DE1817430A1

DE1817430A1 - Regenerativkompressor

Info

Publication number: DE1817430A1
Application number: DE19681817430
Authority: DE
Inventors: Larys Bohumir A; Hubbard Albert B; Larson John C
Original assignee: Rotron Manufacturing Co Inc
Current assignee: Rotron Manufacturing Co Inc
Priority date: 1967-12-29
Filing date: 1968-12-30
Publication date: 1969-10-16
Also published as: US3545890A; GB1225704A; NL6818483A; FR1598855A

Description

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Rotron Manufacturing Company,Inc.,Woodstock,New York,U₀S.A„ Mechanical Technology,Incorporated,Latham,New York, U.S.A.

Regenerativkompressor

Die Erfindung betrifft einen Regenrativkompressor mit einer ringförmigen Kompressorkammer und einem Schaufelrad mit zueinander im Abstand angeordneten Schaufeln, dessen Kompressorkammerraum nur zu einem Teil von den Schaufeln, die nicht ummantelt und so geformt sind, daß sie eine Wirbelbewegung des Strömungsmediums um die Förderlinie in der Kompressorkammer bewirken, eingenommen wird.

Sogenannte RegeiEcativkompressoren sind billig herstellbar und zu v/arten und zeichnen sich durch Einfachheit und kompakte Bauweise aus. Es ist ein Kompressor dieser Art bekannte, bei welchem die Schaufeln des Schaufelrades praktisch den gesamten Querschnitt eines ringförmigen Kompressorteiles mit rechteckigem Querschnitt ausfüllen.Die Schaufeln sind auf einer Läuferscheibe montiert, weiche zugleich die ringförmige Kompressorkammer in zwei gleichartige Kammerhälften unterteilt. Bei diesem bekannten Kompressor befinden sich die Einlass- und Auslassmündungen jeweils in einer entsprechenden peripheren Wand der Kompressorkammer. Das Strömungsmedium, bei dem es sich um eine Flüssigkeit oder ein Gas handelt, kann beispielsweise durch eine EinlassHiündung in der Außenwand der Kompressorkammer mit dem größten Umfang in die Kammer einströmen und

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aus einer Auslaßmündung herausfließen, die sich in. der inneren Wand mit geringerem Umfang befindet. Auf Grund der Form des Schaufelrades und des.Aufbaus der Kompressorkammern muß das Strömungsmedium verschiedene Richtungsänderungen vornehmen. Die Folge ist ein Druckverlust im Medium, während es von der Einlaß- zur Auslaßmündung oder

to von einer Kompressorstufe zu einer anderen flißt. In mehrstufigen Geräten besitzt jede Stufe praktisch einen getrennten, unabhängigen Kompressor, dessen Schaufelrad von einer gemeinsamen Welle angetrieben wird.

Bei einem anderen bekannten Kompressor der genannten Art, welcher etwas bessere Eigenschaften besitzt, wird durch zwei unabhängige Gehäusehälften eine ring- oder toroidförmige Kammer gebildet. Die eine Gehäusehälfte ist ortsfest und enthält den Hohlraumteil der Kompressorkammer. In der anderen Hälfte befindet sich ein ähnlicher ringförmiger Hohlraum mit integral angeformten Schaufeln. Dabei dreht sich die eine Gehäusehälfte relativ zu der anderen ortsfesten Hälfte. Dieser bekannte Kompressor besitzt einen verhältnismäßig

™ guten Wirkungsgrad und einen einfachen Aufbau und ist für manche Anwendungsfälle gut geeignet· Während begrenzte Mehrstufenanordnungen dieses Kompressors wirtschaftlich realisierbar sind, erfordert seine Bauweise die Anordnung der Einlaß- und Auslaßmündungen im ortsfesten Gehäuseteil« Wegen der erforderlichen Richtungsänderungen der Strömung wird aber dabei die Förderung des Strömungsmediums zwischen den Kompressorstufen weniger wirksam. In Kompressoren dieser Art entsteht für das Strömungsmedium ein kleines Leck aus der Kompressorkammer und zwar durch den Spalt zwischen der stationären und der rotierenden Gehäusehälfte· In vielen Fällen

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geht durch dieses Leck nur ein vernachläßigbar kleiner Teil der gesamten Strömungsfördermenge verloren, doch wird dadurch der erzielbare Wirkungsgrad begrenzt.

Allgemein wird bei den beiden erwähnten bekannten Kompressorarten die Wahl des Ortes und der Konstruktion der Einlaß- und Auslaßmündungen eingeschränkt, worunter der Gesamtwirkungsgrad leidet. Außerdem sind die Trägheitsmomente der Schaufelräder übermäßig groß, sodaß die Kompressoren " nicht mit Motoren mit niedrigem Anlaufdrehmement betrieben werden können.

In seiner einfachsten Ausführungsform weist ein Kompressor gemäß der Erfindung ein ortsfestes Gehäuse auf, das eine ringförmige, aus aneinander angrenzenden ringförmigen Schaufellauf- und Hohlraumteilen bestehende Kompressorkammer bildet. Ein im Gehäuse gelagertes, um die Achse der Kompressorkammer drehbares Schaufelrad besitzt einen Läufer und eine Reihe von nicht ummantelten, im Abstand zueinander angeordneten Schaufeln, die radial vom Umfang des Läufers abstehen. Die Schaufeln des Schaufelrades nehmen nur den Raum des Schaufellaufteils der Kammer ein und sind so geformt, daß ä sie zum Querschnitt dieses Teiles passen und eine Wirbelbewegung des Strömungsmediums in der Kammer um die Förderlinie des Mediums bewirken, wenn sich das Schaufelrad dreht. Im Hohlraumteil der Kammer befindet sich ein Strömungssperrglied, das die Strömung unterbricht und in Förderrichtung, d.h. in Richtung der Schaufelraddrehung, einen Druckgradienten bewirkt, wod^uch das komprimierte Strömungsmedium durch eine AuslaßmündTing fließt« Diese Auslaßmündung ist vorzugsweise so angeordnet, daß sie in der Strömung eine Gegendrehbewegung oder einen Gegendrall hervorruft und dadurch die Turbulenz

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herabsetzt und die Strömung in der Auslaßmündung geraderichtet· Die zwischen benachbarten Schaufeln des Schaufelrades und der Wand des Schaufellaufteiles der Kompressorkammer vorhandenen Zwischenräume bilden am Umfang des Läufers eine Reihe von Hohlräumen, sodaß es möglich ist, die Einlaß- und Auslaßmündungen in einer beliebigen oder auch in beiden der Kammerteile vorzusehen. Bei dieser Anordnung kann das Strömungsmedium mit minimaler Strömungsimpedanz und mit geringsten Änderungen der Ströraungsrichtung in den Kompressor hinein und aus ihm heraus fließen·

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung besitzen die Einlaß- und Auslaßmündungen Kanäle, die um eine allgemein tangential zur Förderrichtung des Strömungsmediums bei der Mündung verlaufende Achse eingerollt oder spiralig gewunden sind. Der spiralige Einlaßkanal erteilt dem in die Kompressorkammer fließenden Strömungsmedium eine Wirbelbewegung und vermindert somit die Neigung der Strömung, in der Kompressorkammer in der Nähe des Einlasses turbulent zu werden» In ähnlicher Weise ermöglicht es der spiralige Auslaßkanal dem Strömungsmedium, die Richtung beizubehalten, in der es sich bewegt, bevor es den Auslaß erreicht hat· Dadurch wird die Strömungsimpedanz auf Grund des Ströraungssperrgliedes herabgesetzt« Zusätzlich zu ihrer spiraligen Form können die Einlaß- und Auslaßkanäle so aufgebaut sein, daß sie dem herein- oder herausfließenden Strömungsmedium eine Geschwindigkeitskomponente erteilen, die allgemein die Förderrichtung des Mediums tangiert.

Während es vorteilhaft ist, die allgemeinen Richtungen der wendeiförmigen Bewegung der verschiedenen Stromlinien in die spiralige Auslaßmündung hinein und durch diese hindurch

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beizubehalten, wird zusätzlich dafür gesorgt, daß dem Drall dieses fortgesetzten und sich vergrößernden Wirbels entgegengewirkt wird, wenn er sich einer mit dem Auslaß verbundenen Leitung näherte Die Strömungsgeschwindigkeiten im Wirbel ändern sich mit dem Eadius als Folge der Schaufelform und ferner dadurch, daß Jede Stromlinie des Strömungsmediums versucht, ihr Winkeldrehmoment beizubehalten. Die in einem Wirbel erscheinenden ungleichen Geschwindigkeiten sind in einem Yerbindungskanal unerwünscht, und wem sie nicht weitgehend aneinander angeglichen werden, so verliert das Strömungsmedium sein Winkeldrehraoment in eine Taumelbewegung j die man normalerweise Turbulenz nennte Gemäß der Erfindung wird das Geschwindigkeitsprofil des Strömungsmediums in der Auslaßmündung oder in deren Nähe dadurch geradegerichtet g daß die Strömung veranlaßt wird, eine Teilumdrehung auszuführen, die zur Drehung des Wirbels entgegengesetzt ist» Die Beibehaltung des Winkeldrehmomentes in der aufgezwungenen entgegengesetzten Drehung führt zu einem entgegengesetzt abfallenden Geschwindigkeitsprofil, welches mit dem ungewünschten Profil einen Mittelwert bildet und die Strömung glättet« Dadurch wird unwirksame Strömungsmittelförderung zur äußeren Leitung vermieden.

