Die vorliegende Erfindung betrifft einen ein- oder mehrstufigen Rotationskompressor mit pumpenloser Einspritzung von Kühlmittel in den Kompressionsraum durch im Gehäuse angeordnete Einspritzdüsen.
Es sind Rotationskompressoren in Form von Drehschieberund Schraubenkompressoren bekannt, bei welchen, zwecks Kühlung des Kompressionsmediums, Öl oder eine andere Flüssigkeit in den Kompressionsraum mittels einer Pumpe oder durch Ausnützung des Druckunterschiedes des Kompres .sionsmediums eingespritzt wird. Bei Schraubenverdichtern mit Einspritzung mittels Pumpe existieren zwar Ausführungen, bei denen in den ganzen Kompressionsraum eingespritzt wird (vgl.
dazu z.B. das englische Patent 947 382). Es handelt sich jedoch um eine Einspritzung mittels einer Pumpe, bei der die Optimierung der Lage und der Menge der Öleinspritzung ganz andere, für solche Pumpeneinspritzungen optimale, Werte ergibt. Im vorgenannten Patent, wie in mehreren anderen ähnlichen Patenten für Schraubenverdichter, wird übrigens die Möglichkeit, den Kompressionsverlauf durch die Öleinspritzung zu beeinflussen, nicht erwähnt und der Schwerpunkt auf die Leckagereduzierung gesetzt. Die Frage, wie sich das Ö1 mit der Luft vermischt, ob es zu einem eigentlichen Ölnebel kommen kann oder nicht, wurde nirgends gestellt und auch nicht beantwortet.
Diese Frage wird aber sehr wichtig, wenn man ohne Pumpe arbeitet, man also durch den begrenzten Einspritzdruck eine maximale Wirkung erreichen will. Erst die wissenschaftliche
Abklärung der Grösse, der Flugbahn und des Wärmeübergan ges der Öltropfen einerseits und des Luftzustandes in Funk tion des Ortes im Kompressionsraum anderseits konnte hier zu der dieser Erfindung zugrundeliegenden Erkenntnis führen.
Eingehende Versuche haben nun gezeigt, dass sich der Wirkungsgrad von pumpenlosen Kompressoren ohne wesentlichen konstruktiven Mehraufwand verbessern lässt. In diesem Sinne zeichnet sich die vorliegende Erfindung dadurch aus, dass, vorzugsweise über den ganzen Betriebsbereich und für jede Kompressionsstufe, für w, die Differenz aus dem kleinsten Zellenvolumen, in welches noch Kühlmittel einge spritzt wird, und dem kleinsten geschlossenen Zellenvolumen des Kompressors, bezogen auf das kleinste geschlossene Zellenvolumen, die Beziehung gilt - 0,404 v 6 + 0,60.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden anschliessend anhand von Figuren erläutert. Dabei wird Luft als Kompressionsmedium und Öl als eingespritzte Flüssigkeit angenommen, wobei alle Betrachtungen auch auf andere
Kompressionsmedien und Kühlflüssigkeiten ausgedehnt werden können.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines
Drehschieberkompressors mit Ölabscheidungssystem, im
Schnitt nach Linie I-I der Fig. 3,
Fig. 2, 2a, 2b, 2c, 2d einen Ausschnitt aus dem Drehschie berkompressor gemäss Fig. 1, mit Zylinder, Läufer, Ölein spritzsystem und kombiniertem Regelventil nach Schnittlinie
II-II der Fig. 3, bzw. in perspektivischer Darstellung, mit zwei unterschiedlichen Lagen des Läufers (2 und 2a), in den Aus führungen mit Einspritzdüsen (2, 2a, 2b) und Einspritz schlitzen (2c, 2d), -s
Fig. 3 einen Längsschnitt durchsden Ausschnitt des Dreh schieberkompressors, gemäss Schnittlinie III-III der Fig. 2,
Fig. 4 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines
Schraubenkompressors mit Ölabscheidungssystem im Schnitt nach Linie IV-W der Fig. 7,
Fig. 5 ein Schema eines Rotationskompressors nach ISO Normen, gemäss Fig. 1 bzw.
4, gleichzeitig für Leerlauf und Vollast dargestellt,
Fig. 6, 6a, 6b, 6c, 6d einen Ausschnitt aus dem Schraubenkompressor, teilweise in perspektivischer Darstellung, gemäss Fig. 4, mit Zylinder, Hauptläufer, Nebenläufer, Öleinspritzsystem (auf Fig. 6a und 6c sind die Düsen nur für die Einspritzung auf den Hauptläufer eingezeichnet) und kombiniertem Regelventil nach Schnittlinie VI-VI der Fig. 9,
Fig. 7 einen Längsschnitt durch den Ausschnitt des Schraubenkompressors, gemäss Schnittlinie VII-VII der Fig. 6,
Fig. 8, 8a eine Abwicklung der Läufermantelfläche des Schraubenkompressors für zwei Läuferlagen in der die Lage des Ansaugens, des Komprimierens, der Öleinspritzung und des Luftaustritts ersichtlich ist.
