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Sehraubenverdiehter bzw. Sehraubenmotor.
Die bekannten Verdichter für luft- oder gasförmige Mittel sind, soweit es sich um Kreiselmaschinen handelt, in ihrem Wirkungsgrad beschränkt. Dieser Umstand macht sich besonders dort störend bemerkbar, wo der Luft-oder Gasverdichter innerhalb von Anlagen arbeitet, in denen es in besonders hohem Masse darauf ankommt, einen sehr hoch liegenden Mindestwirkungsgrad zu erreichen, z. B. in Gasturbinenanlagen.
Man kann, wenn man den ungekühlten Kompressor in der Gasturbinenanlage in Rechnung stellt, praktisch nicht mit mehr als 70% Kompressorwirkungsgrad rechnen. Für die Leistungen und Drücke, welche hier in Frage kommen, hat zurzeit im wesentlichen nur der Fliehkraftkompressor Bedeutung. Selbst wenn es gelingen würde, diese Kompressoren hinsichtlich ihres Wirkungsgrades wesentlich zu verbessern, so würde das für den Betrieb der Gasturbinenanlage an sich zwar sehr vorteilhaft sein, aber es würde damit ein dieser Kompressorart anhaftender typischer Nachteil nicht beseitigt werden. Dieser Nachteil besteht in der bekannten Erscheinung des Pumpens des Kompressors, die bei einer Unterschreitung einer gewissen spezifischen Luftmenge im Kompressor auftritt und sich insbesondere in einfachen Gasturbinenanlagen mit veränderlichen Leistungen störend bemerkbar macht.
In dieser Hinsicht scheint also eine Weiterentwicklung des Kreiselverdichters keine besonderen Vorteile zu bieten.
Es sind auch Kreiselmaschinen bekannt, welche von dem Nachteil des Pumpens frei sind, nämlich Axialkreiselverdichter. Diese besitzen aber einerseits einen verhältnismässig ungünstigen Wirkungsgrad und führen auf der andern Seite in höheren Druckgebieten zu Baulängen, welche nur in Ausnahmefällen zulässig sein können.
Der Erfinder hat erkannt, dass für die Besonderheiten der Gasturbinenanlagen solche Umlaufsverdichter geeignet sind, die während der Läuferumdrehung die angesaugte Luft in einem fortschreitend sich vermindernden Verdichtungsraum oder fortschreitend sich vermindernden Verdichtungsräumen verdichten und bei denen der Verdichtungsraum bzw. die Verdichtungsräume bei Erreichung des gewünschten Enddruckes nach der Druckleitung zur Turbine bzw. Verbrennungskammer öffnen.
Derartige Verdichter sind ihrer Gattung nach bekannt unter dem Namen Schraubenverdichter, Schraubenkapselwerk u. dgl. In der Technik haben diese Verdichter bisher praktische Bedeutung nicht erlangt, sei es, weil man die in ihnen liegenden Entwicklungsmöglichkeiten nicht erkannte oder aber sie in einer Form entwickelte, welche ihrer Eigenart in keiner Weise entsprach und daher von vornherein zum Misserfolg verurteilt war.
Gemäss der Erfindung bestehen die Schraubenverdichter, welche unter geeigneten Umständen auch als Motoren laufen können, aus zwei oder mehreren zusammenarbeitenden Schraubenrädern, von denen das eine ein im wesentlichen konvexes Gewinde und das andere oder die andern im wesentlichen konkaves Gewinde besitzen und die zusammen mit dem sie umschliessenden Gehäuse an Inhalt veränderliche Arbeitsräume für das zu verdichtende bzw. expandierende Arbeitsmittel bilden, wobei die Schraubenräder kürzer sind als die Steigung des Gewindes und an ihren Enden in axialer Richtung teilweise durch Endplatten abgedeckt sind.
Die bisher bekannten Schraubenverdichter, welche überwiegend wegen Primitivität und mangel- hafter Durchdenkung nicht in die Wirklichkeit umgesetzt werden konnten, sind sicherlich in erster Linie dadurch unmöglich geworden, dass man nicht erkannte, dass die Wirksamkeit dieser Maschinen
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nur in Gebieten sehr hoher und höchster Umfangsgeschwindigkeiten liegt. Wenn z. B. bei verschiedenen Ausführungsformen der Vorschlag gemacht worden ist, einen Läufer durch Eingriffe mit dem andern anzutreiben, so ist allein durch diese Massnahme der Umlauf solcher Verdichter auf ein Gesehwindigkeits- gebiet begrenzt, welches jede praktische Brauchbarkeit ausschliesst.
Die Läufer arbeiten erfindungsgemäss gegeneinander und ihre Gehäuse spielfrei. Ungeachtet dessen ist es vorteilhaft, insbesondere in der Stirnfläche der Läufer, dort wo diese mit den entsprechenden Gegenstirnflächen des Gehäuses in der heissesten Verdichtungszone zusammenarbeiten, besondere Mittel anzuwenden, welche geeignet sind, die in diesen Flächen notwendigen Spiele mit Sicherheit zu beherrschen, Gemäss der Erfindung wird auf den Stirnseiten der Läufer eine Anzahl von Rippen und umfänglichen Kanten angeordnet, deren Fläehenausdehnung nur sehr klein ist und die miteinander eine Art von Labyrinthkammem bilden. Die Schwäche dieser Rippen bzw.
Kanten bewirkt, dass, wenn infolge Auftretens gewisser durch Erwärmung bedingter Dehnungen ein Reibungsschluss zwischen den Stirnflächen der Läufer und dem Gehäuse eintreten sollte, diese Kanten infolge ihrer geringen Fläche sich verhältnismässig schnell einsehleifen, wodurch die Reibungsberührung in diesen Flächen fast momentan wieder aufgehoben wird.
Die Erfindung hat sich weiter zur Aufgabe gestellt, die Schraubenräder so auszubilden, dass der die Hochdruckseite mit der Niederdruckseite verbindende, durch die Spielräume gebildete Un- diehtigkeitsquerschnitt möglichst gering wird und dass die Schraubenräder so kurz wie möglich ausgeführt werden können. Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die Druckseite des konvexen Gewindes einen kleineren Krümmungsradius besitzt als die Saugseite derselben und
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des Gewindes die durch die Drehachsen der Schraubenräder gehende Ebene schneidet, den entsprechenden Teil der Gewindelücke des andern Schraubenrades ausfüllt.
Unter Druckseite des Gewindes ist dabei diejenige Seite verstanden, die dem höheren Drucke des zu verdichtenden bzw. zu expandierenden Mittels ausgesetzt ist, bei Verdichtern also die vordere und bei Motoren die hintere Seite des Gewindes, gerechnet im Drehsinne.
