HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Spiralfluidmaschine zum Komprimieren oder
Expandieren eines Fluids oder zum Zuführen desselben unter Druck, spezieller eine
Dichtungskonfiguration einer Spiralfluidmaschine mit einem mehrstufigen Kompressionsabschnitt,
wobei das im Kompressionsabschnitt einer Vorstufe komprimierte Fluid gekühlt wird,
um im Kompressionsabschnitt der Folgestufe komprimiert zu werden, und ein Dichtelement
vorhanden ist, um ein Auslecken des komprimierten Fluids vom Folgestufe-Kompressionsabschnitt
zum Vorstufe-Kompressionsabschnitt zu verhindern.
Beschreibung der einschlägigen Technik
Bei Spiralfluidmaschinen ist es üblich, dass umlaufende Spiralen und
stationäre Spiralen mit Kühlluft oder Kühlfluid gekühlt werden, um die durch die
Kompression erzeugte Wärme des Fluids abzuführen. Um ein Kompressionsverhältnis
über dem Üblichen zu erzielen, ist es möglich, die Anzahl der Windungen der Spirale
zu erhöhen. Jedoch entstehen beim Erhöhen des Kompressionsverhältnisses über den
üblichen Wert hinaus Probleme dahingehend, dass nicht nur die Maschine groß wird,
sondern dass auch die Lebensdauer der Lager und der Dichtelemente aufgrund der hohen
Temperatur, über der Üblichen, wegen des größeren Kompressionsverhältnisses verkürzt
wird.
Daher wird es erforderlich, eine größere Kühlvorrichtung bereitzustellen,
um eine größere Menge an Kälte zum Abführen der erhöhten Wärme aufgrund des erhöhten
Kompressionsverhältnisses aus der umlaufenden und der stationären Spirale bereitzustellen.
Bei einer Spiralfluidmaschine wird das Fluid im Umfangsteil der Endplatte der umlaufenden
Spirale entnommen, der Kompressionsraum, in den das Fluid aufgenommen wird, wird
zum Zentrum hin reduziert, um das Fluid zu komprimieren, und das komprimierte Fluid
wird aus dem im zentralen Teil liegenden Auslassanschluss ausgelassen. Es ist eine
Technik auf hohem Niveau erforderlich, um den zentralen Teil effizient zu kühlen.
Aus diesem Grund wurde eine mehrstufige Kompressions-Spiralmaschine
gefordert, die über zwei Stufen von Kompressionsabschnitten verfügt, wobei das von
der Vorstufe ausgelassene komprimierte Fluid durch den Kühler geleitet wird, um
in die Folgestufe eingeführt zu werden, um erneut komprimiert zu werden. Die mehrstufige
Kompressions-Spiralmaschine kann ein Fluid mit einem gewünschten hohen Kompressionsverhältnis
komprimieren, ohne dass die Temperatur der Bauteile der Spiralfluidmaschine höher
als üblich ansteigt, was durch Beschränken der Temperatur des komprimierten Fluids
in der Vorstufe auf die Temperatur, die die Bauteile erlauben, durch Kühlen des
im Vorstufe-Kompressionsabschnitt komprimierten Fluids sowie durch erneutes Komprimieren
des komprimierten und gekühlten Fluids im Folgestufe-Kompressionsabschnitt erfolgt.
Eine mehrstufige Kompressions-Spiralmaschine mit zwei Stufen von Kompressionsabschnitten,
in der das komprimierte Fluid aus der Vorstufe dadurch gekühlt wird, dass es durch
einen Kühler geleitet wird, und das dann in die Folgestufe eingeleitet wird, um
erneut komprimiert zu werden, ist in US-4157234 oder in der Veröffentlichung 54-59608
zu einem ungeprüften japanischen Patent offenbart.
Bei der herkömmlichen Art besteht jedoch das unten beschriebene Problem.
Dies wird unter Bezugnahme auf die 10 bis
12 erläutert. Der Auslassanschluss 2e in der
Gegend der abschließenden Kompressionskammer des Vorstufe-Kompressionsabschnitts
und der Sauganschluss 2f, der mit dem Raum in Verbindung steht, in den
das Fluid aufgenommen wird, des Folgestufe-Kompressionsabschnitts sind mittels eines
in der Zeichnung nicht dargestellten Kühlers durch eine Leitung verbunden, wobei
die Verbindung einen Zwischenkanal bildet.
Nun gelangt, nachdem der Kompressionsraum S3 des Vorstufe-Kompressionsabschnitts
mit dem Auslassanschluss 2e des Vorstufe-Kompressionsabschnitts in Verbindung
gelangte, der Kompressions S6 und T6 des Folgestufe-Kompressionsabschnitts mit dem
Kompressionsraum S5 des Vorstufe-Kompressionsabschnitts in Verbindung, wie es in
der 10 dargestellt ist. Das in den Kompressionsraum
S6 aufgenommene Fluid wird durch die Drehung der Windung 10b der umlaufenden
Spirale zum Kompressionsraum S8 komprimiert, und das in den Kompressionsraum T6
aufgenommene Fluid wird zum Kompressionsraum T8 komprimiert. Daher ist der Druck
im Raum S8 höher als derjenige im Raum S6, und der Druck im Raum T8 ist höher als
derjenige in Raum T6.