Bei anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung sind das Gehäuse und das Schaufelrad so aufgebaut, daß die Leckströmung durch den freien Spalt zwischen dem laufenden Schaufelrad und benachbarten Seiten des Gehäuses, sowie zwischen den Schaufeln und der Kammer verringert wird· Hierdurch wird der Kampressorwirkungsgrad vielter verbessert.

Pie Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnung von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Figur 1 einen Aufriß im Querschnitt eines Kompressors gemäß der Erfindung;

Figur 2 einen Querschnitt durch den Kompressor gemäß Figur 1 allgemein längs der Ebene 2-2;

Figur 3 eine Ansicht des Kompressors gemäß Figur 1, teilweise im Querschnitt längs der Ebene 3-3;

Figur 4- teilweise einen Aufriß im Querschnitt längs der Ebene 2-2 in Figur 1, der den Aufbau des Schaufelradteiles des Kompressors zeigt4

Figur 5A eine vergrößerte, scheraatische Darstellung im Querschnitt der ringförmigen Korapressorkammer eines Kompressors gemäß Figur 1, die die Luftströmungsmuster in der Kammer und angrenzend an den Umfang des Läufers des Schaufelrades zeigt;

Figur 5B eine vergrößerte Teilansicht im Querschnitt des Kompressors gemäß Figur 1, die die Strömungsmuster in der Kompressorkammer zeigt j

Figur 6 einen Aufriß eines Teiles des Kompressorgehäuses im Querschnitt, der den Aufbau einer bevorzugten Form einer Einlaßmündung für einen Kompressor gemäß der Erfindung darstellt ;

Figur 7 einen Querschnitt durch einen Teil des Korapressorgehäuses längs der Ebene 7-7 in Figur 6;

Figur 8 einen weiteren Querschnitt durch das Kompressorgehäuse längs der Ebene 8-8 in Figur 7;

Figur 9 einen Aufriß im Querschnitt eines Teiles eines Kompressorgehäuses, der einen bevorzugten Aufbau einer KompressorauslaBmündung zeigt$

Figur 10 einen Querschnitt durch das Kompressorgehäuse allgemein längs der Ebene 10-10 in Figur 9 J

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Figur 11 einen Aufriß im Querschnitt einer abgewandelten Äusführungsform eines Kompressors, bei welchem das Gehäuse durch seinen Durchmesser in zwei passende Halbteile getrennt i-st|

Figur 12 einen Aufriß im Querschnitt eines Mehrstufenkompressors gemäß der Erfindung₉ welcher eine Einrichtung zur"Kühlung der durch den Kompressor fließenden Luft enthält j und

Figuren 15 und 14 Querschnitte durch den Mehrstufenkompressor längs der Ebenen 13-13 bzw. 14-14 in Figur 12.

Wie in den Figuren 1 bis 3 zu sehen ist, gehört zu den Grundteilen eines Kompressors gemäß der Erfindung ein Kompressorgehäuse 10 mit den Teilen 10a und 10b, welche eine ringförmig© Kompressorkamraer 12 mit kreisförmigem Querschnitt bildeno Selbstverständlich könnte der Querschnitt der Kammer auch oval oder eliptisch sein. Der Gehäuseteil 10a besitzt in seinem Umfang eine Nut 13 zur Aufnahme eines entsprechenden ringförmigen Ansatzes 13a auf dem Teil 10b, so daß sich die Seil© gegeneinander verdrehen lassen.

Um die Achse der Kompressorkammer drehbar ist im Gehäuse ein Schaufelrad 14 gelagert, der eine auf eine Welle montierte Läuferscheibe 16 und eine Reihe von im Abstand zueinander angeordneten Schaufeln 18 aufweist, die radial vom Umfang der Läuferscheib© 16 abstehen. Die Schaufeln sind vorzugsweise in einem Winkel zur Drehachse des Schaufelrades angeordnet , und der Läufer 16 kann so geformt sein wie es bei 16a dargestellt ist, und die Schaufelwürzein in der in Figur 2 und 4 gezeigten Weise tragen* Obwohl die Schaufeln in der Zeichnung flach dargestellt sind, können ihre innersten Teile, also die Teile der Ecofilvorderkante, abgewinkölt sein,während

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ihre Profilrückkantenteile allgemein parallel zu einer Ebene durch die läuferachse verlaufen. Die Welle 17 wird durch einen elektrischen Motor 20 angetrieben, der in einem unmittelbar am Gehäuseteil 10b befestigten,mit einem Flansch versehenen Motorgehäuse 22 sitzt. Die Welle 17 kann auf beliebige Weise gelagert werden, beispielsweise mittels des lagers 23 am einen Wellenende und eines weiteren Lagers (nicht dargestellt) im Motorgehäuse 22. Ein Dichtungsmittel 24 umgibt die Welle in der Gehäuseöffnung beim Motor und verringert Leckverluste zwischen dem Gehäuse 10 und dem Motorgehäuse 22·

Ein noch näher zu beschreibender Ring 19 erstreckt sich um die Läuferschaufeln und ist an deren äußersten Umfang befestigt. Er bietet einen mechanischen Halt für die Schaufeln und läuft mit dem Schaufelrad in eine Nut 19a, die im Gehäuse 10 am äußeren Umfang der Kompressorkammer 12 gebildet ist.

Ein zu komprimierendes Strömungsmedium wird durch eine Einlaßmündung 26 im Gehäuseteil 10a eingesaugt und durch eine Auslaßmündung 28 im anderen Gehäuseteil 10b wieder ausgestoßen. Die Mündungen 26 und 28 besitzen einen Durchmesser, welcher vorzugsweise zwischen 1/2 und 3/4 der maximalen Dimension, also des Durchmessers, des Querschnitts der Kammer beträgt. Ihre Mittellinien befinden sich vorzugsweise in einer Entfernung von der Wellenachse, die zwischen dem Radius r der Mittellinie der Kammer 12 und einem Radius liegt, bei welchem die Seiten der Mündungen die äußere periphere Oberfläche der Kammer 12 tangieren. Die allgemeinen Strömungsmuster in der Auslaßmündung 28 sind durch die Pfeile in Figur 1 dargestellt. Wie schon erläutert wurde, wird der Strömung im Kompressor eine Winkelgeschwindigkeit (Drehgeschwindigkeit) im Auslaß-

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mündungsbereich erteilt, die entgegengesetzt zur Winkelgeschwindigkeit der Strömung zu der Zeit, -zu der sie die Kammer 12 verläßt, ist. Bei dem Kompressor gemäß der Figur 1 wird dies im begrenzten Maße dadurch erreicht, daß die Mündung 28 sowohl in den unteren als auch den oberen Viertelkreisen des Karamerumfangs angeordnet wird, und zwar so, daß eine Schulter 28a zwischen der Läuferscheibe 16 und der Mündung 28 gebildet wird. Diese Gestaltung bewirkt einen Wirbel eines Teiles der Strömung im Uhrzeigersinn, der entgegengesetzt zu dem Wirbel der Strömung im Gegenzeigersinn bei deren Eintritt in die Mündung 28 ist. Die Folge ist, daß die Strömung beim Verlassen der Mündung in gewissem Maße geradegerichtet ist. Weitere Einzelheiten der Gestalt der Mündung werden an anderer Stelle erläutert werden.

Beide Mündungen 26, 28 sind winkelig bezüglich einer Ebene, die normal zur Drehachse des Schaufelrades liegt, wie am besten in Figur 5 erkennbar ist, sodaß das durch die Mündungen in den Kompressor hinein und aus diesem heraus fließende Strömungsmedium eine Geschwindigkeitskomponente besitzt, die tangential zum Weg der Lauferschaufein in der Nähe der Mündungen ist« Der Teil der Kompressorkammer* der durch die Schaufeln 18 des Schaufelrades besetzt ist, während diese in der Kammer umlaufen, ist der Schaufellaufteil 12b und der restliche Teil der Kammer, der offen ist, ist der Hohlraumteil 12a. Die Teile 12a, 12b grenzen aneinander und sind au einer Ebene symmetrisch, did normal zur Kammerachse liegt, doch ist diese Symmetrie für die Arbeitsweise des Kompressors nicht wesentlich.