Die Erfindung bezweckt ferner, die Ein-bzw. Auslässe der fraglichen Maschinen so auszubilden, dass das Arbeitsmittel beim Ein-bzw. Ausströmen so wenig wie möglich gedrosselt wird. Die zwischen den Gewinden der Schraubenräder befindlichen Arbeitsräume werden, wenn es sich um einen Verdichter handelt, zunächst abgeschlossen, dann vermindert und schliesslich, nach Erreichung des gewünschten Druckes, nach dem Auslass hin geöffnet. Für ein möglichst verlustfreies Arbeiten der Maschine ist es daher von Wichtigkeit, dass das Schliessen und Öffnen der Arbeitsräume so rasch wie möglich erfolgt. Dies gilt in erster Linie für den Anschluss der Hochdruckseite an die Zufuhr-bzw.
Auslassleitung, weil dort die zur Verfügung stehende Fläche geringer und der Druck des Arbeitsmittels grösser ist als auf der Niederdruckseite, doch wird es sich in den meisten Fällen empfehlen, auch bei der Ausbildung der Niederdruckseite darauf Rücksicht zu nehmen. Zur Erreichung des angegebenen Zweckes schlägt die Erfindung vor, die in ständig offener und ungeregelter Verbindung mit den Schraubenrädern stehenden Einlassöffnungen oder die Auslassöffnungen oder sowohl Einlass-wie Auslassöffnungen derart auszubilden, dass die Begrenzungskanten der Öffnungen derart verlaufen, dass sie beim Abschluss bzw. beim Öffnen eines Arbeitsraumes parallel oder annähernd parallel zu den schliessenden bzw.
öffnenden Kanten aller zusammenarbeitenden Schraubenräder angeordnet sind. Dadurch wird erreicht, dass der Abschluss bzw. das Öffnen des betreffenden Arbeitsraumes auf kürzestem Wege und daher mit grösster Geschwindigkeit und möglichst geringer Drosselung des Arbeitsmittels erfolgt.
Befindet sich der Ein-oder Auslass so angeordnet, dass das Arbeitsmittel im wesentlichen senkrecht zu den Achsen der Schraubenräder zu-bzw. abfliesst, so werden die Kanten der Auslassfläche gemäss der Erfindung parallel zu den schraubenförmig verlaufenden Gewindekanten angeordnet. Bei axialer oder teilweise axialer Strömung des Arbeitsmittels werden die in axialer Richtung öffnenden bzw. schliessenden Kanten parallel zu den Kanten angeordnet, die sich aus dem Schnitt der Läufer mit einer zur Achse senkrechten Ebene ergeben.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in den Zeichnungen dargestellt sind.
Es zeigen : Fig. 1 eine Aussenansicht des Gehäuses eines zylindrischen Schraubenverdichters gemäss der Erfindung, Fig. 2 eine Seitenansicht dieses Gehäuses, Fig. 3 eine Ansicht von oben. In
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in Fig. 9, Fig. 11 einen Schnitt nach der Linie 11-11 in Fig. 10, Fig. 12 einen Verdichter mit konischen Schraubenrädern ungleichen Durchmessers, Fig. 13 und 14 die Eintritts-bzw.
Austrittsseite eines Verdichters mit konisehen Schraubenrädern gleichen Durchmessers, Fig. 15 eine mit einem Verdichter
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bei der sowohl der Verdichter als auch die Gasturbine als Schraubenmaschinen gemäss der Erfindung ausgebildet sind, Fig. 17 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schraubenverdiehters gemäss der Erfindung im axialen Längsschnitt, von der Niederdruckseite aus gesehen, Fig. 18 einen Schnitt nach der Linie 18-18 der Fig. 17, Fig. 19 eines der Schraubenräder mit eingezeichneter Dichtungslinie, Fig. 20 einen Schnitt nach der Linie 20-20 der Fig. 17, Fig. 21 eine etwas abgeänderte Ausführungsform, Fig. 22 eine weitere Abänderung und Fig. 23 die Schraubenräder und einen Teil des Gehäuses des in Fig. 17 dargestellten Ausführungsbeispiels von der Hochdruckseite aus gesehen.
Bei der in den Fig. 1-11 dargestellten Ausführungsform besitzt der Verdichter zwei zylindrische Schraubenräder 12 und 14, die von einem gemeinsamen Gehäuse 16 eingeschlossen sind, welches sich dem äusseren Umfang der Schraubenräder anschliesst und somit die aus Fig. 4 ersichtliche Querschnittsform erhält. Im dargestellten Beispiele haben die Schraubenräder untereinander verschiedene Durchmesser von solcher Grösse, dass der Teilkreis mit dem Kopfkreis kleineren Rades zusammenfällt. Auf der Eintrittsseite des Verdichters besitzt das Gehäuse einen Flansch 18, an dem der Einlassstutzen 20 angeschraubt ist. Der Einlassstutzen ist mit Hilfe von Rippen 22 bzw. 24 mit im wesentlichen zylindrischen Gussstücken 26 bzw. 28, 30 verbunden, welche im Inneren Kugellager 32 bzw. 34 aufnehmen (Fig. 5).
Das Schraubenrad 12 ist an seinem linken Ende mit Hilfe von Schrauben 36 mit einem Endstück 38 fest verschraubt, welches im Kugellager 32 gelagert ist. Auf der rechten oder Hochdruckseite ist das Schraubenrad 12 in einem Kugellager 40 gelagert, welches vom Gehäuse 16 getragen wird. Neben dem Kugellager 40 ist ein Zahnrad 42 angeordnet, das zusammen mit dem Kugellager durch eine Mutter 44 gegen axiale Verschiebung gesichert ist und mit einem Zahnrad 46 zusammenarbeitet, das auf dem rechten Ende der Schraube 14 sitzt. Zu beiden Seiten des Kugellagers 32 sind mit dem Gussstück 26 Ringe 48 und 50 verschraubt, die als Ölfänger ausgebildet sind, um zu verhindern, dass Schmieröl aus dem Raume 52 austritt. Ähnliche Ölfänger sind auch auf der Hochdruckseite angeordnet, u. zw. derart, dass das Kugellager 40 und das Zahnrad 42 von den Ölfängern 54 und 56 eingeschlossen sind.
Auf der Niederdruckseite des Verdichters sind neben dem Kugellager 32 auf dem Endstück 38 mit Dichtungsringen versehene Scheiben 58 und 60 angebracht, die zusammen mit einer am feststehenden Teil 26 befestigten, ebenfalls mit Dichtungsringen versehenen Scheibe 62 eine Labyrinthdichtung bilden. Eine weitere Labyrinthdichtung 64 ist zwischen den einander naheliegenden zylindrischen Flächen des umlaufenden Endstückes 38 und des feststehenden Teiles 26 vorgesehen. Der Raum zwischen den beiden Dichtungen steht mit einem Stutzen 66 in Verbindung, welcher durch eine nicht dargestellte Leitung an die Hoehdruekseite des Verdichters angeschlossen ist, so dass der Raum zwischen den Dichtungen ständig unter dem vom Verdichter erzeugten Druck steht.