In Fig. 8 ist das kleinste Zellenvolumen Vl, in welches noch Kühlmittel eingespritzt wird, in Fig. 8a das kleinste geschlossene Zellenvolumen V2 ersichtlich,
Fig. 9 eine Aufsicht auf den Schraubenkompressor, gemäss Fig. 6, mit Ansaugöffnung,
Fig. 10 eine Ansicht des Schraubenkompressors gemäss Fig. 6 von hinten, mit Einspritzungsflansch, Austritt und Speisung der axialen Ölzufuhr.
In der schematischen Darstellung zum Aufbau eines Drehschieberkompressors ist in Fig. 1 ein Gehäuseunterbau bzw.
Carter 1 ersichtlich, mit welchem ein Gehäuseoberbau 3 zusammengebaut ist. Mit dem Gehäuse 1, 3 ist ein Zylinder 5 mit der Achse 6 verbunden. Ein Rotor oder Läufer 8 ist mit seiner Achse 9 exzentrisch zur Zylinderachse 6 gelagert. Der Zylinder 5 ist mit einer, bzw. mehreren Luftansaugöffnungen 11 sowie mit Luftauslassöffnungen 12 versehen. Der Läufer 8 weist ungefähr radial angeordnete Schieber 14 auf, welche sich, bedingt durch die Zentrifugalkraft des sich drehenden Läufers 8, an die Innenfläche des Zylinders 5 anschmiegen.
In der schematischen Darstellung zum Aufbau eines Schraubenkompressors ist in Fig. 4 ein Gehäuseunterbau bzw. Carter 1 ersichtlich, mit welchem ein Gehäuseoberbau 3 zusammengebaut ist. Mit dem Gehäuse 1, 3 ist ein Doppelzylinder 105 mit den Achsen 106 und 107 verbunden. Im Doppelzylinder 105 drehen ein Hauptläufer 108 mit der Achse 106 und ein Nebenläufer 110 mit der Achse 107. Der Antrieb erfolgt vorzugsweise auf den Hauptläufer. Der Nebenläufer wird über Steuerzahnräder 85 (Fig. 7) angetrieben, so dass sich Hauptund Nebenläufer nicht berühren. Bei entsprechender Schmierung ist auch der direkte Antrieb ohne Steuerzahnräder, durch das Ineinandergreifen der Zähne von Haupt- und Nebenläufer, möglich. Der Doppelzylinder 105 ist mit einer in diesem Schnitt nicht sichtbaren Luftansaugöffnung und einer Luftaus trittsöffnung 12 versehen.
Sowohl beim Drehschieber- als auch beim Schraubenkompressor (Fig. 1 bzw. 4) ist ferner im Gehäuse 1,3 eine erste Filterscheibe 16, z.B. aus Filz, mit relativ grosser Filterfläche und zugehöriger Ölgrube 15 ersichtlich, der ein Metallgewebe 18 zum Auffangen grosser, an der Scheibe 16 gebildeter Tropfen nachgeschaltet ist. Diesem Filter 18 folgt, in Richtung der strömenden Luft gesehen, eine zweite Filterscheibe, deren Fläche in einen äusseren Ringteil 20 und in einen inneren Ringteil 21 unterteilt ist. Die zugehörigen Ölgruben 17 bzw.
19 sind ebenfalls ersichtlich. Dem äusseren Ringteil 20 nachgeschaltet ist ein Metallgewebefilter 22, nach welchem der innere Ringteil 21 der zweiten Filterscheibe zu durchströmen ist, gefolgt von einem Auslasskanal 24 und einem Rückschlagventil 25 sowie einem Druckluftanschlusstutzen 26. Die Ölgruben 15, 17 und 19 sind über eine Rückführleitung 43 (Fig. 3, 5) mit dem Ansaugraum des Kompressors verbunden.
Das vom Kompressor geförderte Öl-Luftgemisch gelangt ins Carter 1, in welchem sich das Öl unten absetzt, die Pressluft jedoch oben abströmt und in den nachgeschalteten Filtern 16, 18, 20, 22 und 21 gereinigt wird. Anschliessend strömt die Luft durch das Rückschlagventil 25, welches einem Luftkühler 28 (Fig. 5) vorgeschaltet ist. Das Öl dagegen gelangt zwecks Kühlung in einen Ölkühler 27 und dann über ein kombiniertes Regelventil 33 durch Düsen 54, 55 (Bohrungen oder Schlitzen) in den Kompressionsraum.
