DE69005835T2

DE69005835T2 - Spiralverdichter mit axialer Anpassung.

Info

Publication number: DE69005835T2
Application number: DE69005835T
Authority: DE
Inventors: Shahrokh Etemad; Howard Henry Fraser; William Robinson Lane
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1989-01-23
Filing date: 1990-01-23
Publication date: 1994-06-16
Anticipated expiration: 2010-01-24
Also published as: US4938669A; CA2005935A1; EP0380439A2; BR9000211A; ES2049011T3; MX168719B; AR241036A2; EP0380439A3; AR241036A1; JPH02238189A; EP0380439B1; DE69005835D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine axial nachgiebige Einrichtung in einem Spiralkompressor und auf ein Verfahren zum Herstellen derselben.

Hintergrund der Erfindung

Während des Kompressionsvorganges in einem Spiralkompressor wirkt der Druck des Gases, das komprimiert wird, auf die Spiralelemente ein und ist bestrebt, sie sowohl radial als auch axial zu trennen. Zum Erzielen von axialer Nachgiebigkeit und von axialer Abdichtung zwischen den Spiralelementen kann eine abgedichtete Hochdruckkammer zwischen der Rückseite der umlaufenden Spirale und dem Kurbelgehäuse erzeugt werden. Die Kammer sollte den Oldham-Kupplungsring, die Umlaufspiralschlitze, die Kurbelgehäuseschlitze und die interne Bohrung weder radial noch axial stören. Eine solche abgedichtete Hochdrucktasche kann erzeugt werden, indem zwei kreisringförmige O-Ring-Nuten derart benutzt werden, daß die O-Ringe an der Rückseite der Umlaufspirale zusammengedrückt werden. Der Hauptnachteil dieser Konstruktion ist die Größenbeschränkung der abgedichteten Hochdruckgastasche. Eine Möglichkeit zum Vergrößern des Querschnitts besteht darin, den Durchmesser des Oldham-Kupplungsringes zu vergrößern, was ein breiteres Kurbelgehäuse und somit einen größeren Kompressormanteldurchmesser ergibt. Im allgemeinen wird der Kompressormanteldurchmesser durch den Motorrahmen diktiert, der notwendig ist, um die verlangte Ausgangsleistung zu erzeugen, und alles, was größer ist, ist unerwünscht.
Die US-A-4 600 369 beschreibt einen Spiralkompressor, der Ringnuten und Dichtungen hat, die eine Ringkammer bilden, beschreibt aber nicht eine feste Spirale oder Antidreheinrichtung. Ohne Antidreheinrichtung gibt es keinen Verlust an verfügbarem Raum aufgrund der Bewegung des Oldham- Ringes.
Die GB-A-2 202 905 ist auf die Schmierungsstruktur eines Spiralkompressors gerichtet. Es gibt keine Fluiddruckvorspannung der umlaufenden Spirale in irgendeinem praktischen Sinne, mit Ausnahme des Schmiermittels, das dem Axiallager mit einem niedrigen Druck zugeführt wird.
In der EP-A-0 143 526 ist eine axial nachgiebige Einrichtung in einem Spiralkompressor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben. Insbesondere beschreibt die EP-A-0 143 526 einen Spiralkompressor, der eine feste Spiraleinrichtung hat, eine umlaufende Spiraleinrichtung in operativem Eingriff mit der festen Spiraleinrichtung, eine Kurbelgehäuseeinrichtung mit einer zentralen Öffnung darin und eine Antidreheinrichtung, die mit der umlaufenden Spiraleinrichtung und der Kurbelgehäuseeinrichtung zusammenwirkt, um die umlaufende Spiraleinrichtung auf die Umlaufbewegung zu beschränken, eine axial nachgiebige Einrichtung, die eine Tascheneinrichtung aufweist, welche zwischen der umlaufenden Spiraleinrichtung und der Kurbelgehäuseeinrichtung angeordnet ist, wobei die Tascheneinrichtung von einer Nuteinrichtung umgeben ist, eine Dichteinrichtung in der Nuteinrichtung angeordnet ist, die umlaufende Spiraleinrichtung die Dichteinrichtung beweglich erfaßt und mit derselben zusammenwirkt, um die Tascheneinrichtung zu isolieren, und eine Einrichtung zum Versorgen der Tascheneinrichtung mit Druckfluid, um an der umlaufenden Spiraleinrichtung eine axiale Kraft zu erzeugen. Ein Verfahren zum Herstellen einer axial nachgiebigen Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6 ist ebenfalls aus der EP-A-0 143 526 bekannt.
