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Motorkompressor
Die Erfindung betrifft die weitere Ausgestaltung eines Motorkompressors, bei dem ein Zentrifugalverdichter und der Antriebs-Elektromotor auf einer gemeinsamen, vertikalen Welle sitzen, die sich bei Stillstand gegen ein Spurlager abstützt. Bei solchen Motorkompressoren ist bereits vorgeschlagen, den Verdichter so auszubilden, dass sein Laufrad einen nach aufwärts gerichteten Axialschub erzeugt, dem sich eine gleichgerichtete magnetische Axialkraft des Motors überlagert, dessen Rotor so angeordnet ist, dass im Stillstand sein Mittel unterhalb des Mittels des Stators liegt, derart, dass die Welle aus ihrem Spurlager in eine Gleichgewichtslage angehoben wird, in der beim Normallauf der Axialschub des Verdichterlaufrades, das Gewicht der umlaufenden Teile und die axiale magnetische Kraft des Motors ausgeglichen sind.
Die erfindungsgemässe Ausgestaltung derartiger Motorkompressoren besteht im wesentlichen darin, dass beiderseits des Rotors die ruhende Welle in radialer Richtung abstützende Längsführungen von einer derartigen Ausbildung vorgesehen sind, dass die Welle aus ihnen austritt, wenn sie in die Lage für Normallauf angehoben wird, wobei besondere Längsführungen die Abstützung der Welle in radialer Richtung übernehmen, wenn sie die Normallaufstellung erreicht hat.
Die Zeichnung stellt in den Fig. 1 - 4 mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigt Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch einen Motorkompressor abgedichteter Ausführung. Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 durch die (halbe) Lagerung, Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform der Längsführung und Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine zweite Variante der Längsführung.
In den Fig. 1 und 2 bezeichnet 1 die Welle eines Zentrifugalverdichters, 2 das Spiralgehäuse, 3 das auf der Welle 1 fest angeordnete Laufrad, dessen Eintrittsöffnung nach oben gerichtet ist, so dass während seiner Drehung infolge des Unterdruckes eine resultierende Axialkraft entsteht, die bestrebt ist, die Welle 1 anzuheben.
Der Elektromotor ist unterhalb des Verdichters angeordnet. Sein Käfigläufer 4 ist auf der Welle 1 befestigt. 5 ist der Stator, dessen Innenfläche einen Teil eines zylindrischen Gehäuses 6 bildet, das an seinem unteren Ende durch einen Flansch 11 dicht abgeschlossen ist.
Das Laufrad 3 des Verdichters ist an seiner unteren Wand mit einem Kragen 7 versehen, der den oberen Rand des zylindrischen Gehäuses 6 umfasst ; zwischen dem Kragen und einem Zwischenstück 9 am Rand des Gehäuses ist eine Dichtung 8 angeordnet. Ein Kanal 10, welcher das LÅaufrad des Verdichters nahe dessen Welle durchsetzt, verbindet das zylindrische Gehäuse 6 mit der Ansaugseite des Verdichters.
Es ergibt sich hieraus, dass die während des Betriebes auftretende axiale Kraft, welche durch die Ansaugwirkung des Verdichters entsteht, in ihrer Grösse abhängen wird vom Durchmesser der kreisförmigen Ansaugöffnung des Verdichters und vom inneren Durchmesser des Kragens 7. Die Grösse dieser axialen Kraft kann demnach durch die Wahl des Durchmessers des Kragens 7 auf den gewünschten Wert gebracht werden.
Die vertikale Welle 1 ist zur Gänze im Inneren des Gehäuses des Verdichters und des zylindrischen Gehäuses 6 untergebracht, welche beiden Gehäuse einen einzigen, nach aussen hin dicht abgeschlossenen Raum umgrenzen. Die Zeichnung zeigt die Ruhelage der Welle. Sie ruht hiebei mit ihren unteren Enden auf einer Axiallagerplatte 14 auf, die in eine Ausnehmung der inneren Fläche des Flansches 11 eingelegt ist.
