EP0656479A1 - Einstufiger Flügelzellenverdichter - Google Patents

Einstufiger Flügelzellenverdichter Download PDF

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EP0656479A1
EP0656479A1 EP94250289A EP94250289A EP0656479A1 EP 0656479 A1 EP0656479 A1 EP 0656479A1 EP 94250289 A EP94250289 A EP 94250289A EP 94250289 A EP94250289 A EP 94250289A EP 0656479 A1 EP0656479 A1 EP 0656479A1
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housing
cooling water
dead center
axis
vane compressor
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Manfred Schnell
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Mannesmann AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/04—Heating; Cooling; Heat insulation

Definitions

  • the invention relates to a single-stage vane compressor according to the preamble of the main claim.
  • Single-stage water-cooled vane compressors are known in principle and are used for various applications, for example for suction vehicles and stationary systems (see brochure from Mannesmann Demag, "Demag-Wittig compressor vacuum pumps for suction vehicles and stationary systems", October 1986, p. 10 - 14).
  • These water-cooled vane compressors have a housing with feet and a cooling water jacket.
  • a rotor is arranged eccentrically to the housing bore, which is provided with radially movable slides and whose shaft journals are supported in bearings by covers attached to the end faces of the housing.
  • Flanges for sucking in or pushing out the medium are arranged on the housing jacket offset over the circumference.
  • DE-OS 1403608 discloses a generic, water-cooled, single-stage vane compressor, in which the cooled housing jacket is divided into channels by essentially longitudinal walls distributed over the circumference.
  • one of the longitudinal walls has no passage, the inlet for the cooling water being arranged on one side and the outlet on the other side of the partition. This forces the cooling water to zigzag through the casing.
  • the jacket space is divided into two flow systems by a transverse wall perpendicular to the axis of rotation.
  • a disadvantage of this construction is that the increased temperature level prevailing in the pressure range is only insignificantly influenced by the proposed arrangement of the cooling channels.
  • DE-OS 36 03 809 shows a two-stage vane compressor, in which the rotor axis is arranged symmetrically to the outer contour of the housing.
  • the cover and the casing are liquid-cooled, the cooling liquid space is not divided.
  • the temperature distribution is therefore very different over the circumference and because of the distortion of the housing, larger sealing gaps must be provided.
  • the object of the invention is to provide a generic vane compressor that can be operated with narrower sealing gaps and thus has a better efficiency.
  • the vane compressor according to the invention does not have a continuous cooling water jacket, but rather cooling channels drawn over the cover, so that forced circulation is achieved.
  • the cooling water jacket is axially divided with respect to the suction and pressure side and the connection between the cooling water jacket on the suction and pressure side is made via the housing cover.
  • the entry of the cooling water has been placed in the area of bottom dead center, namely offset over the longitudinal extent of the housing.
  • the cooling chambers in the bottom dead center area are larger than in the top dead center area.
  • Tighter sealing gaps mean compared to the the known compressors better efficiency.
  • the uniformity of the temperature distribution also minimizes the different linear expansions of the suction and pressure side. This means that narrower gaps in the front area can also be moved, which in turn improves the efficiency of the machine.
  • the arrangement of larger cooling chambers in the bottom dead center area is achieved in that the rotor axis coincides with the center axis of the housing and the housing bore is arranged eccentrically to it.
  • the feet and the flanges are arranged symmetrically to the rotor axis, so that universal installation in the vehicle is possible. Regardless of which longitudinal side of the compressor is used as a stop surface, the center of the rotor shaft is maintained and thus the agreement with the axis of the drive machine.
  • FIGS. 1 to 3 show a water-cooled vane cell compressor 1 according to the invention in two cross sections and in a longitudinal section.
  • This consists of a one-piece housing 2, which in has upper and lower cooling channels.
  • Flanges 3, 4 for the suction and pressure side are also integrated in the housing 2.
  • 1 and 2 show the central arrangement of the rotor 5 according to the invention with respect to the center axis 6 of the housing 2.
  • the distances from the central axis 7 in the X direction to the end faces of the flanges 3, 4 or to the axes of the feet 9 and the distances from the central axis 8 in the Y direction to the end faces the feet 9 have been provided with an equal sign.
  • the housing bore 10 is arranged according to the invention eccentrically to the rotor axis 6.
  • the displacement 11 is shown in the Y direction.