Es ist ein Ziel dieser Erfindung, axiale Nachgiebigkeit unter Verwendung einer Tascheneinrichtung zu schaffen, die so ausgebildet ist, daß sie eine effiziente Ausnutzung des verfügbaren Raums mit der Einfachheit der Herstellung kombiniert.
Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, axiale Nachgiebigkeit unter Verwendung der umlaufenden Spirale zu schaffen, ohne die Lagerbelastung zu erhöhen und ohne die äußere Umfangshüllkurve der umlaufenden Spirale zu vergrößern.
Um das zu erreichen, ist die axial nachgiebige Einrichtung nach der Erfindung durch die Merkmale gekennzeichnet, die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beansprucht sind, und ist das Verfahren nach der Erfindung durch die Merkmale gekennzeichnet, die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 6 angegeben sind. Grundsätzlich wird gemäß der Erfindung axiale Nachgiebigkeit in der umlaufenden Spirale erzielt, ohne die Lagerbelastung oder die äußere Umfangshüllkurve der umlaufenden Spirale zu vergrößern, indem eine oder zwei Fluidtaschen in dem Kurbelgehäuse angeordnet werden, die der Rückseite der umlaufenden Spirale zugewandt und so geformt sind, daß der verfügbare Raum effizient ausgenutzt wird.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht.
Die ideale Konfiguration schafft eine oder mehrere Taschen mit dem maximalen Querschnitt. Der verfügbare Querschnitt für die Tasche(n) umgibt das Lager und den Vorsprung der umlaufenden Spirale und hat eine äußere Begrenzung, die insgesamt die Form der Zahl acht hat, und zwar aufgrund der Zusammenwirkung des Oldham-Kupplungsringes und der Schlitze. Offenbar hat der verfügbare Querschnitt keine einfache Konfiguration. Unter Verwendung des Mittelteils der Ziffer-acht-Form als Symmetrieachse kann der verfügbare Querschnitt allgemein definiert werden durch: (1) ein Paar nierenförmige Taschen; (2) ein Paar sichelförmige Taschen, die durch zwei symmetrische Kreisschnitte definiert sind; oder (3) ein Paar symmetrische Kreisschnitte und ein zentraler Kreisschnitt werden so gemacht, daß ihr kombinierter äußerer Umfang eine Ziffer-acht-Form mit einem zentralen Kreisumfang zum Bilden einer ringförmigen Tasche hat.
Es ist ein Merkmal dieser Erfindung, die Tasche(n) in einem Gehäuse anzuordnen, welches über das Lager überhängt.
Es ist ein weiteres Merkmal dieser Erfindung, den Lagerhalter nahe bei der Gaskompressionskraft anzuordnen durch überhängen der Tasche(n) und dadurch Minimieren des Kippmoments.
Es ist ein weiteres Merkmal dieser Erfindung, die umlaufende Spirale von dem Kurbelgehäuse abzuheben, so daß sie auf den Dichtungen läuft und dadurch die Reibungskräfte aufgrund der reduzierten Belastung reduziert.
Es ist ein zusätzliches Merkmal dieser Erfindung, der Oldham-Kupplung-Nut zu gestatten, nahe bei dem Mittelpunkt angeordnet zu werden, um dadurch die Hüllkurve des Kompressors zu reduzieren. Diese und andere Merkmale werden, wie es im folgenden deutlich werden wird, durch die vorliegende Erfindung erzielt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Für ein volleres Verständnis der vorliegenden Erfindung sollte nun auf die folgende ausführliche Beschreibung derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug genommen werden, in denen:
Fig. 1 eine Vertikalschnittansicht nach der Linie 1-1 in Fig. 3 von einem Teil eines Spiralkompressors ist, der in dem ungespeisten Zustand ist und die vorliegende Erfindung benutzt;
Fig. 2 eine Vertikalschnittansicht nach der Linie 2-2 in Fig. 3 von einem Teil eines Spiralkompressors ist, wobei der axial nachgiebige Mechanismus gespeist ist;
Fig. 3 eine Horizontalschnittansicht nach der Linie 3-3 in Fig. 1 ist;
Fig. 4 eine Ansicht entsprechend der in Fig. 3 ist, aber eine zweite Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 5 eine Ansicht ist, die der in Fig. 3 entspricht, aber eine dritte Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
Fig. 6 eine Teilschnittansicht nach der Linie 6-6 in Fig. 3 ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

