BE1007212A3 - Tweetraps spiraalkompressor. - Google Patents

Abstract

Tweetraps spiraalkompressor die een behuizing (1) bevat, twee op de binnenzijde daarvan gemonteerde stationaire spiralen (2 en 3), namelijk een lagedrukspiraal 2 en een hogedrukspiraal (3), een excentrisch in deze behuizing (1) beweegbaar gemonteerd verdringlichaam (4) met een basis (5) en voor elke trap een op deze basis (5) gemonteerde spiraal (6,7) die met een van voornoemde stationaire spiralen (2,3) samenwerkt en met dus een lagedrukspiraal (6) en een hogedrukspiraal (7), en middelen (8) om voornoemd verdringlichaam (4) een excentrische beweging in de behuizing (1) te geven, welke behuizing (1) voor elke trap van een ingang (9 en 11) en een uitgang (10 en 12) is voorzien, daardoor gekenmerkt dat de lagedrukspiraal (6) en de hogedrukspiraal (7) van het excentrisch beweegbaar verdringlichaam (4) op tegengestelde zijden van de basis (5) staan en samenwerken met respektievelijk de stationaire lagedrukspiral (6) en de stationaire hogedrukspiraal (7) die bijgevolg ook aan weerszijden van de basis (5) van het verdringlichaam (4) op de behuizing (1) staan.

Description

  Tweetraps spiraalkompressor.

  
De huidige uitvinding heeft betrekking op een tweetraps spiraalkompressor die een behuizing bevat, twee op de binnenzijde daarvan gemonteerde stationaire spiralen, namelijk een lagedrukspiraal en een hogedrukspiraal, een excentrisch in deze behuizing beweegbaar gemonteerd verdringlichaam met een basis en, voor elke trap, een op deze basis gemonteerde spiraal die met een van voornoemde stationaire spiralen samenwerkt en dus met een lagedrukspiraal en een hogedrukspiraal, en middelen om voornoemd verdringlichaam een excentrische beweging in de behuizing te geven, welke behuizing voor elke trap van een ingang en een uitgang is voorzien.

  
Spiraalkompressoren worden in sommige gevallen verkozen boven zuigerkompressoren omdat ze een laag trillings- en geluidsniveau en een zeer goed rendement bezitten. Het specifiek slagvolume van de spiraalkompressor is vooral door de beperkte hoogte van de spiralen, vrij klein, waardoor het buitenoppervlak vrij groot is, zodat intens kan gekoeld worden.

  
Uit US-A-4.141.677 is een tweetraps spiraalkompressor bekend waarbij de lagedrukspiraal en de hogedrukspiraal van het verdringlichaam rond elkaar op dezelfde zijde van de basis van het verdringlichaam gelegen zijn en samenwerken met één gemeenschappelijke vast spiraal die aan een zijde van het verdringlichaam op de behuizing staat.

  
Een belangrijk nadeel van voornoemde kompressoren is dat het verdringlichaam aan grote axiale krachten wordt onderworpen en dit doordat een druk wordt opgebouwd aan een zelfde zijde van de basis van het verdringlichaam. Om deze reden moet de konstruktie extra stevig worden uitgevoerd waardoor een overbodige extra massa wordt bekomen en de centrifugaalkrachten kunnen toenemen. De lagers moeten, om voldoende levensduur te verkrijgen, zo groot en zwaar worden gekozen dat ze niet meer behoorlijk funktioneren.

  
De uitvinding heeft als doel een tweetraps spiraalkompressor van voornoemd type te verschaffen die relatief eenvoudig van konstruktie is maar waarbij de voornoemde grote axiale krachten worden verkleind of opgeheven.

  
Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt doordat de lagedrukspiraal en de hogedrukspiraal van het excentrisch beweegbaar verdringlichaam op tegengestelde zijden van de basis staan en samenwerken met respektievelijk de stationaire lagedrukspiraal en de stationaire hogedrukspiraal die bijgevolg ook aan weerszijden van de basis van het verdringlichaam op de behuizing staan.

  
Aan beide zijden van de basis wordt door de onderlinge beweging van een drukspiraal t.o.v. een stationaire spiraal een druk opgebouwd. De axiale krachten veroorzaakt door de lagedruktrap zijn tegengesteld aan de axiale krachten veroorzaakt door de hogedruktrap en kompenseren elkaar geheel of gedeeltelijk.