Wie es aus 11(a), 11(b)
und 12 erkennbar ist, die einen Schnitt A-A, einen Schnitt B-B
bzw. einen Schnitt C-C in der 10 zeigen, ist in der
Rille 41, die in der Spitze der Windung 10b der umlaufenden Spirale
ausgebildet ist, und in der Rille 40, die in der Spitze der Windung
9 der stationären Spirale ausgebildet ist, eine Spitzendichtung
53 aufgenommen. (Eine Spitzendichtung dieses Typs ist in z.B. US-5258046
offenbart.) Da die Spitzendichtung 53 mit geringerer Breite als der der
Rille 40 und 41 ausgebildet ist, nehmen die Spitzendichtungen
53, 53 den Druck des komprimierten Fluids jedes Kompressionsraums
auf, um gegen die spiegelglatte Fläche jeder zugeordneten Spirale gedrückt zu werden,
und um gleichzeitig gegen die Wand jeder Rille zur Seite niedrigeren Drucks hin
gedrückt zu werden.
Demgemäß sind die mit dem Kompressionsraum T6 in Verbindung stehenden
Kanäle 30 und 31 so ausgebildet, wie es in der 11(a)
dargestellt ist, und es ist ein Auslecken zum Raum T6 auf niedrigerem Druck möglich.
Die mit dem Kompressionsraum S8 in Verbindung stehenden Kanäle
32 und 31 sind so ausgebildet, wie es in der 11(b)
dargestellt ist, und es ist ein Auslecken zum Raum S6 auf niedrigerem Druck möglich.
Die Spitzendichtung wird zur Seite niedrigeren Drucks hin gegen die
Rillenwand gedrückt. Jedoch können die Seitenfläche der Spitzendichtung und die
Rillenfläche wegen der unvollkommenen Ebenheit der Flächen nicht in absoluten Kontakt
miteinander gebracht werden. Demgemäß ist ein Auslecken von Fluid auf hohem Druck
in der Richtung des Pfeils 76 zum Zwischenraum 80 zwischen der
Spitzendichtung 14 und 53 möglich, wie es in der 12(a)
dargestellt ist, die einen Schnitt C-C in der 10 zeigt.
Zwischen dem Boden der in der Spitze der Windung der umlaufenden Spirale
ausgebildeten Rille und der Spitzendichtung 53 existiert ein Zwischenraum,
so dass ein Auslecken von Fluid von der Seite höheren Drucks zur Seite niedrigeren
Drucks möglich ist. Dies bedeutet, dass, da zwischen der Endfläche 41a
der Rille 41 und der Endfläche 53a der Spitzendichtung
53 im Endteil 10d der Windung 53 der umlaufenden Spirale
ein Zwischenraum existiert, ein Auslecken des komprimierten Fluids in der Richtung
eines Pfeils 78 möglich ist und auch ein Auslecken aus dem Kanal
71 so möglich ist, wie es durch einen Pfeil 77 dargestellt ist.
Daher leckt, wie es in 10 und
12(a) dargestellt ist, das Fluid hohen Drucks aus dem
Folgestufe-Kompressionsabschnitt durch den durch die Pfeile 29 und
76 dargestellten Zwischenraum 80 zum Vorstufe-Kompressionsabschnitt
aus, um in diesem aufgenommen zu werden, um erneut komprimiert zu werden, was zu
Problemen einer hohen Temperatur und einer übermäßigen Kompressionleistung führt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung wurde zum Lösen des oben genannten Problems geschaffen,
und es ist ihre Aufgabe, die Dichtungskonstruktion einer mehrstufigen Kompressions-Spiralfluidmaschine
zu schaffen, um ein Auslecken von komprimiertem Fluid auf hohem Druck zum Vorstufe-Kompressionsabschnitt
aus dem Folgestufe-Kompressionsabschnitt zu verhindern.
Diese Aufgabe ist durch eine Spiralfluidmaschine gelöst, wie sie im
Anspruch 1 dargelegt ist. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung.
