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Dokumentenidentifikation DE60109703T2 12.01.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001199473
Titel Spiralmaschine
Anmelder Anest Iwata Corp., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Kimura, Hideyuki, Yokohama-shi, Kanagawa-ken 223-8501, JP;
Unami, Atsushi, Yokohama-shi, Kanagawa-ken 223-8501, JP
Vertreter Strehl, Schübel-Hopf & Partner, 80538 München
DE-Aktenzeichen 60109703
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 22.10.2001
EP-Aktenzeichen 011250784
EP-Offenlegungsdatum 24.04.2002
EP date of grant 30.03.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.01.2006
IPC-Hauptklasse F04C 18/02(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   
IPC-Nebenklasse F04C 27/00(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      

Beschreibung[de]
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.


Anspruch[de]
  1. Spiralfluidmaschine mit mehrstufiger Verdichtung, in der das in einer Vorstufe verdichtete Fluid in einer Folgestufe weiter verdichtet wird, wobei

    spiralförmig von der Gegend des Auslaßanschlusses (2d) der Folgestufe zur Fluid-Aufnahmeseite (2a) der Vorstufe eine Windungsrinne (27, 28) ausgebildet ist und zwischen dem Auslaßanschluß (2e) der Vorstufe und dem Ansauganschluß (2f) der Folgestufe ein Steg (9a) ausgebildet ist,

    dadurch gekennzeichnet, daß in einer Spitzendichtrinne in der Spitze der Windung ein Dichtelement (14, 25, 26, 6370) aufgenommen ist und

    in einer Zwischenrinne, die auf der der Endplatte einer passenden Spirale zugewandten Fläche des Stegs (9a) ausgebildet ist, ein Zwischendichtelement (25, 64, 65, 67, 70) aufgenommen ist, um ein Lecken komprimierten Fluids von der Folgestufe zum Auslaßanschluß (2e) der Vorstufe zu verhindern.
  2. Maschine nach Anspruch 1, wobei das Dichtelement aus folgendem besteht:

    einer Spitzendichtung (14, 26, 6370), die in der in der Spitze der Spiralwindung ausgebildeten Rinne auf beiden Seiten der Windungsrinne aufgenommen ist, und

    ein zwischen dem Auslaßanschluß (2e) der Vorstufe und dem genannten Ansauganschluß (2f) angeordnetes Zwischendichtelement (25, 64, 65, 67, 70).
  3. Maschine nach Anspruch 2, wobei das Zwischendichtelement (64) ein ringförmiges Dichtelement ist, das die Folgestufe ringförmig abteilt.
  4. Maschine nach Anspruch 1, wobei das Dichtelement aus folgendem besteht:

    einem ersten Dichtelement (65B), das spiralförmig von der Fluid-Aufnahmeseite (2a) der Vorstufe zum Auslaßanschluß (2d) der Folgestufe verläuft und in seinem Verlauf bei der genannten Stegfläche (9a) den Auslaßanschluß (2e) der Vorstufe von dem genannten Ansauganschluß (2f) abteilt, und

    einem zweiten Dichtelement (66), dessen eines Ende gegenüber dem genannten Auslaßanschluß (2e) der Vorstufe die Seitenfläche des ersten Dichtelements (65B) berührt und von der Gegend des genannten Auslaßanschlusses (2e) um die Folgestufe herumlaufend zurück zur Gegend des Auslaßanschlusses der Vorstufe verläuft, so daß es die Seitenfläche der ersten Dichtelements (65B) gegenüber dem Ansauganschluß (2f) berührt.
  5. Maschine nach Anspruch 1, wobei

    eine Spitzendichtrinne spiralförmig von der Fluid-Aufnahmeseite (2a) der Vorstufe zur Auslaßanschlußseite (2d) der Folgestufe verläuft,

    eine Zwischenrinne in dem Steg (9a) zwischen dem Auslaßanschluß (2e) der Vorstufe und dem genannten Ansauganschluß (2f) mit der Spitzendichtrinne in Verbindung steht,

    in der Zwischenrinne und der Spitzendichtrinne ein Satz Dichtelemente aufgenommen ist und

    der genannte Satz aus folgendem besteht:

    einer ersten Spitzendichtung (67), die von der Auslaßanschlußseite (2d) der Folgestufe über die Zwischenrinne zur Vorstufe verläuft,

    einer zweiten Spitzendichtung (69), die parallel zur ersten Spitzendichtung (67) von der Auslaßanschlußseite (2d) der Folgestufe zur Gegend des Ansauganschlusses (2f), wo sich die zweite Spitzendichtung (69) von der ersten Spitzendichtung (67) trennt, verläuft und die erste Spitzendichtung (67) wieder in der Gegend des Auslaßanschlusses (2e) der Vorstufe berührt, und

    einer dritten Spitzendichtung (68), die in der Spitzenrinne von der Gegend des genannten Ansauganschlusses (2f) unter ringförmiger Abteilung der Folgestufe parallel zur zweiten Spitzendichtung (69) und weiter zur Vorstufe parallel zur ersten Spitzendichtung (67) verläuft.
  6. Maschine nach Anspruch 1, wobei

    von der Fluid-Aufnahmeseite (2a) der Vorstufe zur Auslaßanschlußseite (2d) der Folgestufe spiralförmig eine Spitzendichtrinne verläuft,

    in dem Steg (9a) zwischen dem Auslaßanschluß (2e) der Vorstufe und dem genannten Ansauganschluß (2f) eine Zwischenrinne in Verbindung mit der Spitzendichtrinne ausgebildet ist, und

    das Dichtelement (70) eine in der Spitzendichtrinne und der Zwischenrinne aufgenommene einzige Spitzendichtung ist.
Es folgen 12 Blatt Zeichnungen






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