Das durch den Stutzen 66 in der Richtung des Pfeiles 68 eingeführte Druckmittel durchströmt unter Entspannung die beiden Labyrinthdichtungen und übt dabei auf das Endstück 38 einen in axialer Richtung nach rechts gerichteten Druck aus, der dem durch die Verdichtung entstehenden, auf das Schraubenrad wirkenden, nach links gerichteten Axialdruck entgegenwirkt bzw. diesen Druck bei geeigneter Bemessung der radialen Fläche des Endstückes 38 vollkommen ausgleicht. Dieser Druckausgleich ist unabhängig von der augenblicklichen Kompressorleistung bzw. von der Höhe des Enddruckes im Verdichter, weil sowohl der auf das Schraubenrad ausgeübte Axialdruck als auch der auf das Endstück 38 wirkende Druck im gleichen Sinne mit dem Verdichterenddruck sich ändern.
Nach Durehströmung des Labyrinths fliesst das Druckmittel teils in Richtung des Pfeiles 70 und teils durch eine Öffnung im feststehenden Teil 26 in der Richtung des Pfeiles 72 ab.
Das Endstück 38, das Schraubenrad 12 sowie die rechte Endwelle 74 des Schraubenrades sind hohl ausgebildet. In dem so geschaffenen Hohlraum ist ein Rohr 76 untergebracht und durch angeschweisste Klötzchen 18 sowie Abstandsringe 80 in einer solchen Lage gehalten, dass zwischen dem Rohr und den inneren Wänden der sie umgebenden Hohlräume ein gewisser Zwischenraum gebildet wird. Die zuletzt beschriebene Anordnung dient zur Kühlung des Schraubenrades sowie der Lager.
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und 86 durchgeführt sind. Die Düse 84 reicht in das Innere des Rohres 76 und dient zur Zuführung von Kühlflüssigkeit für das Schraubenrad 12.
Die durch die Düse 84 einströmende Kühlflüssigkeit fliesst zunächst im Inneren des Rohres 76 in der Richtung der Pfeile 88, kehrt an dem linken Ende des Rohres 76 um, weil der Hohlraum im Endstück 38 an der linken Seite durch eine Schraube 90 abgeschlossen ist, und fliesst dann in der Richtung der Pfeile 92 an der Aussenseite des Rohres 76 zurück und gelangt schliesslich in den Raum 94, von wo sie durch die Auslassöffnung 96 nach aussen abgeführt wird. Der Raum 94 ist durch eine Wand 97 nach links abgeschirmt. Etwa an der Welle nach links eindringende Flüssigkeit wird durch Fliehkraftwirkung von dem Flansch 99 abgeschleudert.
Das linke Lager 34 des Schraubenrades 14 ist in axialer Richtung gegenüber dem Lager 32 für das Schraubenrad 12 versetzt, um eine möglichst raumsparende Unterbringung eines Entlastungskolbens für das Schraubenrad 14 zu ermöglichen. Auch das Lager 34 ist zu beiden Seiten von Ölfängern 98 und 100 begrenzt. Desgleichen sind das Lager 102 auf der Hochdruckseite des Schraubenrades 14 sowie das Zahnrad 46 von Ölfängern 104 und 106 eingeschlossen, um ein Eindringen von Schmieröl sowohl nach der Seite des verdichteten Mittels hin als auch in den Raum 94 zu verhindern.
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enthaltenden Raum 120 vor der Einstrahlung des verdichteten heissen Mittels zu schützen.
Die Mittel zur Verminderung oder zum Ausgleich des Axialdruckes des Schraubenrades 14 sind in folgender Weise angeordnet. Auf dem linken Wellenende 108 des Schraubenrades 14 ist eine mit ringförmigen Dichtungsleisten versehene Scheibe 110 mittels einer den Hohlraum der Welle 108 verschliessenden Schraube 112 befestigt. Ein auf dem feststehenden Teil 28 aufgesetzter De : kel 774 besitzt auf der Innenseite entsprechende Dichtungsleisten, die zusammen mit den Dichtungsleisten der Scheibe 110 eine Labyrinthdichtung 113 bilden. Durch eine Öffnung 116 im Deckel 114 wird Druckmittel, zweckmässig von dem im Verdichter selbst verdichteten Mittel zugeführt, welches einen dem Axialdruck des Schraubenrades 14 entgegenwirkenden Druck auf die Scheibe 110 ausübt.
Dieser Druck ändert sich bei Änderung der Verdichterleistung wieder in Übereinstimmung mit dem Ver- diehterenddruek, so dass auch hier eine selbsttätige Anpassung des Gegendruckes an den Axialdruck des Schraubenrades erfolgt. Das entspannte Druckmittel tritt durch die Öffnung 115 aus.
Die Kühlung des Schraubenrades 14 sowie der beiden Lager 34 und 102 erfolgt in gleicher Weise wie die oben beschriebene Kühlung des Schraubenrades 12 und der dazugehörigen Lager. Die Kühlflüssigkeit strömt durch die Düse 86 in das innere Rohr 118 und an der Aussenseite dieses Rohres zurück in den Raum 94, von wo aus sie zusammen mit der im Schraubenrad 12 erwärmten Kühl-
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geführt, um die wirksame Kühlfläche zu vergrössern.
Um zu verhindern, dass ein Teil des verdichteten und erwärmten Mittels in den die Lager 40 und 102 sowie die Zahnräder 42, 46 enthaltenden Raum 120 gelangt, kann letzterer durch eine Leitung 122 unter Druck gesetzt werden. Als Druckmittel wird zweckmässig im Verdichter verdichtete, vor Einführung in den Raum 120 gekühlte Luft od. dgl. verwendet.
Neben der beschriebenen Innenkühlung ist noch eine Kühlung für das Gehäuse vorgesehen, das zu diesem Zwecke auf der Hochdruckseite hohl ausgebildet ist, so dass Kühlflüssigkeit durch die Hohlräume 124 umlaufen kann. Diese Anordnung dient nicht so sehr der eigentlichen Kühlung als vielmehr dazu, die betreffenden Teile auf möglichst unveränderter Temperatur zu halten, so dass die Spielräume zwischen den Läufern und dem Gehäuse sehr klein bemessen werden können.
Die die Axialdrüeke aufnehmenden Lager 40 und 102 sind auf der Hochdruckseite des Verdichters angeordnet. Aus Fig. 5 ist auch ersichtlich, dass die die beiden Schraubenräder 12 und 14 verbindenden Zahnräder 42 und 46, die zweckmässig mit schrägen Zähnen ausgeführt sind, so nahe wie möglich an die die Axialdrücke aufnehmenden Lager herangerückt sind, damit sie unabhängig von Temperaturschwan1.'1lngen stets genau eingestellt bleiben.
Der Antrieb des beschriebenen Verdichters erfolgt an dem Endflanseh 126, der durch die Schraube 90 mit dem Endstück 38 verbunden ist und die Labyrinthscheiben 58 und 60 sowie die Innenlaufringe des Kugellagers 32 gegen axiale Verschiebung sichert.