üb Hohlraumteil 12a ä®r Kammer befindet sich ein Strömungssperrglied 30, bei äism es sich bsi der Barstellung in

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Figur 3 um eine einfache Platte handelt. Dieses Strömungssperrglied unterbricht den Hohlraumteil und bewirkt einen positiven Druckgradienten in der Drehrichtung des Schaufelrades und somit eine Strömung des komprimierten Strömungsmediums durch die Auslaßmündung 28, wenn sich die Schaufeln drehen. Angrenzend an das Sperrglied 30 ist eine Abschlußplatte 32 in einer Ebene angeordnet, die allgemein normal zur Drehachse des Schaufelrades liegt.Sie erstreckt sich in Richtung der Schaufelraddrehung bis zu einer Entfernung, die vorzugsweise mindestens genauso groß ist wie der periphere Schaufelsteigungsabstand zwischen benachbarten Schaufeln, Wie weiter unten noch genauer erläutert werden wird, verhindert die mit den geraden Erofilvorderkanten der Schaufeln zusammenarbeitende. Abschlußplatte 32, daß das in den peripheren Hohlräumen zwischen benachbarten Schaufeln eingeschlossene komprimierte Fördermedium unmittelbar in den Hohlraumteil der Kompressorkammer in der Nähe der Einlaßmündung stürzt, bevor es zum größten Teil durch die Auslaßmündung 28 ausgeströmt ist.

. Bei den Teilen, die bisher beschrieben wurden, handelt es sich um die Grundelemente eines Kompressors gemäß der Erfindung. Im Betrieb wird das Strömungsmedium, z.B. Luft, in der ringförmigen Kammer 12 dadurch komprimiert, daß es rund um die Kammer in Richtung der Schaufelraddrehung, also der Förderrichtung des Mediums getrieben wird, wobei es sich zugleich in einem Wirbel oder einer Reihe von Wirbeln zwischen der Einlaß- und der Auslaßmündung 26, 28 um die Linie der Förderbewegung des Mediums bewegt. Wenn also das Strömungsmedium in die Einlaßmündung 26 hineinfließt ,bewirken die Form der Kompressorkammer und die Drehung des Schaufelrades all-

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mählich die Wirbelbewegung des !Mediums, während es gleichzeitig rund um die Kompressarkammer kreist. Wenn das Strömungsmedium in die zwischen benachbarten Schaufeln und der Innenwand des Schaufellaufteiles 12b der Kammer gebildeten peripheren Hohlräume gelangt, wird es in Förderrichtung beschleunigt und führt zugleich eine halbe Umdrehung in Wirbelrichtung aus· Dieser Teil des Mediums erfährt also durch den sich bewegenden Schaufelraum eine Zunahme der kinetischen Energie· Wenn das Strömungsmedium den Schaufelraura verläßt, wobei es sowohl Geschwindigkeitskomponenten in Förder- als auch in Wirbelrichtung besitzt, wird es im Hohlraumteil 12a abgebremst· Nach allgemein anerkannten Grundsätzen der Strömungsdynamik führt diese Bremsung zu einer entsprechend zunehmenden Umwandlung von kinetischer in potentielle Energie, also zu einer Abnahme der Geschwindigkeit und einem Ansteigen des statischen !Druckes· Dabei rückt das Strömungsmedium in Förderrichtung vor, und zwar gegen einen Druckgradfenten, der in der oben beschriebenen Weise durch das Medium selbst erzeugt worden ist. Durch die halbe Wirbeldrehung im Hohlraum gelangt die Strömung zum Eingang irgendeines anderen Schaufelraumes, der zu dem Ort, wo sie zuvor herangelangt war, in Förderrichtung verschoben ist· Der neue Wirbelzyklus beginnt jedoch bei einem höheren statischen Druck als der vorhergehende Zyklus.

Da die Zunahme des Druckes im Strömungsmedium, während dieses in der Kammer umläuft, in unmittelbarer Beziehung zur Zahl der Viechsei zwischen den Kammerteilen 12a, 12b steht, kann man den Ausgangsdruck dadurch erhöhen oder senken, daß man die bogenförmige Förderentfernung zwischen den Mündungen 26, 28 verändert· Eine Verringerung der Kreisentfernung senkt

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. den Ausgangedruck, während eine Vergrößerung der Förderentfemung zu einem Druckanstieg führt» Zu diesem Zweck sind die Gehäuseteile 10a und 10b, wie schon erwähnt wurde, relativ zueinander verdrehbar, wodurch der Ausgangsdruck auf einfache, leicht kontrollierbare Weise einstellbar ist· Zur Befestigung der beiden Teile aneinander kann irgendeine geeignete Vorrichtung, ζ·Β· eine ringförmige,Justier-

W bare Spannvorrichtung (nicht dargestellt) dienen·

Das zwischen umlaufenden benachbarten Schaufeln eingesperrte Fördermedium wird in Richtung eines Wirbelpfades beschleunigt, der allgemein dem Umriß der Wand oder Oberfläche des Schaufellaufteiles 12b der Kammer folgt· Es gelangt dann in den Hohlraumteil 12a der Kammer, wo es unter Wechsel seiner kinetischen Energie in potentielle Energie, also in Druck, gebremst wird, sodaß die Kompression des Mediums in erster Linie im Hohlraumteil 12a stattfindet· Unter Beibehaltung seiner Bewegung tritt das dem Wirbelpfad folgende Strömungsmedium wieder in eine der peripheren Hohlräume zwischen benachbarten Schaufeln des Schaufelrades ein und wird wiederum

| beschleunigt und in den Hohlraumteil 12a gestoßen« Infolgedessen folgt ein einzelner kleiner Teil des Mediumvolumens einem schrauben- oder spiralförmigen Pfad um die Kompressorkammer, während er unter Durchquerung des Schaufellauf- und Hohlraumteils der Kammer in eine kontinuierlich gebogenen Linie vorwärts fließt. Wenn es den an die Auslaßmündung 28 angrenzenden Kammerbereich erreicht hat, stößt das Strömungsmedium gegen das Strömungssperrglied 30, das in der Kammer den Bereich hohen Druckes vom Bereich niederen Druckes trennt« Die Folge ist, daß die unter höherem Druck stehende Luft aus der Kammer in die Auslaßmündung fließt· Die winkelige Anordnung

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der Mündungen 26, 28 ermöglicht es, daß das Strömungsmedium in Richtungen hinein- und herausfließt, die am wenigsten die Strömungsmuster in der Kompressorkammer stören, während die Mündungsschulter 28a das Strömungsmuster in der Mündung verbessert und eine Turbulenz vermindert. Verbesserungen dieser Anordnung werden weiter unten anhand von Figur 6 bis 10 erläutert werden.

Aus der bisherigen kurzen Beschreibung der Betriebsweise eines Kompressors gemäß der Erfindung geht schon hervor, daß der größte Kompressorwirkungsgrad dann erzielbar ist, wenn das Strömungsmedium sobald wie möglich nach dem Eintritt in die Einlaßmündung die gewünschte Wirbelbewegung bekommt und wenn ein Leck von den Hochdruckbereichen in der Kammer nach Bereichen niederen Druckes entweder auf ein Minimum herabgesetzt oder aber dazu verwendet wird zur Wirbelbewegung des Mediums beizutragen. Bedingt durch die Konstruktion von Regenerativkompressoren der vorliegenden Art, ist ein solches Leck unvermeidbar, da wegen des erforderlichen Spieles zwischen dem Schaufelrad und den Gehäuseteilen Spalten 34 und 36 und zwischen dem Gehäuseteil 10b und der Motorwelle 17 ein weiterer Spalt frei bleiben müssen· Zu den wesentlicheren Nachteilen einer Leckströmung in den Spalten 34·»36 von Hochdruckbereichen in der Kammer zu Niederdruckbereichen ist die Störung der Wirbelbewegung zu rechnen, die dadurch auf weniger als den gesamten Querschnittsbereich der Kammer beschränkt wird, sowie die Entstehung einer Turbulenz, welche die spiralförmige Bewegung der Stromlinien stört, wie in Figur 5A zu erkennen ist·

Bei dem in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Kompressor wurde die degenerative Wirkung von Leckströsaungen in den freien

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Spalten weitgehend eliminiert. Zu diesem Zweck ist dem Gehäuseteil 10b eine Reihe von gebogenen drahtförmigen Stegen 38 (Figur 2) angeformt, die an die eine Seite der Grenzfläche der Läuferscheibe 16 angrenzen und allgemein quer, vorzugsweise normal, zur Richtung der Leckströmung im Spalt verlaufen· Die Stromlinien im Spalt 36 sind eine Reihe von gekrümmten Linien 39ι die von einem Bereich hohen Druckes

