DE2548403A1

DE2548403A1 - Schaufelrotationskompressor

Info

Publication number: DE2548403A1
Application number: DE19752548403
Authority: DE
Inventors: Rune Valdemar Glanvall; Hans Teodor Kalen; Kurt Filip Pettersson
Original assignee: Stal Refrigeration AB
Current assignee: Stal Refrigeration AB
Priority date: 1974-11-04
Filing date: 1975-10-29
Publication date: 1976-05-06
Also published as: GB1478760A; SE389896B; SE7413802L

Description

Rechts-und Patente^ _{6 Frankfurt/M} _Λ den 28.10.75

Dr.-ing. Jsschln Soecker , _p_ _„ '

6 FRANKFURT/M. 1 ^B/^S ^{ίΌ ö}?' ^F

Bathenaupl. 2 · Tel. (OB 11) 28 23 55

STAL Refrigeration AB Norrköping/ Schweden

Schaufelrotationskompressor

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schaufelrotationskompressor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Abhängig von der Drucksteigerung,die einem Gas durch Verdichtung durch einen Kompressor zugeführt werden soll, ist der Kompressor mit einem charakteristischen (eingebautem) Druckverhältnis konstruiert, welches dem gewünschten Druckanstieg entspricht. Unter dem charakteristischen Druckverhältnis versteht man das Verhältnis zwischen dem größten Volumen der Arbeitskammer am Ende des Ansaugvorganges und dem kleinsten Volumen der Arbeitskammer vor dem Gasaustritt. Um ein großes charakteristisches Druckverhältnis eines Kompressors zu erreichen, kann man die Austrittsöffnung im Stator dichter an den Dichtungsbereich zwischen Rotor und Stator verlegen. Dies führt jedoch zu einer Herabsetzung der Höhe des Austrittsspaltes zwischen dem Austrittskanal und der Arbeitskammer während des Gasaustritts. Von einer bestimmten Größe des charakteristischen Druckverhältnisses an wird die Strömungsgeschwindigkeit des Gases und damit der Druckverlust in dem Austrittsbereich so groß, daß der durch das vergrößerte charakteristische Druckverhältnis gewonnene Vorteil wieder verloren geht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

609819/0373

28.10.1975 - 2 - B/S 20 057 P

Kompressor der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem die beschriebene Vergrößerung des charakteristischen Druckverhältnisses nicht zu einer erhöhten Auströmgeschwindigkeit und damit erhöhten Druckverlusten beim Austritt führt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Schaufelrotationskompressor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, der erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale aufweist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Unteranspruch genannt.

Durch die Vertiefung gemäß der Erfindung wird der Durchflußquerschnitt im Austrittsbereich während der Verbindung zwischen der einzelnen Arbeitskammer und dem Austrittskanal vergrößert, so daß ein größeres charakteristisches Druckverhältnis des Kompressors zugelassen werden kann..

Anhand des in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Figur· 1 einen Schnitt längs der Linie I-I in Figur 2 eines Schaufelrotationskompressors des Doppelkammer typ s gemäß der Erfindung, Figur 1a eine Einzelheit im Austrittsbereich für das Gas,

— 3 — 609819/0373

28.10.1975 - 3 - B/S 20 057 P

Figur 2 einen Schnitt durch den Kompressor längs der Linie II-II in Figur 1, Figur 3 eine Einzelheit aus dem Bereich der Dichtungsstelle in dem Kompressor.

In den Figuren bezeichnet 1 einen Rotor, der mit Schlitzen versehen ist, in welche Schaufeln 3 gleitbar eingelassen sind. Der Rotor 1 ist in einem Stator eingeschlossen, zu welchem ein Mantel 4 und zwei Endplatten 5 gehören. Der Rotor ist drehbar in den Endplatten gelagert und mit einer Antriebswelle 6 versehen. Die Schaufeln 3 liegen dichtend an gegen die innere Oberfläche 7 des Mantels 4 und gegen die Endplatten 5. Die innere Oberfläche 7 hat eine zylindrische Form mit elliptischem Querschnitt.

