DD210565A3 - Einrichtung zur axialkraftentlastung der rotoren eines schraubenverdichters - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Axialkraftentlastung der Rotoren eines Schraubenverdichters mit angeflanschtem Halbhermetikmotor und Oelinjektion, insbesondere fuer ein hohes Arbeitsdruckverhaeltnis und kleinem Rotordurchmesser, bei dem zur Axialkraftentlastung Entlastungskolben auf den Rotorwellen angebracht sind. Ziel der Erfindung ist es, durch eine wirkungsvolle Axialkraftentlastung bei kleinem Rotordurchmesser eine hohe Lebensdauer der Waelzlager zu erreichen, ohne dass eine gesonderte Druckquelle erforderlich waere. Dazu soll nach der Aufgabe der Erfindung die wirksame Flaeche der Entlastungskolben moeglichst gross sein, bei Verwendung einer im System vorhandenen Druckquelle, deren Druck nicht groesser als der Verdichtungsenddruck ist.Nach der Erfindung ist der Halbhermetikmotor mit dem druckseitigen Ende der Rotorwelle verbunden,wobei im Motorraum Saugdruck herrscht.Die Zylinderraeume der Entlastungseinrichtungen auf der Hochdruckseite sind mit dem Kompressionsraum direkt verbunden, so dass das Foerdermedium unter vollem Druck die Entlastungskolben beaufschlagt. Die Zylinderraeume der Entlastungskolben auf der Niederdruckseite sind mit den Zylindern der Entlastungseinrichtungen der Hochdruckseite verbunden. Die Erfindung ist besonders vorteilhaft bei Schraubenverdichtern mit Oelinjektion und hohem Arbeitsdruckverhaeltnis anwendbar.

Description

Titel der Erfindung

Einrichtung zur Axialkraftentlastung der Rotoren eines Schraubenverdichter

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Axialkraftentlastung beider Rotoren eines Schraubenverdichters in HaIbhermetikbauweise mit angeflanschtem von Gas durchströmten Elektromotor, Ölinjektion zur Kühlung, Schmierung und Abdichtung sowie hohen Arbeitsdruckverhältnissen, insbesondere für Rotoren sehr kleinen Durchmessers, durch auf der Saug- und/oder Druckseite der Rotorwellen angebrachte Entlastungskolben, die durch Labyrinthdichtungen und zugeführtes Öl gegen ihren Zylinderraum abgedichtet sind.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei Schraubenverdichtern werden die Rotoren nicht nur radial, sondern auch axial durch das Fördermedium entgegen der Durchströmrichtung belastet, was gesonderte Axiallager erforderlich macht, da übliche Wälzlager nur geringe Axialkräfte aufnehmen können· Da Axiallager und ihre Anordnung aufwendig sind, hat man an den Rotoren Einrichtungen zur Axialkraftentlastung angebracht, um gesonderte Axiallager zu vermeiden (z.B. DE-OS 14 28 244 £1· 27c,3/01)·

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Auf den Wellenzapfen der Rotoren sind Entlastungskolben fest angebracht und laufen mit um· Zusammen mit entsprechend gestalteten Lagergehäusen wurden Kolben-Zylinder-Systeme geschaffen, die mit Druckmittel beaufschlagt in Durchströmrichtung wirkende Axialkräfte erzeugen, die den vom Fördermedium ausgeübten Axialkräften entgegenwirken (DD-PS 80 961 Kl· F 04 G 29/00)·

Als Druckmittel wird Öl aus einer gesonderten Druckquelle dem jeweiligen Zylinderraum zugeführt· Zur Abdichtung sind die Entlastungskolben mit Labyrinthdichtungen versehen, die bei Öl als Druckmittel eine gute Abdichtung bei geringen Leckverlusten bewirken· nachteilig ist jedoch der hohe Aufwand für die gesonderte Druckquelle, deren Druck den auf tretenden Axialkräften weitestgehend angepaßt werden muß, um den angestrebten Zweck zu erreichen·