Um das oben genannte Problem zu lösen, ist durch eine Ausführungsform
der Erfindung eine Spiralfluidmaschine mit einem mehrstufigen Kompressionsabschnitt
geschaffen, wobei im Vorstufe-Kompressionsabschnitt komprimiertes Fluid im Folgestufe-Kompressionsabschnitt
weiter komprimiert wird, wobei:
eine Windungsrinne spiralförmig aus der Gegend des Auslassanschlusses für das komprimierte
Fluid am Vorstufe-Kompressionsabschnitt zur Fluidaufnahmeseite des Ausgangsstufe-Kompressionsraums
ausgebildet ist, in der Spitze der Windung eine Spitzendichtungsrille zum Aufnehmen
eines Dichtelements ausgebildet ist, und zwischen dem Auslassanschluss im Kompressions-Endteil
des Vorstufe-Kompressionsabschnitts und dem Sauganschluss des Folgestufe-Kompressionsabschnitts
ein Steg ausgebildet ist; und
in der Zwischenrille, die in derjenigen Fläche des Steg ausgebildet ist, die der
Endplatte der zugeordneten Spirale zugewandt ist, ein Zwischen-Dichtelement aufgenommen
ist, um ein Auslecken des komprimierten Fluids aus dem Folgestufe-Kompressionsabschnitt
zur Auslassanschluss-Öffnungsseite des Vorstufe-Kompressionsabschnitts zu verhindern.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Spiralenwindung, an
deren Spitze sich eine Spitzendichtung befindet, die die Endplatte der zugeordneten
Spirale berührt und auf dieser gleitet, ausgehend von der Gegend des Auslassanschlusses
für komprimiertes Fluid im Endstufe-Kompressionsabschnitt zur Aufnahmeseite des
Ausgangsstufe-Kompressionsabschnitts spiralförmig ausgebildet, wobei zwischen der
Windung und der benachbarten Windung der zugeordneten Spirale Windungsrillen gebildet
sind; und zwischen dem Auslassanschluss am Endteil der Windungsrille des Vorstufe-Kompressionsabschnitts
und dem Sauganschluss am Anfangsteil der Windungsrille des Folgestufen-Kompressionsabschnitts
ist ein Steg ausgebildet. Das aus dem Auslassanschluss ausgelassene komprimierte
Fluid wird aus dem Sauganschluss über einen mit einem Kühler versehenen Zwischenkanal
in den Folgestufe-Kompressionsabschnitt eingeleitet.
Der Steg kann in der stationären oder der umlaufenden Spirale ausgebildet
sein.
In der Windungsrille der Windung ist eine Spitzendichtung aufgenommen,
die durch den Fluiddruck gegen die spiegelglatte Oberfläche der zugeordneten Windungs-Endplatte
gedrückt wird, so dass zwischen dieser spiegelglatten Fläche der
zugeordneten Windungs-Endplatte und der Oberfläche des Stegs ein Zwischenraum gebildet
wird, wobei die Auslassanschluss-Öffnung über den Zwischenraum mit der Sauganschluss-Öffnung
in Verbindung steht. Daher läuft das komprimierte Fluid, das aus dem Raum S6, T6
und T8, wie es durch Pfeile 29 und 76 dargestellt ist, zur Sauganschluss-Öffnung
des Folgestufe-Kompressionsabschnitts ausleckt (der Leckkanal ist in den
11, 12 erläutert) zur Auslassanschluss-Öffnung
des Vorstufe-Kompressionsabschnitts weiter. Jedoch ist, gemäß der Erfindung, am
Steg zwischen der Sauganschluss-Öffnung und der Auslassöffnung ein Zwischen-Dichtelement
vorhanden, so dass ein Auslecken des komprimierten Fluids zur Seite der Auslassanschluss-Öffnung
verhindert ist.
Bei einer Ausführungsform besteht das Dichtelement aus einer in der
in der Spiralwindung ausgebildeten Windungsrille aufgenommenen Spitzendichtung sowie
einem Zwischen-Dichtelement, das in der Rille aufgenommen ist, die im Steg zwischen
der Auslassanschluss-Öffnung und der Sauganschluss-Öffnung ausgebildet ist.
Wie es beispielsweise in der 2 dargestellt
ist, dichtet das Dichtelement 26 (die Spitzendichtung) so ab, dass sie
die Windungsrille im Folgestufe-Kompressionsabschnitt abteilt; ein Dichtelement
14 (eine Spitzendichtung) dichtet so ab, dass sie die Windungsrille im
Vorstufe-Kompressionsabschnitt abteilt; und ein Zwischen-Dichtelement
25 dichtet den Zwischenraum zwischen dem Steg und der zugeordneten Windungs-Endplatte
ab. Das Dichtelement 26 bildet die Verlängerung des Dichtelements
14.
Es ist zweckmäßig, das Zwischen-Dichtelement als kreisförmiges Dichtelement
auszubilden, das den Folgestufe-Kompressionsabschnitt kreisförmig abteilt.
In diesem Fall ist, wie es z.B. in der 6
dargestellt ist, das Zwischen-Dichtelement als geschlossene, einzelne, kreisförmige
Dichtung ausgebildet, von der ein Teil als Zwischendichtung am Steg zwischen den
Öffnungen des Sauganschlusses und des Auslassanschlusses einen Beitrag hat. Da das
Dichtelement den Folgestufe-Kompressionsabschnitt als einzelnes Dichtelement vollständig
umgibt, erfolgt eine effektive Abdichtung zwischen dem Folgestufe-Kompressionsabschnitt
und dem Vorstufe-Kompressionsabschnitt.
