DE1426771A1

DE1426771A1 - Helical gear machine for the expansion of a gaseous working medium

Info

Publication number: DE1426771A1
Application number: DE19651426771
Authority: DE
Inventors: Schibbye Lauritz Benedictus; Nilsson Hans Robert
Original assignee: Svenska Rotor Maskiner AB
Current assignee: Svenska Rotor Maskiner AB
Priority date: 1964-05-08
Filing date: 1965-03-13
Publication date: 1968-11-21
Also published as: DK112185B; NL6502473A

Description

Schraubenradmaschine zur Entspannung eines gasförmigen Arbeitsmediums Die Erfindung betrifft eine Schraubenradmaschine zur Entspannung eines gasförmigen Arbeitsmediums hoher Temperatur. Diese Maschine besteht aus einem Gehäuse mit achsparallelen, einander durchdringenden Bohrungen zur Bildung einer durch Stirnwände begrenzten Arbeitskammer, welche dichtend zwei Rotoren mit schraubenförmigen Kämmen und dazwischen befindlichen Nuten mit einem Umschlingungswinkel von weniger als 360o umschließt. Der eine Rotor ist als weiblicher Rotor mit im wesentlichen innerhalb des Rotorteilkreises liegenden Kämmen und Nuten ausgebildet und weist konkave Kammflanken auf. Der andere Rotor ist als männlicher Rotor mit im @rTesentlichen außerhalb des Rotorteilkreises liegenden Kämmen und Nuten ausgebildet und weist konvexe Kammflanken auf. Die Arbeitskammer ist mit einer Hochdrucköffnung und einer NiederdruckÖffnung versehen, welche im wesentlichen auf verschiedenen Seiten einer die Bohrungsachsen enthaltenden Ebene liegen. Die Hochdrucköffnung und die Niederdrucköffnung führen ferner zu einem in dem Gehäuse angeordneten Hochdruckkanal bzw.Helical gear machine for the expansion of a gaseous working medium The invention relates to a helical gear machine for expanding a gaseous High temperature working medium. This machine consists of a housing with axially parallel, penetrating holes to form a bounded by end walls Working chamber, which sealingly has two rotors with helical combs and between them located grooves with a wrap angle of less than 360o. One rotor is a female rotor with essentially within the rotor pitch circle lying ridges and grooves and has concave ridge flanks. The other As a male rotor, the rotor is essentially outside the rotor pitch circle lying ridges and grooves and has convex ridge flanks. The working chamber is provided with a high pressure port and a low pressure port, which in the essentially on different sides of a plane containing the bore axes lie. The high pressure port and the low pressure port also lead to an in the housing arranged high pressure channel or

einem Niederdruckkanal.a low pressure duct.

Maschinen der vorgenannten Art zur Entspannung von Gasen hoher Temperatur. sind zwar bereits vorgeschlagen und geprüftworden, sie haben jedoch niemals in der Praxis Eingang gefunden,-und zwar wegen der thermischen Verwerfungen der Gehäuse und der Rotoren und ebenso wegen der zu großen Verluste, die die notwendige Kühlung der Maschinen hervorgerufen hat. Die Verwerfungen haben es im Betrieb praktisch unmöglich gemacht, genügend hohe Temperaturen anzuwenden und andererseits so kleine Spaltweiter: zwischen den Rotoren und dem Gehäuse einerseits und zwischen den Rotoren selbst andererseits zu verwenden, die zur Erreichung eines Wirkungsgrades notwendig sind, der die Maschine wettbewerbsfähig mit anderen Maschinen in der Praxis macht.Machines of the aforementioned type for the expansion of gases at high temperatures. have already been proposed and examined, but never in the Practice entrance found, because of the thermal faults the casing and the rotors and also because of the excessive losses that the necessary Caused cooling of the machines. The faults are practical in operation made impossible to use high enough temperatures and on the other hand so small Gap wider: between the rotors and the housing on the one hand and between the rotors even to use the other hand, which is necessary to achieve an efficiency that makes the machine competitive with other machines in practice.