  
Hierdoor kunnen het gewicht en de omvang van de rotor en lageringen veel kleiner worden gehouden dan bij de bekende types.

  
Het aanbrengen van spiralen op beide zijden van de basis van het verdringlichaam om de axiale krachten te verminderen is op zichzelf bekend uit US-A-4.192.152. De daarin beschreven tweetrapsuitvoering van de kompressor bezit evenwel voor elke trap een afzonderlijk verdringlichaam met een basis en aan weerszijden daarop staande spiralen die met stationaire spiralen op de behuizing samenwerken. De spiralen aan weerzijden op de basis en behorende tot een zelfde trap, staan rug aan rug en vormen dus elkaars spiegelbeeld, terwijl de basis van openingen voorzien is zodat op elke plaats van de basis aan weerszijden ervan dezelfde druk heerst. Door de noodzaak van twee verdringlichamen is een dergelijke tweetraps spiraalkompressor van een ingewikkelde konstruktie, vrij volumineus en duur.

   Daarenboven moet in deze bekende kompressor de drijving van de twee verdringlichamen via de periferie geschieden, waardoor grotere radiale krachten op de lagers ontstaan. De exakte dimensionering van deze lagers is onzeker, omwille van het hyperstatisch karakter van de opstelling en de positionering van de verdringlichamen is, wegens het ontbreken van een centrale referentie, ook zeer moeilijk is.

  
In een bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding bevatten de middelen om het verdringlichaam een excentrische beweging te geven een drijfas en een excenterpen waarop de basis van het verdringlichaam draaibaar is gemonteerd, terwijl de stationaire spiraal en de spiraal van het verdringlichaam, die aan de zijde van deze drijfas zijn gelegen, rondom de excenterpen zijn gelegen.

  
De excenterpen is bij voorkeur door middel van een lager in een op de buitenzijde van de basis staande rand gemonteerd.

  
In een voordelige uitvoeringsvorm bevat de basis van het verdringlichaam een kern en twee plaatvormige delen die aan weerzijden op de kern zijn bevestigd en die elk een geheel vormen met een van de spiralen van het verdringlichaam. 

  
In een bij voorkeur toegepaste uitvoeringsvorm van de uitvinding bevat de tweetraps spiraalkompressor meerdere hulpkrukassen die, naast een van de spiralen van het verdringlichaam, aan de ene zijde zijn gelagerd in de behuizing en aan de andere zijde zijn gelagerd in de basis van het verdringlichaam.

  
Deze hulpkrukassen dienen voor het opvangen van de nog overblijvende axiale krachten en het korrekt positioneren van het verdringlichaam dat door deze hulpkrukassen ook niet op zichzelf kan wentelen.

  
De behuizing is bij voorkeur tegenover de stationaire spiralen op zijn buitenkant voorzien van koelvinnen. Deze koelvinnen kunnen alle in dezelfde richting lopen.

  
Met het inzicht de kenmerken beter aan te tonen, is hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, een voorkeursdragende uitvoeringsvorm van een tweetraps spiraalkompressor volgens de uitvinding beschreven, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin :
figuur 1 een longitudinale doorsnede weergeeft van de tweetraps spiraalkompressor volgens de uitvinding; figuur 2 een doorsnede weergeeft volgens lijn II-II in figuur 1.

  
Zoals weergegeven in figuur 1 bestaat de tweetraps spiraalkompressor in hoofdzaak uit een behuizing 1, twee op de binnenzijde daarvan gemonteerde stationaire spiralen 2 en 3, namelijk een lagedrukspiraal 2 en een hogedrukspiraal 3, en een excentrisch in deze behuizing 1 beweegbaar gemonteerd verdringlichaam 4 met een basis 5 en twee daarop staande spiralen 6 en 7, namelijk een lagedrukspiraal 6 en een hogedrukspiraal 7, die respektievelijk met voornoemde stationaire spiralen 2 en 3 samenwerken en middelen 8 om voornoemd verdringlichaam 4 een excentrische beweging in de behuizing 1 te geven.