Es ist auch zweckmäßig, dass das Dichtelement aus einem ersten Dichtelement,
das sich spiralförmig ausgehend von der Fluidaufnahmeseite der Seite des Vorstufe-Kompressionsabschnitts
zur abschließenden Seite des Auslassanschlusses des Folgestufe-Kompressionsabschnitts
erstreckt und die Auslassanschluss-Öffnung und die Sauganschluss-Öffnung an der
Stegfläche im Verlauf der zugehörigen Erstreckung abteilt, und einem zweiten Dichtelement
besteht, dessen eines Ende mit der Seitenfläche des ersten Dichtelements auf derjenigen
Seite, die der Auslassanschluss-Öffnung gegenüberliegt, in der Nähe derselben in
Berührung steht, und das sich ausgehend von der Gegend dieser Auslassanschluss-Öffnung
zur Gegend der Auslassanschluss-Öffnung erstreckt, wobei es den Folgestufe-Kompressionsabschnitt
umgibt, um die Seitenfläche des ersten Dichtelements auf der von der Sauganschluss-Öffnung
abgewandten Seite zu berühren.
Es ist auch zweckmäßig, dass eine Spitzendichtungsrille so ausgebildet
ist, dass sie sich spiralförmig von der Fluidaufnahmeseite des Ausgangsstufe-Kompressionsabschnitts
zur Seite des Auslassanschlusses für das komprimierte Fluid des Endstufe-Kompressionsabschnitts
erstreckt,
wobei eine Zwischenrille ausgebildet ist, die mit der Spitzendichtungsrille im Steg
zwischen der Auslassanschluss-Öffnung und der Sauganschluss-Öffnung in Verbindung
steht, und wobei ein Satz von Dichtelementen aus mehreren Dichtelementen in der
Zwischenrille und der Spitzendichtungsrille aufgenommen ist, der aus Folgendem besteht:
einer ersten Spitzendichtung, die sich von der Seite des Auslassanschlusses für
komprimiertes Fluid des Endstufe-Kompressionsabschnitts über die Zwischenrille zum
Ausgangsstufe-Kompressionsabschnitt erstreckt;
einer zweiten Spitzendichtung, die sich parallel zur ersten Spitzendichtung von
der Seite des Auslassanschlusses für komprimiertes Fluid des Endstufe-Kompressionsabschnitts
zur Gegend der Sauganschluss-Öffnung erstreckt, wobei die zweite Spitzendichtung
von der ersten Spitzendichtung abzweigt und in der Gegend der Auslassanschluss-Öffnung
mit dieser ersten Dichtung in Berührung steht; und
einer dritten Spitzendichtung, die sich in der Windungsrille parallel zur zweiten
Spitzendichtung von der Gegend der Sauganschluss-Öffnung aus erstreckt, um den Folgestufe-Kompressionsabschnitt
kreisförmig abzuteilen, um die sich weiter parallel zur ersten Spitzendichtung zur
Seite des Ausgangsstufe-Kompressionsabschnitts erstreckt.
Bei dieser Konfiguration liegt, wie es z.B. in der 8
dargestellt ist, die dritte Spitzendichtung 68 an der Außenseite der zweiten
Spitzendichtung 69, die in der Gegend der Auslassanschluss-Öffnung mit
der Seitenfläche der ersten Spitzendichtung 67 in Berührung steht, so dass
der Berührungsabschnitt der ersten Spitzendichtung 67 und der zweiten Spitzendichtung
69 durch die dritte Spitzendichtung abgedeckt ist. So erfolgt die Abdichtung
zwischen dem Vorstufe-Kompressionsabschnitt und dem Folgestufe-Kompressionsabschnitt
durch das erste und das zweite Dichtelement vollständig so wie
beim in der 6 dargestellten Fall, und es wird ein Auslecken
des komprimierten Fluids zum Vorstufe-Kompressionsabschnitt effektiv verhindert.
Es ist auch zweckmäßig, dass eine Spitzendichtungsrille ausgebildet
ist, die sich spiralförmig von der Fluidaufnahmeseite des Ausgangsstufe-Kompressionsabschnitts
zur Seite des Fluid-Auslassanschlusses des Endstufe-Kompressionsabschnitts erstreckt,
wobei eine Zwischenrille ausgebildet ist, die mit der Spitzendichtungsrille im Steg
zwischen der Auslassanschluss-Öffnung und der Sauganschluss-Öffnung in Verbindung
steht; und
wobei das Dichtelement eine einzelne Spitzendichtung ist, die in der Spitzendichtungrille
und der Zwischenrille aufgenommen ist.
Bei dieser Konfiguration des Dichtelements erfolgt das Verhindern
eines Ausleckens des komprimierten Fluids durch eine einzelne Spitzendichtung, und
es ist die Bauteilezahl verringert.
Außerdem ist es, da die Spitzendichtung in die Rille eingelegt werden
kann, die den der Zwischenrille entsprechenden Teil der Spitzendichtung als Positionsbasis
verwendet, einfacher, die Spitzendichtung in die Spitzenrille einzubauen. Als Erstes
wird der Zwischenteil des Dichtelements in die Zwischenrille eingesetzt, und dann
kann der restliche Teil leicht einerseits entlang der Spitzenrille zur zentralen
Seite sowie andererseits zur Außenumfangsseite eingelegt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schnittansicht der Spiralfluidmaschine
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine perspektivische Ansicht des
Spiralengehäuses.