^ bei der Auslaßmündung divergieren und zu einem Punkt niedrigen Druckes bei der Einlaßmündung konvergieren· Die Stege 33 bilden folglich eine Reihe von zueinander beabstandeten Kanälen 38a, die allgemein von den Einlaß-und Auslaßmündungsbereichen hinweg divergieren· Ohne die Stege 38 und unter der Annahme, daß längs der Läuferscheibe und der gegenüberliegenden Gehäusewand keine Reibung auftritt, würde das Strömungsmedium im Spalt 36 durch den vorhandenen Druckunterschied bis zu einer Maximalgeschwindigkeit beim Ort des Austritts in die Kompressorkammer im Niederdruckbereich beschleunigt werden· Durch die Stege wird das Strömungsmedium jedoch wiederholt beschleunigt und gebremst, während es über die

k Stege in die dazwischen liegenden gebogenen Kanäle fließt, wobei der Druckunterschied zwischen den Kanälen 3@a ein Bruchteil des Gesamtdruckabfalls zwischen den Hoch- und Niederdruckbereichen ist· Dieser bruchteilige Druck hängt von der vom Strömungsmedium beim Durchlaufen des Spaltes 36 ausgeführten Anzahl von Beschleunigungs- und Bremsungszyklen ab, wobei jeweils ein Beschleunigungs- Bremsungszyklus auftritt, wenn die Leckströmung über einen Steg in den nächstfolgenden gekrümmten Kanal fließt·

Bei idealen Bedingungen ist die Geschwindigkeit des über die Stege fließenden Strömungsmediums proportional zur Quadrat-

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wurzel des Druckunterschiedes zwischen den beiden Seiten eines jeweiligen Steges. Fließt beispielsweise die Leckströmung über neun beabstandete Stege, so wird der Druckunterschied über jedem Steg ungefähr 1/9 des Gesamtdruckabfalls betragen und die Geschwindigkeit der Leckströmung an der Stelle des Austritts aus dem Spalt in die Kammer sinkt auf die Quadratwurzel aus 1/9» also 1/5 des Wertes ab, den sie ohne die Stege besitzen würde. Eine Minderung der Austrittsgeschwindigkeit in die Niederdruckbereiche der Kammer verringert selbstverständlich die entsprechenden dynamischen Druckkärfte, die von der Leckströmung auf die Spiralenströmung in der Kammer ausgeübt werden, sodaß eine Störung der Wirbelströmung und Turbulenzen der in Figur 5A gezeigten Art weitgehend vermieden werden·

Etwas anders wird die Leckströmung durch den freien Spalt 54· zwischen dem Gehäuseteil 10a und der anderen Seite des Läufers 16 behandelt· Hier kann die Leckströmung zweck_ mäßigerweise so in die Kompressorkammer geleitet werden, daß die Geschwindigkeit ihres Austritts in die Niederdruckbereiche der Kammer allgemein tangential zur gewünschten Wirbelbewegung des Strömungsmediuras gerichtet ist. Zu diesem Zweck ist zwischen dem Umfang des Läufers 16 und einem gekrümmten Glied 40, das sich mindestens teilweise um^vdie Kammer 12 erstreckt und in den Hohlraumteil 12a ragt, ein als Düse wirkender Strömungsleitkanal 41 gebildet. Nachdem sie das Glied 40 erreicht hat, wird die Leckströmung im ^spalt 34 in eine Richtung abgelenkt, die im wesentlichen tangential zur gewünschten Wirbelbewegung liegt, wie schematisch in Figur 5>B gezeigt ist. Eine viskose Kopplung zwischen der abgelenkten Leckströmung und dem Strömungsmedium in der Kammer 12 bewirkt dann eine Wirbelbewegung

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des f4ediums> während es von der Strömung aus den kleinen gebogenen Kanal 41 mitgezogen wird* Das gekrümmte Glied 40 bildet außerdem einen Schlitz 42, welcher sich um die Wand des Hohlraumteils 12a biegt und in einen ähnlich gebogenen Auslaß 42a angrenzend an den Leckspalt 34 öffnet· Durch den Schlitz 42 wird die stillstehende Grenzschicht zwischen der Kammerwand und dem Strömungsmedium, das eine Wirbelbewegung in der Kammer ausführt, abgezapft* Diese Entleerung der Grenzschicht veranlaßt die Strömungswirbel,der Grenze der Kompressorkammer zu folgen, wodurch die St^örung des Wirbels und Turbulenzen in der Kammer herabgesetzt werden.

Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, kann ein Rückflußleck in ähnlicher Weise auch um den äußeren Umfang der Kompressorkammer im Spalt zwischen dem Schaufelring 19 und der Nut 19a auftreten* Um dieses Leck auf ein Minimum zu verkleinern* ist der Ring 19 mit einer Folge von radialen Vorsprüngen 45 (Figur 4) versehen, die mit der Nut 19a eine ähnliche Folge von kommunizierenden Kammern 46 bilden, welche mit dem Schaufelrad umlaufen und den umfangmäßigen Rückfluß des Strömungsmediums in der Ringnut 19a verringert· Im Prinzip wird der Druckunterschied zwischen den benachbarten Kammern 46 auf beiden Seiten eines Voreprungs 45 durch den Druckabfall ausgeglichen, der durch die Relativbewegung des bei Drehung des Schaufelrades durch die kleine öffnung 48 zwischen den Enden der Vorsprünge 45 und der Nut 19a beschleunigten Strömungsmediums verursacht ist. Bei einer genau bemessenen Anordnung dichtet daher ein praktisch ruhender Ring aus dem Strömungsmedium den Raum zwischen dem Ring 19 und der Nut 19a gegen eine umfangmäßige Rückströmung ab* Die öffnung 48 zwischen den Vorsprungenden und der Nut 19a kann beispielsweise etwa

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1/5 des Abstandes zwischen dem Ring 19 und der gleichen Fläche der Nut 19a betragen.

Die Leckströmung um die Welle 17 (Figur 1) kann ebenfalls günstig für eine ergänzende Kühlung der Windungen des Motors 20 ausgenützt werden. Wie in Figur 1 dargestellt ist, gelangt unvermeidlich ein Teil der im Spalt fließenden Strömung über die Stege 38 durch das Dichtungsmittel 24 in das Motorgehäuse 22, Unter der Annahme, daß der Druck in der Kompressorkammer oberhalb des Atmosphärendruckes liegt, ist die Strömung nach außen gerichtet. Wird der Kompressor als Saugpumpe verwendet, so wird die Strömung um die Motorwelle 17 selbstverständlich vom Motorgehäuse in die Kompressorkammer gerichtet sein, doch ist in jslem Fall eine ergänzende Kühlung des Motors möglich.

Bei der Konstruktion von Regenerativkompressoren hat sich herausgestellt)daß die Form und die Anordnung eines geeigneten Sperrgliedes oder einer Prallplatte in der Kompressorkammer von großer Bedeutung ist, damit ein Ausstoß . des komprimierten Strömungsmediums aus der Kammer ohne zu große Störung der spiralförmigen Stromlinien möglich ist« Laboruntersuchungen haben jedoch bestätigt, daß der richtige Aufbau der Einlaßmündung für den Wirkungsgrad eines Regenerativkompressors ebenso wichtig ist« Wenn man zunächst annimmt, daß sich das von der Einlaßmündung in die Kammer fließende Strömungsmedium unter rechtem Winkel den geraden Kanten der Schaufeln 18 angrenzend an den Hohlraum 12a nähert, so ist die Ebene der Schaufel offensichtlich aerodynamisch hinsichtlich d®r hereinfließenden Strömung überzogen. Unter diesen Umständen entstehen hinter den umlaufenden Schaufeln störende Wirbel, deren Drehachsen all-

gemein parallel zu den Schaufelrändern liegen. Diese Wirbel verbinden sich mit zusätzlichen unerwünschten Störwirbeln des hereinfließenden Strömungsmediums, die durch Rückströmung längs der Wand der Kompressorkammer zum Einlaßmündungsbereich hin verursacht werden· Diese Störwirbelbewegung des Strömungsmediums in der Nähe des Niederdruckeinlaßbereiches der Kompressorkammer verhindert die Ausbil-

ψ dung der gewünschten Wirbelbewegung, in welcher die Achse der Drehung des Strömungsmediums allgemein tangential zur Förderrichtung um die Kammer herum liegt· Die Störwirbel werden mit den Schaufeln des Schaufelrades durch die Kammer transportiert, wobei die Richtung ihrer Achsen relativ fest bleibt· Die Folge ist, daß die Störwirbelachsen nicht mit der gewünschten Achse der Wirbelbewegung übereinstimmen,bis sie ungefähr 25 % der Bogenentfernung zwischen dem Einlaß und dem Auslaß zurückgelegt haben. Erst dann entsprechen die Achsen der Störwirbel der Achse der gewünschten Wirbelbewegung des Strömungsmediums· Bis zu 25 # der regenerativen Förderkompression geht also allein durch die natürlichen

fc Folgen der Tatsache verloren, daß das Strömungsmedium gerade in die Kammer eingeführt wird.