  
Het verdringlichaam 4 verdeelt de binnenruimte van de behuizing 1 in twee afzonderlijke ruimten. Op elk van de ruimten heeft, tegenover het verst van het midden gelegen gedeelte van de spiraal 6 of 7 die zich in deze ruimte bevindt, een ingang 9 respektievelijk 11 uit, terwijl tegenover het meest naar het midden gelegen gedeelte van deze spiralen 6 of 7 de behuizing 1 van een uitgang 10 respektievelijk 12 is voorzien.

  
De basis 5 van het verdringlichaam 4 bestaat uit een kern
13 met aan weerszijden daarop bevestigd een vlak plaatvormig deel 14, respektievelijk 15. De lagedrukspiraal 6 is een zich volgens een spiraal uitstrekkende rand met konstante hoogte die loodrecht staat op de vlakke buitenzijde van het plaatvormige deel 14, terwijl de hogedrukspiraal 7 eveneens een zich in spiraal uitstrekkende rand is met konstante hoogte die loodrecht op de vlakke buitenzijde van het plaatvormige deel 15 staat.

  
De lagedrukspiraal 6 van het verdringlichaam 4 werkt samen met de stationaire lagedrukspiraal 2 die op een vlakke binnenzijde van de behuizing 1 staat en eveneens gevormd is door een zich volgens een spiraal uitstrekkende rand van konstante hoogte die gelijk is aan de hoogte van de spiraal
6.

  
Op analoge manier werkt de hogedrukspiraal 7 samen met de stationaire hogedrukspiraal 3 die op een vlakke binnenzijde van de behuizing 1 staat. Deze vlakke binnenzijde is evenwijdig gericht aan de voornoemde vlakke binnenzijde en is, om konstruktieve redenen, de binnenzijde van een afzonderlijk konstruktief gedeelte 17 van deze behuizing. De hogedrukspiraal 3 is gevormd door een zich volgens een spiraal uitstrekkende loodrecht op de binnenzijde van dit gedeelte 17 staande rand, die dezelfde hoogte bezit als de rand die de hogedrukspiraal 7 vormt.

  
De vrije randen van de spiralen 2, 3, 6 en 7 zijn van een afdichtingsstrook 18 voorzien.

  
De middelen 8 om het verdringlichaam 4 te bewegen bestaan uit een drij fas 19 met een meetkundige as 16 en een op één einde daarvan gemonteerde excenterpen 20. De meetkundige as
30 van de excenterpen 20 is evenwijdig aan de meetkundige as 16 van de drij fas 19 maar excentrisch ervan gelegen. De basis 5 is draaibaar op deze excenterpen 20 gemonteerd door middel van een lager 21, dat binnen een rand 22 gemonteerd is die koncentrisch met de as 30 van de excenterpen, op de buitenzijde van het plaatvormige deel 14 van de basis 5 staat.

  
De drijfas 19 is door middel van twee kogellagers 23 gelagerd in een lagerhuis 24 dat een gedeelte vormt van de behuizing 1. Dit lagerhuis 24 strekt zich, rond de rand 22 tot nagenoeg tegen de buitenzijde van het plaatvormige deel
14 uit.

  
Het is duidelijk dat de lagedrukspiraal 6 die op voornoemd plaatvormig deel 14 staat en de ermee samenwerkende lagedrukspiraal 2 volledig rond dit lagerhuis 24 gelegen zijn. De hogedrukspiralen 3 en 7 zijn daarentegen centraal gelegen, dwars tegenover het lagerhuis 24.

  
Voor het ondersteunen en positioneren van het verdringlichaam 4 in de behuizing 1 en om te beletten dat dit verdringlichaam 4 op zichzelf zou wentelen, bevat de kompressor drie hulpkrukassen 25 die, zoals weergegeven in figuur 2, gelijkmatig verdeeld rond het gedeelte 17 zijn gelegen. Elke hulpkrukas 25 bevat twee asgedeelten die evenwijdig aan de meetkundige as 16 zijn gericht en excentrisch ten opzichte van elkaar zijn gelegen met dezelfde excentriciteit als deze tussen de drijfas 19 en de excenterpen 20. Het ene asgedeelte is gelagerd in een kogellager 26 dat in de behuizing 1 ingewerkt is, het andere asgedeelte is gelagerd in een kogellager 27 dat naast de kern 13, in een koker 28 is gemonteerd die op het plaatvormige deel 14 van de basis 5 staat.