3 ist eine perspektivische Ansicht der
umlaufenden Spirale.
4 ist eine geschnittene Seitenansicht
der stationären Spirale zum Erläutern des Kompressionszustands von Fluid, wenn solches
durch die Windung der umlaufenden Spirale aufgenommen wird.
5 ist eine geschnittene Seitenansicht
der stationären Spirale zum Erläutern des Kompressionszustands des Fluids, wenn
die umlaufende Spirale ausgehend von der Situation der 4
um 180° gedreht wird.
6 ist eine erläuternde Darstellung der
zweiten Ausführungsform einer Dichtungskonstruktion gemäß der Erfindung.
7 ist eine erläuternde Darstellung der
dritten Ausführungsform einer Dichtungskonstruktion gemäß der Erfindung.
8 ist eine erläuternde Darstellung der
vierten Ausführungsform einer Dichtungskonstruktion gemäß der Erfindung.
9 ist eine erläuternde Darstellung der
fünften Ausführungsform einer Dichtungskonstruktion gemäß der Erfindung.
10 ist eine Draufsicht einer Spirale
zum Erläutern eines Aufnahmevorgangs für komprimiertes Fluid in den Folgestufe-Kompressionsabschnitt
gemäß der herkömmlichen Technik.
11(a) und (b) bilden eine geschnittene
Teilansicht entlang einer Linie A-A bzw. B-B in der 10.
12(a) und (b) bilden eine geschnittene
Teilansicht entlang einer Linie C-C bzw. D-D in der 10.
Die Bezugszahl 1 kennzeichnet eine Spiralfluidmaschine,
2 kennzeichnet das Gehäuse einer stationären Spirale, 2e kennzeichnet
einen Auslassanschluss, 2f kennzeichnet einen Sauganschluss,
3 kennzeichnet ein Antriebswellengehäuse, 9a kennzeichnet einen
Steg, 11 kennzeichnet eine umlaufende Spirale, 24 kennzeichnet
einen Kühlraum, 25 kennzeichnet ein Zwischen-Dichtelement (Dichtelement),
27 und 28 kennzeichnen durch Windungen der stationären Spirale
gebildete spiralförmige Rillen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die 1 ist eine Schnittansicht der Spiralfluidmaschine
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die 2 ist
eine perspektivische Ansicht des Spiralengehäuses, die 3
ist eine perspektivische Ansicht der umlaufenden Spirale, die 4
ist eine geschnittene Seitenansicht der stationären Spirale zum Erläutern des Kompressionszustands
des Fluids, wenn dieses durch die Windung der umlaufenden Spirale aufgenommen wird,
die 5 ist eine geschnittene Seitenansicht der stationären
Spirale zum Erläutern des Kompressionszustands des Fluids, wenn die umlaufende Spirale
gegenüber der Situation in der 4 um 180° gedreht
ist, die 6 ist eine erläuternde Darstellung der zweiten
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dichtungskonstruktion,
die 7 ist eine erläuternde Darstellung der dritten
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dichtungskonstruktion, die 8
ist eine erläuternde Darstellung der vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Dichtungskonstruktion, die 9 ist eine erläuternde Darstellung
der fünften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dichtungskonstruktion.
In der 1 besteht der Körper
1 einer mehrstufigen Spiralfluidmaschine aus einem Gehäuse 2 für
eine stationäre Spirale, mit einer an ihm angebrachten Gehäuseabdeckung
4, und einem Antriebswellengehäuse 3, an dem das Gehäuse
2 für die stationäre Spirale befestigt ist.
Zwischen einer Auslassleitung 6, die mit dem Auslassanschluss
eines später genannten Vorstufe-Kompressionsabschnitts des Gehäuses der stationären
Spirale verbunden ist, und der Saugleitung 7, die mit dem Sauganschluss
des Folgestufe-Kompressionsabschnitts verbunden ist, ist ein Kühlraum
24 vorhanden. Der Kühlraum 24, die Auslassleitung 6 und
die Saugleitung 7, die durch eine Leitungsanordnung verbunden sind, bilden
einen Zwischenkanal.
Das Volumen des Zwischenkanals vom Auslassanschluss 2e der
Vorstufe über die den Kühlraum durchlaufende Leitungsanordnung zum Sauganschluss
2f der Folgestufe ist als das N(ganzzahlige Zahl)-Fache des abschließenden
Kompressionskammervolumens des Vorstufe-Kompressionsabschnitts bestimmt. Demgemäß
wird nach N-maligem Auslassen aus der abschließenden Kompressionskammer des Vorstufe-Kompressionsabschnitts
dasselbe Fluidvolumen wie das der abschließenden Kompressionskammer des Vorstufe-Kompressionsabschnitts
in den Folgestufe-Kompressionsabschnitt aufgenommen.