Gemäß der Erfindung werden die von-den thermischen Verwerfungen herrührenden Schwierigkeiten dadurch überwunden, daß die dem heißen Arbeitsmedium ausgesetzten Oberflächen der Arbeitskammer und der Rotoren aus keramischem Material bestehen. Derartiges keramisches Material hat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von nur etwa 10'% der Größe des Ausdehnungskoeffizienten von Stahl und andererseits genügend mechanische Festigkeit bei hohen Temperaturen sowie eine geringe Wärmeleitfähigkeit verglichen mit. Stahl, und solches Material kann ferner gegossen und mit großer Genauigkeit bearbeitet werden: Die Erfindung wird nachstehend in ihren Einzelheiten näher anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen: Fis. 1 einen Längsschnitt durch eine erste AusfÜhrungsform der erfindungsgemäßen Schraubenradmaschinenach .Linie. 1 - 1 in Fig. 2, Fig. 2 einen Querschnitt nach'Linie 2 - 2 in Fig. 1,-Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine andere Ausfü:hrungsform der erfindungsgemäßen Maschine nach Linie 3 - 3 in Fig. 4 und Fig. 4 einen Querschnitt nach Linie 4 - 4 in Fig. 3 . Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Schraubenradmaschine weist ein metallisches Gehäuse 10 auf, das vorzugsweise aus Stahl hergestellt ist und eine Niederdruckstirnwand 12 aufweist. Das Gehäuse 10 und die Stirntfand 12 sind mit Kanälen 14 für ein Kühlmittel versehen, das von einer Einlaßöffnung 16 zu einer Auslaßöffnung 18 strömt. In dem Gehäuse 10 befindet sich eine Arbeitskammer 20 mit einer Auskleidung 22 aus keramischem Material, welches einen sehr geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Die Auskleidung 22 ist mit Vorsprüngen 24 versehen, mittels welcher sich die Auskleidung innerhalb des Gehäuses 10 derart abstützt, daß mit Luft gefüllte, wärmeisolierende Hohlräume 26 zwischen dem Gehäuse 10 und der Auskleidung 22 entstehen.. Die Auskleidung 22 ist derart geformt, daß die Arbeitskammer 20 darin im wesentlichen die Form zweier zylindrischer, einander durchdringender Bohrungen aufweist. An der Niederdruckstirnwand.12 ist die Auskleidung 22 mit einer Öffnung versehen, die der Form der Zylinder entspricht und in die eine Platte 28 aus dem gleichen Material wie die Auskleidung 22 eingesetzt ist. Die Platte 28 bildet zusammen mit der Auskleidung 22 die W?.ndungen der Arbeitskammer 20. Die Platte 28 ist in die Auskleidung 22 eingepaßt und mit Vorsprüngen 30 versehen, welche gegen die Niederdruckstirnwand 12 ruhen, so daß auch dort mit Luft gefüllte, wärmeisolierende Hohlräume 32 zwischen der Platte 28 und der Niederdruckstirnwand 12 gebildet werden.According to the invention, those resulting from the thermal distortions Difficulties overcome in that the exposed to the hot working medium Surfaces of the working chamber and the rotors are made of ceramic material. Such ceramic material has a coefficient of thermal expansion of only about 10% the size of the coefficient of expansion of steel and on the other hand sufficient mechanical strength at high temperatures and low thermal conductivity compared to. Steel, and such material, can also be cast and sized Accuracy Edited: The invention is detailed below explained in more detail with reference to two exemplary embodiments shown in the drawing. It show: F sharp. 1 shows a longitudinal section through a first embodiment of the invention Helical gear machines by line. 1 - 1 in FIG. 2, FIG. 2 shows a cross section along the line 2 - 2 in Fig. 1, -Fig. 3 shows a longitudinal section through another embodiment the Machine according to the invention along line 3 - 3 in Fig. 4 and Fig. 4 a cross section according to line 4 - 4 in FIG. 3. The helical gear machine shown in Figs has a metallic housing 10, which is preferably made of steel and a low pressure end wall 12. The housing 10 and the front end 12 are provided with channels 14 for a coolant that flows from an inlet port 16 flows to an outlet opening 18. A working chamber is located in the housing 10 20 with a lining 22 made of ceramic material, which has a very low thermal expansion coefficient and very low thermal conductivity. The lining 22 is provided with projections 24, by means of which the lining within the housing 10 is supported in such a way that air-filled, heat-insulating Cavities 26 between the housing 10 and the lining 22 arise .. The lining 22 is shaped such that the working chamber 20 is essentially the shape of two therein having cylindrical, penetrating bores. On the low pressure bulkhead. 12 the liner 22 is provided with an opening that corresponds to the shape of the cylinder and inserted into the one plate 28 made of the same material as the lining 22 is. The plate 28, together with the lining 22, forms the walls of the working chamber 20. The plate 28 is fitted into the liner 22 and provided with projections 30, which rest against the low-pressure end wall 12, so that there, too, air-filled, heat insulating cavities 32 between the plate 28 and the low pressure end wall 12 are formed.

Das Gehäuse 10 enthält ferner einen Hochdruckkanal 34 mit einer Auskleidung 35 aus dem gleichen Material wie die Auskleidung 22 oder eines ähnlichen. Materials, wobei mit gasgefüllte Hohlräume 38 zwischen dem Gehäuse 10 und der Auskleidung 36 gebildet sind. Eine Zuführungsleitung 37 für das heiße Arbeitsmedium mündet innerhalb der Auskleidung 36. Der Ijochdruckkanal 34 steht mit der Arbeitskammer 20 über eine Hochdrucköffnung 40 iader Auskleidung 22 in Verbindung. Das Gehäuse 20 ist weiterhin mit-einem Niederdruckkanal 42 versehen, der durch. Teile der Auskleidung 22 ausgekleidet ist. Dieser Nederdruckkanal 42 steht mit der Arbeitskammer 20 über eine Niederdrucköffnung 44 in der Auskleidung 22 in Verbindung. Um den im wesentlichen auf Wärmestrahlung beruhenden Wärmeübergang durch die Hohlräume 26, 32 und 38 ein" zuschränken, ist es ratsam, die gegen die Hohlräume gerichteten Oberflächen derart auszubilden, daß die Wärmestrahlung so weit wie möglich vermindert wird. Dies kann durch Auswahl eines geeigneten Materials für die metallischen Oberflächen in der Weise-erreicht werden, daß die Oberflächen so glatt poliert wie möglich sind, und durch Anwendung eines Aluminiumanstrichs auf den keramischen Oberflächen durch Aufstreichen oder Aufspritzen.The housing 10 further includes a high pressure channel 34 with a liner 35 made of the same material as the liner 22 or the like. Material, wherein cavities 38 filled with gas are formed between the housing 10 and the liner 36. A supply line 37 for the hot working medium opens inside the lining 36. The high pressure channel 34 is connected to the working chamber 20 via a high pressure opening 40 in the lining 22. The housing 20 is also provided with a low-pressure channel 42 which passes through. Parts of the liner 22 is lined. This pressure channel 42 communicates with the working chamber 20 via a low-pressure opening 44 in the lining 22. In order to limit the heat transfer through the cavities 26, 32 and 38, which is essentially based on thermal radiation, it is advisable to design the surfaces facing the cavities in such a way that the thermal radiation is reduced as much as possible. This can be done by selecting a suitable material for the metallic surfaces in such a way that the surfaces are polished as smoothly as possible, and by applying an aluminum paint on the ceramic surfaces by brushing or spraying.