In den Figuren bezeichnet die Zahl 10 insgesamt einen niederdruckseitigen Spiralkompressor. Eine Schalldämpfer/Separator-platte 14 ist der festen Spirale 20 überlagert und begrenzt eine Hochdruckkammer 13 innerhalb eines Mantels 12. Ein Kurbelgehäuse 40 hängt über der Kurbelwelle 60 und ist mit der festen Spirale 20 verschraubt oder auf andere Weise an dieser geeignet befestigt. Eine umlaufende Spirale 30 hat eine Windung 31, die in operativem Eingriff mit einer Windung 21 der festen Spirale 20 ist, während eine Seite des Plattenteils 32 die feststehende Spirale 20 erfaßt und die andere Seite mit einem Oldham-Ring 64 zusammenwirkt, wie es üblich ist.
Darüber hinaus ist die andere Seite des Plattenteils 32 außerdem in Dichtberührung mit Dichtungen 66 und 68, die in nierenförmigen Nuten 42 und 43 angeordnet sind, welche Taschen 50 bzw. 52 umgeben. Die Taschen 50 und 52 stehen in Fluidverbindung mit Auslaßdruck in der Hochdruckkammer 13 über einen Strömungsweg, der am besten in den Fig. 1, 3 und 6 veranschaulicht ist und der seriell aufweist einen Durchlaß 14-1 in der Schalldämpfer/Separator-Platte 14, Bohrungen 20-1 und 2 in der festen Spirale 20, eine Bohrung 40-1 und eine Bohrung 40-2, die in Bohrungen 40-3 und 40-4 verzweigen, welche in Fluidverbindung mit den Taschen 50 bzw. 52 sind.
Wenn der Spiralkompressor 10 in Betrieb ist, wird Gas mit Auslaßdruck an einer Auslaßöffnung 16 durch die Schalldämpfer/Separator-platte 14 in die Hochdruckkammer 13 abgegeben, welche mit der Kompressorauslaßleitung (nicht dargestellt) verbunden ist. Das Gas mit Auslaßdruck wird aus der Kammer 13 den Taschen 50 und 52 über den Durchlaß 14-1 und die Bohrungen 20-1 und 2 sowie 40-1 bis 4 zugeführt. Das Hochdruckfluid in den Taschen 50 und 52 wirkt auf die Platte 32 der umlaufenden Spirale 30 ein und hebt die umlaufende Spirale 30 von dem Kurbelgehäuse 40 ab, so daß die umlaufende Spirale 30 auf Dichtungen 66 und 68 läuft, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Eine kleine Gesamtkraft, die auf die feste Spirale 30 einwirkt, ist bestrebt, die feste Spirale 20 und die umlaufende Spirale 30 in axialem Kontakt zu halten, im Gegensatz zu den trennenden Kräften, die beim Komprimieren des Gases aufgrund der Zusammenwirkung der festen und umlaufenden Spirale erzeugt werden, während die Reibungskräfte stark reduziert werden.
Bei der spanabhebenden Bearbeitung der Ausführungsform nach den Fig. 1-3 werden zwei nierenförmige Nuten 42 und 43 durch spanabhebende Bearbeitung oder auf andere Weise in dem Kurbelgehäuse 40 geeignet gebildet. Kreisförmige oder andere geeignet geformte Dichtungen 66 und 68 können dann in den Nuten 42 und 43 plaziert werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 werden zwei versetzte kreisförmige Nuten 142 und 143 in Form von verschachtelten Ringen durch spanabhebende Bearbeitung oder auf andere Weise in dem Kurbelgehäuse 140 geeignet gebildet, was zur Bildung von zwei sichelförmigen Taschen 150 und 152 führt. Die Dichtung 166 hat die Form von zwei verschachtelten Ringen entsprechend den Nuten 142 und 143. Alle Extrempositionen des Oldham-Ringes 164 sind dargestellt, um die verfügbare Fläche für die Taschen 150 und 152 zu zeigen. Fluiddruck würde den Taschen 150 und 152 über die Bohrungen 140- 3 bzw. 140-4 auf dieselbe Weise wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 1-3 zugeführt werden.
In der Ausführungsform nach Fig. 5 gibt es zwei versetzte kreisförmige Nuten 242 und 243 in der Form von verschachtelten Ringen wie in der Ausführungsform nach Fig. 4, plus einer dritten kreisförmigen Nut 244, welche die Öffnung 241 in dem Kurbelgehäuse 240 umgibt. Die Dichtung 266 ist nur in dem äußersten Teil der Nuten 242 und 243 angeordnet, und die Dichtung 268 befindet sich in der Nut 244. Infolgedessen gibt es eine einzelne ringförmige Tasche 250, die durch den Querschnitt zwischen den Dichtungen 266 und 268 gebildet und definiert ist. Weil es nur eine Tasche gibt, kann die Fluidverbindung mit der Tasche 250 über die Bohrung 240-3 hergestellt werden, ansonsten aber auf dieselbe Weise wie bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1-4. Die Lage der Bohrung 240-3 kann geändert werden, so daß es ein vertikaler Weg ist, statt eines schräg geneigten Weges, um die spanabhebende Bearbeitung zu vereinfachen.
Es sind zwar bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben worden, andere Änderungen werden sich für den Fachmann jedoch ergeben. Zum Beispiel, obgleich der Auslaßdruck als den Taschen zugeführt beschrieben ist, kann ein mittlerer Druck benutzt werden. Es ist deshalb beabsichtigt, daß der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nur durch den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche begrenzt wird.