Gemäss Fig. 2 bzw. 6 strömt die angesaugte Frischluft bzw.
das angesaugte Gas über das kombinierte Mehrfachfunktion Regelventil 33 in eine Ventilkammer 32.
Am Eintritt zu dieser Ventilkammer 32 ist ein Ventilsitz 34 eingesetzt. Zum kombinierten Regelventil 33, welches AUF/ ZU regelt (durch Zuordnung von Steuerorganen kann auch kontinuierlich geregelt werden, durch Drosselung der angesaugten Frischluft und bei Schraubenkompressoren auch mittels interner Luftumwälzung) gehört ferner ein Ventilteller 35 mit einem Ventilschaft 36. Dessen freies Ende ist mit einem Steuerkolben 38 in einem Steuerzylinder 37 verbunden. Das freie Ende des Steuerzylinders 37 trägt einen Druckmittelanschluss 40 (normalerweise Druckluft). Im Steuerkolben 38 ist ein Einsatz 42 vorgesehen.
Die Versorgung mit in den Kompressionsraum einzuspritzendem Kühlöl (es kann auch eine andere Flüssigkeit sein, z.B.
Wasser) erfolgt aus dem als Ölbehälter ausgebildeten Carter 1, welches unter dem Endkompressionsdruck steht und welchem über eine Leitung und den Kühler 27 (Fig. 5) das Öl entnommen wird. Das Öl gelangt anschliessend in eine Kammer 48 (Fig. 2 und 6), von wo es durch einen Ventilsitz 50 in eine Ölvorkammer 52 strömt. Das eine Ende des Steuerkolbens 38 ist als Ventilkörper ausgebildet, welcher den Durchlass zwischen der Kammer 48 und der Ölvorkammer 52 steuert. Aus der Ölvorkammer 52 führen Bohrungen 53, welche in Düsen 54 oder 55 enden, ins Innere des Zylinders 5 bzw. 105. Wie z. B. aus Fig. 26 ersichtlich, beträgt die Zahl der Kühlmitteleinspritzdüsen 54 über zwanzig.
Bei der vorerwähnten Ausführung mit kreisförmigen Einspritzdüsen sind diese Düsen in relativ dichten Reihen (Fig. 2, 2a, 2b und 3 bzw. 6, 6a, 6bO wie die Büschel einer Bürste angeordnet, wodurch eine gut verteilte, gleichmässige Ölaufgabe in die komprimierte Luft im Kompressionsraum 56 erfolgt. Das Öl kann auch durch schlitzförmige Düsen 55 (Fig. 2c, 2d bzw. 6c, 6d) zugeführt werden.
Falls man mit höheren Druckverhältnissen pro Stufe (z.B. 8) arbeitet, ist eine gute Kühlung unerlässlich, um zu vermeiden dass die Lufttemperatur während der Kompression zu hoch steigt; denn hohe Lufttemperaturen bedingen einen schlechten Wirkungsgrad, eine hohe thermische Beanspruchung des Öls, eine ungleichmässige Temperaturverteilung innerhalb des Kompressors usw. Die bisherigen pumpenlosen Kompressoren mit Flüssigkeitseinspritzung sind so gestaltet, dass man durch eine relativ kleine Anzahl Düsen die Kühlflüssigkeit vorzugsweise vor dem Kompressionsvorgang einspritzt, um eine möglichst hohe Druckdifferenz Ol-Luft zum Einspritzen auszunützen. Man ging von der Überzeugung aus, dass sich ein Ölnebel bilden würde, der dank seiner intimen Vermischung mit der Luft und der kleinen Tropfengrösse die während der Kompression der Luft erzeugte Wärme aufnehmen sollte.
Dieser Schluss wurde scheinbar durch die Messung relativ tiefer Lufttemperaturen am Austritt des Kompressors bzw. der Kompressionsstufe bestätigt.
Es wurde nun erkannt, dass durch eine solche Einspritzung infolge des relativ niedrigen Einspritzdruckes und des relativ grossen Durchmessers der Einspritzdüsen der gewünschte Olnebel nicht entsteht, sondern dass der grösste Teil der Flüs- sigkeitsmenge in relativ grobe Tropfen übergeht, welche der Luftbewegung nur schlecht zu folgen vermögen und daher sofort ausgeschieden werden. Wenn die Kühlflüssigkeit nur am Anfang der Kompression eingesprit):t wird, befindet sich an der Stelle, wo höhere Drücke herrschen und somit infolge höherer Lufttemperatur ein intensiver Wärmeaustausch möglich ist, praktisch keine Vermischung von Öl und Luft mehr.
