Mehrstufiger Schraubenradkotnpressor Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schrau- benradkompressor mit mindestens zwei Druckstufen, bestehend aus zwei schraubenförmigen., dichtend in- einandergreifenden, der Anzahl der Druckstufen ent sprechend in Abschnitte unterteilten, von einem Ge häuse mit die Druckstufen dicht voneinander tren nenden Zwischenwänden umschlossenen männlichen und weiblichen Rotoren,
wobei die männlichen Ro- torschnitte schraubenförmige konvexe Kämme und dazwischenliegende Nuten und die weiblichen Rotor abschnitte schraubenförmige konkave Kämme und dazwischenliegende Nuten aufweisen und, wobei die Abschnitte jedes Rotors durch voneinander trennbare Teilrotoren gebildet sind.
Die Rotoren dieser Kompressoren werden mei stens aus gesondert hergestellten Teilrotoren zusam mengesetzt, und bei dem Zusammenbau des Kom- pressors werden die miteinander zusammenwirken den Teilrotoren einer Druckstufe in korrekte Winkel lage zueinander eingestellt und in dieser Lage durch ein Synchronisiergetriebe miteinander verbunden. Ein solches Getriebe für einen einstufigen Kompressor ist ziemlich einfach; aber wenn es sich um mehrstufige Kompressoren handelt, werden die Synchronisier vorrichtungen sehr verwickelt.
Die Synchronisiervorrichtung hat die Aufgabe, einen Spielraum zwischen den. miteinander zusam menwirkenden Kämmen der Rotoren aufrechtzuerhal ten, um Reibung zu verhindern. In radialer Richtung sind :
die Rotoren somit nur vom Gasdruck belastet. Um Beimischung von Schmieröl in die verdichtete Luft zu vermeiden, hat man bisher auf eine Zwischen lagerung der Rotoren verzichtet und die Rotoren so steif ausgeführt, dass die Durchbiegung der nur an den Enden gelagerten Rotoren mässig wird. Diese Durchbiegung bedeutet jedoch,
dass man mit recht grossen Spielräumen zwischen Rotoren und Gehäuse wänden rechnen muss, was deri Wirkungsgrad ver schlechtert. Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaf fung eines Kompressors der eingangs beschriebenen Art, bei d'em verwickelt Synchronisiervorrichtungen fortfallen können und ein verbesserter Wirkungsgrad erzielt werden kann. Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
dass die Teilrotoren des einen Rotors drehfest miteinandtr verbunden sind', während die Teilrotoren des anderen Rotors wenigstens eine begrenzte Drehbeweglichkeit zuein- ander besitzen und wenigstens einer davon über den entsprechenden Teilrotor des ersten Rotors ange-. trieben, wird,
und dass wenigstens die Teilrotoren dies getriebenen Rotors an ihren gegenein.anderweisen- den Enden mit koaxialen zylindrischen Ansätzen ein zeln in den die Druckstufen trennenden Z;
Wischen- wänden des Gehäuses gelagert sind. Bei der Drehmomentübertragung vom einen zum anderen Rotor wirken an den Berührungsstellen tangentiale Kräfte,
die entgegengesetzte Biegungs- momente verursachen. Der auf den treibenden Ro tor wirkenden Kraft ist im wesentlichen die von dem Gasdruck herrührende Kraft entgegengesetzt, während für den getriebenen Rotor das Um- gekehrte gilt. Vorteilhaft ist deshalb jeder Teilrotor des getriebenen Rotors an beiden Enden gelagert, vorzugsweise derart,
däss die Teilrotoren hinsichtlich Biegungsmomente als völlig unabhängig voneinander erachtet werden können. Da dann die gegeneinandier- weisenden Enden der Teilrotoren des getriebenen Rotors in radialer Richtung festgehalten werden, ist es zweckmässig, auch. den treibenden Rotor durch Zwischenlagerungen zu stützen. In Abhängigkeit von der Form der Kämme bzw.
Nuten und somit vom Verlauf der Dichtungslinie zwischen den Rotoren kann die in den Nuten befind liche, verdichtete Luft eine treibende oder bremsen'd'e Wirkung auf den getriebenen Rotor ausüben. Es ist deshalb möglich, die, Teilrotoren einer Stufe so auszu führen, dass sie einander drucklos oder höchstens. un ter einem sehr geringen Druck berühren..
