (16, 20, 21) angeordnet sind und dass Abblasluft nach mindestens einem Filter (16, 20) entnommen wird, wobei beim Abblasen die diese Luft reinigenden Filter (16, 20) mit grösserer Geschwindigkeit und daher besserem Reinigungseffekt durchströmt werden, als im Normalbetrieb.
17. 17. Kompressor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Mehrfachfunktionsventil (33), für die Regulierung zweier Durchflussmedien, welches in seiner geschlossenen Lage die eine Zufuhr, z.B. Luft, vollständig und die andere, z.B. Kühl- und Schmiermittel, mindestens teilweise schliesst.

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18. 18. Kompressor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Ventil (39), z.B. ein Kugel- oder ein Ringventil, im Ventilkörper (38) eines zweiten Ventils angeordnet ist und dass der Ventilkörper (35) des dritten Ventils mit demjenigen (38) des zweiten, z.B. mechanisch aphsial, verbunden ist, wobei in Schliesslage die Ventilkörper (35, 38) des zweiten und dritten Ventils ihre Ventilsitze (3*1, 50) schliessen und das erste Ventil (39) sich in Oeffnungslage befindet und wobei vorzugsweise das erste Ventil (39) unter dem Drucke einer Feder (97) steht.
19. 19. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Regulierungsphase ein Ventil die Kühlmittel ganz oder teilweise solange schliesst, bis der Kühlmitteldruck im System einen vorbestimmten Wert unterschritten hat.
20. 20. Als Drehschieberverdichter ausgebildeter Kompressor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrflüssigkeit innerhalb des Kreissektors (JH9) des Läufers (8) zugeführt wird, welcher durch die kleinste geschlossene Zelle (Vg) festgelegt ist.
21. 21. Als Schraubenverdichter ausgebildeter Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Düsen zum Einspritzen der Kühlflüssigkeit in den Kompressionsraum auf der druckseitigen Stirnwand angeordnet sind.

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