Die Hochdrucköffnung 40 befindet sich zum Teil in der Hochdruckstirnwand und zum Teil in der Mantelwandung der Arbeitskammer auf einer Seite einer die Zylinderachsen enthaltenden Ebene. Die Niederdrucköffnung 44 befindet sich aussdhließlieh in. der Mantelwandung der Arbeitskammer 209 wobei ihr Uauptteil auf derjenigen Seite der die Zylinderachsen enthaltenden Ebene liegt, die sich entgegengesetzt zur Hochdrucköffnung 40 befinde-.The high pressure opening 40 is located in part in the high pressure end wall and partly in the jacket wall of the working chamber on one side of the cylinder axes containing level. The low-pressure port 44 is located exclusively in the Shell wall of the working chamber 209 with its main part on that side of the the plane containing the cylinder axes lies opposite to the high pressure port 40 located.

In der Arbeitskammer 20 sind zwei miteinander zusa.mmenarbei- Lende Rotoren enthalten, nämlich ein weiblicher Rotor 46 und ein männlicher Rotor 48,und die Achsen dieser Rotoren fallen im wesentlichen mit den Zylinderachsen der Arbeitskammer zusammen. Diese Rotoren sind in dem Gehäuse 10 am Hochdruckende der@Arbeitskammer in Zylinderrollenlagern 50 und in der Niederdruckstirnwand in gegeneinander gesetzten einreihigen Schrägkugellagern 52 gelagert. Der weibliche Rotor 46 besteht aus einem rohrförmigen metallischen Kern 54, der die Lagerzapfen für den Rotor bildet, und einem Außenkörper 56 aus dem gleichen Material wie die Auskleidung 22 oder einem ähnlichen Material. Der Kern 54 und der Außenkörper 56 sind durch einen Stift 58 undrehbar miteinander verbunden, der den Rotor radial durchsetzt und gleichzeitig eine Axialbewegung der beiden Rotorteile verhindert. Der Außenközper 56 ist mit sich nach einwärts gegen den Kern 54 abstützenden Vorsprüngen 57 versehen, und zwischen diesen Vorsprüngen sind mit Luft gefüllte, wärmeisolierende Hohlräume 59 gebildet. An seiner Außenseite trägt der Außenkörper sechs schraubenförmige Kämme 60 mit einem Umschlingungswinkel von etwa 1730. Die Kämme 60 liegen im wesentlichen innerhalb des Rotorteilkreises und die Flanken der Kämme sind im wesentlichen konkav, wodurch die zwischen den Kämmen 60 befindlichen Nuten 62, in einer querebene gesehen, angenähert die Form eines Kreissegmentes aufweisen. In entsprechender Weise besteht der männliche Rotor 48 aus einem rohrförmigen metallischen Kern 64 und einem Außenkörper 66 aus dem gleichen Material wie die Auskleidung 22 oder einem ähnlichen Material. In dem Zentralkörper 64 erstreckt sich eine Torsionswelle 68, deren stramm eingepaßtes Ende mit axial gerichteten Känälen 70 versehen ist. Der Außenkörper 66, der Kern 64 und die Torsionswelle 68 sind undrehbar miteinander mittels eines Stiftes 72 verbunden, der sich radial durch den.Rotor erstreckt und gleichzeitig eine Axialbewegung der Rotorteile zueinander verhindert.. Der Außenkörper 66 stützt sich mit nach einwärts gerichteten Vorsprüngen 73 gegen den Kern 64 ab, und zwischen den Vorsprüngen 73 sind mit Luft gefüllte, wärmeisolierende Hohlräume 77 gebildet. An seiner Außenseite ist der Rotor 481 mit vier schraubenförmigen Kämmen 74 und dazwischen befindlichen Nuten 76 versehen, die einen Umschlingungswinkel von etwa 260o aufweisen. Die Kämme 74 liegen im wesentlichen außerhalb des Rotorteilkreises, und die Kammflanken sind im wesentlichen konvex geformt, wobei die Flankenform derart -ausgewählt ist, daß zwischen den Rotoren 46 und 48 eine durchgehende Dichtungslinie vorhanden ist.-Weiterhin sind die Rotoren 46 und 48 mittels eines Syn.chronisiergetriebes 78 der Zahnradbauart, das sich in der Nähe der Lager 52 befindet, drehfest miteinander gekuppelt. Die Kerne 54 und 64 der Rotoren 46 bzw.-48 sind gegen das Gehäuse 10 und die Niederdruckstirnwand 12 mit Hilfe von Dichtungen 80, 82 abgedichtet. Zur Zuführung eines Kühlmittels zur Innenseite der Kerne 54 und 64 der Rotoren 46 bzw. 48 und zur Ableitung dieses Kühlmittels sind in dem Gehäuse 10 und in der Niederdruckstirnwand 12 ein stationärer Einlaß 84 und ein stationärer Auslaß 86 vorgesehen, welche dichtend mit den Endender Kerne 54 und 64 verbunden sind. Die Torsionswelle 68 erstreckt sich durch eine Öffnung in Kühlmitteleinlaß 84 und bildet die Abtriebswelle der Maschine.The working chamber 20 contains two rotors that work together, namely a female rotor 46 and a male rotor 48, and the axes of these rotors essentially coincide with the cylinder axes of the working chamber. These rotors are mounted in the housing 10 at the high pressure end of the working chamber in cylindrical roller bearings 50 and in the low pressure end wall in single row angular contact ball bearings 52 set against one another. The female rotor 46 consists of a tubular metallic core 54, which forms the bearing journals for the rotor, and an outer body 56 made of the same material as the liner 22 or a similar material. The core 54 and the outer body 56 are non-rotatably connected to one another by a pin 58 which radially penetrates the rotor and at the same time prevents axial movement of the two rotor parts. The outer body 56 is provided with projections 57 supported inwardly against the core 54, and heat-insulating cavities 59 filled with air are formed between these projections. On its outside, the outer body carries six helical combs 60 with a wrap angle of about 1730. The combs 60 lie essentially within the rotor pitch circle and the flanks of the combs are essentially concave, as a result of which the grooves 62 located between the combs 60 are seen in a transverse plane , approximately have the shape of a segment of a circle. In a corresponding manner, the male rotor 48 consists of a tubular metallic core 64 and an outer body 66 made of the same material as the liner 22 or a similar material. In the central body 64 extends a torsion shaft 68, the tightly fitted end of which is provided with axially directed channels 70. The outer body 66, the core 64 and the torsion shaft 68 are non-rotatably connected to one another by means of a pin 72 which extends radially through the rotor and at the same time prevents axial movement of the rotor parts to one another the core 64, and heat insulating cavities 77 filled with air are formed between the projections 73. On its outside, the rotor 481 is provided with four helical combs 74 and grooves 76 located between them, which have a wrap angle of approximately 260 °. The crests 74 lie essentially outside the rotor pitch circle, and the crest flanks are essentially convex, the flank shape being selected such that a continuous sealing line is present between the rotors 46 and 48 Syn.chronisiergetriebes 78 of the gear type, which is located in the vicinity of the bearings 52, rotatably coupled to one another. The cores 54 and 64 of the rotors 46 and 48 are sealed against the housing 10 and the low-pressure end wall 12 with the aid of seals 80, 82. To supply a coolant to the inside of the cores 54 and 64 of the rotors 46 and 48 and to discharge this coolant, a stationary inlet 84 and a stationary outlet 86 are provided in the housing 10 and in the low-pressure end wall 12, which seal with the ends of the cores 54 and 64 are connected. The torsion shaft 68 extends through an opening in coolant inlet 84 and forms the output shaft of the machine.