Die Lufttemperatur wird dort entsprechend hoch, was durch eine Messung der Temperatur am Austritt nicht erfasst werden kann, da sich dort Flüssigkeit und Luft wieder vermischen, so dass die Lufttemperatur dort wesentlich tiefer wird als im Kompressionsraum. Weiter gibt die Temperaturmessung dort eher die Öl- als die Lufttemperatur wieder.
Auch bei einer Einspritzung bei höheren Luftdrücken wird nur eine relativ schlechte Vermischung von Kühlflüssigkeit und Luft erreicht, solange die Flüssigkeit nicht durch viele, gleichmässig verteilte Düsen bzw. durch einen oder mehrere dünne Schlitze eingespritzt wird. Es bedurfte ausgedehnter Forschungsarbeit, um zu erkennen, welche Vorteile eine gleichmässig verteilte Einspritzung im Bereich höherer Luftdrücke und Lufttemperaturen mit sich bringt.
Die bisherige Kühlung ist auch in dem Sinne weniger wirkungsvoll, als bei einigen Konstruktionen das Kühlöl wegen vorzeitiger Alterung nach einer relativ bescheidenen Betriebs stundenzahl ersetzt werden muss, da es thermische Schäden erleidet. Bei einem Verhältnis von 10 kg Kühlöl pro kg Druckluft und dank der gleichmässigen Verteilung von Öl und Luft im Bereich höherer Drücke ist beim beschriebenen Kompressor ein Ölwechsel praktisch nicht nötig, da das Öl an keiner Stelle Zersetzungstemperaturen erreicht.
Durch eine entsprechende Aufteilung in viele bürstenborstenartig angeordnete Einzeldüsen mit Düsendurchmessern zwischen 0,3 mm und 1,2 mm, vorzugsweise ca. 0,8 mm, bzw. durch einen oder mehrere Schlitze mit einer Spaltdicke von höchstens 1 mm, vorzugsweise 0,3 mm, kann eine ausgezeichnete Verteilung des der Kühlung dienenden Öles in fein zerstäubtem Zustand in der Kompressionskammer erfolgen. Durch Zerplatzen der Ölstrahlen (bzw. im Falle der Einspritzung durch Schlitze, der Ölvorhänge) an der Läuferoberfläche, wird der Zerstäubungsgrad und damit die Aufteilung der Kühlflüssigkeit in die zu kühlende Luft verbessert. Das Luft/Ölgemisch wird auch mikroskopisch homogener.
Alle diese Phänomene bringen eine wirkungsvolle Kühlung der Luft und eine tatsächlich optimale Ausnützung des der Kühlung dienenden Öles. Es wird zudem durch die Vielzahl der Strahlen die Turbulenz der Luft im Kompressionsraum verbessert, was eine Verbesserung sowohl des Temperatur- als auch des Massenaustausches mit sich bringt und daher ebenfalls die Wirksamkeit des Kühlöles verbessert.
Die gleichmässige Verteilung des Öls, insbesondere im Bereich höherer Drücke, vermeidet an den meisten Stellen die Leckage. Dadurch wird nicht nur der Wirkungsgrad verbessert, sondern auch die Ölabscheidung. Die kleinsten Öltropfen, welche die Ölabscheidung erschweren, entstehen nämlich nur bei höheren Luftgeschwindigkeiten, wie sie hauptsächlich an Leckagestellen entstehen können.
Als Zellenvolumen wird das Volumen des umschlossenen Raumes (Zelle) verstanden, in dem sich die Luft während der Kompression befindet. Ein im folgenden erläutertes Zellenvolumen kann auch nach Erreichen der Auslassöffnungen definiert werden. Beim Drehschieberverdichter ist das Zellenvolumen durch zwei sich folgende, sich gegenüberliegende Schieberflächen und die dazugehörenden Mantelflächenteile des Läufers und des als geschlossen betrachteten Zylinders begrenzt (Fig. 2). Beim Schraubenverdichter ist das Zellenvolumen durch die als geschlossen betrachtete druckseitige Stirnund Zylinderwand und die Zahnflanken begrenzt.
