DE2528465C2 - Verfahren zur Vergrößerung des Verdichtungsverhältnisses eines Schraubenrotorverdichters bei im wesentlichen gleicher Leistungsaufnahme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergrößerung des Verdichtungsverhältnisses eines eine bestimmte Antriebsmaschine abgestimmten Schraubenrotorverdichters bei im wesentlichen gleicher Leistungsaufnahme.

Die Antriebsmaschinen für Schraubenrotorverdichter, normalerweise Brennkraftmaschinen oder Elektromotoren, stehen in der Regel in ganz bestimmten Größen zur Verfugung und sind so ausgelegt, daß sie während des Dauerbetriebs bei einer bestimmten Drehzahl und einem bestimmten Drehmoment gerade die höchstzulässige Leistung abgeben. Es versteht sich, daß die wirtschaftlichste Motor-Verdichter-Einhci dann erhalten wird, wenn der Verdichter möglichst genau auf die Charakteristik der gewählten Antriebsmaschine abgestimmt wird. Gewöhnlich wird dabei der Schraubenrotorverdichter auf das gebräuchlichste Verdichtungsverhältnis ausgelegt, d. h. er verdichtet die Luft vom atmosphärischen Druck auf einen Lieferdruck von ungefähr 7 atü. Das Verdichtungsverhältnis beträgt also ungefähre: 1.

Derartige Verdichter mit dem üblichen Verdichtungsverhältnis werden in größeren Serien und deshalb zu einem günstigen Preis hergestellt. Manchmal wird jedoch auch ein höherer Lieferdrück verlangt Bisher war es in diesen Fällen nicht möglich, die serienmäßigen Kompressoren zu verwenden, da der mit der stärkeren Verdichtung Verbundene größere Leistungsbedarf das Leistungsvermögen des zugeordneten Aritriebsmotors Übersteigen würde. Es blieb deshalb bisher keine andere Wahl, als eine Spezialausführung eines Verdichters zu verwenden, die sehr viel teurer war als die Serienmaschinen, oder die Verdichtereinheit mit weiteren Raum beanspruchenden und Kosten verursachenden Mitteln auszustatten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe ein vorgegebener, z. B. serienmäßiger Verdichter auf einfache und billige Weise derart abgewandelt werden kann daß er ohne eine das Leistungsvermögen des Antriebsmotors übersteigende größere Leistungsaufnahme einen höheren Enddruck liefert. Normalerweise wird in der Praxis eine Steigerung des Lieferdrucks von 7 auf ungefähr 8 atü gewünscht

is Unveränderter Leistungsbedarf bei stärkerer Verdichtung bedeutet, daß die Liefermenge reduziert werden muß. Um dies zu erreichen, könnte daran gedacht werden, entweder die Drehzahl des Verdichters zu verringern oder den Lufteinlaß des Verdichters zu drosseln. Da jedoch der Antriebsmotor mit seiner normalen Drehzahl laufen muß, um die gewünschte Leistung zu erzeugen, müßte zur Verringerung der Drehzahl des Verdichters ein Untersetzungsgetriebe zwischen Motor und Verdichter vorgesehen werden. Wenn andererseits der Lufteinlaß des Verdichters mittels eines besonderen Drosselventils gedrosselt wird, erhöht sich das innere Druckverhältnis des Verdichters noch mehr. Außerdem entstehen beträchtliche Drosselverluste. Diese sind so groß, daß der Wirkungsgrad für die vorgegebene Liefermenge bis unter die Grenze der Wirtschaftlichkeit rhkt

Zur Vermeidung der Nachteile der vorstehend beschriebenen Maßnahmen wird erir.dungsgemäß vorgeschlagen, daß die mit der Vergrößerung des Verdichtungsverhältnisses verbundene größere Leistungsaufnahme des Verdichters durch eine entsprechende Erweiterung des Einlaßbereichs des Verdichters in den Verdichtungsbereich hinein kompensiert wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Motor-Verdichter-Einheit, bei welcher die Erfindung anwendbar ist.

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Verdichter mit Blick auf die einlaßseitige Endplatte,
F i g. 3 einen waagerechten Längsschnitt durch den Verdichter, wobei aus zeichnerischen Gründen die Schraubenrotoren des Verdichters weggeschnitten wurden.