Claims

1. Axial nachgiebige Einrichtung in einem Spiralkompressor (10), der eine feste Spiraleinrichtung (20) hat, eine umlaufende Spiraleinrichtung (30) in operativer Berührung mit der festen Spiraleinrichtung (20), eine Kurbelgehäuseinrichtung (40; 140; 240) mit einer zentralen Öffnung (;241) darin, und eine Antidreheinrichtung (64; 164;), die mit der umlaufenden Spiraleinrichtung (30) und der Kurbelgehäuseeinrichtung (40; 140; 240) zusammenwirkt, um die umlaufende Spiraleinrichtung (30) auf eine Umlaufbewegung zu begrenzen, wobei die axial nachgiebige Einrichtung aufweist:

eine Tascheneinrichtung (50, 52; 150, 152; 250), die zwischen der umlaufenden Spiraleinrichtung (30) und der Kurbelgehäuseeinrichtung (40; 140; 240) angeordnet ist, wobei die Tascheneinrichtung (50, 52; 150, 152; 250) durch eine Nuteinrichtung (42, 43; 142, 143; 242, 243, 244) umgeben ist,

eine Dichteinrichtung (66, 68; 166; 266, 268), die in der Nuteinrichtung (42, 43; 142, 143; 242, 243, 244) angeordnet ist, wobei die umlaufende Spiraleinrichtung (30) die Dichteinrichtung (66, 68; 166; 266, 268) beweglich berührt und mit derselben zusammenwirkt, um die Tascheneinrichtung (50, 52; 150, 152; 250) zu isolieren, und

eine Einrichtung (40-3, 40-4; 140-3, 140-4; 240-3) zum Versorgen der Tascheneinrichtung (50, 52; 150, 152; 250) mit Druckfluid zum Ausüben einer axialen Kraft auf die umlaufende Spiraleinrichtung (30),

dadurch gekennzeichnet, daß die Tascheneinrichtung (50, 52; 150, 152; 250) in einer insgesamt ebenen, ringförmigen Oberfläche der Kurbelgehäuseeinrichtung (40; 140; 240) gebildet ist, und

die Nuteinrichtung (42, 43; 142, 143; 242, 243, 244) einen äußeren Umfang hat, der Teile in verschiedenen Abständen von der zentralen Öffnung (;241) hat, so daß der äußere Umfang in einem ungleichförmigen Abstand von der Antidreheinrichtung (64; 164;) ist, um so die Tascheneinrichtung (50, 52; 150, 152; 250) zu maximieren.

2. Axial nachgiebige Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiralkompressor (10) eine Kurbelwelle (60) aufweist und daß die Kurbelgehäuseeinrichtung (40; 140; 240) über der Kurbelwelle (60) hängt, wodurch die Tascheneinrichtung (50, 52; 150, 152; 250) nahe bei dem Teil der umlaufenden Spiraleinrichtung (30) angeordnet werden kann, welcher den höchsten axialen Kräften aufgrund der Gaskompression ausgesetzt ist.

3. Axial nachgiebige Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tascheneinrichtung aus zwei Taschen (50, 52) besteht und daß die Tascheneinrichtung (50, 52), die Nuteinrichtung (42, 43) und die Dichteinrichtung (66, 68) insgesamt nierenförmig und symmetrisch in bezug auf die zentrale Öffnung in der Kurbelgehäuseeinrichtung (40) angeordnet sind.

4. Axial nachgiebige Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tascheneinrichtung aus einem Paar sichelförmiger Taschen (150, 152) besteht, die sich gegenseitig an jedem ihrer Enden treffen, und daß die Dichteinrichtung (166) die Form von zwei verschachtelten Ringen (166) hat.