  • the offset arrangement of the housing bore 10 has the advantage that in the area of the bottom dead center 12 and the pressure flange 4 larger cooling chambers 13, 14 can be arranged compared to those 15, 16 in the area of the top dead center 17 and the suction flange 3. Since the greatest amount of heat is generated in the pressure flange area as a result of the adiabatic compression of the medium and the friction of the slides 18, particularly intensive cooling is desired here in order to make the temperature distribution in the circumferential direction as uniform as possible.
  • the cooling jacket is axially separated 19, 20.
  • the water flow is indicated by arrows.
  • the cooling water inlet 21 takes place in the area of the bottom dead center 12 at the outermost edge of the longitudinal extent of the housing 2. (In this exemplary embodiment on the right side).
  • the cooling water inlet 21 was placed in the sectional plane in FIG. Behind the inlet opening 22, the cooling water flows on the one hand in the longitudinal direction of the housing (from right to left in this exemplary embodiment) and at the same time from bottom to top. So that the jacket region opposite the inlet opening 22 is also adequately cooled is, the cooling water flows simultaneously through the recesses provided in the cover 23 to the other side and from there in the longitudinal direction of the housing 2.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen wassergekühlten Rotationsverdichter mit einem Füße und einen Kühlwassermantel aufweisenden Gehäuse und einem exzentrisch zur Gehäusebohrung angeordneten Rotor, der mit radial bewegbaren Trennschiebern versehen ist und dessen Wellenzapfen sich in Lagern von an den Stirnflächen des Gehäuses angebrachten Deckeln abstützen sowie mit je einem um 90 <o> versetzt zu den Deckeln angeordneten Flansch zum Ansaugen bzw. Ausschieben des Mediums. Erfindungsgemäß ist die Wellenmitte (6) des Rotors (5) symmetrisch zur Außenkontur des Gehäuses (2) und zu den Flanschen (3, 4) und die Gehäusebohrung (10) exzentrisch in Richtung oberer Totpunkt (17) dazu angeordnet. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft einen einstufigen Flügelzellenverdichter gemäß dem Gattungsbegriff des Hauptanspruches.
  • Einstufige wassergekühlte Flügelzellenverdichter sind prinzipiell bekannt und werden für verschiedene Anwendungszwecke eingesetzt, beispielsweise für Saugfahrzeuge und stationäre Anlagen (s. Prospekt der Fa. Mannesmann Demag, "Demag-Wittig-Kompressor-Vakuumpumpen für Saugfahrzeuge und stationäre Anlagen", Oktober 1986, S. 10 - 14). Diese wassergekühlten Flügelzellenverdichter weisen ein Gehäuse auf, das mit Füßen und einem Kühlwassermantel versehen ist. In diesem Gehäuse ist exzentrisch zur Gehäusebohrung ein Rotor angeordnet, der mit radial bewegbaren Schiebern versehen ist und dessen Wellenzapfen sich in Lagern von an den Stirnflächen des Gehäuses angebrachten Deckeln abstützen. Am Gehäusemantel versetzt über den Umfang sind Flansche zum Ansaugen bzw. Ausschieben des Mediums angeordnet. Diese seit Jahren verwendete Konstruktion hat den Nachteil, daß die Temperaturverteilung umfangsmäßig gesehen sehr unterschiedlich ist und wegen des Verzuges des Gehäuses größere Dichtspalte vorzusehen sind. Größere Dichtspalte bedeuten aber einen schlechteren Wirkungsgrad, da die Größe des Dichtspaltes wegen der Verlustleistung ganz wesentlich den Wirkungsgrad beeinflußt.
  • In der DE-OS 1403608 ist ein gattungsbestimmender wassergekühlter einstufiger Flügelzellenverdichter offenbart, bei dem der gekühlte Gehäusemantel durch im wesentlichen längsliegende, über den Umfang verteilte Wände in Kanäle unterteilt ist. Bei einer Ausführungsform weist eine der Längswände keinen Durchlass auf, wobei der Einlaß für das Kühlwasser auf der einen und der Auslaß auf der anderen Seite der Trennwand angeordnet sind. Dadurch wird das Kühlwasser gezwungen den Gehäusemantel im Zickzack zu durchlaufen. Bei einer anderen Ausgestaltung wird der Mantelraum durch eine senkrecht zur Drehachse stehende Querwand in zwei Durchflußsysteme aufgeteilt. Nachteilig bei dieser Konstruktion ist, daß das im Druckbereich herrschende erhöhte Temperaturniveau durch die vorgeschlagene Anordnung der Kühlkanäle nur unwesentlich beeinflußt wird.
  • Der DE-OS 36 03 809 ist ein zweistufiger Flügelzellenverdichter entnehmbar, bei dem die Rotorachse symmetrisch zur Außenkontur des Gehäuses angeordnet ist. Die Deckel und der Gehäusemantel sind flüssigkeitsgekühlt, wobei der Kühlflüssigkeitsraum nicht unterteilt ist.
  • Die Temperaturverteilung ist deshalb über den Umfang gesehen sehr unterschiedlich und wegen des Verzuges des Gehäuses müssen größere Dichtspalte vorgesehen werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Flügelzellenverdichter anzugeben, der mit engeren Dichtspalten gefahren werden kann und somit einen besseren wirkungsgrad hat.
  • Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhatte Weiterbildungen sind Bestandteil von Unteransprüchen.