Durch Abwickeln der Läufermantelfläche ist es einigermassen möglich, das dreidimensionale Zellenvolumen zweidimensional darzustellen (Fig. 8, 8a). Dort sind Haupt- und Nebenläufer 108 bzw. 110 ersichtlich, sowie die Stellen, 112 bzw. 114, wo sich die Zahnkämme an den Zylinder anschmiegen (siehe auch Fig. 6). Die saugseitige Stirnwand 170 ist durch die Ansaugöffnung 11, die druckseitige Stirnwand 169 durch die Austritts öffnung 12 unterbrochen. Die kompliziertere Abgrenzung 120 des Zellenvolumens durch das Ineinandergreifen der Hauptläufer- und Nebenläuferzähne ist in den Fig. 8 und 8a nur schematisch dargestellt.
Das kleinste Zellenvolumen, in welches noch Kühlmittel eingespritzt wird, ist mit V1, das kleinste geschlossene Zellenvolumen, bei welchem die Zelle die erste Kante einer ÖItasche, bzw. die erste Kante einer Luftaustrittsöffnung (sofern keine entsprechende Tasche vorgesehen ist) erreicht, ist mit V2 bezeichnet.
In Fig. 2, 2a entspricht Vl der schraffierten Fläche CDEF, V2 der Fläche GHIK. In Fig. 8 entspricht V1 der Fläche ABC DEFGH, V2 der Fläche IKLMOPQR. Beim beschriebenen Kompressor muss dann für jede Stufe die Beziehung - 0,40 < zu g + 0,60 gelten, mit iF VlV2
V2
Es bedeutet dies, dass Kühlmittel selbst dann noch eingespritzt wird, wenn die Zelle die erste Kante einer Öltasche oder einer Auslassöffnung überschritten hat, in welchem Falle Vl < V2 wird.
Diese Anordnung stellt sicher, dass sich ein plötzlicher, ungewollter Druckanstieg, z.B. durch einen Flüssigkeitsschlag, in der Zelle nicht ausbilden kann, da ein Entweichen des Druckes entweder durch die noch mit der Zelle verbundenen Sprühdüsen 54 bzw. Sprühschlitze 55 oder durch die schon mit der Zelle verbundenen Luftauslassöffnungen 12 bzw. ÖItaschen 58 möglich ist. Jeder Auslassöffnung 12 ist beim Drehschieberkompressor eine Öltasche 58 zugeordnet (Fig. 2b).
Bei den bekannten pumpenlosen Rotationskompressoren liegen diese Werte im Bereich
0,9 < w < 3
Bei einstufigen Kompressoren mit einem Druckverhältnis 8 und einem Verhältnis von 10 kg Kühlöl pro kg Pressluft ergibt sich eine Einspritzfläche F von ca. 1,5 mm2/PS Nennleistung, wobei F die Summe der Einspritzquerschnitte aller Einspritz öffnungen bedeutet. Bei kreisförmigen Düsen mit 0,8 mm Durchmesser ergeben sich somit ca. 3 Löcher/PS Nennleistung. Bei den bekannten pumpenlosen Rotationskompressoren liegt dagegen die Zahl der Einspritzdüsen pro Stufe unter 12, wobei der Düsenquerschnitt kreisförmig ist. Bei rechteckigem Querschnitt mit einem Verhältnis Länge zu Breite, z.B. 10, entspricht die Zahl 12 einer Düsenbreite b von ca. 0,1 d F.
Um während der Kompression eine gleichmässige Beaufschlagung der Luft mit Öl zu erreichen, ist demnach bei Kompressoren über 10 PS Nennleistung eine wesentlich höhere Löcherzahl als 12 notwendig bzw. bei Verhältnissen Länge zu Breite der Düsenöffnung grösser als 10, eine kleinste Düsenbreite wesentlich unter 0,1 V F.
Wie aus den Fig. 1 bzw. 4 ersichtlich, sonci die Luftauslass öffnungen 12 durch einen Kanal 59 mit dem Carter 1 verbunden, aus welchem ein Luftkanal 60 zu den Filtern 16, 18, 20, 21 und 22 führt. Die plattenförmigen Filter 16, 20, 21 werden auf zwei Zugankern 61, 62 bzw. 161, 162, die sich auf den Deckeln 64 und 65 abstützen, gehalten, wobei die Zuganker mittels Muttern 63 abgespannt sind.
Gemäss Fig. 3 erfolgt beim Drehschieberkompressor die seitliche Abdeckung des Zylinders 5 sowie des Läufers 8 mittels zweier zweiteiliger Zylinderdeckel 69, 70, welche der Aufnahme von Wälzlagern 72 und 73 dienen. In jedem Deckel 69 und 70 befindet sich ferner ein Stopfbuchsring 75 bzw. 76, welche vermeiden, dass Aussenluft in die Lager gelangt. Mit Ölnebel beaufschlagte Leckageluft gelangt durch Spalte 77 zwischen den Distanzringen 80 und den Deckeln 69 und 70 in die Lager 72, 73, die auf diese Weise geschmiert werden.