Wenn sich jedoch die Spiralfluidmaschine zu Beginn des Anfangsbetriebs
im Stillstand befindet, existiert Fluid in der abschließenden Kompressionskammer
des Folgestufe-Kompressionsabschnitts des Fluid-Kompressionsraums, der durch die
Windung der stationären Spirale und die Windung der umlaufenden Spirale gebildet
ist, auf einem Druck, der dem Außendruck am Auslassanschluss 2d (siehe
die 1) entspricht, oder darunter.
Der Druck des Fluids im Ausgangs-Aufnahmeraum des Folgestufe-Kompressionsabschnitts
kann, da der Aufnahmeraum mit dem Zwischenkanal in Verbindung steht, auf den Aufnahmedruck
des Vorstufe-Kompressionsabschnitts verringert sein.
Wenn in diesem Zustand der Anfangsbetrieb gestartet wird, wird das
sich im Folgestufe-Kompressionsabschnitt befindende Fluid auf einen höheren Druck
als dem Außendruck komprimiert. D.h., dass dann, wenn der Druck, wenn das Fluid
in der abschließenden Kompressionskammer der folgenden Kompressionskammer mit dem
Fluid in der Kompressionskammer verbunden wird, die zur Seite des Sauganschlusses
der folgenden Kompressionskammer existiert, höher als der Außendruck ist, das Fluid
nach außen ausgelassen wird, wobei jedoch dann, wenn der Druck immer noch niedriger
als der Außendruck ist, Fluid aus dem Zwischenkanal aufgenommen wird, und das Fluid
gemeinsam mit dem Fluid auf der Seite des Auslassanschlusses ausgelassen wird.
Der Anfangsbetrieb gelangt dann an sein Ende, wenn, nach N-maligem
Auslassen aus der abschließenden Kompressionskammer des Vorstufe-Kompressionsabschnitts,
dasselbe Fluidvolumen wie das der abschließenden Kompressionskammer des Vorstufe-Kompressionsabschnitts
in die Ausgangskammer des Folgestufe-Kompressionsabschnitts aufgenommen wird.
Das Gehäuse 2 der stationären Spirale ist mit der Form einer
kreisförmigen Schale ausgebildet, wie es in der 2 dargestellt
ist. Am Umfang des Gehäuses 2 sind drei Ohren 2i, 2j,
2k für Verbindung mit dem Antriebswellengehäuse 3, das zur zugeordneten
Fläche 2m des Gehäuses 2 passt, mit Schrauben ausgebildet. Der
Boden der Vertiefung des Gehäuses 2 ist als spiegelglatte Fläche
2c endbearbeitet, die mit dem im Ohr 2i ausgebildeten Sauganschluss
2a in Verbindung steht.
In der zugeordneten Fläche 2m ist eine kreisförmige Rille
ausgebildet, und in dieser ist eine Staubdichtung 12 aufgenommen, die aus
einem Material mit Selbstschmierungseigenschaften besteht, wie einem Fluorharz und
dergleichen.
An der spiegelglatten Fläche 2c sind ein Auslassanschluss
2e der Vorstufe (siehe die 4, 5),
der mit der in der 1 dargestellten Auslassleitung
6 in Verbindung steht, und ein Sauganschluss 2f der Folgestufe
(siehe die 4, 5),
der mit der Saugleitung 7 in Verbindung steht, vorhanden. Eine Windung
9b der stationären Spirale erstreckt sich spiralförmig in der Gegenuhrzeigerrichtung
ausgehend vom Steg 9a zwischen diesen Anschlüssen, um den Vorstufe-Kompressionsabschnitt
zu bilden, und eine Windung 9c der stationären Spirale erstreckt sich spiralförmig
in der Uhrzeigerrichtung ausgehend vom Steg 9a, um den Folgestufe-Kompressionsabschnitt
zu bilden, mit Einbettung in der spiegelglatten Fläche 2c. In der Spitze
jeder Windung ist eine Rille ausgebildet, und in jeder Rille ist eine Spitzendichtung
14 aus einem Material mit Selbstschmierungseigenschaften, wie Fluorharz,
und dergleichen, aufgenommen.
Am Steg 9a ist zwischen den Spitzendichtungen 14,
14 ein Zwischen-Dichtelement 25 aus einem Material mit Selbstschmierungseigenschaften,
wie Fluorharz und dergleichen, vorhanden. Das Zwischen-Dichtelement 25
dient zum Verhindern, dass komprimiertes Fluid auf hohem Druck zur Seite des Vorstufe-Kompressionsabschnitts
ausleckt und es komprimiert und erneut zum Folgestufe-Kompressionsabschnitt zurückgeleitet
wird. An der Rückseite der spiegelglatten Fläche 2c des Gehäuses
2 der stationären Spirale sind Kühlrippen 2b ausgebildet, wie
es in der 1 dargestellt ist.
An der Spitze der Kühlrippen 2b ist die Gehäuseabdeckung
4 befestigt, um Kühlkanäle 2n zu bilden. Daher wird die stationäre
Spirale durch die Kühlluft gekühlt, die in der Richtung strömt, die das Blatt durchdringt.