In den Figuren 6 bis 10 sind bevorzugte Ausführungsformen von verbesserten Einlaß- und Auslaßmündungen für den Regenerativkompressor gemäß Figur 1 dargestellt. Jede Mündung ist so aufgebaut, daß ein aerodynamisches Überziehen der Schaufeln und die dadurch hervorgerufenen Störwirbel in der Kammer weitgehend herabgesetzt werden* Bei den Ausführungsformen gemäß Figur 6 bis 8 sind die Gehäuseteile 10a, 10b so geformt, daß ein eingerollter oder spiraliger Einlaßkanal 50 entsteht, welcher eine längliche, leicht gebogene Öffnung

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52 besitzt, die sich in der Nähe des inneren Üinfangs oder des unteren Viertelkreises des Hohlraumteils I2a der Korn** pressorkammer angeordnet und gegen strömungsauf wärts liegende Teile des Kanales 50 in Förderrichtung des Strömungsmediums verschoben ist.Die Querschnittsfläche des Kanales 50 nimmt in Bewegungsrichtung des Strömungsfflediums progressiv ab, wodurch das Medium beim Eintritt in die Kompressorkammer beschleunigt wird, und die öffnung 52 kann so dimensioniert und bezüglich der Förderrichtung so angeordnet sein, daß sie der Breite der Strömung in der Kammer entspricht. Wenn beispielsweise die Strömung unter normalen Arbeitsbedingungen zwischen 10 und JO Wirbelumdrehungen in der Kammer 12 ausführt, so kann die Abmessung der Öffnung 52 zwischen 1/10, also 56°, und 1/30, d.h. 12°, der Förderentfernung betragen.

Die spiralige Form der Einlaßmündung 50 erteilt dem Strömungsmedium vor seinem Eintritt in die Kompressorkammer 12 (Pigur 6) eine Wirbelbewegung. Durch die Anordnung der Öffnung 52 strömungsabwärts wird der hereinfließenden Strömung zugleich eine wesentliche Geschwindigkeitskomponente in Förderrichtung des Strömungsmediums erteilt (Figur 7)· In Figur 7 sind die relativen Positionen der geraden Schaufelränder im Kammerteil 12b mit unterbrahenen Linien dargestellt, wobei die Drehrichtung des Schaufelrades im Uhrzeigersinn verläuft.

Da das Strömungsmedium beim Eintritt in die Kompressorkammer 12 eine Bewegung sowohl in Förder- als auch in Wirbelrichtung ausführt, bilden die Ebenen der Schaufeln spitze Winkel mit dem hereinfließenden Medium, wodurch eine aerodynamische Schaufelüberziehung und entsprechende Störwirbel

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weitgehend vermieden werden. Durch das Ausbilden einer wesentlichen Geschwindigkeitskoraponente in Förderrichtung nimmt außerdem die Rückströmung längs der Kompressorkammerwand ab. Die spiralige oder schneckenförmige Einlaßmündung leitet somit das Strömungsmedium so herein, daß die regenerative Kompression in der Kammer viel früher eingeleitet wird, als es bei bekannten Kompressoren der Fall ist.

In Figur 9 und 10 ist ein ähnlicher Aufbau für die Auslaßmündung 54- dargestellt, welche ebenfalls spiralig ger formt ist und durch eine gebogene längliche Öffnung 55» die sowohl im oberen als auch im unteren Quadranten des Schaufellaufteils 12b der Kammer angeordnet ist, mit dem Schaufellaufteil kommuniziert. Bezüglich der Förderrichtung des Strömungsmediums liegt die Öffnung 35> strömungsaufwärts vom Auslaßteil 54a, wo das Medium aus dem Kompressor herausfließt. Der Teil 54a besitzt eine ovale Form, wobei die Achsen sich wie etwa d:d/4 verhalten, wenn d der Durchmesser des Kammerquerschnittes ist. Das komprimierte Strömungsmedium wird daher aus der Kompressorkammer mit einer Austrittsgeschwindigkeit ausgestoßen, die eine wesentliche Komponente tangential zur Liniejder Förderbewegung des Mediums besitzt und die zusätzlich eine zirkuläre Bewegungskomponente in der spiraligen Mündung 54 aufweist, wodurch ein glatter Strömungsübergang vom Kammerinneren in den Raum außerhalb der Kammer gewährleistet ist.

Wie im Fall der einfachen Auslaßmündung gemäß Figur 1 veranlaßt die Mündungsöffnung ^ die Strömung, für einen Teil ihrer Wirbelumdrehung dem Umriß des Kammerteils 12b zu folgen, bevor sie herausfließen kann. Die Schulter 55& be-

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wirkt die Ausbildung des Gegenpralls oder -spins, angedeutet durch Pfeile 55*>_t dessen Geschwindigkeitsprofil sich demjenigen der unerwünschten Dreh- oder Winkelgeschwindigkeit überlagert, wodurch die Strömung in der Auslaßmündung in der oben erwähnten Weise gerade gerichtet wird.

Bei Kompressoren der in Figur 1 dargestellten Art hat sich herausgestellt, daß nicht das gesamte zwischen benachbarten Schaufeln im Auslaßöffnungsbereich eingeschlossene Strömungsmedium vollständig durch die Auslaßmündung herausfließt· Infolgedessen gelangt unter hohem Druck stehendes Strömungsmedium in den Einlaßöffnungsbereich, wenn die Schaufeln an der Trenn- oder Abschlußplatte 32 vorbeilaufen, wodurch das Strffimungsmuster im Einlaßöffnungsbereich der Kammer zerrissen und naturgemäß der Wirkungsgrad der regenerativen Kompression verschlechtert wird, weil der Beginn der richtigen Wirbelbewegung verzögert wird· Bei der Ausführungsform gemäß Figur 6 bis 8 wird jedoch dieses eingefangene Strömungsmedium strömungsabwärts von der Einlaßöffnung 52 in die Kompressbrkammer 12 rückgeführt, so daß es zur sofortigen Wirbelbewegung des hereinfließenden Mediums beiträgt·

Wie in Figur 6 bis 8 dargestellt ist, besitzt die Trenn- oder Abschlußplatte 32 einen schmalen gebogenen Durchlaß 56, der so angeordnet ist, daß er vor den gerade zwischen den Einlaß- und Ausläßöffnungen 52,55 (Figur 7) befindlichen Schaufeln Strömungsmedium aufnimmt, welches einen Druck aufweist, der zwischen den Drücken bei den Einlaß- und Auslaßmündungen liegt. Der Durchlaß 56 verläuft außen um den Hohlraumteil 12a der Kammern in Form ©ines Anales 56a bis zu einem Punkt strömungsabwärts von der Einlaßöffnung 52 und

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öffnet sich in den Hohlraumteil bei 58, Der Kanal 56a im Gehäuseteil 10a ist vorzugsweise so dünn, daß in ihn hereinfließende Luft von den Schaufeln, deren gerade Kanten in Figur 7 durch die unterbrochenen Linien angedeutet sind,sich in laminarem Zustand befindet. Die laminare Strömung fließt aus der Öffnung 58 in die Kompressorkammer mit einer Richtungsgeschwindigkeit heraus, die im wesentlichen tangentäil zur gewünschten Wirbelbewegung verläuft, wie in Figur 8 zu sehen ist, und zusätzlich eine Komponente in Förderrichtung aufweist. Die Entfernung der Öffnung 58 strömungsabwärts von der Einlaßöffnung 52 richtet sich nach dem jeweiligen speziellen Anforderungen an den Kompressor. Beispielsweise kann die Entfernung strömungsabwärts mit der Position der zweiten oder dritten Wirbelumdrehung des Strömungsmediums nach dem Eintritt in die Kompressorkammer aus der Einlaßmündung 50 übereinstimmen·

Wie in Figur 7 dargestellt ist, besitzt die Abschlußplatte $2 gebogene strömungsaufwärts bzw. strömungsabwärts liegende Kanten 32a bzw. 52b und ist so aufgebaut, daß ihre Abmessung in Förderrichtung des Strömungsmediums in der Nähe des Läuferumfangs mindestens gleich dem Schaufelsteigungsabstand zwischen benachbarten Schaufeln des Schaufelrades ist. Die Ausdehnung der Hatte am äußeren Umfang der Kompressorkammer andererseits ist mindestens ungefähr gleich der Entfernung an dieser Stelle zwischen allen Schaufeln zwischen dem Hochdruckauslaßbereich und dem Niederdruckeinlaßbereich. Gewöhnlich ist diese Entfernung zweimal so groß wie der Schaufelsteigungsabstand des Schaufelrades· Im allgemeinen ist die minimale flache Abmessung der Platte 32 in der Nähe des äußeren Umfangs der Kompressorkammer 12 ein ganzzahliges

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Vielfaches (1,2,3 ···) des Steigungsabstandes zwischen benachbarten Schaufeln, wobei die Abmessung der Platte von der Nähe dos Läuferumfangs zum äußeren Umfang der Kammer hin zunimmt.