Danach gelangt die Leckageluft durch Kanäle 74 in die Saugseite des Kompressors.
Die Läuferzapfen sind mit 78 und 79 bezeichnet. Am einen freien Ende des Läuferzapfens 79 ist bei der luftgekühlten Ausführung ein Kühlpropeller 81 aufgesetzt.
Aus der Ölvorkammer 52 führen Druckölkanäle 82 in die Deckel 69 bzw. 70. Durch Kanäle 84 wird Schmier- und Kühlöl als Sperrflüssigkeit seitlich den Läufer-Stirnflächen zugeführt. Zu diesem Zwecke ist es vorteilhaft, die Flüssigkeit nur auf einen Sektor JH9 (Fig. 2a) des Läufers 8 zuzuführen, welcher jeweils begrenzt ist durch die kleinste geschlossene Zelle V2, GHJK. Es ist ferner möglich, die Einspritzdüsen 54 in axialer Richtung, d. h. parallel zu den Achsen 6 und 9 spritzend anzuordnen. In diesem Falle sind als Düsenreihen auf gleichen Leitstrahlen des Zylindergehäuses 5 angeordnete Düsen definiert.
Wie in Fig. 7 dargestellt, erfolgt beim Schraubenkompressor die seitliche Abdeckung des Zylinders 105 mittels zweier Stirnwände 169 und 170 in Form von Zylinderdeckeln, welche der Aufnahme von Wälzlagern 172 und 173 dienen. Im Deckel 169 befinden sich ferner zwei Stopfbuchsringe 175 und 176, welche vermeiden, dass Aussenluft in die Lager gelangt.
Mit Ölnebel beaufschlagte Leckageluft gelangt durch einen ringförmigen Spalt 177 in die Wälzlager 172 und 173 und von dort durch die Bohrungen 174 in den Ansaugkanal des Kompressors.
Zwei Steuerzahnräder 85 können vorzugsweise auf der dem Antrieb entgegengesetzten Seite auf den Läuferzapfen 179 und 183 angebracht sein. Bei der luftgekühlten Ausführung gehört ferner der Kühlpropeller 81 dazu.
Aus der Ölvorkammer 52 führen Druckölkanäle 188 in die Zylinderdeckel 169 bzw. 170, welche Kühlöl als Sperrflüssigkeit durch Bohrungen 182 den Läuferstirnflächen seitlich zuführen, womit gleichzeitig der axiale Schub der Läufer teilweise ausgeglichen wird. Weiter werden aus der ÖIvorkammer 52 die Ölkanäle 184 gespiesen und durch die Düsen 54 eine Kühleinspritzung von der druckseitigen Stirnfläche aus erzielt. Zu diesem Zwecke ist es vorteilhaft, die Flüssigkeit nur in den durch radiale Einspritzung begrenzten Zellenbereich einzuspritzen.
Das beschriebene und in Fig. 2 bzw. 6 in Einzelheiten dargestellte Ventil 33 ist in seiner Art neu. Im Aufbau ist es ein kombiniertes Ventil mit koaxial angeordneten Ventilkörpern, welche mechanisch, entweder fest oder federnd, miteinander verbunden sind. Es wird durch ein nur auf eine Seite eines Kolbens wirkendes Steuermittel, hier Pressluft, betätigt. Im vorliegenden Falle führt es folgende Funktionen aus: - Öffnen und Schliessen der Luftansaugung, des Kühl- und
Schmieröles, sowie der zusätzlichen Olspeisung bei druck losem Carter, bzw. Ölbehälter und Leerlaufbetrieb; - Rückschlagventil bei Stromausfall und plötzlichem
Anhalten des Kompressors.
Der beschriebene Rotationskompressor arbeitet wie folgt (es werden in diesem Beispiel nur Vollast oder Leerlauf gefahren):
Beim Drehschieberverdichter gelangt bei drehendem Läufer 8 und bei Vollast die zu verdichtende Frischluft durch den Ventilsitz 34 (Fig. 2) in die Ventilkammer 32. Hier verteilt sie sich und strömt anschliessend durch die Luftansaugöffnungen 11 in den Zylinder 5, wo sie von den Schiebern 14 des rotierenden Läufers 8 erfasst und in Pfeilrichtung bewegt wird.
Während dieses Vorganges wird sie, bedingt durch den kleiner werdenden Raum zwischen Zylinder 5, Läufer 8 und den entsprechenden Schiebern 14, komprimiert, wobei die Schieber 14 entsprechend der inneren Zylinderwandung 7 in den Läufer 8 zurückgedrängt werden.