Das Kühlmittel kann aus einer zirkulierenden Flüssigkeit oder einem Gas, vorzugsweise_Zuft, bestehen, das nach Durchströmung der Kühlkanäle der Maschine in einer Verbrennungskammer erwärmt wird und als Arbeitsmedium für die Maschine benutzt wird. In Hinblick auf die thermischen. Verwerfungen ist es erwünscht, daß ganze Gehäuse auf einer so gleichmäßigen Temperatur wie möglich zu halten, und es ist hierfür von Vorteil, ein Kühlmedium zu verwenden., welches Wärme durch Verdampfung eines flüssigen Mediums absorbiert. Ein solches Kühlmedium ist beispielsweise Naßdempf.The coolant can be from a circulating liquid or a Gas, preferably_Zuft, exist after flowing through the cooling channels of the machine heated in a combustion chamber and as a working medium is used for the machine. In terms of thermal. Is warped it is desirable that entire housings be at as uniform a temperature as possible to hold, and it is advantageous to use a cooling medium. Which Heat absorbed by evaporation of a liquid medium. Such a cooling medium is for example Naßdempf.

Die Maschine arbeitet wie folgt. Das Arbeitsmedium hoher Temperatur gelangt durch die Zuführungsleitung 37 und den Hochdruckkanal 34 zur Hochdrucköffnung 40, wobei das Gehäuse 10 gegen die hohe Temperatur durch die Auskleidung 36 und die Hohlräume 38 geschützt wird. Die Arbeitsflüssigkeit strömt nun durch die Hochdrucköffnung 40 in diejenigen Ab- schnitte der Rotornuten 62 und 76, die mit der Öffnung in Verbindung stehen. Hierdurch wird auf die Rotoren 46 und 48 ein Drehmoment ausgeübt, das die Rotoren derart dreht, daß die mit dem Arbeitsmedium gefüllten Rotornuten ihr Volumen vergrößern. Die Rotorkämme 60 und 74, die, in Drehrichtung gesehen, hinter den Nuten 62 und 76 -Liegen, passieren dann die Kanten der Hochdrucköffnung, so daß ein V-förmiger Entspannungsraum gebildetwird, der von der Hochdrucköffnung 40 und der Niederdrucköffnung 44-abgetrennt ist. Das Volumen des V-förmigen Eat.spannungsraumes nimmt während der Drehung der Rotoren beständig zu, bis es dem Gesamtvolumen der zwei miteinander in Verbindung stehenden Rotornuten 62 und 76 entspricht, und hierauf hin-Öffnen sich die Nuten zur Niederdrucköffnung 44 hin, und. das entspannte Arbeitsmittel wird von der,Kaschine durch den Niederdruckkanal abgeführt.The machine works as follows. The high-temperature working medium passes through the supply line 37 and the high-pressure channel 34 to the high-pressure opening 40, the housing 10 being protected against the high temperature by the lining 36 and the cavities 38. The working fluid flows now through the high pressure port 40 in those waste sections of the rotor slots 62 and 76, associated with the opening. As a result, a torque is exerted on the rotors 46 and 48, which rotates the rotors in such a way that the rotor slots filled with the working medium increase their volume. The rotor crests 60 and 74, which, viewed in the direction of rotation, lie behind the grooves 62 and 76 - then pass the edges of the high pressure opening, so that a V-shaped expansion space is formed which is separated from the high pressure opening 40 and the low pressure opening 44. The volume of the V-shaped Eat.spannungsraumes increases continuously during the rotation of the rotors until it corresponds to the total volume of the two connected rotor grooves 62 and 76, and then the grooves open towards the low pressure port 44, and. the relaxed working medium is discharged from the machine through the low-pressure channel.