Das winkelige Strömungssperrglied 30 befindet sich strömungsabwärts von der Auslaßöffnung 55 und besitzt eine Oberfläche, die wenigstens zum Teil die Strömung in Richtung der Schaufelradumdrehung sperrt. Wie in Figur 7 zu sehen ist, liegen die Punkte, wo sich .die Fläche des Strömungssperrgliedes mit der Oberfläche des Hohlraumteils 12a. äer Kammer schneidet, strömungsabwärts von der strömungsaufwärts befindlichen Kante 32a. Der genaue Winkel zwischen dem Strömungssperrglied 30 und einer Ebene, die normal zur Achse der Schaufelraddrehung verläuft, hängt von den besonderen Anforderungen an den Kompressor ab, doch ist der im allgemeinen so groß, daß er an die Spiralbewegung des von der Kompressorkammer in die Auslaßöffnung 55 fließenden Strömungsmediums angepaßt ist und diese aufrecht erhält,und er kann mehr an die Strömung angeglichen sein als die dargestellte flache Platte 30. Die genaue Form der Platte 30 kann beispielsweise durch eine bekannte thixotropische Farbzeichnungstechnik ermittelt werden, wobei die Linienführung der Stromlinien, soweit vorhanden, im Kammerinneren in der Nähe der Auslaßmündung dargestellt werden. Im allgemeinen wird jedoch die Oberfläche der Platte 30 an jeder Stelle eine Ebene tangieren, die einen spitzen Winkel mit einer durch die Schaufelradachse verlaufenden Ebene bildet, wobei die ötrömungsabwärts liegende Kante der Platte die Grenzfläche des Hohlraumteils 12a schneidet.

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Im Betrieb gelangt das Strömungsmedium in den spiraligen Einlaßkanal 50 und erfährt eine Spiralbewegung, die allgemein mit der gewünschten Bewegung des Mediums in der Kompressorkammer übereinstimmt. Die Geschwindigkeitskomponaten des einströmenden Mediums sind so, daß übermäßige Turbulenz und Strömungsstörungen auf Grund eines falschen Auftreffens des Mediums auf die Schaufeln 16 weitgehend herabgesetzt werden und ein Teil des Mediums fast unmittelbar nach dem Eintritt in die Kammer eine regenerative Spiralbewegung beginnt· Das Medium behält seine Wirbelbewegung bei, während es gleichzeitig auf Grund der Schaufelbewegung in der Kammer umläuft* Nachdem es den Bereich der Auslaßmündung erreicht hat, trifft das komprimierte Strömungsmedium auf das Strömungssperrglied 30 und fließt auf Grund des Druckgradienten in die Auslaßöffnung 55· Auch anschließend setzt das Medium seine Spiralbewegung durch den Auslaßkanal 5* fort.

Da das Strömungsmedium, nachdem es die Kammer 12 verlassen hat, sich in eine Richtung weiter bewegen kann, die sich der Richtung nähert, die das Medium zuletzt in der Kammer besessen hat, ist ein glatter Strömungsübergang gewährleistet. Die spiralförmigen Bewegungslinien des Strömungsmediums bleiben daher in der Kammer auf beiden Seiten des Sperrgliedes von der Hochdruckzone bis zur Niederdruckzone erhalten. Zusätzlich richten die durch die Form und Anordnung der Auslaßöffnung 55 erzeugten Gegendrehwirbel die Strömung gerade und reduzieren die Turbulenz vor dem Heraufließen der Strömung aus dem Auslaßteil 54a·

Zwischen benachbarten Schaufeln gegenüber der Abschlußplatte 52 eingeschlossenes Strömungsmedium mit einem Zwischen-

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druck findet in der kleinen Öffnung 56 einen Niederdruckabfluß und fließt in den Ableitungs- oder Rückführungskanal 56a. Anschließend fließt dieser Teil des StrSmungsmediums in einer laminaren Strömung in die Kammer 12, und zwar mit einer Bewegung, die mit der gewünschten,dem in die Kammer durch die Einlaßöffnung 50 eintretenden Medium zu erteilenden Bewegung übereinstimmt· Folglich besitzt das durch beide Öffnungen 52,58 in die Kammer herein strömende Medium die gewünschte Richtungsgeschwindigkeit, sodaß schon früh in dem regenerativen Kompressionsförderzyklus eine praktisch vollständige spiralförmige Bewegung des Mediums entsteht·

Aus den bisherigen Erläuterungen geht hervor, daß Kompressoren mit nicht ummantelten Schaufeln, d.h. mit Schaufeln, die an den Rändern angrenzend an das Gehäuse nicht umschlossen sind, mit optimalen Einlaß- und Auslaßanordnungen der Kompressorkammer möglich sind· Ferner wird gezeigt werden, daß im Falle eines mehrstufigen Kompressors ein freier Durchgang vom einen Gehäuseteil in den anderen in jeder Stufe nicht nur zweckdienlich ist, sondern auch die bei bekannten Regenerativkompressoren erforderlichen plötzlichen Richtungsänderungen der Strömung vermeidet· Obwohl die Gehäuse der bisher beschrejibenen Kompressoren in Teile getrennt sind,die längs einer Ebene zusammenstoßen, welche allgemein normal zur Achse der Schaufelraddrehung liegt, können Gehäuse 10a', 10b¹ auch längs einer Ebene getrennt sein, die durch die Drehachse verläuft, wie in Figur 11 dargestellt ist. Hier besitzt der scheibenförmige Schaufelradläufer 16 vorzugsweise eine axiale Bemessung, die gleich derjenigen der Schaufeln 18 ist· Dadurch kann der Kompressor auf einfache Weise dadurch

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auseinandergenommen und zusammengesetzt werden, daß man einen der Gehäuseteile, z.B· den Teil 10a¹, entfernt, wobei das minimale Laufspiel zwischen den Gehäusen und dem Läufer bewahrt bleibt. !Dn Gegensatz zu der Anordnung nach Figur 1, wo der Einlaß und der Auslaß sich in verschiedenen Gehäuseteilen befinden, sind sowohl die Einlaß- als auch die Auslaßmündung 26', 28' im gleichen Gehäuseteil 10a¹ vorgesehen. Die Teile sind mittels Planschen 60a,60b und üblicher Befestigungsmittel verbunden. Neben dieser Änderung können die übrigen Teile des Kompressors mit den schon beschriebenen Teilen übereinstimmen.

Es wurde schon erwähnt, daß Kompressoren gemäß der Erfindung sich ausgezeichnet für Mehrstufenanordnungen eignen, von denen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel in den Figuren 12 bis 14 dargestellt ist. Gemäß Figur 12 besitzt der Mehrstufenkompressor zwei einzelne, identische Kompressorstufen 64, 66, welche Gehäuseteile 64a, 64b und 66a, 66b aufweisen, die ähnlich den Gehäuseteilen gemäß Figur 1 sind. Die jeweiligen Einlaß- und Auslaßmündungen 26a,26b bzw. 28a,28b sind winkelig bezüglich einer Ebene angeordnet, die normal zur Achse der Schaufelraddrehung liegt, wie in Figur 14 gezeigt ist. Jedoch ist eine Abstandsvorrichtung 70 vorgesehen, welche die Stufen miteinander koppelt und zwischen den Gehäusen der Stufen 64,66 angeordnet ist. Die Abstandsvorrichtung 70 besteht aus zwei Stücken und enthält einen Zwischenstufendurchlaß 72, der in ähnlicher Weise winkelig ist und zwischen der Auslaßmündung 28a der Stufe und der Einlaßmündung 26b der Stufe 66 einen Kanal mit glatter Kontur bildet (Figur 14). Die Ansicht der Figur 12 verläuft allgemein längs der Mittellinien der Mündungen 26,28 und do*

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Kanals 72, um die Erläuterung zu erleichtern·

Früher besaßen nur sehr wenige kleine bis mittelgroße Regenerativkompressoren der vorliegenden Art kompakte, einfache Vorrichtungen zur Abführung von Wärme oder anderweitigen Kühlung des komprimierten Strömungsmediums· Eine solche Kühlung ist jedoch häufig erforderlich. Beispielsweise entsteht in einem Kompressor, welcher den Druck des Strömungsmediums von Atmosphärendruck bis etwa 0,7 kg/cm unter idealen adiabatischen Kompressionsverhältnissen und bei Raumtemperatur erhöht, ein Temperaturanstieg von etwa 44,5° G, In Kompressoren , deren Wirkungsgrad nur 50 # beträgt, nähert sich der Temperaturanstieg des Ströraungsmediums während der Kompression ungefähr 100° 0, abzüglich einer Kühlung durch Wärmeverluste an die Umgebung· In solchen Fällen waren bisher ein Zwischenstufenkühlsystem zwischen den Stufen und ein im Anschluß an die letzte Kompressionsstufe verwendetet Abschlußkühlungssystem üblich. Dabei war ein System erforderlich, durch das ein geeignetes Kühlmittel zirkulierte. Die Kühleinrichtung gemäß Figur 12 und 15 bewirkt hingegen eine ausreichende Kühlung des komprimierten Mediums, wobei gleichzeitig die Gesamtabmessungen des Kompressors verkleinert werden.