Reibungs probleme entstehen daher .nicht, auch wenn aus be sonderen Grüniden kein Schmieröl verwendet werden darf. Unter solchen Umständen können die Lager abgedichtet angeordnet werden, so dass ihnen Schmiermittel zugeführt werden kann.
Ausführungsbeispiele des Erfihdungsgegenstand@es sind auf der beiliegenden Zeichnung dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt eines Schrauben radkompressors mit Synchronisiergetriebe.
Fig.2 zeigt einen Längsschnitt einer anderen Ausführungsform eines Schraubenradikkompressors gemäss der Erfindung, jedoch in diesem wie in allen nachfolgenden Fällen ohne Synchronisiergetriebe.
Fig.3 zeigt einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform.
Fig. 4 zeigt auch im Längsschnitt eine Variante, die ähnlich der in Fig. 3 gezeigten; ist.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt der Ausführungs form gemäss Fig. 2 in Richtung dies Pfeiles 5-5 gese hen.
Fig. 6 zeigt einen Querschnitt der Ausführungs form gemäss Fig. 4 in Richtung des Pfeiles 6-6 ge sehen:, und Fig. 7 zeigt eine Detailansicht einer ia'bgeänderten Konstruktion, die ähnlich der in Fig. 6 gezeigten ist.
Der in Fig. 1 gezeigte Schraubenradkompressor weist ein Gehäuse 10 auf, :das einen Mantelteil 12 und Stirnplatten 14 und 16 hat, welche die Enden der Maschine abschliessen. Das dargestellte Beispiel ist ein Zweistufenkompressor, der mit zweistufigen Sätzen von männlichen und weiblichen Teilrotoren bzw. Rotorabschnitten 18, 20 und 22, 24 versehen ist.
Das Gehäuse 10 der Maschine bildet eine mit ihm aus einem Stück bestehende Zwischenwand 26, welche die Rotorabschnitte 18, 22 und 20, 24 der Nieder- und Hochd tuckstufen 28 und 30 trennt. In üblicher Weise sind die äusseren Enden 32, 34 und 3.6, 38 der Rotorsätze in den Stirnwänden des Ge häuses gelagert, jedoch sind weiter die Rotorabschnitte 18, 20 und 22, 24 der betreffenden Druckstufe in der Zwischenwand 26 abgestützt.
Der männliche Rotorabschnitt 18 der ersten Druckstufe bildet ein Wellenglied 40, das dien männlichen Rotorabschnitt 20:
der zweiten Druckstufe <B>310</B> abstützt, welcher Ro- torabsch#nitt seinerseits als eine Hülse mit Absetzung und Anschlag 42 gebildet ist, um durch einen Bolzen 44 mit dem männlichen Rotorabschnitt 18 der ersten Stufe 28 verbunden zu werden.
Was die Ausbildung des weiblichen Rotors be- trefft, ist dieser in dieser Hinsicht gleich dem männ- lichen Rotor. Die Rotorabschnitte 18, 20 des männlichen Ro tors sind in Umfangsrichtung in bezug aufeinander mittels Keilen 45 festgelegt, jedoch kann diese Fest legung auch z. B. mittels Klauen oder dergleichen er folgen.
Die Rotorabschnitte 22, 24 des weiblichen Rotors sind miteinander mittels dies Bolzens 44' ver bunden, jedoch ohne Keile oder dergleichen, d. h. auf solche Weise, dasseine relative Beweglichkeit in Umfangsrichtung möglich ist.
Der männliche Rotor besitzt an der Eingangs seite der ersten Druckstufe 28 eine Antriebswelle 46, auf welcher ein Getrieberad 48 vorgesehen ist, wel ches mit einem entsprechenden Getrieberad 50 am Eingangswellenglied 52 des weiblichen Rotorab- schnnttes 22 der ersten Rotorstufe 28 zusammen wirkt.