Bei dem in den. Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das Gehäuse aus drei Elementen, nämlich einem mittleren Mantelabschnitt 110, einer Hochdruckstirnwand 112 a und einer Niederdruckstirnwand 114. Alle drei Elemente sind beispielsweise aus Gußstahl hergestellt. Die Elemente sind mit Kanälen 116 für ein Kühlmittel versehen, das durch Leitungen 118 und 120 zu- bzw. abgeführt wird.The one in the. Fig. 3 and 4 shown embodiment the housing consists of three elements, namely one middle jacket section 110, a high pressure end wall 112 a and a low pressure end wall 114. All three Elements are made of cast steel, for example. The elements are with channels 116 is provided for a coolant which is supplied and discharged through lines 118 and 120 will.

Der mittlere Gehäuseabschnitt 110 und die Hochdruckstirnwand 112 bilden zusammen einen Hochdruckeinlaßkanal 122, während der Niederdruckauslaßkanal 124 vollständig im Mittelabschnitt 110 angeordnet ist.The middle housing section 110 and the high pressure end wall 112 form together a high pressure inlet channel 122, while the low pressure outlet channel 124 is arranged completely in the middle section 110.

Alle Oberflächen des Gußstahlgehäuses, die dem heißen Arbeitsmedium ausgesetzt sind, sind mit einem Belag 126 aus keramischem Material bedeckt, das in diesem Falle durch Flammaufspritzung aufgebracht ist. Dieses keramische Material hat einen sehr niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit, und die keramischen Beläge unterliegen somit selbst keiner nennenswerten Deformation, wenn sie erwärmt werden, und auf Grund der außergewöhnlichen Wärmeisoliereigenschaften des keramischen Materials wird das umgebende metallische Gehäuse auf einer so niedrigen Temperatur gehalten, däß seine thermische Verwerfung in zulässigen Grenzen bleibt.All surfaces of the cast steel housing that are exposed to the hot working medium are exposed, are covered with a covering 126 made of ceramic material that in this case applied by flame spraying. This ceramic material has a very low coefficient of thermal expansion and very low thermal conductivity, and the ceramic coverings themselves are therefore not subject to any significant deformation, when they are heated, and because of their exceptional thermal insulation properties of the ceramic material, the surrounding metallic housing is at such a low level Maintained temperature so that its thermal distortion remains within permissible limits.

Das Arbeitsmedium wird durch eine Zeitung 12_8 zugeführt, in die eine Auskleidung in der Form eines Blechrohrs 130 eingesetzt ist, dessen Innenseite mit keramischem Material überzogen ist. Eine entsprechende Auskleidung 132 ist in den. Hochdruckkanal 122 eingesetzt. Durch den Ringraum zwischen dem Rohr 130 und der Zeitung 128 wird Kühlluft geleitet9 welche zu beiden Seiten der Auskleidung 132 im Hochdruckkanal 122 strömt, um die Erwärmung des Gehäuses an dieser Stelle, wo die Temperatur des Arbeitsmediums ihren höchsten Wert besitzt, herabzusetzen.The working medium is supplied through a newspaper 12_8 into which a lining in the form of a sheet metal tube 130 is inserted, the inside of which is coated with ceramic material. A corresponding liner 132 is in the. High pressure channel 122 used. Cooling air is passed through the annular space between the pipe 130 and the newspaper 128 and flows on both sides of the lining 132 in the high-pressure channel 122 in order to reduce the heating of the housing at this point where the temperature of the working medium has its highest value.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung bestehen beide Rotorkörper 134 und 136 vollständig aus keramischem Material. Wie in Fig. 3 dargestellt, ist der männliche Rotor 134 an seinem Niederdruckende mit einem Ansatz 138 versehen, der sich in eine Öffnung in der Niederdruckstirnwand 114 erstreckt, wo der Ansatz fest mit einer metallischen Hohlwelle 140 verbunden ist. Das Ende dieser Welle 140 ist auf den Ansatz 138 aufgeschrumpft und mit Hilfe eines Stiftes 142 od.dgl. in einer bestimmten Winkelstellung zu dem Ansatz gesichert. Die Welle 140 ist in einem Gleitlager 144 und zwei gegeneinander gerichteten Schrägkugellagern 146 gelagert, welche sich in einem Gehäuse 148 befinden, das gegen die Niederdruckstirnwand 114 verschraubt ist.In this embodiment of the invention, there are both rotor bodies 134 and 136 made entirely of ceramic material. As shown in Fig. 3 is the male rotor 134 is provided with a shoulder 138 at its low-pressure end, which extends into an opening in the low pressure end wall 114 where the lug is firmly connected to a metallic hollow shaft 140. The end of this wave 140 is shrunk onto the approach 138 and with the help of a pin 142 or the like. in secured a certain angular position to the approach. The shaft 140 is in one Plain bearings 144 and two oppositely directed angular contact ball bearings 146, which are located in a housing 148 which is pressed against the low-pressure end wall 114 is screwed.