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Der Rotor 4 des Elektromotors ist auf der Welle 1 mit einer nach unten gerichteten Versetzung gegenüber dem Stator 5 befestigt und das Laufrad des Verdichters ist um dasselbe Ausmass nach unten in bezug auf jene Stellung, die es während des Betriebes einnimmt. gegenüber dem Aussauggehäuse versetzt. Die in axialer Richtung wirkende magnetische Anziehung des Stators auf den Rotor wird demnach während des Betriebes nach oben gerichtet sein und wird mit dem'Axialschub des Laufrades des Verdichters zusammenwirken, um die Welle samt den mit ihr verbundenen Teilen (Rotor und Laufrad) in die Betriebsstellung anzuheben. Wird der in Drehung versetzte Rotor zu hoch angehoben, so ändert die magnetische Anziehung ihre Richtung.
Es genügt demnach, den im Betrieb beim Laufrad des Verdichters auftretenden Axialschub durch entsprechende Bemessung des Durchmessers der Andrehung 7 eine passende Grösse zu geben, um eine Lage stabilen Gleichgewichtes zu erhalten, in welcher der Rotor eine hinreichend genaue, mittlere Lage gegenüber dem Stator einnimmt.
Die Zentrierung der Welle in Ruhe und während des Anliiifens bewirkt eine Längsführung, von welcher sich die Welle löst, wenn sie in ihre Betriebslage übergeht. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist hiezu einerseits das Axiallager 14 am unteren Ende der Welle vorgesehen, das einen napfartigen Rand besitzt, dessen Höhe so bemessen ist, dass die Welle von ihm freikommt, wenn sie in die Betriebslage angehoben ist. Eine Abschrägung am Ende der Welle sichert ein leichtes Eintreten der Welle in das Lager 14.
Eine zweite Längsführung ist beim oberen Teil der Welle vorgesehen. Ein den oberen Deckel des zylindrischen Gehäuses 6 bildender Führungsteil 15 geringer Stärke weist Öffnungen 15a auf, die dieses Gehäuse mit der Ansaugseite des Verdichters in Verbindung setzen und ist mit einer zentralen Öffnung versehen, deren Durchmesser gleich ist jenem der Welle, die in dieser Öffnung geführt ist. Die Welle ist mit einer Umfangsnut 16 versehen, die gegenüber dem Führungsteil 15 um ein solches Ausmass verschoben ist, dass die Ausnehmung beim Anheben der Welle dem Teil 15 gegenüber zu legen kommt.
Während des Laufes der Welle besteht keine mechanische Berührung zwischen der Welle und dem Teil 15 und dem Axiallager 14. Daraus ergibt sich, dass die Führung 15 und das Lager 14 auch im Trokkenen funktionieren. Beim normalen Betrieb dient das Lager 14 lediglich als Begrenzung der axialen Bewegung, so wie auch eine Schraube 22 beim oberen Ende der Welle die Aufgabe hat, jede übermässige Verschiebung der Welle zu verhindern und damit jede gefährliche Berührung zwischen dem Rotor 3 und dem Eintrittsspiralgehäuse 2 zu vermeiden.
Zur Aufrechterhaltung der Zentrierung der Welle während des Laufes sind am zylindrischen Gehäuse zu beiden Seiten des Rotors 4 die Lager 12, 13 beliebiger Art befestigt. Es ist wichtig, dass das radiale Spiel dieser Lager grösser ist als das Spiel in der Führung 15 bzw. im Axiallager 14, damit während des Anlaufens in den Lagern 12 und 13 keine Reibung auftreten kann, wie sich eine solche jedoch in der Führung 15 und im Lager 14 ergibt. Man kann daher, wie die Fig. 1 und 2 zeigen. Lager mit einem dünnen Polster eines gas-oder dampfförmigen Mediums in den Kammern 17 zwischen den Lagern 12 bzw. 13 und den ringförmigen Ansätzen la der umlaufenden Welle 1 verwenden. Die Kammern 17 sind dabei über die Kanäle 19 (oberes Lager) bzw. über Kanal 19 und die Leitung 19b, 19a (unteres Lager) an die Druckseite des Verdichters angeschlossen.