Das zu verdichtende Mittel, z. B. Luft, wird in Richtung der Pfeile 128 angesaugt und verlässt den Verdichter durch den aus den Fig. 6 und 7 ersichtlichen Austrittsstutzen 130. Wie in Fig. 5 der Deutlichkeit halber in etwas übertriebenem Masse dargestellt ist, sind die beiden Läufer 12 und 14 zueinander sowie im Verhältnis zu dem sie umgebenden Gehäuse so angeordnet, dass sich zwischen den Läufern sowie zwischen Läufern und Gehäuse stets kleine Spielräume befinden. Um die gegenseitigen Abstände zwischen Läufern und Gehäuse einwandfrei aufrechterhalten zu können, ist eine sehr sorgfältige Ausführung der Lagerung und des Zahnradgetriebes notwendig.
Die Übertragung der Bewegung des von aussen angetriebenen Läufers 12 auf den zweiten Läufer 14 erfolgt also nur durch Vermittlung der Zahnräder, nicht aber durch unmittelbaren Eingriff der beiden Sehraubenprofile, weil zwischen letzteren stets ein Spielraum vorhanden ist. Um die Einhaltung der beabsichtigten Spielräume sicherzustellen, genügt es nicht, eine Verstellung der Läufer in radialer Richtung zu verhindern, sondern es muss auch dafür gesorgt werden, dass keine gegenseitigen axialen Verschiebungen der Läufer auftreten können. Zu diesem Zwecke kann neben sorgfältiger Ausführung der die axialen Drücke aufnehmenden Lager 40 und 102 auch ein gewisser Ausgleich durch Änderung des Druckes geschaffen werden, den das bei 68 bzw. 116 zugeführte Druckmittel auf das Endstück 38 bzw. den Entlastungskolben 110 ausübt.
Die Läufer 12 und 14 sind zylindrisch ausgebildet und mit einem dreigängigen Gewinde versehen, dessen Profilform aus Fig. 4 ersichtlich ist. Um bei Verwendung zylindrischer Schraubenräder, deren Gewinde sich nicht über die ganze Peripherie, also weniger als 360 , erstreckt, bei der Drehung der Läufer eine Verminderung der Verdichtungsräume nach der Druckseite hin zu erhalten, können die Schrauben mit nach der Druckseite hin abnehmender Steigung ausgebildet sein, so dass der zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gängen einer Schraube, den angrenzenden Teilen der andern Schraube und dem Gehäuse eingeschlossene Raum bei seiner Wanderung nach der Druckseite hin allmählich kleiner und der Druck des in diesem Raume eingeschlossenen Mittels in entsprechendem Masse grösser wird.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel besitzen die Schrauben durchwegs eine unveränderte Steigung, und die Verminderung der Verdichtungsräume wird hier in folgender Weise erreicht.
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Die auf der Druckseite des Verdichters gelegenen Stirnflächen der Schraubenprofile und die zwischen diesen Profilen eingeschlossenen Räume liegen nicht vollkommen frei nach dem Austrittsstutzen hin, sondern sind durch radiale Teile 1. 32, 134 (Fig. 5) des Gehäuses teilweise abgedeckt, so dass eine unmittelbare Verbindung von den zwischen den Schraubenrädern eingeschlossenen Räumen zum Austrittsstutzen hin nur längs eines bestimmten Teiles des Umfanges der Läufer besteht, u. zw. im dargestellten Beispiel längs des Teiles 7. 36-7-MO (Fig. 6). Der übrige Teil des Umfanges ist teils durch die radialen Gehäusewandungen 132, 134 und teils durch besondere Schieber 142 und 144, deren Zweck weiter unten erläutert werden wird, abgedeckt.
Betrachtet man nun einen bestimmten, von zwei aufeinanderfolgenden Gängen einer Sehraube, den angrenzenden Teilen der andern Schraube und dem Gehäuse eingeschlossenen Raum, so wandert dieser Raum infolge der Drehung der Läufer in axialer Richtung von der Saugseite nach der Druckseite hin, ohne dass sich zunächst der Inhalt des Raumes und der Druck des darin eingeschlossenen Mittels ändern.
Sobald sich aber dieser Raum so weit nach der Druckseite hin verschoben hat, bis der vorderste Teil des Raumes das Ende der Schraubenräder, also die der Druckseite zugewandte Stirnseite der Läufer, erreicht hat, beginnt sieh der Inhalt des Raumes zu verkleinern, weil die Aus-
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hinteren, durch die Schraubenprofile gebildeten Begrenzungswände des Raumes wandern weiter in axialer Richtung gegen die Druckseite hin und der Raum wird daher fortwährend kleiner. Entsprechend der Verminderung des Raumes wird die darin eingeschlossene Luftmenge verdichtet. Die Verdichtung geht so lange vor sich, bis eine Kante eines den Raum begrenzenden Profils den Punkt 186 oder 140 (Fig. 6) erreicht.
Von diesem Augenblick an kann das verdichtete Mittel in den Auslassstutzen 130 strömen, der, wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, eine solche Form besitzt, dass das verdichtete Mittel sowohl in axialer als auch in radialer Richtung abströmen kann.
Aus dem eben geschilderten Vorgang bei der Verdichtung folgt nun, dass das Mittel verdichtet wird auf einen um so höheren Druck, je näher die Punkte 186 und 140 aneinanderliegen, und auf einen um so niedrigeren Druck, je weiter diese Punkte voneinander entfernt sind, weil im ersteren Falle der immer kleiner werdende Raum später und im letzteren Falle früher nach der Druckseite hin geöffnet wird. Dies kann in folgender Weise zur Änderung des Verdichtungsenddruckes unter sonst gleichen Verhältnissen ausgenutzt werden. Aus der Darstellung in Fig. 6 ist ersichtlich, dass der zwischen den Punkten 136 und 140 liegende freie Umfang durch Herausziehen der Schieber 142 und 144 vergrössert werden kann, u. zw. derart, dass der freie Umfang vom Punkte 146 bis zum Punkte 148 reicht.
Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, besitzt der Schieber 144 eine mit Gewinde versehene Bohrung, so dass er durch Drehung der Spindel 150, die in einem aus zwei Teilen 152 und 154 bestehenden Lager drehbar, aber nicht in axialer Richtung verschiebbar gelagert ist, geöffnet bzw. geschlossen werden kann. Der
Schieber 142 ist in ähnlicher Weise durch Drehung einer in einem Lager 156. 168 gelagerten Spindel 160 verschiebbar angebracht. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei keilförmige Einsatzstücke 162 und 164 gezeigt, welche dann in der dargestellten Weise eingesetzt werden, wenn die Schieber 142 und 144 sich in geschlossener Stellung befinden, und welche dem verdichteten Mittel eine wirbelfreie Abströmung ermöglichen.
Diese Einsatzstück werden durch Schrauben 166 und 168 in ihrer Lage gehalten.
Die Fig. 9-11 zeigen die Anordnung der eingangs erwähnten Dichtungsrippen. Das Schraubenrad besitzt an seiner Stirnfläche sowohl radial verlaufende Rippen 170 als auch in Richtung des Umfanges angeordnete Rippen 172 und 174. Ferner sind Rippen 176 an der Stirnseite der Schraubenprofile und Rippen 178 an der gegen das Gehäuse gerichteten Kopfseite der Profile vorgesehen. Die Anordnung der zuletzt genannten Dichtungsrippen 178 ist in Fig. 11 in grösserem Massstabe dargestellt.