  
Op de buitenzijde van de behuizing 1 zijn, tegenover de stationaire spiralen 2 en 3 koelvinnen 29 aangebracht. Alle koelvinnen 29 zijn in de weergegeven uitvoeringsvorm evenwijdig aan elkaar gericht. Ze kunnen evenwel ook radiaal gericht zijn.

  
Bij rotatie van de drijfas 19 wordt door de excenterpen 20 een cirkelvormige beweging aan het verdringlichaam 4 opgelegd binnen de behuizing 1, met een straal die overeenkomt met de afstand tussen de meetkundige as van de drijfas 19 en de meetkundige as van de excenterpen 20. Daardoor bewegen de spiralen 6 en 7 zich ten opzichte van de stationaire spiralen 2 en 3 waarbij ze de lucht tussen hen verdringen en samendrukken.

  
Lucht wordt via de ingang 9 aangezogen tussen de lagedrukspiraal 2 en de lagedrukspiraal 6 en samengeperst tot op een relatief lage druk. De samengeperste lucht verlaat de behuizing 1 via de uitgang 10, wordt gekoeld in een niet in de figuren weergegeven koelinrichting en vervolgens via de ingang 11 terug in de behuizing 1 gebracht, waar deze lucht tussen de stationaire hogedrukspiraal 3 en de hogedrukspiraal 7 verder samengeperst wordt tot op hoge druk. De samengeperste lucht verlaat de behuizing via de uitgang 12.

  
Het aanzuigvolume van de hogedruktrap is, omwille van de hoger aanzuigdruk, kleiner. Zoals bekend wordt het slagvolume van een spiraalkompressor vooral bepaald door de hoogte van de samenwerkende spiralen, hun spoed en hun buitendiameter.

  
Gezien de uitbalancering van de axiale krachten wordt nagestreefd, is de lagedruktrap uitgevoerd met grote buitendiameter en dus een groot oppervlak en lage druk, terwijl de hogedruktrap daarentegen met kleine buitendiameter en dus kleiner oppervlak en hogere druk is uitgevoerd.

  
Door de hiervoor beschreven konstruktie verkrijgt men aan weerszijden van de basis 5 een druk, tengevolge waarvan op deze basis en dus op de drijfas 19 axiaal gerichte krachten ontstaan die tegengesteld zijn gericht en elkaar geheel of gedeeltelijk opheffen. Doordat de hoge druk op een klein oppervlak inwerkt en de lage druk op een groot oppervlak in tegengestelde zin, kan de kompensatie van axiale krachten zeer groot of zelfs volledig zijn.

  
Door deze axiale gaskrachtkompensatie is het verdringlichaam 4 minder onderhevig aan vervorming ten gevolge van deze krachten en kan dit verdringlichaam 4 lichter worden gemaakt. Doordat tussen de lage trap en de hoge trap de lucht kan worden gekoeld, zijn ook minder koelvinnen op de behuizing 1 nodig, waardoor ook een gewichtsbesparing op de behuizing mogelijk is. Door de twee trappen zijn ook hoge drukken en hoge snelheden mogelijk zodat de kapaciteit van de kompressor vrij groot is. 

  
Door de tweetrapskompressie is de drukverhouding per trap kleiner en kan dus ok de ingebouwde volumeverhouding per trap kleiner worden gekozen. Door de kleine ingebouwde volumeverhouding op de lagedruktrap ontstaat ruimte voor de aandrijfas 19 met de excenterpen 20. Hierdoor komen de tangentiale gaskracht van de lagedruktrap en de centrifugaalkracht op de lagedrukspiraal 6 en het plaatvormige deel 14 in of nagenoeg in lijn te liggen met hun reaktiekracht.

  
Het kantelmoment op het verdringlichaam 4, dat hoofdzakelijk ontstaat doordat de tangentiale gaskracht en de centrifugaalkracht niet in lijn liggen met hun reaktiekracht, is bijgevolg tot het minimum beperkt. Enkel de tangentiële gaskracht van de hogedruktrap en de centrifugaalkracht die klein is, kunnen nog een kantelmoment veroorzaken.

  
Door de kleinere buitendiameter van de hogedruktrap kunnen in de ruimte rond het hogedrukgedeelte de hulpkrukassen 25 worden gemonteerd.