Das Niederdruckende des weiblichen Rotorkörpers 136 ist in genau der gleichen Weise gelagert, und außerhalb der Zager 144 und 146 tragen die beiden' Rotorwellen Zahnräder, die zusammen ein Synch.ronisiergetriebe 150 bilden. Ein Ölansatzrohr 152 dient zur Zuführung von Schmieröl zu dem Getriebe.The low pressure end of the female rotor body 136 is just that stored in the same way, and outside of Zager 144 and 146 the two ' Rotor shaft gears which together form a synchromesh transmission 150. An oil attachment pipe 152 is used to supply lubricating oil to the transmission.

Wie in Fig. 3 dargestellt, arbeitet das innere Ende der Welle 140 mit einer Labyrinthstopfbuchse 154 zur Bildung einer Zabyrinthdichtung zusammen, in welche Sperrluft durch eine Zeitung 156 eingeleitet wird. Diese Sperrluft übt auf die Welle 140 eine Kühlwirkung aus, wobei die Welle weiterhin durch Schmieröl gekühlt wird, das dem Gleitlager 144 durch eine Zeitung 158 zugeführt wird. Das Schmieröl wird durch einen Auslaß 160 vom Gehäuse 148 weggeleitet. Eine entsprechende Labyrinthdichtung ist auch für die Welle des weiblichen Rotors vorgesehen.As shown in FIG. 3, the inner end of the shaft 140 operates together with a labyrinth stuffing box 154 to form a zabyrinth seal, into which sealing air is introduced by a newspaper 156. This sealing air exercises a cooling effect on the shaft 140, the shaft being continued by lubricating oil is cooled, which is fed to the plain bearing 144 by a newspaper 158. That Lubricating oil is directed away from housing 148 through outlet 160. One a corresponding labyrinth seal is also provided for the shaft of the female rotor.

Das Hochdruckende des Rotorkörpers 134 iat hohl ausgebildet, und der axial äußere Abschnitt der so entstandenen Ausnehmung hat die Form. einer zylindrischen Bohrung, während der axial innere Abschnitt einen quadratischen Querschnitt aufweist.The high pressure end of the rotor body 134 is hollow, and the axially outer section of the resulting recess has the shape. a cylindrical Bore, while the axially inner portion has a square cross-section.

In die zylindrische Bohrung ist eine Buchse 162 eingesetzt, mittels welcher das Hochdruckende des Rotorkörpers auf einer stationären Stummelwelle 164 gelagert ist, die von der Niederdruckstirnwand 112 getragen wird und sich in die Rotorausnehmung erstreckt. Diesem Zager wird Schmieröl durch eine Bohrung 166 in@der Stummelwelle 164 zugeführt. Dieses Schmieröl übt sowohl auf das Ende des Rotorkörpers als auch auf die Stummelwelle eine Kühlwirkung aus.A bushing 162 is inserted into the cylindrical bore, by means of which the high pressure end of the rotor body is supported on a stationary stub shaft 164 which is carried by the low pressure end wall 112 and which extends into the rotor recess. Lubricating oil is supplied to this Zager through a bore 166 in the stub shaft 164. This lubricating oil has a cooling effect on both the end of the rotor body and the stub shaft.

Das Hochdruckende. des Rotorkörpers 134 ist weiterhin mit einem axial gerichteten kragenförmigen Ansatz 168 versehen, der mit einer Labyrinthstopfbuchse 170 eine Labyrinthdichtung bildet, welcher Sperrluft durch eine Zeitung 172 zugeführt wird.The high pressure end. of the rotor body 134 is furthermore axial with one directed collar-shaped approach 168 provided with a labyrinth stuffing box 170 forms a labyrinth seal, to which sealing air is fed through a newspaper 172 will.

Der innere, im Querschnitt quadratische Abschnitt der Ausnehmung im Rotorkörper nimmt einen hohlen Vierkanteinsatz 174 formschlüssig auf, der innenseitig mit einer Keilverzahnung versehen ist. Eine Welle 146 greift mit einem außenseitig keilverzahnten Kopf 178 in die Keilverzahnung des Vierkanteinsatzes ein und erstreckt sich von dort durch die hohle Stummelwelle 164 zur Außenseite der Maschine wo sie deren Abtriebswelle bildet.The inner, square section of the recess in the cross-section The rotor body accommodates a hollow square insert 174 in a form-fitting manner, the inside is provided with a spline. A shaft 146 engages with an outside splined head 178 into the spline of the square insert and extends from there through the hollow stub shaft 164 to the outside of the machine where they whose output shaft forms.

Das den Lagern im Inneren des Rotorkörpers zugeführte Schmieröl wird durch eine Zeitung 180 abgeleitet.The lubricating oil supplied to the bearings inside the rotor body will derived by a newspaper 180.