Der in Fig. 12 gezeigte Schraubenverdichter unterscheidet sich von dem vorher beschriebenen im wesentlichen dadurch, dass er aus konischen Schraubenrädern besteht. Bei der Drehung der Läufer wird daher der Inhalt eines nach der Druckseite hin wandernden geschlossenen Raumes allmählich kleiner und der Druck des darin eingeschlossenen Mittels in entsprechendem Masse grösser. Hier ist daher keine teilweise Abdeckung der nach der Druckseite gerichteten Stirnfläche der Schraubenräder erforderlich, weil die Verdichtung infolge der Konizität der Schrauben erfolgt, so dass das verdichtete Mittel von den Läufern unmittelbar abströmen kann.
Der Grad der Verdichtung hängt hier unter sonst gleichen Verhältnissen teils von dem Winkel ab, den die Läuferaehsen miteinander einschliessen, und teils von dem Verlaufe der Steigung der Schraubenprofile. Bei nach der Druckseite hin kleiner werdenden Steigung ergibt sich ein höherer Enddruck als bei gleicher Steigung.
Bei der in Fig. 12 dargestellten Ausführungsform haben die Schraubenräder 180 und 182 verschiedene Durchmesser von solcher Grösse, dass der Teilkreis mit dem Kopfkreis des kleineren Rades 180 zusammenfällt. Das Rad 180 ist auf der Niederdruckseite in einem Kugellager'184 gelagert, welches in dem mit dem Gehäuse 186 aus einem Stück gegossenen Teil 188 angeordnet und zu beiden Seiten von Ölfängern 190 und 192 umgeben ist. Auf der Hochdruckseite ist der Läufer 180 in einem Kugellager 194 gelagert, neben welchem das Kegelrad 196 untergebracht ist. Das Lager und das Kegelrad sind wieder von Ölfängern 198 und 200 eingeschlossen. Eine äussere KÜhlung des Verdichters bzw. der Lager auf der Hochdruckseite ist bei der vorliegenden Ausführung nicht vorgesehen.
Damit die
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Kupplung 340 mit der Welle einer Gasturbine 342 verbunden und wird von dieser angetrieben. Die beiden Schraubenräder stehen durch die Zahnräder 344 und 346 miteinander in Verbindung.
Der Verdichter saugt Luft bei 348 an. Die verdichtete Luft gelangt durch die Austrittsleitung 350 in eine Verbrennungskammer 352, in die Brennstoff durch die Düsen 354 und 356 eingeführt wird.
! Nach erfolgter Verbrennung gelangt das Treibmittel durch die Leitungen 858 bzw. 360 in die Turbinen 342 bzw. 362. Die Verbrennungskammer und die Leitungen 358 und 360 sind doppelwandig ausgebildet, so dass ein Teil der im Verdichter 326 verdichteten Luft bei 364 aussen als Kühlluft um die eigentliche
Verbrennungskammer und zwischen den konzentrischen Rohren bis an die Turbinen herangeführt wird. Die Turbine 362 treibt einen elektrischen Generator 366 an. Die Abgase der Turbinen treten bei 368 bzw. 370 aus.
Die vorstehend erläuterten und beschriebenen Schraubenmaschinen sind in ihrer Wirkungs- weise als Verdichter gezeigt. Sie sind aber umkehrbare Maschinen und können daher auch als Motoren, z. B. als Gasturbinen laufen. Ein Beispiel dafür zeigt schematisch Fig. 16 an Hand einer Gasturbinen- anlage. Dieselbe enthält wieder einen Schraubenverdichter 372, der Luft bei 374 ansaugt und sie nach ihrer Verdichtung in die Verbrennungskammer 376 drückt. Die Gasturbine ist hier als Schrauben- maschine nach den gleichen Grundsätzen ausgeführt, die oben für die Konstruktion des Verdichters erläutert worden sind. Im Falle eines Motors strömt das Treibmittel selbstverständlich in Räumen, deren Volumen von der Eintrittsseite nach der Austrittsseite hin zunimmt, wobei das Treibmittel unter Expansion Arbeit abgibt.
Die Abnahme der Nutzleistung der Turbine 378 erfolgt an der
Kupplung 380.
Die in den Fig. 15 und 16 dargestellten Sehraubenverdichter bzw. die Turbine 378 sind mit zylindrischen Schraubenrädern gezeigt, doch können sie natürlich auch mit konischen Rädern versehen sein, etwa nach Art der Fig. 12-14.
In Fig. 16 sind schliesslich mit 382 und 884 Entlastungsvorrichtungen für die unteren Schrauben- räder des Verdichters und der Turbine angedeutet.
Der in Fig. 17 dargestellte Verdichter besitzt zwei Schraubenräder 410 und 412, die von einem sich dem äusseren Umfang der Läufer anschliessenden Gehäuseteil 414 umgeben sind, welcher zwecks
Aufnahme einer Kühlflüssigkeit hohl ausgebildet ist. Die Läufer 410 und 412 bestehen mit ihren zugehörigen Wellenteilen aus einem Stück und sind in den die Radialdrücke aufnehmenden Rollen-
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gelagert. Die Rollenlager werden von mit dem Gehäuseteil 414 verschraubten Gehäuseteilen 428 und 430 getragen, die den Arbeitsraum des Verdichters zu beiden Seiten in axialer Richtung abschliessen und um die Wellen der Läufer unter Zwischenschaltung von Dichtungen 432, 434, 436 und 488 geführt sind.
Der Antrieb des Verdichters erfolgt von der Welle 440 aus, deren Bewegung durch die Zahnräder 442 und 444 auf den Läufer 412 übertragen wird, der gegenüber dem Läufer 410 so angeordnet ist, dass sich die beiden Läufer an keiner Stelle berühren.
Um die Läufer auch von innen kühlen zu können, sind die Wellen hohl ausgebildet und mit einem konzentrischen Innenrohr 446 bzw. 448 versehen. Zwecks Innenkühlung des Läufers 410 wird Kühlflüssigkeit durch eine Düse 450 in das Innere des Rohres 446 geleitet. Die Kühlflüssigkeit durchfliesst zunächst das Rohr 446 in der Richtung des Pfeiles 452, strömt dann zwischen dem Innenrohr und der Hohlwelle in entgegengesetzter Richtung zurück und tritt in Richtung der Pfeile 454,456 in einen durch einen Deckel 458 abgeschlossenen Raum 460 ein, den es durch eine in der Zeichnung nicht ersichtliche Auslassöffnung verlässt, um gekühlt und von neuem dem Kühlsystem zugeführt zu werden.
Die Innenkühlung des Läufers 412 erfolgt, wie aus der Zeichnung ohne weiteres ersichtlich ist, in gleicher Weise und braucht daher nicht näher beschrieben zu werden.