Die Schaufeln 3, der Rotor 1 und die innere Oberfläche 7 begrenzen Arbeitskammern 11, welche über die Eintrittsöffnunggen 8, die in den Endplatten 5 angeordnet sind, mit dem zu verdichtenden Gas versorgt werden. Das verdichtete Gas gelangt aus den Arbeitskammern 11 in den Druckkanal 9 über Austrittsöffnungen 10, die an der inneren Oberfläche 7 münden.

Das den Kompressor charakterisierende Druckverhältnis ist gegeben durch das Verhältnis aus dem größten Volumen einer Arbeitskammer 11 unmittelbar nach Beendigung des Ansaugvorganges und dem kleinsten Volumen vor dem Beginn dee Gasaustritts. Dieses konstruktiv bedingte Druckverhältnis des Kompressors

609819/0373 · " ⁴ "

28.10.1975 - 4 - B/S 20 057 P

kann dadurch vergrößert werden, daß man die vordere Kante 12 der Austrittsöffnung 10 in Drehrichtung des Rotors verschiebt (siehe Figur 1a). Dies führt jedoch zu einer Verkleinerung des Austrittsspalts 13, was wiederum eine Vergrößerung der Strömungsgeschwindigkeit und des Druckverlustes im Austrittsspalt 13 zur Folge hat. Der Druckverlust ist proportional dem

Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit.Die Strömungsgeschwindigkeit und damit der Druckverlust sind einerseits abhängig von der Volumenänderung in der Arbeitskammer 11 .während des Austrittsvorganges und andererseits von der Größe des Austrittsraumes. Sowohl die Volumenänderung als auch die Größe des Austrittsraumes sind ihrerseits abhängig von dem geometrischen Aufbau des Kompressors und seinem charakteristischen Druckverhältnis. Erhöhte Geschwindigkeit, ein vergrößertes charakteristisches Druckverhältnis und eine vergrößerte Anzahl von Arbeitskammern sind Faktoren, die dazu neigen, die Austrittsströmungsgeschwindigkeit und damit den Druckverlust zu vergrößern. Der Druckverlust kann solche Werte erreichen, daß der Wirkungsgrad des Kompressors stark beeinträchtigt wird und Konstruktionsteile beschädigt werden können.

Um die Druckverluste auf einen annehmbaren.Wert herabzusetzen, ist gemäß der Erfindung jede Arbeitskammer 11 auf der Mantelfläche des Rotors 1 mit einer Vertiefung 14 versehen. Die Vertiefung 14 ist an einer solchen Stelle angeordnet und in der Weise, bemessen, daß die Strömungsgeschwindigkeit im Austrittsbereich 13a niemals einen charakteristischen kritischen Wert

609819/0373 ' " ⁵ "

2548 4Ü1B

28.10.1975 - 5 - B/S 20 057 P

überschreitet.

Obwohl die Vertiefung 14 einen sogenannten Totraum schafft, wird gemäß der Erfindung durch die Herabsetzung der Strömungsgeschwindigkeit im Austrittsbereich 13a ein geringerer Druckverlust und somit eine bessere Wirkung des Kompressors erreicht. Das Volumen der Vertiefung 14 soll jedoch auf den kleinstmöglichen Wert begrenzt werden. Es empfiehlt sich daher die Vertiefung 14 in der Weise auszubilden, daß die Strömungsgeschwindigkeit im Austrittsbereich einen konstanten zulässigen Wert annimmt.

Die Vertiefung wird zweckmäßigerweise dort angebracht, wo die Strömungsgeschwindigkeit zu den größten Werten neigt, das heißt unmittelbar hinter den Schaufeln 3, so daß der größte Durchströmquerschnitt im Auslaßbereich in der Rotorstellung gemäß Figur 3 erzielt wird. Bei fortschreitender Drehung des Rotors läuft die Vertiefung 14 an der Austrittsöffnung 10 vorbei, so daß unter der Austrittsöffnung der Austrittsspalt zwischen Rotor und Stator kleiner wird, gleichzeitig aber auch der Abstand zwischen dem Stator und dem Rotor hinter der Schau· fei kleiner wird, was wieder im Sinne einer Herabsetzung der Strömungsgeschwindigkeit wirkt, so daß der Austrittsraum 13 gemäß Figur 1a einen genügend großen Strömungsquerschnitt zur Verfügung stellt.