Die Zwischenwand 26 ist mit Axiallagern für die einander treffenden Rotorabschnitte 18, 20 und 22, 24 versehen. Bei dem gezeigten Beispiel sind die La ger axial in Hälften 54, 56 und 58, 60 unterteilt, um die Montage zu vereinfachen. Zusammen mit dien Stirnlagern 62, 64 und 66, 68 in den Stirnwänden 14, 16 ergibt sich somit in einem Zweistufenaggregat eine Abstützung für jeden Rotorabschnitt sowohl an den Enden als in der Zwischenwand.
Hierdurch ist es möglich, geeignete Rotorlängen für jede Druck- stufe auszuwählen und ferner geeignete Gesamtlängen der Rotoren zwischen dien Stirnwänden.
Aus dem Vorangehenden ist ersichtlich, diass die Zwischenwand 26 ein Trag- oder Abstützlager für die Rotoren bildet, um Schwingungen oderandere 17belständ@e zu verhindern, die sich bei grossen Ge samtlängen der Maschine ergeben. Die Zwischen wand 26 wird ferner dazu benutzt, um beide Rotor stufen 28, 30 gegenseitig abzudichten:.
Eine gute La gerabstützung .sowie eine wirksame Abdichtung wird ferner auf die in Fig. 1 angegebene Weise erhalten, indem das Schmiermittel oder andere Abdichtungs flüssigkeit in :der - vorteilhaft hohlen - Zwischen wand 26 durch Öffnung 70 und Düse 72 zugeführt wird, um dieses in diene Stütz- und Traglagerhälften 54, 56, 58; 60 zu verteilen. Diese Zuführung kann jedoch auf andere Weise geschehen, z.
B. in der Nie- derdruckstufe 28, wodurch auf diese Weise auch der Zwischenwand Schmier- und Abdichtmittel zugeführt werden kann.
Die Lage der Zwischenwand, 26 bestimmt die in jeder Druckstufe gewählte Rotorlänge. Für die Her stellung ist von Vorteil, dass die Rotorabschnitte mit einem und demselben Grundprofil bearbeitet sein können, jedoch mit verschiedenen Steigungen.
Wie vorstehend erwähnt, ist die Erfindung nicht auf Rotationsmaschinen mit Synchronisiergetrieben zwischen den Rotorsätzen beschränkt. Fig. 2 wie auch die folgenden Figuren machen es klar, dass der weib liche Rotorsatz direkt von dem männlichen Rotor satz angetrieben sein kann.
Gegenüber der Ausführungsform in Fig. 1 ist s omi *t in, Fig. 2 das Synchronisiergetriebe weggelas- sen.
Die Verbindung 44 zwischen den Rotorabschnit- ten 18, 20 des männlichen Satzes ist die gleiche wie in Fig. 1, jedoch sind im Gegensatz dazu die Rotor abschnitte 22', 24' des weiblichen Satzes vollständig voneinander getrennt-, d. h. ganz unabhängig vonein- ander. Der männliche Rotor treibt somit den weibli chen Rotor durch den gegenseitigen Eingriff der schraubenförmigen Kämme und Nuten in dien bei den Stufen an.
Um die Axialkräfbe aufzunehmen, sind an den Enden des weiblichen Rotors Axiallager 88, 90 vorgesehen.
Fig. 2 und die zugehörige Fig. 5 zeigen weitere Details. Das Gehäuse bildet hier getrennte Mantel teile 76, 78 für jede Druckstufe und zwischen diesen Mantelbeilen liegt die auch geteilte Zwischenwand 80. Die Mantelteile und die Zwischenwand werden nach einander in Axialrichtung aneinandergefügt, und ein solcher Zusammenbau vereinfacht und ve@bifligt in vielen Fällen die Rotationsmaschine bezüglich Her stellung.
Wie auch am besten aus Fig. 5 hervorgeht, ist die Zwischenwand zweckmässig in Hälften 82, 84 längs der Ebene 86-86 durch die Mittelachsen der Rotoren unterteilt. Die gleiche Ausführung kann für die Mantelteile des Gehäuses angewendet werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 geht der männliche Rotorabschnitt 18 von der Niederdruck stufe 28 zur Hochdruckstufe in ein starres Wellen glied 92 über, welches als Träger für den Rotorab- schnitt der Hochdruckstufe 30 dient, welche letztere Stufe eine Hülse 94 aufweist, die auf das Wellenglied 92 aufgeschoben ist,
in bezug auf welches die Hülse mittels einer Keilverbindung 96 gegen Drehen im Umfangssinn und gegen Axialverschiebung mittels eigenen Absetzungen und Anschlägen 98 und die ab gedichtete Mutter 100 festgelegt ist. Der weibliche Rotorabschnitt 22 der Niedemdrucksbufe 28 bildet ein reduziertes Wellenglieds 102 in der Richtung gegen die Hochdruckstufe 30.