Der Einlass in den Verdichter ist mit 462, der Auslass mit 464 bezeichnet. Der Gehäuseteil 430 am Saugende des Verdichters ist mit radialen Bohrungen 466, 468 versehen, die von den Läuferwellen nach aussen sich erstrecken und den Zweck haben, eine Saugwirkung auf die rechts von den Dichtungen 434 und 438 befindlichen Räume und ein Ansaugen von Schmiermittel in den Verdichter zu verhindern. Der am Druckende des Verdichters befindliche Gehäuseteil 428 besitzt ebenfalls von den Wellen nach aussen führende Bohrungen 470,472, die zu dem Zwecke vorgesehen sind, um ein Eindringen von verdichtetem Mittel in die die Lager enthaltenden, links von den Dichtungen 432 und 436 gelegenen Räume mit Sicherheit zu verhindern und infolge von Undichtheiten austretendes Druckmittel abzuleiten.
Im Spalt zwischen dem Hochdruckende der Schraube 410 und des Gehäuseteiles 428 sind eine oder mehrere Diehtungskanten 471 angeordnet, um den Druck nach aussen hin abzudrosseln.
Wie aus Fig. 18 ersichtlich, sind im vorliegenden Falle die beiden Läufer als dreigängige Schrauben ausgeführt. Es wurde gefunden, dass drei-oder mehrgängige Schrauben die besten Ergebnisse liefern.
Mit zweigängigen Schrauben erhält man eine stark pulsierende Kompression und grosse Auslassverluste, da es in diesem Falle schwierig ist, genügend grosse Auslassöffnungen anzuordnen. Je mehr Gewinde die Schraube besitzt, desto grössere Auslassöffnungen können erhalten werden und desto geringer werden die Auslassverluste. Die Grössenverhältnisse der beiden Schrauben sind so gewählt, dass der
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theoretische Kopfkreis 474 der kleineren Schraube und der theoretische Fusskreis 76 der grösseren
Schraube mit dem Teilkreis zusammenfallen. Während bei der Darstellung in Fig. 17 die Spielräume zwischen den beiden Läufern und zwischen Läufern und Gehäusen angedeutet wurden, sind in den folgenden Figuren die zusammenarbeitenden Teile ohne Spiel eingezeichnet worden, um eine bessere Übersicht über die sich abspielenden Vorgänge zu ermöglichen.
Selbstverständlich ist dabei aber im Einklang mit den eingangs angeführten Überlegungen immer vorausgesetzt, dass sieh tatsächlich ein gewisses Spiel von beispielsweise 0-3 mm zwischen den betreffenden Teilen vorfindet. Auch die folgende Beschreibung berücksichtigt zum grössten Teil der Einfachheit halber nur die Verhältnisse, wie sie ohne Vorhandensein von Spielräumen auftreten würden. Wie sich die Verhältnisse in Wirklichkeit gestalten, erkennt man jedoch leicht, wenn man sich die Spielräume als tatsächlich vorhanden hinzudenkt.
Die in Fig. 18 als Beispiel dargestellten Gewindeprofile sind wie folgt ermittelt worden. Mit einem auf dem Fusskreis 476 der grösseren Schraube gelegenen Punkte-4 als Mittelpunkt ist ein Kreisbogen BC gebogen, dessen Radius r gleich der Kopfhöhe AO des Gewindes ist. Dadurch erhält man eine Seite a des einen Gewindeprofils. Auf dem Kopfkreis 474 der kleineren Schraube wird ein Punkt D derart bestimmt, dass die Punkte i und D gleichzeitig die Verbindungslinie der beiden Schraubenmittelpunkte H und A durchlaufen, also im Punkte E zusammenfallen. Da im vorliegenden Beispiel die Punkte. t und D auf den Teilkreisen liegen und sich daher mit gleicher Geschwindigkeit bewegen, müssen ihre Abstände von Punkt E jederzeit einander gleich sein.
Mit D als Mittelpunkt ist ein Kreisbogen FG gezeichnet, der denselben Radius r besitzt wie der Bogen BC und sich vom Sehnittpunkt F mit der Linie D7 bis zum Schnittpunkt G mit dem Kopfkreis 474 erstreckt. Dadurch erhält man eine Linie 0 des Profils der Gewindelücke. Aus der beschriebenen Entstehung der Profillinien a und c folgt, dass dieselben ineinanderfallen, wenn sich die Punkte A und D im Punkte E befinden. In dieser Lage fallen somit auch die Punkte 0 und F zusammen, u. zw. treffen sie sich auf der Verbindunglinie HK der Schraubenmittelpunkte.
Es ergibt sieh daraus, dass in der genannten Lage die Gewindelücke längs der Linie FG vollständig von einem Teil des Gewindeprofils a ausgefüllt wird, was mit Rücksicht auf Erzielung einer guten Dichtung zwischen der Druckseite und der Saugseite der Maschine von Bedeutung ist. Wie aus der weiteren Beschreibung hervorgeht, erhält man eine sehr kurze Dichtunglinie, die sich allerhochstens über die Hälfte des Umfanges der Schraubenräder erstreckt, wodurch die Undichtigkeitsverluste beträchtlich herabgesetzt werden.
Der die Gewindelücke auf der andern Seite begrenzende Punkt L ergibt sich aus der Bedingung, dass die Punkte L und C sich gleichzeitig im Schnittpunkt M der beiden Kopfkreise befinden sollen.
Die zwischen den Punkten C und 2 ? gelegene Profilform b wird vom Punkte L erzeugt, d. h. der Punkt L berührt das Profil b auf seiner ganzen Länge von C bis N. Schliesslich wird die Linie d von F bis L durch den Punkt C erzeugt. Die Drehrichtung der Schraubenräder ist durch die Pfeile 478 und 480 angegeben.
Die im vorstehenden gebrauchten Ausdrücke Punkte bzw. Linien gelten natürlich nur, soweit es sich um die Betrachtung der in Fig. 18 dargestellten Schnittfläche handelt. Betrachtet man aber den Schraubenkörper, so wird z. B. aus dem Punkt C eine Linie und z. B. aus der Linie a eine Fläche.
In Fig. 19 ist das Schraubenrad 410 allein dargestellt, u. zw. im Sinne des Pfeiles 482 (Fig. 18) gesehen, um die Dichtungslinie, d. h. die Linie, längs welcher sieh die beiden Läufer berühren bzw. längs welcher sie den geringsten Abstand voneinander haben, zu veranschaulichen. Wie sich aus der Betrachtung von Fig. 18 ohne weiteres ergibt, ist auf der Fläche b die Dichtungslinie durch die Lage der Linie L bestimmt und man erhält danach den Teil 484--486 der Dichtungslinie. Darauf folgt von 486-488 ein achsparalleler Teil, der von den kreiszylindrischen Flächen jVBi und Z/ ? i gebildet wird.
Die theoretische Dichtungslinie, d. h. die Linie, die sich ohne Berücksichtigung des Spielraumes zwischen den Läufern ergibt, folgt dann weiter längs der Linie (/bis 490 und verläuft dann auf der Schnittlinie einer zur Achse senkrechten Ebene mit der Fläche a, bis zum Schnitt mit der Linie Cl bei 492. Die theoretische Dichtungslinie folgt darauf der Linie Ci bis zum Schnitt mit der Linie Li bei 494 und dann der Linie Lt bis zum Punkt 496. Von hier aus wiederholt sich der weitere Verlauf der Dichtungslinie in gleicher Weise wie vom Punkt 486 aus.