  
De kompressor is door dit alles vrij kompakt.

  
Het balanceergewicht van het verdringlichaam 4 is vrij klein en dicht bij de onbalanskracht gelegen. Daardoor zal de drij fas 19 minder doorbuigen en kan ze kompakter worden gemaakt, hetgeen voordelig is voor de oliesmering.

  
De lagers 26 en 27 van de hulpkrukassen 25 zijn gemakkelijk bereikbaar ondermeer voor nasmering en kunnen gemakkelijk worden omspoeld door koellucht. 

  
De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvorm, doch dergelijke tweetraps spiraalkompressor kan in verschillende varianten worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (4)

Konklusies.

1.- Tweetraps spiraalkompressor die een behuizing (1) bevat, twee op de binnenzijde daarvan gemonteerde stationaire spiralen (2 en 3), namelijk een lagedrukspiraal 2 en een hogedrukspiraal (3), een excentrisch in deze behuizing (1) beweegbaar gemonteerd verdringlichaam (4) met een basis (5) en voor elke trap een op deze basis (5) gemonteerde spiraal (6,7) die met een van voornoemde stationaire spiralen (2,3) samenwerkt en met dus een lagedrukspiraal (6) en een hogedrukspiraal (7), en middelen

(8) om voornoemd verdringlichaam (4) een excentrische beweging in de behuizing (1) te geven, welke behuizing (1) voor elke trap van een ingang (9 en 11) en een uitgang (10 en 12) is voorzien, daardoor gekenmerkt dat de lagedrukspiraal (6) en de hogedrukspiraal (7) van het excentrisch beweegbaar verdringlichaam (4) op tegengestelde zijden van de basis (5) staan en samenwerken met respektievelijk de stationaire lagedrukspiraal (6) en de stationaire hogedrukspiraal (7) die bijgevolg ook aan weerszijden van de basis (5) van het verdringlichaam (4) op de behuizing (1) staan.

2.- Tweetraps spiraalkompressor volgens konklusie 1, daardoor gekenmerkt dat de middelen (8) om het verdringlichaam (4) een excentrische beweging te geven een drijfas (19) bevatten en een excenterpen (20) waarop de basis (5) van het verdringlichaam (4) draaibaar is gemonteerd, terwijl de stationaire spiraal (2) en de spiraal (6) van het verdringlichaam (4) die aan de zijde van deze drijfas (19) zijn gelegen, rondom de excenterpen

(20) zijn gelegen.

3.- Tweetraps spiraalkompressor volgens vorige konklusie, daardoor gekenmerkt dat de excenterpen (20) door middel van een lager (21) in een op de buitenzijde van de basis (5) staande rand (22) is gemonteerd.

4.- Tweetraps spiraalkompressor volgens een van de vorige konklusies, daardoor gekenmerkt dat de basis (5) van het verdringlichaam (4) een kern (13) bevat en twee plaatvormige delen (14 en 15) die aan weerzijden op de kern

(13) bevestigd zijn en die elk een geheel vormen met een van de spiralen (6 of 7) van het verdringlichaam (4).

5.- Tweetraps spiraalkompressor volgens een van de voorgaande konklusies, daardoor gekenmerkt dat hij meerdere hulpkrukassen (25) bevat die, naast een van de spiralen (7) van het verdringlichaam (4), aan de ene zijde zijn gelagerd in de behuizing (1) en aan de andere zijde zijn gelagerd in de basis (5) van het verdringlichaam (4).

6.- Tweetraps spiraalkompressor volgens een van de voorgaande konklusies, daardoor gekenmerkt dat de behuizing <EMI ID=1.1>

buitenkant voorzien is van koelvinnen (29).

7.- Tweetraps spiraalkompressor volgens een van de vorige konklusies, daardoor gekenmerkt dat de lagedruktrap groter is uitgevoerd dan de hogedruktrap.

8.- Tweetraps spiraalkompressor volgens de konklusies 3 en 7, daardoor gekenmerkt dat de lagedrukspiralen (2 en 6) rond de rand (22) op de basis (5) van het verdringlichaam

(4) zijn gelegen, terwijl de hogedrukspiralen (3 en 7) dwars tegenover deze rand zijn gelegen.