An das Ende des Wellenglie des 102 ist ein Flansch 104 eines als Zugstange wir kenden biegsamen Weidengliedes 106 mittels Bolzen befestigt, welches mittels Absetzung oder Anschlag 108 in einen, erweiterten Teil 110 übergeht, auf welchen der weibliche Abschnitt 112 der Hochdruck stufe 30 aufgeschoben ist. Dieser weibliche Rotor abschnitt weist eine Hülse auf, welche gegen axiale Verschiebung mittels der Absetzungen 108 und eine Sicherungsmutter 114 befestigt ist.
Der weibliche Rotorabschnitt der Hochdruckstufe kann sich in Be zug auf die verbleibenden Rotorabschnitfie einstellen, da es keine Keilverbindung oder dergleichen zwischen dem Schaftglied des Abschnittes und der Rotorhülse gibt. Die biegsame Welle oder Zugstange 106 ergibt eine äusserst zweckmässige Verteilung der Lager drücke an allen vier Lagerstellen jedes Rotorsatzes.
In. Zusammenhang mit Fig.4 ist zu beachten, dass es hinsichtlich Herstellung zweckmässig sein kann, den Mantelteil 12 des Gehäuses mit Bohrungen 116, 118 für die Rotoren zu versehen, welche ohne Unterbrechung gebohrt sind, d. h. in ein und dersel- ben Einspannung, und daher von einem Ende der Maschine zum anderen laufen.
Fig.4 und 6 zeigen zusammen eine passende Ausführung der Abstützungs- und Abdichtungs-Zwi- schenwand 120 zwischen beiden Druckstufen 28, 30.
Es .ist denkbar, diese Zwischenwand aus einem einzi gen Stück herzustellen, jedoch besteht eine einfachere Lösung darin, die Zwischenwand in zwei Hälften 122, 124 zu teilen, von welchen jede zur Hauptsache dem Querschnitt der entsprechenden Bohrung 116, 118 der männlichen und weiblichen Rotora'bschnitte 18, 94 und 22, 112 entspricht. Sie sind gemäss Fig. 4 und 6 mit je einer Ausnehmung 126, 128 versehen, um gegenseitige entsprechende überhängende Teile 130, 132 zwischen den Bohrungen 116, 118 aufzu nehmen.
Diese Ausführung ist hinsichtlich Herstel lung vorteilhaft, jedoch können alternativ die Hälf ten 136, 138 der geteilten .Zwischenwand, wie in Fig. 7 gezeigt ist, einander längs einer Ebene durch die Schnittlinien 134 zwischen beiden Bohrungen 116, 118 berühren. Eine eingedrehte Nut 140 für Druckflüssigkeit dichtet die Druckstufen gegenseitig ab.
Im übrigen entspricht, die Ausführung der männ- lichen und weiblichen Rotoren in Fig. 4 und 6 der in Verbindung mit Fig. 3 beschriebenen Ausführung.
In jedem Rotorsatz können die Rotorabschnitte mit dem gleichen Grundprofil, jedoch -mit verschie den steigenden Schrauben versehen sein: Hierdurch wird gleichzeitig die Herstellung wesentlich verein facht, da diejenigen Verluste, die bei bisherigen An ordnungen auftraten, vermieden sind.
Durch Wahl ein und desselben Grundprofils in jeder Rotorstufe können die entsprechenden Längen der Rotorab- schnitte passend gewählt werden mit Rücksicht auf die Trag- und Abstützwirkung der Zwischenwand in bezug auf die Rotorsätze. Durch Benutzung des gleichen Basisprofils in jedem Rotorsatz ergibt sich die.
einfachste Bearbeitung, welche sogar programm gesteuert oder auf andere Weise die Grundlage von vereinfachter Automatisierung bilden kann.