Die Anordnung am Hochdruckende des weiblichen Rotorkörpers 136 ist die gleiche wie vorstehend mit Bezug auf das Hochdruckende des männlichen Rotorkörpers 134 beschrieben, jedoch wiederum mit der Ausnahme, daß eine der Welle 176 entsprechende Drehmomentübertragungswelle fehlt und deshalb ein im querschnitt unrunder Abschnitt der Ausnehmung innerhalb der die Buchse 174 aufnehmenden zylindrischen Bohrung entfällt.The arrangement at the high pressure end of the female rotor body 136 is the same as above with respect to the high pressure end of the male rotor body 134 described, but again with the exception that one of the shaft 176 corresponding Torque transmission shaft is missing and therefore a non-circular section in cross-section the recess within the cylindrical bore receiving the bushing 174 is omitted.

Die Entspannung der Arbeitsflüssigkeit erfolgt im wesentlichen in einem abgeschlossenen Raum, dessen Volumen sich ständig vergrößert, was in bekannter Weise eine Voraussetzung für einen hohen Expansionswirkungsgrad in einer Verdrängermaschine dieser Art ist. Die Expansionsräume sind in ihrer Gesamtheit mit einem Material ausgekleidet, das gegenüberhohen Temperaturen eine große Widerstandsfähigkeit besitzt und einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. Hierdruch wird erreicht, daß das Arbeitsmedium bei sehr hoher Temperatur von zwischen 1000o und 20000 C , vorzugsweise bei einer Temperatur von 15000- 16000 C zugeführt werden kann, was von größter Wichtigkeit zur Erzielung eines hohen thermischen Wirkungsgrades ist. Dadurch, daß das Material eine niedrige Wärmeleitfähigkeit hat, ist es möglich, die Wärmemenge, die dem Arbeitsmedium durch das Gehäuse und die Rotoren durch Kühlung entzogen wird, kleinzuhalten. Hierdurch werden die Kühlverluste vermindert, was ein weiteres Ansteigen des Wirkungsgrades der f:aschine zur Folge hat.The expansion of the working fluid takes place essentially in a closed space, the volume of which is constantly increasing, which, in a known manner, is a prerequisite for a high degree of expansion efficiency in a displacement machine of this type. The expansion spaces are lined in their entirety with a material that is highly resistant to high temperatures and has a low coefficient of thermal expansion. Hierdruch is achieved that the working medium at a very high temperature of between 1000O 20000 and C, can be preferably supplied at a temperature of 15000- 16000 C, which is of the greatest importance for achieving a high thermal efficiency. Because the material has a low thermal conductivity, it is possible to keep the amount of heat that is withdrawn from the working medium by cooling through the housing and the rotors small. This reduces the cooling losses, which results in a further increase in the efficiency of the machine.

Die Menge an Kühlmittel, das durch das Gehäuse und die Rotoren strömt, kann vorzugsweise derart eingestellt werden, daß die Temperaturverteilung in den verschiedener- Teilen im wesentlichen gleichförmig ist, so däß die thermische Ausdehnung keine unzulässigen Verilrerfungen hervorrufen kann. Als Ergebnis der hierdurch erreichbaren Maßgenauigkeiten kann die Maschine mit sehr geringen Spaltweiten trotz der hohen Temperatur arbeiten, wodurch die.Zeckverluste kleingehalten werden und hierdurch ein hoher Expansionswirkungsgrad erzielt wird.The amount of coolant that passes through the housing and rotors, can preferably be adjusted so that the temperature distribution in the different parts in is substantially uniform, so that the thermal expansion cannot cause any impermissible distortions. as The result of the dimensional accuracy that can be achieved in this way can be achieved by the machine with very small gap widths work despite the high temperature, which means die.Zeckverluste are kept small and thereby a high expansion efficiency is achieved.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß für die Zwecke der Erfindung die beiden wichtigsten Charakteristika von keramischen Materialien zur praktischen Durchführung der Erfindung einmal die Beibehaltung der Abmessungen über einen weiten Temperaturbereich auf Grund eines sehr geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten und/oder zum anderen eine sehr. geringe Wärmeleitfähigkeit über einen solchen Temperaturbereich hinweg sind: Deratiges Material ist bekannt und im Handel erhältlich, und Materialien mit den Eigenschaften. einer großen thermischen Dimensionsstandfestigkeit in Verbindung mit geringer Wärmeleitfähigkeit sind beispielsweise die Produkte der Firma Corning Glass Works, Corning, New York, die in Übereinstimmung mit den Veröffentlichungen in den USA-Patentschriften 2 920 971 v. 12.1.60 und/oder 3 096 159 v. 2.7.63 hergestellt und in bestimmten Formen unter dem Handelsnamen "Cercor" im Handel erhältlich sind und deren physikalische Eigenschaften, soweit sie für die Erfindung von Bedeutung sind, nicht nur in den vorerwähnten Patentschriften, sondern ebenso in dem Bulletin NPC 4 der Corning Companies unter dem Titel "Cercor Glass Ceramic Sturctures" beschrieben sind. Ein für die Zwekce der vorliegenden Erfindung geeignetes Material ist in dem vorgenannten Bulletin mit der Ziffer 9690 bezeichnet. Für diejenigen Ausführungsformen der Erfindung, bei denen die der hohen Temperatur ausgesetzten Elemente aus keramischen Überzügen bestehen, die durch Flammaufspritzung aufgebracht werden, werden vorzugsweise stabilisierte Metalloxyde, insbesondere Zirkonium, hergestellt von der Norton Company in Worcester, Mass., Vereinigte Staaten von Amerika, verwendet. Diese Produkte sind in den USA-Patentschriften 2 535 526 v. 26.12.60 und 2 876 121 v. 3.3.49 beschrieben.und können durch Flammaufspritzung in Übereinstimmung mit der Beschreibung in der USA-Patentschrift 2 707 691 v.3.5.55 aufgebracht werden.From the above description it can be seen that for the purposes invention the two most important characteristics of ceramic materials to practice the invention once the maintenance of the dimensions over a wide temperature range due to a very low coefficient of thermal expansion and / or on the other hand a very. low thermal conductivity over such a temperature range away are: Such material is known and commercially available, and materials with the properties. a high thermal dimensional stability in connection Examples of products from Corning are those with low thermal conductivity Glass Works, Corning, New York made in accordance with the publications in U.S. Patents 2,920,971 v. 1/12/60 and / or 3 096 159 v. 2.7.63 produced and are commercially available in certain forms under the trade name "Cercor" and their physical properties, insofar as they are important for the invention not only in the aforementioned patents but also in the bulletin NPC 4 from the Corning Companies described under the title "Cercor Glass Ceramic Sturctures" are. A material suitable for the purposes of the present invention is in US Pat the aforementioned bulletin with the number 9690. For those Embodiments of the invention in which those exposed to the high temperature Elements consist of ceramic coatings that are applied by flame spraying stabilized metal oxides, in particular zirconium, are preferably produced used by the Norton Company of Worcester, Mass., United States of America. These products are described in U.S. Patents 2,535,526 v. 12/26/60 and 2 876 121 v. 3.3.49 and can be made by flame spraying in accordance with as described in U.S. Patent No. 2,707,691 v.3.5.55.

