Ein derartiger Seitenkanalverdichter ist aus der DE 197 08 952 A1 bekannt. Bei diesem Seitenkanalverdichter verjüngt sich der Querschnitt des Seitenkanals von der Einlaßöffnung bis zur Auslaßöffnung kontinuierlich. Die Verjüngung soll den Wirkungsgrad des Seitenkanalverdichters erhöhen, indem sich im Seitenkanal eine gleichmäßige Drucksteigerung und eine Erhöhung des Volumenstroms ergibt. Der Querschnitt des Seitenkanals ist nach diesem Stand der Technik rechteckig, jedoch mit abgerundeten Ecken.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Seitenkanalverdichter mit einem gesteigerten Wirkungsgrad zu erreichen.

Dies wird bei einem Seitenkanalverdichter der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß der Seitenkanal wenigstens einen Abschnitt hat, in dem er einen Querschnitt in Form einer Ellipsenhälfte aufweist und in dem sich die maximale Tiefe des Kanals in Richtung zur Auslaßöffnung kontinuierlich verringert.

Im erfindungsgemäßen Seitenkanalverdichter sind die Strömungsverhältnisse im Seitenkanal optimiert, indem die Übergänge der den Querschnitt begrenzenden Wandungsbereiche sehr weich ausgebildet sind, so daß Übergänge im eigentlichen Sinne fehlen. Dies wird durch die Ellipsenform des Kanals erreicht. Das Gas strömt von den Schaufeln des Verdichters mit einer, bezogen auf die Schaufelachse, axialen Geschwindigkeitskomponente in den Seitenkanal ein und wird in diesem umgelenkt, ohne daß es zu extremen Verlusten kommen kann. Dadurch kommt es zu einem höheren Volumenstrom und einer höheren Verdichterleistung. Die elliptische Ausbildung fuhrt dank der damit verbundenen Schrägen zu einer besseren Herstellbarkeit des Kanals mittels Sand-oder Druckgußverfahren.

Der Abschnitt des Seitenkanals mit elliptischem Querschnitt kann sich über die gesamte Lange des Seitenkanals erstrecken oder auch nur über einen Teil. Spätestens sollte der Abschnitt mit elliptischem Querschnitt auf etwa dem halben Strömungsweg zwischen Einlaßöffnung und Auslaßöffnung beginnen. In diesem Bereich hat nämlich das zu verdichtende Gas bereits eine merkliche Verdichtung erfahren, an die der Querschnitt angepaßt werden sollte, indem er reduziert wird.

Der Abschnitt mit elliptischem Querschnitt sollte im Bereich der Auslaßöffnung enden, wo auch die höchste Verdichtung vorhanden ist.

Es ist zu betonen, daß die optimale Leistung des Verdichters nur durch Abstimmung der Verringerung des Querschnitts des Seitenkanals auf die Art des Gases und die Leistungsfähig- keit des Verdichters, insbesondere dessen Drehzahl, erreicht werden kann. Es ist z. B. nicht optimal, wenn sich der Querschnitt extrem stark oder zu wenig verringert, da der Gasstrom im ersten Fall blockiert wird und im zweiten Fall die Kompressibilität des Gases nicht vollständig ausgenutzt wird. Die Querschnittsfläche des Seitenkanals in dem Abschnitt mit elliptischem Querschnitt ist gemäß der bevorzugten Ausführungsform an das Verhältnis der Dichteerhöhung des Gases angepaßt, indem die Querschnittsfläche entsprechend reduziert wird. Eine optimale Verringerung der Querschnittsfläche ergibt sich bei Annahme einer annähernd adiabat isentropen Verdichtung des zu verdichtenden Gases, wobei die Querschnittsfläche entsprechend dem sich verringernden Gasvolumen reduziert wird.

Dieser Verlauf wird wie folgt errechnet, wobei der Index l die spezifischen Größen am Einlaß und der Index 2 die spezifischen Größen am Auslaß des Seitenkanals kennzeichnet.

Für den Verdichtungsverlauf entlang des Seitenkanals gilt <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> ml=m2=konst.<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <P>Mit der idealen Gasgleichung : pV=m RT ergibt sich-----<BR> <BR> Fez oder #P1/P2 T2/T1.

