CH478339A - Druckwellenmaschine - Google Patents

Description

      Druckwellenmaschine       Die Erfindung betrifft eine     Druckwellenmaschine    für  gasförmige Medien, bei der sich der aus mindestens  Welle, Nabe, Zellenwänden und Mantel bestehende Läu  fer in einem feststehenden, aus Mittelteil und Seitenteilen  zusammengesetzten Gehäuse bewegt, wobei Mittel vorge  sehen sind zur Einhaltung einer zumindest annähernd       konstanten    Länge des Läufers und des     Gehäuse-Mittel-          teils    bei jedem     Betriebszustand    und unabhängig von der  Temperatur der Medien, wodurch das     Axialspiel    zwi  schen dem Läufer und den Seitenteilen des Gehäuses       annähernd    konstant bleibt.  



  Wie im Hauptpatent dargelegt wurde, ist es für das  einwandfreie Funktionieren der     Druckwellenmaschine     und zur Erreichung eines guten Wirkungsgrades erfor  derlich, die     Leckageverluste    an den Stirnseiten des Läu  fers auf ein Minimum zu beschränken,     d.h.    ein sehr  kleines     Axialspiel    zwischen dem Läufer und den Seiten  teilen des Gehäuses einzuhalten.

   Zur Erreichung dieses  Zieles wurde beispielsweise weiter vorgeschlagen, die  Wärmedehnungen des Läufers und des     Gehäuse-Mittel-          teils    nach innen aufzunehmen,     indem    der Läufer geteilt  wird, so dass sich die Zellenwände axial gegeneinander  verschieben können, und in den Mittelteil ein wellenför  miges Kompensationsstück eingesetzt wird. Diese Aus  führungen sind aber konstruktiv kompliziert und daher  teuer, auch können festigkeitsmässig verschiedene Pro  bleme auftreten.  



  Eine andere Lösung der gestellten Aufgabe besteht  erfindungsgemäss darin, dass der Läufer und der     Gehäu-          se-Mittelteil    aus einer Legierung mit sehr kleinem mittle  rem     Wärmeausdehnungskoeffizienten    besteht.  



  Die Erfindung wird anhand der zugehörigen Zeich  nung beispielsweise näher erläutert, die in einem Axial  schnitt schematisch den üblichen Aufbau einer Druck  wellenmaschine zeigt, wie sie beispielsweise zur     Aufla-          dung    von Dieselmotoren Verwendung findet.  



  Der Läufer 1 dreht sich im     Stator,    der aus dem  Luftgehäuse 2, dem Gasgehäuse 3 und dem     Gehäuse-          Mittelteil    4 besteht. Er ist im Luftgehäuse 2 fliegend  gelagert. Das energiereiche Gas tritt bei 5 in das Gasge-         häuse    3 ein, gibt im Läufer 1 einen Teil seiner Energie an  die Luft ab und tritt bei 6 wieder aus. Die Luft tritt     bei    7  in das Luftgehäuse 2 ein, wird im Läufer 1 verdichtet  und tritt (in der Zeichnung nicht dargestellt) senkrecht       zur    Zeichenebene aus dem Luftgehäuse wieder aus.  Dabei ist es unvermeidlich, dass Leckage - Gas oder  Luft - durch die Spalte zwischen den Läuferstirnseiten  und den Seitenteilen des Gehäuses strömt.  



  Der Spalt a     zwischen    Läufer 1 und Luftgehäuse 2  kann sehr klein gehalten sein, da das     Axiallager    8  nahe dem Läufer liegt und auftretende Dehnungsdiffe  renzen unbedeutend sind. Wesentlich schwieriger ist es  auf der Gasseite, wo sich die Dehnungen der heissen  Zellenwände voll auswirken. Der Spalt b wird bestimmt  durch die Dehnungsdifferenz zwischen dem Läufer 1 und  dem     Gehäuse-Mittelteil    4. Wenn beim Anfahren der       Druckwellenmaschine    das heisse Gas die Zellen durch  strömt, dehnt sich der Läufer entsprechend der Tempera  tur und dem     Wärmeausdehnungskoeffizienten    seines  Werkstoffes gegen das Gasgehäuse 3 aus.

   Der Spalt b  wird kleiner, weil der     Gehäuse-Mittelteil    4 nicht so rasch  folgen kann, wird er doch hauptsächlich durch die  Leckage erwärmt. Nach einer gewissen Zeit erreicht der  Spalt b seinen kleinsten Wert, der für das Montagespiel  der kalten Maschine massgebend ist, denn der Läufer  darf unter keinen Umständen und in keinem Betriebsfall  am Gehäuse anstreifen. Leider bleibt der Spalt b nicht  auf dem kleinsten Wert, sondern er nimmt wieder zu,  denn der     Gehäuse-Mittelteil        wärmt    sich weiter auf, so  dass der Spalt sogar grösser werden kann, als er im  kalten Zustand der Maschine war.  



  Hier setzt nun die vorliegende Erfindung ein. Zur  Vermeidung der grossen und vor allem variablen Wärme  dehnungsunterschiede werden Läufer und     Gehäuse-Mit-          telteil    aus einer     Legierung    mit sehr kleinem mittleren       Wärmeausdehnungskoeffizienten    hergestellt. Er soll im  Temperaturbereich zwischen 0 und 350 C unter  8 -     10-13        mm/mm C    liegen.