  • Im Unterschied zum bekannten Stand der Technik weist der erfindungsgemäße Flügelzellenverdichter keinen durchgängigen Kühlwassermantel, sondern über die Deckel gezogene Kühlkanäle auf, so daß ein Zwangsumlauf erreicht wird. Zu diesem Zweck ist der Kühlwassermantel axial in bezug auf die Saug- und Druckseite geteilt und die Verbindung zwischen dem saug- und druckseitigen Kühlwassermantel erfolgt über die Gehäusedeckel. Als weitere Maßnahme ist der Eintritt des Kühlwassers in den Bereich des unteren Totpunktes gelegt worden, und zwar versetzt über die Längserstreckung des Gehäuses. Im Hinblick auf eine Vergleichmäßigung der Temperaturverteilung in Umfangsrichtung gesehen sind die Kühlkammern im unteren Totpunktbereich größer als im oberen Totpunktbereich. Durch den Zwangsumlauf des Kühlwassers und der Anordnung größerer Kühlwasserkanäle im Bereich des unteren Totpunktes wird eine Vergleichmäßigung der Temperaturverteilung in Umfangsrichtung gesehen erreicht, so daß engere Dichtspalte im unteren Totpunktbereich zugelassen werden können. Engere Dichtspalte bedeuten gegenüber den den bekannten Verdichtern einen besseren Wirkungsgrad. Durch die Vergleichmäßigung der Temperaturverteilung werden darüber hinaus die unterschiedlichen Längenausdehnungen von Saug- und Druckseite minimiert. Somit können auch engere Spalte im stirnseitigen Bereich gefahren werden, was wiederum den Wirkungsgrad der Maschine verbessert.
  • Die Anordnung von größeren Kühlkammern im unteren Totpunktbereich wird dadurch erreicht, daß die Rotorachse mit der Mittelpunktachse des Gehäuses zusammenfällt und die Gehäusebohrung exzentrisch dazu angeordnet ist. Parallel zu den genannten Maßnahmen werden die Füße und die Flansche symmetrisch zur Rotorachse angeordnet, so daß ein universeller Einbau im Fahrzeug möglich ist. Unabhängig davon, welche Längsseite des Verdichters als Anschlagfläche verwendet wird, bleibt die Mittigkeit der Rotorwelle erhalten und damit die Übereinstimmung mit der Achse der Antriebsmaschine.
  • In der Zeichnung wird anhand eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäße wassergekühlte Flügelzellenverdichter näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen wassergekühlten Flügelzellenverdichter entlang der Linie B-B in Figur 3,
    Figur 2
    einen Querschnitt entlang der Linie C-C in Figur 3,
    Figur 3
    einen Längsschnitt entlang der Linie A-A in Figur 1.
  • In den Figuren 1 bis 3 sind in zwei Querschnitten und in einem Längsschnitt ein erfindungsgemäßer wassergekühlter Flügelzellenverdichter 1 dargestellt. Dieser besteht aus einem einstückigen Gehäuse 2, das im oberen und unteren Bereich Kühlkanäle aufweist. Ebenfalls integriert im Gehäuse 2 sind die Flansche 3, 4, für die Saug- bzw. Druckseite. In Figur 1 und 2 ist die erfindungsgemäße mittige Anordnung des Rotors 5 in bezug auf die Mittelpunktachse 6 des Gehäuses 2 zu erkennen. Zur Verdeutlichung der Mittigkeit sind in Figur 2 die Abstände von der Mittelachse 7 in X-Richtung bis zu den Stirnflächen der Flansche 3, 4 bzw. zu den Achsen der Füße 9 und die Abstände von der Mittelachse 8 in Y-Richtung bis zu den Stirnflächen der Füße 9 mit einem Gleichheitszeichen versehen worden. Abweichend von der bisher üblichen zentrischen Anordnung der Gehäusebohrung in bezug auf den Mittelpunkt des Gehäuses 2, ist erfindungsgemäß die Gehäusebohrung 10 exzentrisch zur Rotorachse 6 angeordnet. Um die Exzentrizität zu verdeutlichen, ist die Verschiebung 11 in Y-Richtung eingezeichnet. Die versetzte Anordnung der Gehäusebohrung 10 hat den Vorteil, daß im Bereich des unteren Totpunktes 12 und des Druckflansches 4 größere Kühlkammern 13, 14 im Vergleich zu denen 15, 16 im Bereich des oberen Totpunktes 17 und des Saugflansches 3 anordnenbar sind. Da in dem Druckflanschbereich infolge der adiabatischen Verdichtung des Mediums und der Reibung der Schieber 18 die größte Wärmemenge anfällt, ist hier eine besonders intensive Kühlung erwünscht, um die Temperaturverteilung in Umfangsrichtung gesehen möglichst zu vergleichmäßigen. Als weitere Maßnahme im Hinblick auf eine bessere Kühlung ist der Kühlmantel axial getrennt 19, 20. In den Figuren 1 und 3 ist durch Pfeile die Wasserführung kenntlich gemacht werden. Der Kühlwassereintritt 21 erfolgt im Bereich des unteren Totpunktes 12 am äußersten Rand der Längserstreckung des Gehäuses 2. (In diesem Ausführungsbeispiel auf der rechten Seite). Zur Verdeutlichung wurde in Figur 1 der Kühlwassereintritt 21 in die Schnittebene gelegt. Hinter der Eintrittsöffnung 22 strömt das Kühlwasser zum einen in Längsrichtung des Gehäuses (in diesem Ausführungsbeispiel von rechts nach links) und gleichzeitig von unten nach oben. Damit auch der der Eintrittsöffnung 22 gegenüberliegende Mantelbereich ausreichend gekühlt wird, fließt das Kühlwasser gleichzeitig über die im Deckel 23 vorgesehenen Ausnehmungen auf die andere Seite und von dort aus in Längsrichtung des Gehäuses 2. Im Bereich der Flansche 3, 4 erfolgt eine Umströmung, so daß der Saug- bzw. Druckkanal frei bleiben. Am Ende der Längserstreckung des Gehäuses 2 tritt das inzwischen erwärmte Kühlwasser wieder aus 24, und zwar durch eine oben angeordnete Öffnung 25 im Saugbereich 3. Zur Verdeutlichung der Lage der Austrittsöffnung 25 wurde diese in Figur 1 in die Schnittebene gelegt. Damit das Kühlwasser, das entlang der druckseitigen Mantelfläche geflossen ist, wieder austreten kann, erfolgt vergleichbar wie beim Eintritt, ein Überströmen durch die im linken Deckel 26 angeordneten Ausnehmungen. Eine direkte Verbindung zwischen druckseitiger und saugseitiger Mantelfläche und damit ein Kühlwasserkurzschluß wird durch die zuvor bereits erwähnten Querstege 19, 20 verhindert.