Eine umlaufende Spirale 11 verfügt über eine spiegelglatte
Fläche 10c, in die eine Windung 10a der umlaufenden Spirale zum
Ausbilden des Vorstufe-Kompressionsabschnitts im Außenseitenbereich sowie eine Windung
10b der umlaufenden Spirale zum Ausbilden des Folgestufe-Kompressionsabschnitts
im Bereich der zentralen Seite eingebettet sind. Die umlaufende Spirale
11 ist so angeordnet, dass die spiegelglatte Fläche 10c mit der
Staubdichtung 12 in Kontakt steht, die an der zugeordneten Fläche des Gehäuses
2 der stationären Spirale vorhanden ist. In der Spitze jeder Windung ist
eine Rille ausgebildet, und in jeder Rille ist eine Spitzendichtung 13
aufgenommen, die aus einem Material mit Selbstschmierungseigenschaften, wie Fluorharz
und dergleichen, besteht.
Die umlaufende Spirale 11 ist so angeordnet, dass die Wände
der Windungen 10a, 10b derselben den Wänden den Windungen
9b bzw. 9c der stationären Spirale zugewandt sind.
An der Rückseite der spiegelglatten Fläche sind Kühlrippen
11a ausgebildet, wie es in der 1 dargestellt
ist. An der Spitze der Kühlrippen ist eine Hilfsabdeckung 15 befestigt,
um Kühlkanäle 11n zu bilden. Dadurch wird die umlaufende Spirale durch
die Kühlluft gekühlt, die in der das Blatt durchdringenden Richtung strömt.
Im Zentrum der Hilfsabdeckung 15 befindet sich ein Lager,
das eine drehende Abstützung des Exzenters 16a bildet, der am Ende der
später genannten rotierenden Antriebswelle 16 ausgebildet ist, und an der
zugehörigen Umfangsseite befinden sich Lager 19 an Positionen, die entlang
einem Umfang in gleicher Weise dreigeteilt sind, um Kurbelwellenanordnungen zu halten,
um eine Drehung der umlaufenden Spirale zu verhindern.
Jede Kurbelwellenanordnung besteht aus einer Platte 21 mit
einer durch das Lager 19 gehaltenen Achse 22 auf einer Seite und
einer Achse 23 auf der anderen Seite, die in Bezug auf die Achse
22 versetzt ist.
Die Achse 23 wird durch ein Lager 20 gehalten, das
im Gehäuse 3 der Antriebswelle liegt. Der Exzenter 16a dreht sich
um die Mittelachse der rotierenden Antriebswelle 16, wenn sich diese dreht,
und die umlaufende Spirale 11 führt in Bezug auf die stationäre Spirale
eine Umlaufbewegung aus.
Das Gehäuse 3 der Antriebswelle 3 verfügt an seiner
Seite über eine Öffnung zum Einleiten von Kühlluft in der Richtung des Blatts, auf
dem die 1 dargestellt ist, um die Kühlrippen
11a der umlaufenden Spirale zu kühlen. Die rotierende Antriebswelle
16 wird durch ein Lager 17 für Drehung im Zentrum des Gehäuses
3 der Antriebswelle gehalten, und sie ist mit der rotierenden Welle eines
in der Zeichnung nicht dargestellten Motors verbunden.
Bei der oben angegebenen Konstruktion dreht sich die umlaufende Spirale,
wenn sich die rotierende Welle 16 dreht, und wie es in der 4
dargestellt ist, wird das aus dem Sauganschluss 2a des Gehäuses
2 der stationären Spirale angesaugte Fluid durch die Windung
10a der umlaufenden Spirale aufgenommen, um im umschlossenen Raum S1 und
T1, der durch die Windung 10a der umlaufenden Spirale und die Windung
9b der stationären Spirale gebildet ist, eingeschlossen zu werden.
Diese zwei Einschlussräume unterscheiden sich phasenmäßig um 180°,
jedoch ist das Volumen ungefähr dasselbe.
Die Einschlussräume bewegen sich, wenn sich die umlaufende Spirale
dreht, wie es in den 4 und 5
dargestellt ist. Das in den Einschlussraum S1 der 4
aufgenommene Fluid wird sequenziell von S1 nach S2 → S3 → S4 → S5,
von S5 zum Vorstufe-Auslassanschluss 2e → Zwischenkanal → Folgestufe-Sauganschluss
2f → S6 → S7 → S8 → S9 komprimiert, das in den Einschlussraum
T1 in der 4 aufgenommene Fluid wird sequenziell von
T1 nach T2 → T3 → T4, von T4 zum Folgestufe-Auslassanschluss
2e → Zwischenkanal → Folgestufe-Sauganschluss 2f →
T5 → T6 → T7 → T8 → T9 komprimiert, und das komprimierte Fluid
in den Räumen S9 und T9 wird gemeinsam aus dem Auslassanschluss 2d im Zentrum
an eine Leitung 8 ausgegeben, um heraustransportiert zu werden.