Bedingt durch die nun folgende Kompression erwärmt sich die Luft ganz wesentlich. Zwecks Kühlung wird in die entsprechende Kammer des Kompressionsraumes durch die Düsen 54 bzw. 55 Ö1 eingespritzt. Die entstehenden Strahlen zerfallen zum Teil, zum andern treffen sie auf den rotierenden Läufer 8 auf und zerplatzen in ein Tropfengemisch. Das Öl-Luftgemisch sowie ein Schwall des an der Wandung 7 des Zylinders 5 ausge schiedenen Öles werden vom entsprechenden Schieber 14 gegen die Taschen 58 und die Luftauslassöffnungen 12 ge schoben. Der grösste Teil der mit der Luft geförderten Ölmenge muss in äusserst kurzer Zeit, nämlich während der
Zeit, in welcher der Schieber 14 an den Luftauslassöffnungen
12 vorbeistreicht, aus dem enger werdenden Spalt zwischen dem Läufer 8 und dem Zylinder 5 ausgepresst werden.
Um ein stoss- und schlagartiges Ausstossen dieser Flüssigkeitsmasse zu verhüten, sind die Öltaschen 58 sowie mehrere Luftauslassöff nungen 12 geschaffen worden. Es steht somit genügend freies
Volumen zur Verfügung, in welches die Flüssigkeitsmasse beim Vorbeigehen eines Schiebers 14 entweichen kann, womit der stossartige Ausschub vermieden wird. Dadurch, dass sich ausserdem die Taschen 58 über die Öffnungen 12 hinaus erstrecken, ergeben sich auf der Druckseite Ölkeile, welche gegen die Saugseite hin die Leckverluste an Druckluft verrin gern. Dabei ist im!Bereiche der Öltaschen 58 bzw. der Luft auslassöffnungen 12 die tragende Fläche des Zylinders kleiner als 70%, vorzugsweise weniger als 50% der möglichen Trag fläche der ganzen Zylinderbreite.
Beim beschriebenen Schraubenverdichter gelangt bei Vol last die zu verdichtende Frischluft durch den Ventilsitz 34 (Fig. 6) in die Ventilkammer 32. Sie strömt anschliessend durch die auf der Zylinderstirnwand und auf der Zylinderman telfläche angebrachte Luftansaugöffnung 11 in den Zylinder
105. Dort beginnt das Ansaugen damit, dass bei in Pfeilrich tung drehendem Haupt- und Nebenläufer 108 bzw. 110 an der
Stirnseite Zahn und Zahnlücke ausser Eingriff kommen und bei weiterer Drehung sowohl die Zahnlücke auf dem Haupt als auch diejenige auf dem Nebenläufer auf ihrer ganzen
Länge freigegeben werden. Wenn die Zähne an der gegen überliegenden Stirnseite ausser Eingriff kommen, sind beide Zahnlücke mit Luft gefüllt. Bei weiterer Drehung werden die
Zahnlücken an der Saugseite durch die Stirnwand abge schlossen.
Später gelangen an der Saugseite im Bereich, wel cher der Ansaugöffnung gegenüberliegt, Zahn und Lücke wieder in Eingriff. Es bildet sich somit eine durch die drucksei tige Stirnwand, den Zylinder und die ineinandergreifenden
Zahnflanken begrenzte Zelle, in welcher sich die Luft befindet.
Bei weiterer Drehung verkleinert sich die Zelle, indem sich die
Eingriffsstelle in Richtung Druckseite verschiebt und sich so die aufgefüllten Zahnlücken verkürzen. Die Einspritzung von Öl zwecks Kühlung erfolgt analog wie beim Drehschieberver dichter auf dem Zylindermantel, wobei die Verteilung der
Bohrungen bzw. der Schlitze auf dem Zylindermantel der
Zellenform entspricht (Fig. 6b, 6d und 8), sowie auf der druck seitigen Stirnwand. Da beim Schraubenverdichter keine Schie berreibung oder ähnliches auftritt, kann hier Einspritzung von
Wasser statt Öl von Vorteil sein. Die Kompression hört auf, wenn die Zelle die auf der Druckstirnseite und auf dem Zylin dermantel angebrachte Austrittsöffnung 12 erreicht, wobei sich hier ÖItaschen, wie sie beim Drehschieberverdichter vorteilhaft sind, erübrigen.
Sowohl beim Drehschieber als auch beim Schraubenkom pressor gelangt das ausgestossene Gemisch von Luft und Öl anschliessend über den Kanal 59 ins Carter 1 (Fig. 1 bzw. 4), aus welchem die Druckluft durch den Luftkanal 60 und anschliessend durch die erste Filterplatte 16 strömt.