Claims (3)

  1. Einstufiger Flügelzellenverdichter mit zwei wassergekühlten Deckeln und einem durch längsliegende Wände unterteilten wassergekühlten Gehäusemantel und einem exzentrisch zur Gehäusebohrung angeordneten Rotor, der mit radial bewegbaren schiebern versehen ist und zwei am Gehäusemantel versetzt über den Umfang angeordneten Flanschen zum Ansaugen bzw. Ausschieben des Mediums,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in bekannter Weise die einander gegenüberliegenden Flansche (3, 4) eine gemeinsame Achse haben, die eine Symmetrieachse zur Außenkontur des Gehäuses (2) bildet und senkrecht die Rotorachse (6) schneidet, wobei in bekannter Weise die Rotorachse (6) eine Symmetrieachse zur Außenkontur des Gehäuses (2) ist und die Gehäusebohrung (10) exzentrisch in Richtung oberer Totpunkt (17) dazu angeordnet ist und der Kühlwassermantel durch zwei in der vertikalen Symmetrieebene liegende achsparallele Wände (19, 20) in bezug auf die Saug (3)- und Druckseite (4) geteilt ist.
  2. Flügelzellenverdichter nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Verbindung zwischen dem saug- und druckseitigen Kühlwassermantel über die mit Ausnehmungen versehenen Gehäusedeckel (23, 26) erfolgt.
  3. Flügelzellenverdichter nach den Ansprüchen 1 bis 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Kühlwassereintritt (21) im unteren Totpunktbereich (4) und der Kühlwasseraustritt (24) im oberen Totpunktbereich (3) über die Längserstreckung des Gehäuses (2) versetzt erfolgt, wobei im unteren Totpunktbereich (4) die Kühlwasserkammern (13, 14) größer sind als die (15, 16) im oberen Totpunktbereich (3).
EP94250289A 1993-12-03 1994-12-01 Einstufiger Flügelzellenverdichter Expired - Lifetime EP0656479B1 (de)

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