Die in Fig. 1 dargestellte Verdichter-Einheit besteht aus einem Antriebsmotor 10, z. B. einem Elektromotor, und einem Schraubenrotorverdichter 12, welcher mittels einer Wellenkupplung 14 unmittelbar mit dem Antriebsmotor 10 verbunden ist.

In der Ansicht nach Fig. 2 auf die einlaßseitige Endplatte 16 sind die bei einem derartigen Verdichter normalerweise vorhandenen Begrenzungskanten 18,20, 22 der mit 24 bezeichneten Einlaßöffnung gestrichelt dargestellt. Die Form der erfindungsgemäß vorgesehenen Einlaßöffnung 24 wird durch die ausgezogenen Linien 26,28 und 30 bezeichnet.

Der Aufbau des Verdichters geht aus Fig.J hervor. Gezeigt ist ein Gehäuse 12, welches aus einer einiaßseitigen Endplatte 16, einem Döppelzylinder 32 und einer auslaßseitigen Endplatte 34 besteht. Das Gehäuse umschließt eine Arbeitskammer 36, in der Rotoren angeordnet sind, von denen nur die Wellenenden 38, 40 und 42,44 dargestellt sind. Die Rotorwellen sind mittels Wälzlagern in den Endplatten 16 und 34

gelagert. Das Wellenende 38 des Rippenrotors ragt aus dem Gehäuse heraus und wird in der in F i g. 1 gezeigten Anordnung mit Hilfe der Kupplung 14 mit dem Antriebsmotor 10 verbunden.

Die Arbeitskammer 36 steht über die Einlaßöffnung 24 mit einem Einlaßkanal 46 in Verbindung, während sich auf der anderen Seite an die mit 48 bezeichnete Auslaßöffnung ein Auslaßkanal anschließt

Die Mantelwand der Arbeitskammer 36 hat einlaßseitig einen im Durchmesser vergrößerten, zurückgesetzten Bereich 50, der ständig in Strömungsverbindung mit dem Finlaßkanal 46 steht und nicht dichtend an den Rotorkämmen anliegt Dieser zurückgesetzte Bereich 50 wird in Umfangsrichtang durch Kanten begrenzt, welche Schraubenlinien mit demselben Steigungswinkel wie die Kämme der zusammenwirkenden Rotoren folgen. Die normale Lage dieser Kanten wird in F i g. 3 durch die gestrichelten Linien 52, 54 angedeutet Erfindungsgemäß werden die Kanten zum Beispiel bis auf die ausgezogenen Linien 56 und 58 vorgerückt

Auch die normale Auslaßöffnung 48 wird in F i g. 3 durch eine gestrichelte Linie 60 angegeben, während die erfindungsgemäße Form der Auslaßöffnung mit einer ausgezogenen Linie 62 bezeichnet ist

Die erfindungsgemäße Modifikation eines normalen Verdichters bedeutet also, daß der Einlaßbereich in den Kompressionsbereich hinein vergrößert wird. Auf diese Weise wird das Volumen und folglich auch die Masse des gasförmigen Arbeitsfluids, welches bei jedem Verdichtungszyklus vom Einlaß abgeschnitten und verdichtet wird, ohne merkliche Verluste verringert.

Dieses Ergebnis ist bei einem Verdichter der oben genannten Art von größter Bedeutung, wenn ein höherer Enddruck als der, für welchen die Einheit normalerweise ausgelegt ist, verlangt wird. Wenn z. B. eine bestimmte Verdichtereinheit für einen Enddruck von 7 atü ausgelegt ist, aber etwa 8 atü gefordert werden, müßte die Leistung zur Verdichtung derselben Gasmenge ungefähr 7% größer sein als unter normalen Bedingungen. Wenn nun aber, wie es üblich ist, der Antriebsmotor bereits unter den normalen Bedingungen an der Grenze seiner Leistungsfähigkeit läuft, wäre er bei stärkerem Leistungsbedarf zur Erzeugung der höheren Verdichtung überlastet. Die Erfindung weist einen Ausweg aus dieser Schwierigkeit mit dem Vorschlag, den Einlaßbereich in eimern solchen Maße zum normalen Kompressionsbereich hin auszuweiten, daß die Grenze zwischen beiden Bereichen in eine Lage rückt, welche zur Folge hat, daß bei normalem Betrieb das Volumen des bei jedem Verdichtungsvorgang verdichteten Gases ungefähr in demselben Maße verringert wird, wie der Leistungsverbrauch des Verdichters verringert werden muß. um trotz der stärkeren Verdichtung die zulässige Belastung des Antriebsmotors nijht zu überschreiten.