Die Rückführung des von der Verdichterseite des Kompressors einlaufenden gas-'oder dampfförmigen Mediums erfolgt durch die Längskanäle 18 in den ringförmigen Ansätzen la der Welle 1 und die Öffnungen 15a im Führungsteil 15 sowie den Kanal 10 in der Laufradnabe, der in die Saugseite des Laufrades mündet.
Ein derart aufgebauter Motorkompressor kann völlig dicht ausgeführt werden, erfordert keinerlei Schmierung und kann zum Fördern von radioaktiven oder giftigen Gasen verwendet werden. Im Falle das Gas ausserdem noch korrodierend wirkt und die Bleche und Wicklungen des Elektromotors angreifen könnte, wird eine aus Blechen gebildete Umhüllung 21 für den Stator und Rotor vorgesehen.
Schliesslich kann der Motor von einem Gehäuse 23 umschlossen sein, durch welches eine Kühlflüssigkeit zirkulieren kann.
Eine andere Art der Längsführung für die Welle 1 zeigt Fig. 3. Die Welle 1 und der fixe Teil 26, den die Welle durchsetzt, sind mit ringförmigen Rippen 27 bzw. 28 gleicher Breite versehen. Diese Rippen liegen während der Führungsperiode einander gegenüber ; sie sind in axialer Richtung so weit voneinander entfernt, dass sich die Rippen 27 der Welle zwischen die Rippen 28 im fixen Teil legen, wenn die Welle in die angehobene Stellung während des normalen Laufes übergeht.
Bei der Ausführung gemäss Fig. 4 ist die Welle 1 mit einem konischen Abschnitt 29 versehen, welcher zwischen zwei zylindrischen Abschnitten 30,31 verschiedenen Durchmessers liegt. Der fixe, die Führung bildende Teil 32 weist gleichfalls einen konischen Abschnitt 33 zwischen zwei zylindrischen Abschnitten 34,35 von verschiedenem Durchmesser auf. Der zylindrische Abschnitt 34 grösseren Durch-
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messers hat eine so geringe Länge, dass die Welle, wenn sie in die Betriebsstellung geht, sich von diesem Abschnitt völlig trennen kann. Die Welle ist ausserdem mit einer Umfangsnut 36 versehen, die während des normalen Betriebes gegenüber dem zylindrischen Abschnitt 35 geringeren Durchmessers zu liegen kommt, der übrigens, ebenso wie die Umfangsnut, auch weggelassen werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Motorkompressor, bei dem ein Zentrifugalverdichter und der Antriebs-Elektromotor auf einer gemeinsamen, vertikalen Welle sitzen, die sich bei Stillstand gegen ein Spurlager abstützt, der Verdichter so ausgebildet ist, dass sein Laufrad einen nach aufwärts gerichteten Axialschub erzeugt, dem sich eine gleichgerichtete magnetische Axialkraft des Motors überlagert, dessen Rotor so angeordnet ist, dass im Stillstand sein Mittel unterhalb des Mittels des Stators liegt, derart, dass die Welle aus ihrem Spurlager in eine Gleichgewichtslage angehoben wird, in der beim Normallauf der Axialschub des Verdichterlaufrades, das Gewicht der umlaufenden Teile und die axiale magnetische Kraft des Motors ausgeglichen sind, dadurch gekennzeichnet, dass beiderseits des Rotors die ruhende Welle (1)
in radialer Richtung abstützende Längsführungen (14, 15) von einer derartigen Ausbildung vorgesehen sind, dass die Welle aus ihnen austritt, wenn sie in die Lage für Normallauf angehoben wird, wobei besondere Längsführungen (12, 13) die Abstützung der Welle in radialer Richtung übernehmen, wenn sie die Normallaufstellung erreicht hat.