Es ist auch bekannt, bei einem Trockenlaufverdichter als Druckmittel das vom Verdichter geförderte Gas zu verwenden (DE-OS 23 18 467 Kl. P 04 C 17/12). Dazu sind in der Hochdruckendwand kleine Öffnungen, durch die das zwischen der Stirnfläche der Rotoren und der Hochdruckendwand als unvermeidliche Leckverluste zwischen den Arbeitskammern strömende Gas in den Zylinderraum der Axialkraftentlastungseinrichtung strömt. Bei einem großen Stirnspalt zwischen den Rotoren und der Hochdruckendwand strömt viel Gas in den Zylinderraum und bewirkt einen entsprechenden Druck auf den Bntlastungskolben· Dadurch verringert sich der Stirnspalt und so die Menge an zugeführtem Gas, was zu einem geringeren Druck auf den Bntlastungskolben führt. Es soll auf diese Art eine selbsttätige Regelung der Axialkraftentlastung erfolgen. Durch die Verwendung von Gas als Druckmittel sind die Leckverluste am Entlastungskolben sehr groß. Der Druck im Zylinderraum liegt deshalb erheblich unter dem Förderdruck. Es ist ein relativ großer Kolbendurchmesser erforderlich, zumal die wirksame Kolbenfläche,durch die Fläche der Rotorwelle vermindert, nur eine Ringfläche ist.

Die Größe des Kolbens ist jedoch durch den Achsabstand der Rotoren begrenzt· Bei Anwendung dieser Einrichtung an Verdichtern mit Qlinjektion werden durch das Öl die Leckverluste am Stirnspalt erheblich vermindert· Es gelangen nur geringe Gasmengen in den Zylinderraum. Ein ausreichender Druck auf den Entlastungskolben kann sich nicht aufbauen· Die Anwendung dieser Entlastungseinrichtung ist deshalb auf Trockenlaufverdichter mit geringem Arbextsdruckverhältnis und Entlastung nur eines Rotors begrenzt·

Bei einem hohen Arbextsdruckverhältnis treten entsprechend hohe Axialkräfte auf, die es erfordern, die Axialkraftentlastung nicht nur am Hauptrotor, sondern auch am Uebenrotor vorzusehen, wobei Entlastungskolben sowohl auf der Hochdruckseite, als auch auf der Niederdruckseite der Rotoren angebracht werden können· (DE-OS 24 32 159 Kl. P 01 C 1/16)· Der maximale Durchmesser der Entlastungskolben wird durch den Achsabstand der Rotoren bestimmt. Die wirksamen Kolbenflächen sind auf der Hochdruckseite um die Querschnittsflächen beider Rotorwellen und auf der Hiederdruckseite um die Querschnittsfläche der angetriebenen, mit dem Motor verbundenen Rotorwelle vermindert· Gerade diese Rotorwelle unterliegt einer sehr hohen Axialbelastung durch die Gaskräfte bei der Verdichtung. Bei halbhermetischen Kältemittelverdichtern ist der Verdichter saugseitig fest mit dem Motorgehäuse verbunden, das vom Gas unter Saugdruck durchströmt wird·

Bei kleinen Schraubenverdichtern und damit kleinen Rotordurchmessern, aber mit einem hohen Arbeitsdruckverhältnis und dazu notwendigen Antriebskräften, ist das Verhältnis zwischen möglichem Durchmesser des Entlastungskolbens und dem die wirksame Kolbenfläche vermindernden Querschnitt der Rotorwellen sehr ungünstig· Bs ist unter diesen Bedingungen keine ausreichende AxLalkraftentlastung zu erreichen· Erhöhter Verschleiß der radialen Wälzlager der Rotoren ist die Folge·

Als Ausweg bietet sich nur an, eine gesonderte Ölpumpe vorzusehen, die mit einem über dem Förderdruck liegenden Druck die Kolben zur Axialkraftentlastung beaufschlagt· Dazu wäre noch eine Regeleinrichtung notwendig, die diesen Druck den tatsächlich auftretenden Axialkräften anpaßt· Der kleine Schraubenverdichter wird damit aufwendig nicht nur durch diese zusätzlichen Aggregate, sondern auch in bezug auf den Platzbedarf·

Bei halbhermetischem Verdichter, dessen Druckseite mit dem Hermetikmotor verbunden ist, strömt Druckgas durch den Motorraum (DE-PS 16 01 058 Kl. P 25 B 43/02). Der Nachteil besteht in der relativ hohen Wicklüngstemperatur, wodurch das Einsatzgebiet des Verdichters eingeschränkt ist und die Lebensdauer des Antriebsmotors vermindert wird·