Berücksichtigt man das Vorhandensein von Spielräumen zwischen den beiden Läufern, so erhält die Diehtungslinie infolge der Krümmung der Flächen a, b, c, teilweise einen etwas abweichenden Verlauf, u. zw. folgt sie von 488-492 der Linie 498 und von 492-496 der Linie 500.
Fig. 20 zeigt, in welcher Weise die Verdichtung des Arbeitsmittels vor sich geht. Es sei angenommen, dass Luft verdichtet werden soll, die durch den Eintrittsstutzen 462 in die Saugseite des Verdichters eintritt. Bei der Drehung der Läufer im Sinne der eingezeichneten Pfeile werden in den Räumen P und R Luftmengen ohne Verdichtung mitgenommen, bis die in der Zeichnung dargestellte Lage erreicht ist, in welche die Punkte C, L und M zusammenfallen. Bei fortschreitender Drehung der Läufer dringt das Gewinde S in den Raum P ein, wodurch das Volumen des Raumes P verringert und der Druck der eingeschlossenen Luftmenge erhöht wird. Sobald der Punkt Cl den Punkt M überlaufen hat, kommen die beiden Räume P und R miteinander in Verbindung, wodurch ein Druckausgleich in diesen Räumen stattfindet.
Bei weiterer Drehung der Läufer schiebt sich das Gewinde Tl
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in die Lücke R, und die Verdichtung schreitet so lange fort, bis die sich vermindernden Räume P, R bei ihrer Verschiebung gegen das Druckende hin mit der Auslassöffnung in Verbindung kommen.
Beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgen Ein-und Austritt der verdichteten
Luft in bzw. aus dem Verdichter im wesentlichen in radialer Richtung. Zur Bewältigung grosser
Volumina ist es aber oft erwünscht, die Luft gleichzeitig auch in axialer Richtung ein-bzw. ausströmen zu lassen. Man könnte dies z. B. dadurch erreichen, dass man die die Läufer in axialer Richtung abgrenzenden Gehäuseteile entfernt und den Ein-und Auslassstutzen entsprechend abändert. Dies würde aber so lange Schrauben erfordern, dass ohne axiale Begrenzung geschlossene Verdichtung- räume gebildet werden. Wie an Hand der Fig. 6 erläutert, können die Schrauben ganz wesentlich kürzer als die Ganghöhe eines Gewindes gebaut werden, indem an den Enden der Läufer besondere
Abschlussplatten od. dgl. angeordnet werden, die nur einen bestimmten Ein-bzw.
Antrittsquerschnitt in axialer Richtung offen lassen, den übrigen Teil aber vollkommen abschliessen.
In der mehr oder weniger schematischen Darstellung nach Fig. 21 sind die Läufer in axialer
Richtung vom Druckende aus gesehen angenommen. Der grössere Teil der Stirnseiten der Läufer ist durch eine Endplatte 502 abgeschlossen, deren Form sich aus folgenden Überlegungen ergibt.
Zunächst ist ohne weiteres einleuchtend, dass die Räume i und Pi so lange abgeschlossen sein müssen, bis der gewünschte Verdichterenddruck erreicht ist. Angenommen, dies sei der Fall, wenn der Punkt Ci nach IT und der Punkt G2 nach V gelangt ist. Daraus folgen die Abschlusslinien k und e der Platte, die bei der zuletzt genannten Stellung mit den Linien bl bzw. 1'2 zusammenfallen. Die Linien f und g schliessen sich den Fusskreisen der beiden Läufer an. Eine Verlängerung der Platte 502 über die Fusskreise hinaus würde den Austrittsquerschnitt vermindern, dagegen könnten die Kurven- teile t und g ohne weiteres etwas nach innen gerückt, z. B. durch gerade Linien ersetzt werden.
In der in Fig. 21 dargestellten Lage schliessen die Flächen b und d einen keilförmigen Raum ein, der sich nach unten bis zur Saugseite erstreckt und somit eine unerwünschte direkte Verbindung zwischen Druckseite und Saugseite bildet. Man erkennt dies auch aus dem Verlauf der Dichtungslinie in Fig. 19.
Um die in Fig. 21 gezeigte Lage zu erhalten, muss man sich die Schraube in Fig. 19 durch eine durch die Linie 490-492 gehende, zur Achse senkrechte Ebene geschnitten und den oberen Teil entfernt denken. Die Ansieht von oben auf den unteren Teil entspricht dann der in Fig. 21 dargestellten Lage. Man erkennt ohne weiteres, dass der zwischen dem Punkt 492 und der Linie LI gelegene Teil mit der
Saugseite unmittelbar in Verbindung steht. Um diese Verbindung zu verschliessen, wird die Abschlussplatte an dieser Stelle nach aussen geführt und man erhält die Begrenzungslinie h. Ausserhalb dieser Linie ist ein Abschluss nicht erforderlich, weil dort schon der obere Kurvenbogen 500 (Fig. 19) gegen die Saugseite hin abdichtet.
Fig. 21 zeigt, wie gross man die axiale Austrittsöffnung wählen kann. Aus praktischen Gründen, nämlich mit Rücksicht auf die Unterbringung der Dichtungen und Lager, ist es aber nicht immer möglich, den axialen Abschluss in der gezeigten Weise auszuführen, und es kann aus diesem Grunde erforderlich werden, der Abschlussplatte 504 beispielsweise die aus Fig. 22 ersichtliche Begrenzungs- linie C-m-n-o-e zu geben. An dem Abschluss des in Fig. 21 gezeigten Flächenkeiles d-b, der in Fig. 22 durch b'--d'wiedergegeben ist, wird durch die andere Form der Platte naturgemäss nichts geändert. Dagegen erfordert diese Plattenform eine weitere Massnahme, die an Hand der Fig. 22 erläutert werden soll.
In dieser Figur sind die Gewindeprofile in einer Lage eingezeichnet, die sie kurz vor Erreichung der in Fig. 21 dargestellten Lage einnehmen. Wie aus Fig. 22 ersichtlich, schliessen die Flächen a, e sowie ein Teil der Fläche d einen keilförmigen, nach dem Saugende hin sich verjüngenden Raum ein, der bei der Weiterdrehung der Läufer immer geringer wird und bei Erreichung der in Fig. 21 dargestellten Lage schliesslich vollständig verschwindet. Um nun die in diesem Raume eingeschlossene Luftmenge, die infolge der Lage der Platte 504 vollkommen abgeschlossen ist, nach aussen abführen zu können und dadurch eine unzulässige Drueksteigerung in dem Raume zu verhindern, ist in der Platte 504 an geeigneter Stelle eine Öffnung 506 vorgesehen, die den zwischen a, c und d eingeschlossenen Raum mit der Auslassseite des Verdichters verbindet.
Selbstverständlich muss die Öffnung 506 eine derartige Lage haben, dass sie den zwischen b'und d'eingeschlossenen Raum nicht mit der Druckseite verbindet.