5. Axial nachgiebige Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut die Form von zwei versetzten, verschachtelten Ringen (242, 243) hat, so daß der äußere Umfang durchgehend ist und ein dritter Ring (244) innerhalb eines gemeinsamen Querschnitts durch die verschachtelten Ringe (242, 243) gebildet und von jedem der verschachtelten Ringe (242, 243) beabstandet ist, wobei die Dichteinrichtung (266, 268) nur in dem Teil der Nuteinrichtung (242, 243, 244) angeordnet ist, der durch den äußeren Umfang und durch den dritten Ring (244) definiert ist.

6. Verfahren zum Herstellen einer axial nachgiebigen Einrichtung für einen Spiralkompressor (10), der eine feste Spirale (20) und eine umlaufende Spirale (30) in operativem Eingriff mit der festen Spirale (20) hat, ein Kurbelgehäuse (40; 140; 240) mit einer zentralen Öffnung (;241) darin hat und eine Antidreheinrichtung (64; 164;) hat, die mit der umlaufenden Spirale (30) und dem Kurbelgehäuse (40; 140; 240) zusammenwirkt, um die umlaufende Spirale (30) auf die Umlaufbewegung zu beschränken, wobei das Verfahren die Schritte beinhaltet:

Schaffen einer Tascheneinrichtung (50, 52; 150, 152; 250) zwischen der umlaufenden Spirale (30) und dem Kurbelgehäuse (40; 140; 240) und der Nuteinrichtung (42, 43; 142, 143; 242, 243, 244), welche die Tascheneinrichtung (50, 52; 150, 152; 250) umgibt,

Herstellen einer Fluidwegeinrichtung (40-3, 40-4; 140-3, 140-4; 240-3) in dem Kurbelgehäuse (40; 140; 240), die in der Tascheneinrichtung (50, 52; 150, 152; 250) endigt, Anordnen einer Dichteinrichtung (66, 68; 166; 266, 268) in der Nuteinrichtung (42, 43; 142, 143; 242, 243 244),

Befestigen des Kurbelgehäuses (40; 140; 240) an der festen Spirale (20) mit der umlaufenden Spirale (30) dazwischen und in Eingriff mit der Dichteinrichtung (66, 68; 166; 266, 268), um dadurch die Tascheneinrichtung (50, 52; 150, 152; 250) zu isolieren, wodurch, wenn unter Druck stehendes Fluid der Tascheneinrichtung (50, 52; 150, 152; 250) über die Fluidwegeinrichtung (40-3, 40-4; 140-3, 140-4; 240-3) zugeführt wird, eine axiale Kraft, auf die umlaufende Spirale (30) ausgeübt wird,

gekennzeichnet durch Bilden der Tascheneinrichtung (50, 52; 150, 152; 250) in einer insgesamt ebenen ringförmigen Oberfläche des Kurbelgehäuses (40; 140; 240), und

Bilden der Nuteinrichtung (42, 43; 142, 143; 242, 243, 244), die die Tascheneinrichtung umgibt, mit einem äußeren Umfang, der Teile in variierenden Abständen von der zentralen Öffnung (;241) hat, so daß der äußere Umfang in einem ungleichförmigen Abstand von der Antidreheinrichtung (64; 164;) ist, um so die Tascheneinrichtung (50, 52; 150, 152; 250) zu maximieren.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Bildens der Tascheneinrichtung (50, 52) beinhaltet, zwei nierenförmige Taschen (50, 52) zu bilden, die in dem Kurbelgehäuse (40) symmetrisch in bezug auf die zentrale Öffnung angeordnet sind.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Bildens der Nuteinrichtung den Schritt beinhaltet, zwei versetzte, ineinandergreifende Ringe (142, 143) zu bilden, die ein Paar Sichelformen definieren, in welchen die Tascheneinrichtungen (50, 152) angeordnet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Bildens der Nuteinrichtung beinhaltet, daß zwei versetzte verschachtelte Ringe (242, 243) gebildet werden, so daß der äußere Umfang durchgehend ist, und ein dritter Ring (244) innerhalb eines gemeinsamen Querschnittes, der durch die verschachtelten Ringe (242, 243, 244) definiert wird, und daß die Dichteinrichtung (266, 268) nur in dem Teil der Nuteinrichtung (242, 243, 244) aufgenommen wird, der durch den äußeren Umfang und durch den dritten Ring (244) definiert wird.