Mit der zusätzlichen Bedingung C @= C2 = konst. erhält man: A2=A1. T2/T1#

Für eine adiabat isentrope Verdichtung gilt unter der Annahme :<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> x=1, 4 Ap=200 mbar P, = 970 mbar Ti=20°C Ti= (20 + 273) K= 293 K.

Für Druckbetrieb ergibt sich : Für Saugbetrieb ergibt sich : Daraus folgt bei Druckbetrieb ein Querschnittsverhältnis des Kanals zwischen Auslaß-und Einlaßöffnung : A2 PI T2 970 390 Al P2 T1 970+200 293 und bei Saugbetrieb ein Querschnittsverhältnis : <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> 970-200312<BR> A2/A1 = # = 85% 970 293 Mit den obigen Formeln lassen sich die optimalen Querschnittsflächen an jeder beliebigen Stelle des Kanals bestimmen.

Die Optimierung des Verlaufs der Verjungung der Querschnittsftäche über die Lange des Seitenkanals unter Annahme einer adiabat isentropen Verdichtung ist nicht zwingend auf die elliptische Kanalquerschnittsform beschrånkt. Vielmehr kann diese entsprechende Verringerung des Querschnitts auch bei anderen Kanalformen zu einer Optimierung des Wirkungsgrades führen.

Es sind zwar andere Gaszustandsänderungen in einem Seitenkanalverdichter denkbar, z. B. eine isotherme Verdichtung, jedoch hat sich die adiabat isentrope Verdichtung in diesem Zusammenhang zur Erreichung eines hohen Wirkungsgrads bewährt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Seitenkanal vor dem Abschnitt mit elliptischem Querschnitt einen halbkreisförmigen Querschnitt hat. Dieser halbkreisförmige Querschnitt geht dann stufenlos in eine immer flacher werdende Ellipse über, wobei vorzugsweise die grol3e Achse der Ellipse im wesentlichen auf der ebenen Fläche desjenigen Deckels des Seitenkanalverdichters liegt, der den Seitenkanal aufweist.

Aus strömungstechnischen Gründen kann es von Vorteil sein, wenn die große Achse der Ellipse geringfügig innerhalb des Deckels des Seitenkanalverdichters liegt, der den Seitenkanal aufweist.

Die Breite des Seitenkanals sollte vorzugsweise über seine gesamte Lange konstant bleiben, so daß die Querschnittsverringerung ausschließlich über die verringerte Tiefe, jedoch mit angepaßter Ellipsenform, erfolgt.

Der Seitenkanal ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung in Seitenansicht hufeisenförmig verlaufend, so daß sich eine große Seitenkanallänge ergibt. Fortsätze an den Enden des Kanals bilden die Einlaß-bzw. die Auslaßöffnung.

Der erfindungsgemäße Seitenkanalverdichter kann einstufig oder mehrstufig ausgebildet sein, wobei die Querschnittsfläche der Einlaßöffnung einer nachfolgenden Stufe vorzugsweise der Querschnittsfläche der Auslaßöffnung der unmittelbar vorhergehenden Stufe entspricht. Damit

soll verhindert werden, daß das Gas in dem Kanal zwischen aufeinanderfolgenden Stufen eine<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> Zustandsanderung erfahrt.

Die einzelnen Stufen sind vorzugsweise alle mit einem Seitenkanal versehen, wie er zuvor definiert worden ist, also mit einer sich kontinuierlich verringernden Querschnittsfläche zwi- schen Einlaßöffnung und Auslaßöffnung. Da der Druckverlauf bei einem mehrstufigen Verdichter anders als bei einem einstufigen Verdichter ist, muß selbstverständlich die Verringerung der Querschnittsfläche an diesen Effekt angepaßt sein. So würde bei gleicher Drucksteigerung zwischen Einlaß und Auslaß eines zweistufigen und eines einstufigen Verdichters beim zweistufigen Verdichter pro Stufe nur die Hälfte der Kanalverjüngung gegenüber der des einstufigen Verdichters notwendig sein.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen : Figur l eine Längsschnittansicht durch einen zweistufigen Seitenkanalversichter nach der Erfindung, Figur 2 eine Seitenansicht eines in Figur I dargestellten Deckels mit einem Seitenkanal, Figur 3 aufeinanderfolgende Querschnitte des Seitenkanals längs der in Figur 2 dargestellten Schnittlinien A, B, C, D und E, Figur 4 eine Seitenansicht eines geringfügig modifizierten Deckels mit modifiziertem Seitenkanal, Figur 5 aufeinanderfolgende Querschnitte des Seitenkanals längs der in Figur 4 dargestellten Schnittlinien A-1, und

Figur 6 verschiedene Wirkungsgradverläufe bei verschiedenen Drehzahlen von Seitenkanalverdichtern ohne, mit 15% iger Querschnittsverjüngung und mit 30% iger Querschnittsverjüngung.