Die Erweiterung des Einlaßbereichs kann auf verschiedene Weise erreicht werden. Der einfachste und billigEte Weg besteht darin, durch einen spanendrn Bearbeitungsvorgang den Einlaß in einer vorhandenen normalen einlaßseitigen Endplatte zu vergrößern oder das Gußmodell dieses Teils geringfügig zu verändern. Die Kosten derartiger Änderungsmaßnahmen sind praktisch vernachlässigbar im Verhältnis zu den Gesamtkosten der Einheit. Auf der anderen Seite wird damit aber auch nur eine Verringerung der Volumenkapazität von nicht mehr als 5 bis 7% erreicht, die einer Vergrößerung des Enddrucks von ungefähr 10 bis 15% entspricht

Wenn der Enddruclk des Verdichters um mehr ais 10 bis 15% vergrößert werden soll, muß auch der zylindrische Teil des Gehäuses korrigiert werden, indem nämlich der zurückgesetzte Bereich 50 vergrößert, d. h. die Grenzlinie zwischen dem Einlaßbereich und dem Verdichtungsbereich verschoben wird. Aber auch diese Modifikation läßt sich verhältnismäßig einfach durch einen spangebenden Arbeitsvorgang oder durch Veränderung des Gußmodeiis herbeiführen. Auf diese Weise läßt sich praktisch jede gewünschte Verringerung der Volumenkapazität erzielen.

Die beiden vorstehend geschilderten Maßnahmen zur Verringerung der Volumenkapazität können einzeln oder in Kombination vorgenommen werden.

Um den größten Wirkungsgrad des Modifizierten Verdichters zu erhalten, sollte der Druck des gasförmigen Fluids in dem Moment, wo es mit Jem Alislaßkanal in Verbindung kommt, so nahe wie möglich bei dem Druck in diesem Kanal selbst liegen. Dies bedeutet, daß die Größe der Auslaßöffnung so reduziert werden sollte, daß das Verhältnis zwischen dem eingeschlossenen Gasvolumen und denn zum Auslaßkanal hin geöffneten Volumen dem Verhältnis zwischen Ein- und Auslaßdruck entsprechen sollte. Wenn angenommen wird, daß der Verdichter normalerweise ausgelegt ist für ein Verdichtungsverhältnis von 8 :1, wobei eroin Vc'umenverhältnis von 4,4 : 1 erzeugt, und daß er auf ein Druckverhältnis von 9 :1 gebracht werden soll, welches einem Volumenverhältnis von ungefähr 4,8: I entspricht, bei gleichzeitiger Verringerung der Volumenkapazität um 7%, dann sollte das Auslaßvolumen verringert werden von ungefähr

— 4,4

= 22,7% auf ungefähr ^- = 19,4%
4,8

des theoretisch maximalen Einlaßvolumens des Kompressors. Diese Verkleinerung der Hochdruck-Auslaßöffnung kann nicht durch eine spanende Nachbearbeitung erreicht werden, sondern wird zweckmäßigerweise bere'".s beim Gußmodell berücksichtigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Vergrößerung des Verdichtungsverhältnisses eines auf eine bestimmte Antriebsmaschine abgestimmten Schraubenrotorverdichters bei im wesentlichen gleicher Leistungsaufnahme, d a durch gekennzeichnet, daß die mit der Vergrößerung des Verdichtungsverhältnisses verbundene größere Leistungsaufnahme durch eine entsprechende Erweiterung des Einlaßbereichs (24, 50) des Verdichters in den Verdichtungsbereich hinein kompensiert wird.

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßbereich (24) derart erweitert wird, daß er die Welle (42) wenigstens eines der Schraubenrotoren vollständig umgibt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßbereich (24) die Welle (42) des Nutenrotors des Verdichters umgibt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßbereich (24, 50) derart erweitert ist, daß der gegenüber dem Außendurchmesser der Rotoren im Durchmesser vergrößerte einlaßseitige Umfangsbereich (50) der zylindrischen Mantelwand (32) des Gehäuses (12) in Bewegungsrichtung der Kämme der Rotoren erweitert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (48) des Verdichters entsprechend der Vergrößerung des Verdichtungsverhältnisses und der mit der Erweiterung des E_ Iaßbereichs (24, 50) verbundenen Verringerung der Vo'umenk-pazität verkleinert wird.