Da das Volumen des abschließenden Kompressionsraums der Seite S und
der Seite T jeweils gleich ist, wird Fluid desselben Drucks aus dem abschließenden
Kompressionsraum der Seite S und dem abschließenden Kompressionsraum der Seite T
über den Auslassanschluss 2d ausgegeben.
Da sich das Zwischen-Dichtelement 25 aus einem Material mit
Selbstschmiereigenschaften, wie Fluorharz und dergleichen, zwischen den Spitzendichtungen
14 und 14 befindet, wie es in der 2
dargestellt ist, wird verhindert, dass komprimierten Fluid auf hohem Druck durch
das Zwischen-Dichtelement 25 zur Seite des Vorstufe-Kompressionsabschnitts
ausleckt und komprimiert und erneut zum Folgestufe-Kompressionsabschnitt zurückgeleitet
wird.
Die 6 zeigt die zweite Ausführungsform
der Dichtungskonstruktion. Anstelle der Spitzendichtung 14 bei der ersten
Ausführungsform sind Spitzendichtungen verwendet, die aus einer Spitzendichtung
63 des Vorstufe-Kompressionsabschnitts, einer Spitzendichtung
65a des Folgestufe-Kompressionsabschnitts sowie einer Zwischendichtung
64 bestehen. Die Zwischendichtung 64 teilt den Vorstufe-Auslassanschluss
2e und den Folgestufe-Sauganschluss 2f ab, und sie umschließt
den Folgestufe-Kompressionsabschnitt. So wird ein Auslecken von Fluid auf hohem
Druck zum Vorstufe-Kompressionsabschnitt, wie es durch einen Pfeil 29 in
der 6 dargestellt ist, verhindert.
Die 7 zeigt die dritte Ausführungsform
der Dichtungskonstruktion. Bei dieser Ausführungsform sind Spitzendichtungen verwendet,
die aus einer Spitzendichtung 65b, die sich vom Vorstufe-Kompressionsabschnitt
zum Folgestufe-Kompressionsabschnitt erstreckt, und eine Spitzendichtung
66 vorhanden, die den Folgestufe-Kompressionsabschnitt umschließt. Die
Spitzendichtung 65b teilt den Vorstufe-Auslassanschluss 2e und
den Folgestufe-Sauganschluss 2f ab. So wird ein Auslecken von Fluid auf
hohem Druck zum Vorstufe-Kompressionsabschnitt, wie es durch einen Pfeil
29 in der 7 dargestellt ist, verhindert.
Die 8 zeigt die vierte Ausführungsform
der Dichtungskonstruktion. Bei dieser Ausführungsform sind drei Spitzendichtungen
67, 68 und 69 verwendet. Die Spitzendichtung
67 erstreckt sich ausgehend vom Vorstufe-Kompressionsabschnitt zum Folgestufe-Kompressionsabschnitt.
Die Spitzendichtung 69 ist gemeinsam mit der Spitzendichtung
67 vom Folgestufe-Auslassanschluss 2e zum Folgestufe-Sauganschluss
2f platziert, und dann umgibt sie gemeinsam mit der Spitzendichtung
68 bis zum Vorstufe-Auslassanschluss 2e die Außenseite des Folgestufe-Kompressionsabschnitts.
Die Spitzendichtung 68 umgibt gemeinsam mit der Spitzendichtung
69 bis zum Vorstufe-Auslassanschluss 2e die Außenseite des Folgestufe-Kompressionsabschnitts,
und sie ist dann gemeinsam mit der Spitzendichtung 67 platziert. So wird
ein Auslecken von Fluid auf hohem Druck zum Vorstufe-Kompressionsabschnitt, wie
es durch einen Pfeil 29 in der 8 dargestellt
ist, verhindert.
Die 9 zeigt die fünfte Ausführungsform
der Dichtungskonstruktion. Bei dieser Ausführungsform ist eine einzelne Spitzendichtung
70 in der Rille aufgenommen, die in der Spitze der Windung ausgebildet
ist. Im Steg 9a ist ein freier Raum 71 ausgebildet, und die Querschnittsfläche
der Spitzendichtung 70 ist entlang ihrer gesamten Länge ungefähr gleich,
um eine Verformung zu verhindern. Da die Spitzendichtung 70 als einzelnes
Dichtelement ausgebildet ist, wird das Auslecken von Fluid auf hohem Druck zum Vorstufe-Kompressionsabschnitt,
wie es durch einen Pfeil 29 in der 9 dargestellt
ist, effektiv verhindert.
Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen befindet sich ein Dichtelement,
das mit der Fläche der Endplatte einer zugeordneten Spirale mit einem Kontaktdruck
in Kontakt steht, an der Fläche des Stegs zwischen dem Vorstufe-Auslassanschluss
und dem Folgestufe-Sauganschluss, und es wird das Auslecken von Fluid auf hohem
Druck zur Seite des Auslassanschlusses des Vorstufe-Kompressionsabschnitts verhindert.