Gemäß Figur 12 und 15 besitzt der untere Teil der Abstandsvorrichtung 70 eine Reihe von im Abstand zueinander angeordneten gebogenen Leitstegen 74 (Figur 15), welche eine ähnliche Reihe von Kühlluftkanälen bilden, die radial nach innen zu einem Kühlungslüfterrad 76 konvergieren. Die Leitstege 74 sind mittels Platten 75 unterteilt, welche sich normal zur Achse der Welle 17 erstrecken und Kühlungseinlaßkanäle 77 angrenzend an die Gehäuseteile 64b, 66a und

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zentrale Kühlungsluft-Auslaßkanäle 78, in welche die Luft vom Lüfterrad 76 strömt, bilden· Es sei bemerkt, daß die Abstands vorrichtung 70 niit einem oder beiden Gehäuseteilen des Kompressors integral herstellbar ist·

Das Kühlungslüfterrad 76 ist drehbar auf der gleichen Welle 17 montiert, auf welcher die Schaufelradläufer 16a, 16b der Kompressorstufen befestigt sind und besitzt eine kleine Läuferseheibe 79, welche an ihrem Umfang die Lüfterschaufeln 80 trägt. Wenn sich die Welle 17 dreht, wird Luft aus der Umgebung in die konvergenten Einlaßkanäle 77 zwischen den Kühlrippen 74a> wo sie durch zentrale Öffnungen in den Platten 75 strömt, eingesaugt. Die Kühlluft fließt dann durch die zwischen den Kühlrippen 74-b gebildeten divergierenden Auslaßkanäle 78 heraus. Wenn die Kühlluft zwischen den Rippen der Abstandsvorrichtung fließt, entzieht sie den Kompressorgehäusen 64, 66 sowie dem (Dell der Anordnung der den Zwischenstufendurchgang 72 bildet, Wärme. Offensichtlich ist die Anordnung der Kanäle 77»78 derart, daß die hereinfließende Luft, nicht jedoch die wärmere herausströmende Luft die zu kühlenden Gehäuseflächen berührt. Durch die Anordnung der Rippen oder Leitstege 74 und des Lüfterrades 76 gemäß der Erfindung wird also ein verhältnismäßig wirkungsvolles und einfaches Hilfsmittel zur Kühlung der Kompressorgehäuse geschaffen, wodurch das komprimierte Strömungsmedium innerhalb erträglicher Temperaturgrenzen gehalten wird.

Kompressoren mit ringförmigen Kompressorkammern, in denen eines oder mehrere Merkmale der Erfindung realisiert sind, können mit wesentlich größerem Wirkungsgrad hergestellt werden als bisher, ohne daß gleichzeitig ein größerer Raumbedarf oder ein höherer Aufwand in Kauf genommen werden müssen.

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Ausgehend von einer für die Massenproduktion geeigneten Grundausführung ist ein Kompressor gemäß der Erfindung vielseitig abwandelbar· Er kann durch die Kombination von zwei oder mehr einzelnen Kompressorstufen an die unterschiedlichsten Anforderungen angepaßt werden·

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Claims

Patentansprüche

Regenerativkompressore* mit einem ortsfesten Gehäuse, das eine ringförmige, aus einem ringförmigen Schaufellaufteil und einem angrenzenden, mit diesem kommunizierenden Hohlraumteil bestehende Kompressorkammer bildet und mit der Kammer kommunizierende Einlaß- und Auslaßmündungen besitzt, und mit einem im Gehäuse drehbar um die Achse der Kompressorkammer gelagerten Schaufelrad, das aus einem Läufer und einer Reihe nicht ummantelter, im Abstand zueinander angeordneter Schaufeln besteht, welche radial vom Lauferumfang abstehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (18) den Raum des Schaufellaufteils (12b) der Kammer (12) einnehmen, mit ihren Rändern an den Querschnitt des Schaufellaufteils angepaßt sind und zwischen benachbarten Schaufeln und dem Schaufellaufteil eine Reihe von peripheren Hohlräumen bilden, wodurch einem in der Kammer befindlichen Strömungsmedium bei Drehung des Schaufelrades eine Wirbelbewegung um die Linie der Förderung des Mediums zwischen den Einlaß- und Auslaßmündungen erteilt wird, daß die im Schaufellaufteil der Kammer angrenzend an die Schaufeln des Schaufelrades (14-) vorgesehene Auslaßmündung (28) eine Winkelgeschwindigkeitskomponente mindestens eines !Feiles des darin fließenden Strömungsmediums bewirkt, die der Richtung der Winkelgeschwindigkeit der in die Auslaßmündung fließenden Strömung entgegensetzt ist,und daß eine den Hohlraumteil (12a) der Kammer unterbrechende Strömungssperrvorrichtung (30) vorgesehen ist, welche darin einen Druckgradienten aufrecht hält und bewirkt, daß das komprimierte Strömungs-

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medium durch die Auslaßmündung fließt«

2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Kompressorkammer (12) einen allgemein runden Querschnitt aufweist.

5. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder der Schaufeln (18) angrenzend an den Hohlraumteil (12a) der Kammer (12) allgemein parallel zu einer Ebene verlaufen, die normal zur Drehachse des Schaufelrades (14) liegt.

4. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß mindestens die Profilvorderkantenteile der Schaufeln (18) des Schaufelrades (14) in einem solchen Winkel zu einer normal zur Drehachse des Schaufelrades liegenden Ebene angeordnet sind, daß die an die Oberfläche des Schaufellaufteils (12b) der Kammer angrenzenden Schaufelränder hinter den an den Hohlraumteil (12a) angrenzenden Schaufelrändern herlaufen.

5. Kompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Läuferumfang in seiner Form an die Form der jRrofilrückkante der Schaufelnde) in der Nähe der Schaufelwurzeln · angepaßt ist.

6. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer eine auf einer drehbaren Welle (17) gelagerte Scheibe (16) aufweist und mit einer gegenüberliegenden Fläche des Gehäuses (10) einen Spalt (54, 56) bildet, der

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von der Kompressorkammer (12) zur Welle verläuft und ein Leck darstellt, daß zwischen dem Gehäuse und der Welle ein weiteres Leck in Form eines ringförmigen Spaltes besteht und daß ein die Welle antreibender Motor (20) an einem Gehäuseende befestigt und derart angeordnet ist, daß ihm durch die spalt en.förmigen Lecks eine Kühlströmung des Strömungsmediums zuführbar ist·

7· Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßmündung (28) derart angeordnet ist, daß sich Teile von ihr in Quadranten des Schaufellaufteils (I2b) der Kammer (12) getrennt durch den Mittellinienradius der Kammer befinden.

8. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßmündung (26) in Verbindung mit dem Hohlraumteil (12a) der Kammer (12) steht.

9· Kompressor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßmündung (26) derart geformt ist, daß sie der Geschwindigkeit des in die Kammer (12) einströmenden Strömungsmediums eine Komponente in Förderrichtung des Mediums erteilt·

10. Kompressor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßmündung (28) derart geformt ist, daß das Strömungsmedium aus der Kammer (12) mit einer Geschwindigkeit ausströmt, die eine Komponente in Förderrichtung des Mediums besitzt·

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11· Kompressor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaß- und Auslaßmündung (26, 28) an den Stellen, wo sie mit der Kammer (12) in Verbindung stehen, eine längliche, längs eines Teiles der Kammer gekrümmte öffnung (52» 55) aufweisen.

12. Kompressor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmte Länge der öffnung (52) der Binlaßmündung (26) etwa zwischen 1/10 (36°) und 1/30 der durch die ringförmige Kammer definierten gebogenen Förderstrecke beträgt»

15· Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die größte axiale Breite des Laufers (16) mindestens so groß ist wie die größte Abmessung der Schaufeln (18) in Richtung der Läuferachse·

14· Kompressor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) zwei aufeinander passende Teile aufweist, die in einer Ebene zusammentreffen, welche allgemein durch die Drehachse des Schaufelrades (14) verläuft·

15· Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) zwei aufeiander passende Teile (10a, 1Ob) aufweist,die in einer Ebene zusammentreffen, welche normal zur Drehachse des Schaufelrades (14) und durch die ringförmige Kompressorkammer (12) verläuft·

16· Kompressor nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß sich die Einlaßmündung (26) in einem Gehäuseteil (10a)

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und die Auslaßmündung (28) im anderen Gehäuseteil (1Ob) befindet, und daß die Gehäuseteile gegeneinander verdrehbar sind, so daß die Bogenentfernung der Kammer (12) zwischen Einlaß und Auslaß veränderbar ist·

17. Kompressor, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Einlaßmündung (26) ein durch das Gehäuse (10) führender spiraliger Kanal (50" {Figur 6) verbunden ist, welcher so geformt ist, daß er eine Wirbelbewegung des in die Kompressorkammer (12) fließenden Strömungsmediums bewirkt.