Die Abmessungen der Vertiefung 14 werden einfach durch die

609819/0373 · " "

28.10.1975 - 6 - B/S 20 057 P

zulässige Austrittsströmungsgeschwindigkeit bestimmt.Wie Figur 2 zeigt, erstreckt sich die achsiale Ausdehnung der Vertiefung 14 beispielsweise über 50 % der achsialen Breite des Rotors.

Nachdem die Vertiefung 14 den dichtenden Bereich 15 verlassen hat, dehnt sich das in der Vertiefung 14 gefangene Gas auf den Eintrittsdruck aus. In der Ausführungsform gemäß Figur 1 wird diese Expansionsarbeit nicht ausgenutzt. Diese Expansionsarbeit kann jedoch genutzt werden, wenn man gemäß der Erfindung das Gas sich in einem geschlossenen Raum 16 (Figur 3) ausdehnen läßt, der durch den Rotor, den Stator, eine Schaufel und die Endplatten begrenzt wird. Dies wird durch eine Verlagerung der vorderen Kante 17 der Einlauf öffnung 8 in Drehrichtung des Rotors erreicht.

Um die Expansionsarbeit optimal auszunutzen, sollte der Raum 16 so groß sein, daß der Druck in diesem Raum bis auf den tatsächlichen Einlaßdruck sinkt. Danach kann der Raum 16 mit dem Einlaufkanal in Verbindung kommen.

Die Vertiefung 14 in dem Rotor 1 hat eine gewisse tangentiale Ausdehnung, was bedeutet, daß dann, wenn die Dichtung in der Dichtungszone 15 auf eine Linie beschränkt ist, ein direkter Strom von der Hochdruckseite zu der Niederdruckseite auftritt, was einer größeren Totzone entspricht als durch die Vertiefung 14 geformt wird. Um diese Verluste herabzusetzen, sollte der

609819/0373 - 7 -

28.10.1975 - 7 - B/S 20 057 P

Dichtungsbereich 15 als ein bandähnlicher Dichtungsbereich ausgebildet sein, der in tangentialer Richtung zumindest die gleiche Breite hat wie die Vertiefung 14.

609819/0373

Claims

Z O 4 ö M U ό 28.10.1975 - 8 - B/S 20 057 P Schutzansprüche:

1.) Schaufelrotationskompressor, bestehend aus einem Stator mit Endplatten, einem Rotor, der in dem Stator drehbar gelagert und mit Schaufeln versehen ist, die gleitbar in Schlitzen des Rotors angeordnet sind und sowohl an den Endplatten als auch an der zylindrischen Innenfläche des Stators dichtend anliegen, Arbeitskammern, die von den Schaufeln, dem Rotor und der zylindrischen Innenfläche des Stators begrenzt sind, und einer in der zylindrischen Innenfläche des Stators angeordneten Austrittsöffnung, über welche sukzessiv die einzelnen Arbeitskammern mit dem Druckkanal verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel des Rotors (1) je Arbeitskammer (11) eine Vertiefung (14) aufweist, welche hinter der in Drehrichtung vorderen Begrenzungsschaufel (3) einer Arbeitskammer (11) angeordnet ist.

2. Schaufelrotationskompressor gemäß Anspruch 1, bei welchem die einzelnen Arbeitskammern über eine im Stator liegende Eintrittsöffnung mit Gas aus dem Ansaugkanal versorgt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnung (8) derart räumlich in Bezug auf den Dichtungsbereich (15) zwischen Rotor (1) und Stator angeordnet ist, daß der in Drehrichtung des Rotors hinter dem Dichtungsbereich (15) liegende Raum (16), der von dem Stator, dem Rotor (1) und der vorderen Begrenzungsschaufel (3) begrenzt wird,erst bei einer Rotorstellung mit der Austrittsöffnung (8) in Verbindung tritt, in der der Raum (16) so groß geworden ist, daß der Druck in diesem Raum etwa auf den Druck im Ansaugkanal gefallen ist.

809813/0373