Bei dem in Figur I gezeigten Seitenkanalverdichter sind ein Antriebsmotor 10, eine erste Stufe 12 und eine zweite Stufe 14 in einer Baueinheit integriert. Mit 16 ist ein Gehäuse bezeichnet.

Laufräder 20,22 der Stufen 12 bzw. 14 sind auf einer Antriebswelle befestigt, die wiederum vom Antriebsmotor 10 in Drehung versetzt wird. Ein erster Gehäusedeckel 30, der an dem Gehäuse 16 angeschraubt ist, weist einen Seitenkanal 32 der ersten Stufe auf. Auf der gegenüberliegenden Seite ist mit dem Gehäuse 16 ein zweiter Gehäusedeckel 26 verbunden, welcher einen Seitenkanal 28 aufweist. Die erste Stufe 12 hat Einlaßöffnungen und Auslaßöffnungen, die anhand von Figur 2 noch erläutert werden. Die Auslaßöffnung der ersten Stufe ist durch einen nicht gezeigten Kanal im Gehäuse mit der Einlaßöffnung der zweiten Stufe 14 verbunden. Der Kanal sowie die Querschnitte der Auslaßöffnung der ersten und der Einlaßöffnung der zweiten Stufe sind so ausgebildet, daß keine Querschnittsveränderung zwischen erster und zweiter Stufe im Bereich des Kanals vorliegt.

Der Gehäusedeckel 30 ist in Figur 2 allein dargestellt. Der darin ausgebildete Seitenkanal 32 ist im wesentlichen hufeisenförmig und hat einen sich über 270° erstreckenden kreisringförmigen Abschnitt (von der Schnittlinie A bis zur Schnittlinie E reichend). Eine Einlaßöffnung 42 stromaufwärts der Schnittlinie A erstreckt sich über etwa 15° und bildet eine Art Fortsatz des Seitenkanals 32. Stromabwärts der Schnittlinie E ist ebenfalls eine fortsatzartige Auslaßöffnung 44 vorgesehen.

Der Seitenkanal 32 weist von der Schnittlinie A bis zur Schnittlinie E die gleiche Breite auf, wie auch anhand der Schnittsequenz in Figur 3, die nur den Seitenkanal selbst zeigt, zu sehen ist. Der Seitenkanal hat zu Beginn, bei der Schnittlinie A, noch einen halbkreisförmigen Querschnitt, wobei der Mittelpunkt des Halbkreises sogar noch etwas unterhalb der ebenen Fläche 46 des Deckels 30 liegt, von der aus sich der Seitenkanal 32 in das Innere des Deckels erstreckt. In den Figuren 3 ist als Abstand der Fläche 46 vom Mittelpunkt M 1 mm angegeben.

Von der Einlaßöffnung 42 zur Auslaßoffnung 44 ergibt sich eine Hauptstromungsrichtung, die durch einen Pfeil in Figur 2 dargestellt ist. Auf diesem Weg wird, wie Figur 3 zu entnehmen ist, die Querschnittsfläche des Seitenkanals 32 kontinuierlich bis zur Auslaf3offnung 44 geringer.

Der Abschnitt des Seitenkanals 32 von der Schnittlinie A bis zur Schnittlinie E bildet einen Abschnitt mit elliptischem Seitenkanalquerschnitt. Der Querschnitt des Seitenkanals 32 ändert sich von einem Halbkreis an der Schnittlinie A zu einer Ellipse mit immer geringer werdender Tiefe. Die Tiefe ist an der Schnittlinie B mit hl, an der Schnittlinie C mit h2, an der Schnittlinie D mit h3 und an der Schnittlinie E mit h4 dargestellt. Die Ellipsenhälfte, die den Seitenkanal definiert, wird sozusagen mit zunehmender Länge des Strömungsweges gestaucht. Die Abnahme der Querschnittsfläche ist dem auf dem Strömungsweg stetig reduzierten spezifischen Volumen des zu verdichtenden Gases unter Annahme einer adiabaten isentropen Zustandsänderung angepaßt. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Seitenkanalverdichters optimiert.