Deren Fläche ist relativ gross, so dass die Durchströmge schwindigkeit der Luft entsprechend klein wird. Der Abschei dungsgrad ist, unter sonst gleichen Bedingungen, bei kleinen
Durchströmgeschwindigkeiten erfahrungsgemäss schlechter als bei grösseren. Die Nachfilterung erfolgt in den Metallgewebe filtern 18 und 22 sowie in dem zweiten, unterteilten plattenför migen Filter 21, 20 mit getrennt arbeitenden Teilen. Aufgrund dieser Unterteilung in Teilflächen und der dadurch erreichten zweifachen Durchströmung der Filterplatte 20, 21 sind die Luftgeschwindigkeiten in den einzelnen Filterteilen 20 bzw. 21 bedeutend höher als in der Filterplatte 16. Dabei ist die äussere Ringfläche des Filters 20 grösser als die innere Fläche des Filters 21 (Flächenverhältnis > 1,5), so dass auch hier eine unterschiedliche Abscheidung erreicht wird.
Die Abscheidewirkung wird mithin grösser als bei der Filterplatte 16. Die vom Öl weitgehend gereinigte Luft gelangt dann, das Rückschlagventil 25 durchströmend, aus dem Auslasskanal 24 zum Pressluftanschlusstutzen 26 und von dort in einen Windkessel bzw. zum Verbraucher (nicht dargestellt).
Wenn das Versorgernetz des Kompressors einen vorgegebenen maximalen Druck erreicht hat, muss der Kompressor automatisch in seine Leerlaufstellung gehen, in welcher die Luftförderung aufhört, jedoch nicht die Schmierung und die Kühlung des Läufers. Die Schaltung ist dementsprechend die folgende:
Bei Erreichen des maximalen Druckes im Netz schaltet ein Druckschalter 89 (Fig. 5) in seine Öffnungslage, ein Magnetventil 91 speist die Steuerflüssigkeit und bringt einen servobetätigten Schieber 92 in seine Leerlauflage L. Die zwischen den beiden Filtern 20 und 21 angeschlossene Zapfleitung wird über den servobetätigten Schieber 92 mit der Aussenluft verbunden, so dass die Luft durch diese Leitung abbläst.
Anderseits wirkt unvermindert der Systemdruck (da dieser höher ist als der sinkende Druck im Carter 1, Fig. 1 und 4, schliesst das Rückschlagventil 25), so dass dieser ein Kugelventil 93 in seine linke Lage schiebt (Fig. 5) und über das Magnetventil 91 und den Druckmittelanschluss 40 (Fig. 2, 5 und 6) unter dem Steuerkolben 38 ein Druck aufgebaut wird, welcher den Kolben 38 hebt und über den Ventilschaft 36 den Ventilteller 35 auf den Ventilsitz 34 presst. Damit ist die Ansaugluftzufuhr zum Kompressor unterbrochen. Während dieser Schliessbewegung hat auch der Kolben 38 den Ventilsitz 50 geschlossen.
Durch das Schliessen der Ansaugluftzufuhr stellt sich in der Ölvorkammer 52 (Fig. 2 und 6) ein Unterdruck ein, welcher sich über die nun mit diesem Raum verbundenen Öffnungen 99 ins Innere des Kolbens 38 fortpflanzen kann. Da im Raume 48 zuerst noch ein relativ hoher Oldruck herrscht, schliesst sich ein Ringventil 39. Durch den servobetätigten Schieber 92 (Fig. 5) bläst inzwischen die Luft aus dem Carter 1 ab, der Druck sinkt, und mit dessen Absinken sinkt auch der Öldruck im Raume 48. Wenn der Öldruck im Raume 48 einen gewissen Wert unterschreitet, öffnet unter dem Druck einer Feder 97 der Ringventilte laden ist. Dann schaltet der Kompressor, wie erläutert, automatisch wieder in seine Leerlaufstellung.
Die beschriebenen Kompressoren weisen gegenüber den bisherigen Kompressoren dieser Bauart einen besseren Gesamtwirkungsgrad, einen höheren Fördergrad, eine bessere Ölabscheidung und einen wesentlich geringeren Ölverbrauch auf. Die günstige Kühlwirkung erlaubt bei annähernd gleichem Wirkungsgrad wesentlich grössere Druckverhältnisse pro Stufe als bisher. Man kann unter Umständen bei höheren Druckverhältnissen die Zahl der Kompressionsstufen gegenüber Rotationskompressoren bisheriger Bauart reduzieren.