Die am Saugende gelegene Abschlussplatte erhält zweckmässig die in Fig. 20 durch den Linienzug s- < -M--s dargestellte oder eine dieser ähnlich verlaufende Begrenzung, wobei die Platte den mit Bezug auf die Fig. 20 links vom genannten Linienzug gelegenen Teil abschliesst. Der Verlauf der Linie s ergibt sich aus der Überlegung, dass der Raum F nach der Saugseite hin vollständig abgeschlossen sein muss, wenn das Gewinde S in diesen Raum einzudringen beginnt oder wenn, mit andern Worten, die Verdichtung im Raume P beginnen soll. Die übrigen Linienzüge sind so gewählt, dass unter allen Umständen eine unmittelbare Verbindung zwischen Saug-und Druckseite verhindert wird.
Anstatt besondere Abschlussplatte anzuordnen, können die in Fig. 17 gezeigten, die Läufer nach beiden Seiten hin in axialer Richtung abschliessenden Gehäuseteile 428 bzw. 430 mit zweek- mässig geformten Ausnehmungen versehen sein, die dem Arbeitsmittel einen Ein-und Austritt in
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Die die Räume P und R einschliessenden Kanten des Gehäuses sind so angeordnet, dass sie bei
Beginn der Verdichtung parallel zu den Gewindekanten Ci und L2 (Fig. 20) verlaufen, die als schliessende
Kanten bezeichnet seien. Die Gehäusekanten sind in Fig. 17 mit 510 und 512 angedeutet.
Sie folgen eine gewisse Strecke lang den schliessenden Kanten at bzw. L, und sind dann durch eine Gehäuse- kante M4 miteinander verbunden. Die Darstellung der Fig. 17 ist also derart zu verstehen, dass der links von den strichpunktierten Kanten 510, 514, 512 gelegene Teil der Schraubenräder von dem
Gehäuse vollkommen umschlossen ist, während der Teil rechts von diesen Kanten mit dem Einlass- stutzen 462 unmittelbar verbunden ist. Nur der Deutlichkeit halber ist die schematische Darstellung der Gehäusekanten in Fig. 17 gewählt worden.
Fig. 21 zeigt die Läufer in Ansicht von der Druckseite aus in dem Augenblicke wo die in den
Arbeitsräumen ? i und Bi verdichtete Luft mit dem Auslass in Verbindung gebracht wird. Die beiden
Arbeitsräume stehen gegen das Saugende des Verdichters hin miteinander in offener Verbindung, so dass in ihnen der gleiche Druck herrscht. Das Gehäuse ist bei 516 und 518 erweitert, so dass die
Räume Pl und 7 ? i geöffnet und mit dem Auslass verbunden werden, sobald die Gewindekanten C und G'i, die als öffnende Kanten bezeichnet seien, die in der Zeichnung eingenommene Lage überschreiten.
Daraus ergibt sich der Verlauf der entsprechenden Kanten des Gehäuses gemäss der Erfindung in der in Fig. 23 gezeigten Weise. Die Gehäusekante folgt zunächst bei 520 dem Verlaufe der öffnenden
Gewindekante C bis zum Schnitt mit der Gewindekante L, geht dann auf dem zylindrischen Kopfteil des Gewindes S eine Strecke 522 lang parallel zur Läuferachse und folgt dann bei 524 der öffnenden Gewindekante Gy bis zum Druckende des Verdichters.
Aus Fig. 23 ergibt sich, dass die Arbeitsräume ? i und Ri um so später nach der Druckseite hin geöffnet werden und daher der Druck des verdichteten Mittels um so höher wird, je näher die Gehäusekante 520, 522, 524 gegen das Druckende des Verdichters hin verlegt wird. Obwohl die Auslassfläehe bei einer Ausbildung gemäss der Erfindung so rasch wie möglich geöffnet wird, erfolgt natürlich dennoch eine gewisse, wenn auch nur geringe Drucksteigerung im verdichteten Mittel vom Augenblick des Beginnes der Öffnung bis zur Erreichung des vollen Austrittsquerschnittes. Dies bedeutet aber insofern einen Verlust, als auf die Drucksteigerung wieder ein Druckabfall auf den gewünschten Enddruck erfolgt.
Gemäss der Erfindung kann dies dadurch verhindert werden, dass der Austrittsquerschnitt für einen Verdichtungsdruck berechnet wird, der niedriger ist als der gewünschte Verdichtungsenddruck, derart, dass der Enddruck sich erst infolge der unvermeidlichen Nachverdichtung nach erfolgter Öffnung des Auslasses einstellt. Dadurch wird eine Druckverminderung und ein entsprechender Verlust vermieden. Soll z. B. Luft von atmosphärischem Druck auf einen Druck von 1-4 as verdichtet werden, so werden die Gehäusekanten in solcher Lage angeordnet, dass die Arbeitsräume nach dem Auslass hin geöffnet werden, wenn die Verdichtung bis auf 1-2 2 at fortgeschritten ist.
In der Zeit zwischen Öffnungsbeginn und Erreichung der vollen Auslassöffnung erfolgt dann die weitere Verdichtung von 1-2 auf 1-4 at.
Die beschriebene Maschine kann auch als Motor, beispielsweise als Dampf-oder Gasmaschine, betrieben werden. In diesem Falle erfolgt die Treibmittelzufuhr durch den Stutzen 464 und der Auslass des expandierten Treibmittels bei 462, wobei die Umlaufrichtung der Läufer entgegengesetzt derjenigen ist, die sie im Verdichter haben. Man kann auch die Maschine bei gleicher Umlaufrichtung als Verdichter oder als Motor verwenden, doch sind in diesem Falle die Stutzen 462 und 464 zu vertauschen, d. h. das Arbeitsmittel durchfliesst die Maschine in gleicher Richtung unabhängig davon, ob sie als Verdichter oder Motor arbeitet.
Die Erfindung ist nicht an die nur als Beispiel dargestellten Ausführungsformen gebunden, sondern kann in mannigfache Weise verkörpert werden. Selbstverständlich kann die Erfindung auch bei doppeltwirkenden Läufern zur Anwendung kommen, bei denen das Arbeitsmittel in parallelen Strömen Arbeit aufnimmt bzw. abgibt. Sie ist auch unabhängig von der Anzahl zusammenarbeitender Schrauben.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schraubenverdichter bzw. Sehraubenmotor, dadurch gekennzeichnet, dass er aus zwei oder mehreren zusammenarbeitenden mehrgängigen umlaufenden Schraubenrädern besteht, von denen das eine im wesentlichen konvexes Gewinde und das andere oder die andern im wesentlichen konkaves Gewinde besitzen und die zusammen mit dem sie umschliessenden Gehäuse an Inhalt veränderliche Arbeitsräume für das zu verdichtende bzw. expandierende Arbeitsmittel bilden, und dass die Schraubenräder kürzer sind als die Steigung des Gewindes und an ihren Enden in axialer Richtung teilweise durch Endplatten abgedeckt sind.