Während in der vorstehenden Beschreibung zum Zwecke der Erläterung und als Beispiele nur einzelne Ausführungsformen der Erfindung beschrieben sind, versteht es sich von selbst, daß viele verschiedene Abwandlungen und Kombinationen dieser Elemente zur Erzielung verschiedener Ausführungen und Arbeitsbedingungen verwendet werden können. So können z.B. gekühlte Rotoren nach Art der Ausführung gemäß Fig. 1 zusammen mit einem mit einem Belag versehenen Gehäuse nach der Ausführung gemäß Fig. 3 verwendet werden, und in ähnlicher Weise können Rotoren mit einem von einem keramischen Überzug umgebenen Rotorkörper in beiden beschriebenen Gehäusearten verwendet werden.While in the above description for purposes of explanation and only individual embodiments of the invention are described as examples, it goes without saying that many different modifications and combinations these elements to achieve different designs and working conditions can be used. For example, cooled rotors can be used depending on the type of design according to FIG. 1 together with a housing provided with a covering according to the embodiment 3 can be used, and similarly rotors having one of a ceramic coating surrounded rotor body in both types of housing described be used.

Claims

Patent steps things u ch e

a housing with axially parallel, penetrating bores to form a working chamber delimited by end walls, which sealingly encloses two rotors with helical combs and grooves located between them with a wrap angle of less than 360o, one of which is a female rotor with essentially lying within the rotor pitch circle that various ridges and grooves and the concave ridge flanks and the rotor other than male rotor is formed substantially outside the rotor pitch circle lying ridges and Nueten and convex ridge flanks, wherein the Working chamber und_einer with a high pressure port Niederdruck.-opening is provided in substantially comparable sides of a lie, the bore axes of the plane containing the housing and-to carry out a Hoahdruekkanel or a low-pressure channel, _e aal urehg e k e nn = e ichn e t that the hot working medium translated excluded surfaces of the working chamber (20) and the Red oren (46, 48) made of ceramic material. 2, Schraubenradmaschine according to claim 1, dadurchg e k e NNZ e ichnet that the housing consists of a cooled metallic round body (10, 12; 1-10, 112, 114) which in the interior a cylindrical surface of the working chamber (20) forming ceramic lining (22,28) 126). 3. Sahraubenradmaschine according to claim 2, c h dadur GEK en nz i i o HNET, Dab Auskleidung- (22, 28) -

10. Schraubenradmaschine according to claim 9, dadurchgek e NNZ e ichnet that the thermal expansion coefficient greater than approximately 1.5 '10-6. 11. Schraubenradmaschine according to one or more of the preceding claims, characterizing dadurchg e -z e ichnet that the rotors (46, 48; 134, $ 13) are connected in a known manner by a synchronizing gear (150 78). 12. Schraubenradmaschine according to claim 7, dadurchg e k e NNZ e ichn e t in that each of the ceramic rotor body (134, 136) is provided at one end face with a projecting into an opening in the adjacent housing end wall '(114) extension (138) and on this approach (138) one provided with a recess at one end. metallic shaft (140) is shrunk on, whereby means (156) are provided for cooling this shaft end and the shafts (140) of the two rotors (134, 136) carry synchronizing gears. 13. helical gear machine according to claim 12, characterized in that the shaft ends form one element of a labyrinth seal arranged in the opening of the housing end wall (114). 14. Helical gear machine according to claim 7, dadurc 12 g e k e nnz e ichne t. That each of the ceramic rotor bodies (134, 136) is provided at one end with a recess in which a metallic bearing bush (162) is fastened, and that a non-rotatable stub shaft (164) which supports this rotor end engages in the bearing bush (162). 15. helical gear machine according to claim 14, dadurchgekonnz e ic hn e t that the recess in the rotor