   Es kommen dafür vor allem  die handelsüblichen     Nickel-Eisen-Legierungen    mit kon  trolliertem Ausdehnungsverhalten in Betracht, die zwi-           sehen        36        und        54%        Nickel        enthalten.        Auch        die        bekannten          Nickel-Kobalt-Eisen-Legierungen    sind bezüglich Wärme  ausdehnungsverhalten dafür geeignet. Als vorzüglicher  Werkstoff käme Quarz in Frage, doch stehen     Herstel-          lungs-Schwierigkeiten    der praktischen Anwendung entge  gen.  



  Die niedrigen     Wärmeausdehnungskoeffizienten    der  genannten Legierungen treten jedoch nur     in    einem be  schränkten Temperaturbereich auf, der um so grösser ist,  je höher der Nickelgehalt ist. Über einer kritischen  Temperatur steigen die Dehnungswerte sehr stark an,  etwa auf den Wert des     Kohlenstoffstahls.    Trotzdem  können diese Werkstoffe mit Vorteil für     Druckwellenma-          schinen    angewendet werden, da wegen der abwechseln  den     Beaufschlagung    des Läufers durch heisse und kalte  Gase dessen mittlere Temperatur viel tiefer     liegt    als die  Temperatur der heissen Gase.

   Besonders beim Anfahren  durchläuft er die tiefen Temperaturbereiche, es kann also  gerade dabei voller Nutzen aus den Legierungen mit  kleinem     Wärmedehnungskoeffizienten    gezogen wer  den.  



  Diese Eigenschaft kann noch weiter ausgenützt wer  den - vor allem dann, wenn der Läufer in einem höheren  Temperaturgebiet arbeiten muss -,indem die Wärmeauf  nahme des Läufers verzögert wird. Ein einfaches Mittel  dafür ist ein Überzug des Läufers aus einem Werkstoff  mit kleiner Wärmeleitzahl, wie sie     z.B.    von Glas oder Ke  ramik bekannt ist. Als wärmeisolierender Überzug sind  vor allem Emailschichten geeignet, die sehr dünn aufge  tragen werden können.

   Die Isolierwirkung ist dann zwar  geringer, sie genügt aber im Zusammenwirken mit der  Nickellegierung, um dem     Gehäuse-Mittelteil    genügend  Zeit zur Aufwärmung zu geben, denn die Wärmedehnung  des Läufers wird nicht nur durch seine tiefere Tempera  tur vermindert, sondern auch durch den bei der tieferen  Temperatur geringeren     Wärmeausdehnungskoeffizien-          ten.     



  Der     Gehäuse-Mittelteil    wird üblicherweise mit kei  nem Überzug versehen, denn als der kältere Bauteil soll  er die Wärme unbehindert aufnehmen können. Es ist  aber möglich,     sein    Dehnverhalten zu     beeinflussen,    indem  er teilweise mit einem isolierenden Überzug     bedeckt    wird.  Auch das Deckband des Läufers bleibt an der Aussensei  te unbekleidet, um die Wärmeabstrahlung an das umge  bende Gehäuse nicht zu erschweren.  



  Wegen der nur kleinen Längenänderungen des Läu  fers und des     Gehäuse-Mittelteils    verringert sich auch die  Änderung der Spaltbreite zwischen dem Läufer und dem    Gasgehäuse. Der Spalt kann daher von vornherein klei  ner gewählt werden und ist somit auch im stationären  Betriebszustand verhältnismässig klein. Die     Leckverluste     werden kleiner und der Wirkungsgrad steigt an.

   Bei der  Verwendung der     Druckwellenmaschine    zur     Aufladung     von Dieselmotoren ist es möglich, den Betriebsbereich  des Motors erheblich zu     erweitern,    da wegen der geringe  ren     Leckverluste    das erreichbare Verdichtungsdruck  verhältnis der Luft, besonders im tieferen     Drehzahlbe-          reich,        beträchtlich        erhöht        wird,        was        bis        zu        10%        ausma-          chen    kann.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Druckwellenmaschine für gasförmige Medien, bei der sich der aus mindestens Welle, Nabe, Zellenwänden und Mantel bestehende Läufer in einem feststehenden, aus Mittelteil und Seitenteilen zusammengesetzten Gehäuse bewegt, wobei Mittel vorgesehen sind zur Einhaltung einer zumindest annähernd konstanten Länge des Läu fers und des Gehäuse-Mittelteils bei jedem Betriebszu stand und unabhängig von der Temperatur der Medien, wodurch auch das Axialspiel zwischen dem Läufer und den Seitenteilen des Gehäuses annähernd konstant bleibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (1) und der Gehäuse-Mittelteil (4)

   aus einer Legierung mit sehr kleinem mittlerem Wärmeausdehnungskoeffizienten be steht. UNTERANSPRÜCHE 1. Druckwellenmaschine nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die verwendete Legierung eine Nickel-Eisen-Legierung ist. 2. Druckwellenmaschine nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Legierung eine Nickel- Kobalt-Eisen-Legierung ist. 3. Druckwellenmaschine nach Patentanspruch, ge kennzeichnet durch Mittel zur Verzögerung der Wärme aufnahme des Läufers (1).

   4. Druckwellenmaschine nach Unteranspruch 3, ge kennzeichnet durch einen Überzug des Läufers (1) aus einem Werkstoff mit kleiner Wärmeleitzahl. 5. Druckwellenmaschine nach Unteranspruch 4, da durch gekennzeichnet, dass der Überzug aus Email besteht.