18. Kompressor nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß der spiralige Kanal (50) der Geschwindigkeit des einströmenden Strömungsmediums zusätzlich eine Komponente in Förderrichtung des Mediums erteilt·

19· Kompressor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des spiraligen Kanales (50) in Durchflußrichtung des Mediums progressiv abnimmt·

20. Kompressor nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß mit der Auslaßmündung (28) eine. Einrichtung (55afFigur 9) verbunden ist, welche eine der fortdauerenden Wirbelbewegung im Auslaßkanal entgegenwirkende Gegendrehbewegung des Strömungsmediums in der Mündung hervorruft·

21. Kompressor nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet» daß mit der Auslaßmündung ein durch das Gehäuse (10) führender spiraliger Kanal (54·) verbunden ist, der die Beibehaltung der Winkelbewegung des aus der Kompressorkammer ausströmenden Strömungsmediums ermöglicht·

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22. Kompressor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß dea* Alislaßkanal (54) an seinem Ausgangsende einen eliptlschen Querschnitt besitzt.

25. Kompressor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des spiraligen Kanäles (5^0 eine Komponente besitzt, die tangential zur Förderrichtung des Strömungsmediums an der Auslaßmündung verläuft.

24. Kompressor nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des spiraligen Kanales (5^0 in Durchflußrichtung des Strömungsmediums progressiv zunimmt.

25· Kompressor, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Hohlraumteil (12a) der Kammer unterbrechende Strömungssperrvorrichtung (30) vorgesehen ist, welche darin einen Druckgradienten aufrecht hält und bewirkt, daß das komprmmierte Strömungsmedium durch die Auslaßmündung fließt, daß die Strömungssperrvorrichtung einen strömungsaufwärts liegenden Rand und eine strömungsabwärts von der Auslaßmündung (28) liegende Oberfläche aufweist und wenigstens teilweise die Strömung in Richtung der Schaufelraddrehung blockiert,und daß die Oberfläche an jedem Punkt eine Ebene tangiert, die in einem Winkel zu einer durch die Schaufelradachse verlaufenden Ebene liegt, sodaß sie die Grenzfläche des Hohlraumteils strömungsabwärts von dem strömungsaufwärts liegenden Band schneidet·

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26. Kompressor nach Anspruch 25» dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (32) zur Trennung des Hohlraumteils (I2a) vom Schaufellaufteil (12b) der Kompressorkammer (12) vorgesehen ist, die mit einer Fläche die Oberfläche der Strömungssperrvorrichtung (30) schneidet, und daß sich die Trennfläche von den Schnittpunkten mit der Sperrvorrichtungsoberflache in Jörderrichtung des Strömungsmediums bis zu einer Entfernung erstreckt, die mindestens gleich dem Schaufelsteigungsrades beträgt·

27. Kompressor nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Trennfläche (32) am äußeren Umfang der ringförmigen Kompressorkammer (12) größer ist als an deren innerem Umfang (Figur 7)·

28. Kompressor nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite am äußeren Umfang mindestens doppelt so groß wie der Sehaufelsteigungsabstand (zwischen benachbarten Schaufeln (18) ist.

29· Kompressor, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (56, 56a, 58) vorgesehen ist, durch welche ein Teil des komprimierten Strömungsmediums in der Kammer zurückführbar ist·

3O· Kompressor nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführeinrichtung einen Gehäusekanal (56a) umfaßt, in dessen Einlaß ein Strömungsmedium von den peripheren Schaufelblatthöhlungen zwischen der Strö-

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mungssperrvorrichtung (30) und der Einlaßmündung (26) fließt, und der mit einer Ausgangsöffnung (58) mit dem Hohlraumteil (I2a) der Kammer (12) in Verbindung steht und eine Wirbelbewegung des empfangenen Strömung smediums nach dem Eintritt in den Hohlraumteil bewirkt.

51· Kompressor nach Anspruch 30» dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsöffnung (58) strömungsabwärts von der EinlaßmündUng (26) liegt.

52. Kompressor, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (16) eine scheibenförmige Grenzfläche bildet und zwischen seinen Seiten und benachbarten Seiten des Gehäuses (10) Spalte..(54·» 36) vorhanden sind, durch welche ein Teil des Strömungsmediums in der Kompressorkammer (12) von Bereichen hohen Druckes zu Bereichen niederen Druckes fließen kann, und daß mindestens eine der benachbarten Gehäuseflächen (10b) eine Reihe von gradförmigen Stegen (58) aufweist, die quer zur Strömungsrichtung im Spalt (36) verlaufen.

35· Kompressor nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (58) an jeder Stelle normal zur mittleren Strömungsrichtung im Spalt (56) verlaufend

54. Kompressor, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (16) eine scheibenförmige Grenzfläche bildet und zwischen seinen Seiten und benach-

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harten Seiten des Gehäuses (10) Spalte (34, 36) vorhanden sind, durch welche Strömungsmedium in der Kompressorkammer (12) von Bereichen hohen Druckes zu Bereichen niederen Druckes fließen kann,und daß eine Einrichtung (40,41) vorgesehen ist, welche die Strömung des vom Spalt in den Hohlraumteil (12a) der Kammer fließenden Mediums in eine Richtung leitet, die im wesentlichen tangential zur gewünschten Wirbelbewegung des Mediums in der Kammer verläuft·

33· Kompressor nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtung ein gekrümmtes Glied (40) aufweist, welches sich mindestens teilweise um die Einlaßhälfte der Förderstrecke des Hohlraumteiles (12a) der Kammer (12) erstreckt, in diesen hineinragt und mit dem Läuferumfang eine gekrümmte längliche Düse (41) für die Strömung im Spalt (34) bildet.(Figur

36· Kompressor, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (16) eine scheibenfömige Grenzfläche bildet und zwischen seinen Seiten und benachbarten Seiten des Gehäuses (10) Spalte (34, 36) vorhanden sind, durch welche Strömungsmedium in der Korn pressorkammer (12) von Bereichen hohen Druckes zu Bereichen niederen Druckes fließen kann, und daß eine Einrichtung (42) vorgesehen ist, die eine zwischen der Wand des Hohlraumteils (12a) der Kammer (12) und des eine Wirbelbewegung ausführenden Strömungsmeditui entstehende Strömungsgrenzschicht abzapft·

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37. Kompressor nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzapfeinrichtung einen mit dem Hohlraumteil der Kammer in Verbindung stehenden gebogenen Schli1;z (42) auf weist, der sich in mindestens einem Teil der Kammerwand befindet, Strömungsmedium aus der Grenzschicht aufnimmt und mit einem Auslaßende (42a) in den mit dem Hohlraumteil kommunizierenden Spalt (34) führt·

38· Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse einen ringförmigen Kanal (19a) aufweist, der sich in den Kompressor an seinem Umfang öffnet und daß ein Ring (19) vorgesehen ist, welcher die Ränder der Schaufeln (18) des Schaufelrades (14) stützt und mindestens einen Teil des Raumes des ringförmigen Kanals einnimmt·

39· Kompressor nach Anspruch 38,dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (19) eine Folge von Vorsprüngen (_V45) aufweist, welche mit dem Kanal (19a) eine entsprechende Folge von kommunizierenden peripheren Kammern (46) bildet, die mit dem Schaufelrad (14) umlaufen und die Strömung im Kanal zwischen Bereichen hohen und niederen Druckes in der Kompressorkammer (12) vermindern (Figur 4).

40· Regenerativkompressor mit zwei ortsfesten Gehäusen, die jewels! eine koaxiale ringförmige, aus einem ringförmigen Schaufellaufteil und einem angrenzenden Hohlraumteil bestehende Kompressorkammer bilden und jeweils Einlaß- and Auslaßmündungen besitzen, die in jedem Gehäuse jeweils

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in entsprechenden Kammerteilen angeordnet sind,und mit einem in jedem Gehäuse drehbar um die Achse der Kompressorkammer gelagerten Schaufelrad, das aus einem Läufer und einer Reihe nicht ummantelter, im Abstand zueinander angeordneter Schaufeln besteht, welche radial vom Läuferumfang abstehen und den Raum des Schaufellaufteils einer entsprechenden Kammer

™ einnehmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln den Raum des Schaufellaufteils der Kammer einnehmen, mit ihren Rändern an den Querschnitt des Schaufellaufteils angepaßt sind und zwischen benachbarten Schaufeln und dem Schaufellaufteil einer Reihe von peripheren Hohlräumen bilden, wodurch einem in der Kammer befindlichen Strömungsmedium bei Drehung des Schaufelrades eine Wirbelbewegung um die Linie der Förderung des Mediums zwischen den Einlaß- und A_Uslaßmündungen erteilt wird, daß eine den Hohlraumteil der Kammer unterbrechende StrömungBperrvorrichtung vorgesehen ist, welche darin einen Druckgradienten aufrechthält und bewirkt,daß das

| komprimierte Strömungsmedium durch die Auslaßmündung fließt und daß zwischen dem Gehäuse der ersten Stufe (64) und dem Gehäuse der zweiten Stufe (66) eine Abstandsvorrichtung (70) vorgesehen ist, die einen Durchlaß (72) aufweist, der die Auslaßmündung des einen Gehäuses mit einer der Mündungen des anderen Gehäuses verbindet·

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