Im übrigen liegt, wie anhand der Schnittsequenzen zu den Schnittlinien B bis E zu sehen ist, auch die große Achse der Ellipse um etwa 1 mm innerhalb des Deckels.

Der Querschnitt des Seitenkanals 32, der sich stufenlos und kontinuierlich von einem Halbkreis bis zu einer immer flacher werdenden Ellipse verändert, zeichnet sich durch hervorragende Strömungsverhältnisse im Seitenkanal 32 aus, da nur geringe Strömungsverluste auftreten. Der Wirkungsgrad des Seitenkanalverdichters ist auch deswegen so hoch, weil, wie erwähnt, der Querschnittsverlauf der Zustandsänderung des verdichteten Gases angepaßt ist.

In den Figuren 4 und 5 ist ein geringfügig modifizierter Gehäusedeckel 130 dargestellt, bei dem der Seitenkanal 132 einen etwas anders gestalteten Einlaß-und Auslaßbereich hat. Der Einlaßbereich erstreckt sich über 15° bis 50°, ebenso wie der Auslaßbereich. Mit dem Bezugszeichen 142 ist die Einlaßöffnung der ersten Stufe und mit 144 die Auslaßöffnung der ersten Stufe, die zur Einlaßöffnung der zweiten Stufe führt, bezeichnet.

Ansonsten ist in Figur 5 anhand der Schnittsequenz zu sehen, daß der Seitenkanal 132 von einem Kreisquerschnitt zu einer immer flacher werdenden Ellipsenquerschnitt wird.

Die zweite Stufe 14 hat einen Seitenkanal, der ebenfalls auf seiner gesamten Lange verjüngt ist.

Auch dieser Seitenkanal beginnt mit einem halbkreisformigen Querschnitt, wobei dieser Querschnitt aber eine Flache hat, die der Flache des Seitenkanals an der Ausiaßöfmung 44 mit dem elliptischen Querschnitt entspricht. Der Seitenkanal der zweiten Stufe verändert sich dann kontinuierlich zu einer immer flacher werdenden Ellipse, wie dies entsprechend in den Figuren 2 bis 5 dargestellt ist.

Figur 6 zeigt die durch die Verringerung des Seitenkanalquerschnitts erreichbare Steigerung des Wirkungsgrades. Es sind für die dargestellten Verläufe drei verschiedene Seitenkanalverdichter eingesetzt worden, die bei unterschiedlichen Drehzahlen gemessen wurden. Ein Seitenkanalverdichter, der mit"Serie"bezeichnet ist, weist einen halbkreisförmigen Querschnitts ohne Verjüngung auf. Ein hierzu modifizierter Seitenkanalverdichter nach der Erfindung mit elliptischem Querschnitt weist eine Querschnittsverringerung um 15% zwischen Einlaßöffnung und Auslaßöffnung auf und ein weiter Verdichter eine Querschnittsverringerung von 30%. Figur 6 zeigt nicht nur, daß eine deutliche Wirkungsgradsteigerung erreichbar ist, sondern auch, daß diese Wirkungsgradsteigerung sehr stark von der Drehzahl abhangig ist. Wie bereits zuvor erläutert worden ist, kann nämlich nicht pauschal eine Querschnittsverringerung um beispielsweise 15% bei unterschiedlichen Drehzahlen zu einer enormen Wirkungsgradsteigerung führen. Vielmehr ist die Querschnittsverringerung der Zustandsänderung des Gases anzupassen, die wiederum aber von den geometrischen Verhältnissen im Seitenkanal und im Laufrad sowie vom Volumenstrom und damit von der Drehzahl abhängig ist. Es kann damit durchaus sein, daß bei bestimmten Drehzahlen und bestimmten Geometrien des Laufrades samt Schaufeln wesentlich geringere oder wesentlich höhere Querschnittsverringerungen erfolgen müssen, um eine optimale Wirkungsgradsteigerung zu erreichen.