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, bei kleinen Schraubenverdichtern mit hohem Arbeitsdruckverhältnis durch wirkungsvolle Axialkraftentlastung der Rotoren eine hohe Lebensdauer der Wälzlager ohne gesonderte aufwendige Druckquelle zu erreichen·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, an einem Schraubenverdichter mit zwei Rotoren sehr kleinen Durchmessers, halbhermetisch angeflanschtem Elektromotor und Ölinjektion eine Anordnung zur weitestgehenden Axialkraftentlastung der Rotoren zu entwickeln, bei der die wirksame Fläche der Entlastungskolben möglichst groß ist, bei Verwendung einer im System vorhandenen Druckquelle, deren Druck nicht größer als der Verdichtungsenddruck ist.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Hermetikmotor mit dem druckseitigen Ende der Rotorwelle verbunden ist, wobei im Motorraum Saugdruck herrscht und die Zylinderräume der Entlastungseinrichtung auf der Hochdruckseite mit dem Kompressionsraum direkt verbunden, mit dem Fördermedium unter dessen vollen Druck direkt beaufschlagt sind und die Zylinderräume auf der Hiederdruckseite mit den Zylinderräumen auf der Hochdruckseite direkt verbunden sind·

Das Fördermedium besteht aus einem Gemisch von Gas und indiziertem Öl, das in die Zylinderräume der Entlastungskolben gelangt. Durch die Rotation der Kolben wird das Öl nach außen geschleudert und bewirkt eine gute Abdichtung zum Zylinderraum.

Das über das Labyrinth zur Saugseite abströmende Lecköl dient zur Lagerschmierung. Ein Panschen der Wälzlager im Ölbad und damit verbundener Leistungsverlust wird vermieden.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung des· unter Saugdruck stehenden Hermetikmotors auf der Hochdruckseite des Verdichters wird auf einfache Weise hinter dem dortigen Entlastungskolben und an den Stirnflächen der Rotoren Saugdruck geschaffen.

Bei Anordnung eines Entlastüngskolbens auf der Niederdruckseite wird die gesamte Fläche des Entlastungskolbens unter Einbeziehung der Querschnittsfläche der Rotorwelle wirksam· In den Zylindern der Entlastungseinrichtung herrscht Kompressionsdruck, der bei dieser Anordnung eine ausreichende Axialkraftentlastung bewirkt· Eine gesonderte Druckquelle ist nicht erforderlich·

Ausführungsbeisiel

Die Zeichnung zeigt einen Schnitt durch einen halbhermetischen Kältemittel-Schraubenverdichter.

Der Schraubenverdichter 1 ist mit seinem druckseitigen Lagergehäuse 2 am Motorgehäuse 3 befestigt· Die druckseitige Rotorwelle 4 ist mit der Motorwelle 5 verbunden· Auf der Rotorwelle 4 ist ein druckseitiger Entlastungskolben 7 und auf der saugseitigen Rotorwelle 8 ein weiterer Entlastungskolben 9 angeordnet· Die Bntlastungskolben 7»9 sind mit der jeweiligen Rotorwelle 4»8 fest verbunden·

Der Kältemitteldampf wird über den Anschlußstutzen 11 angesaugt, durchströmt den Motorraum 12, den Saugkanal 13» die Saugkammer 14 und gelangt in den Arbeitsraum der Rotoren 15»16· In den Arbeitsraum der Rotoren 15»16 wird in nicht näher dargestellter Weise Öl zur Kühlung, Schmierung und Abdichtung injiziert.

Das Kältemittel-Öl-Gemisch verläßt den Kompressionsraum 17 und strömt über den Auslaßschlitz 18 in den Umlenkkanal 19· Infolge der reduzierten

Strömungsgeschwindigkeit nach dem Auslaßschlitz 18 und der Umlenkung gelangt Öl mit einem Anteil Kältemittelgas über die Öffnung 20 in die Ölfalle 21· Der Zylinderraum 22 ist hierdurch mit dem Kompressionsraum direkt verbunden. Auf den Bntlastungskolben 7 wirkt der volle Kompressionsdruck·

Das im Zylinderraum 22 befindliche Öl wird durch die Zentrifugalkraft des rotierenden Bntlastungskolbens 7 zu dessen Umfang gefördert, wo es zusammen mit den Labyrinthnuten eine Abdichtung zum Motorraum 12, der unter Saugdruck steht, bewirkt·

Durchtretendes Lecköl dient der Schmierung und Kühlung der Lager·

Der saugseitige Sntlastungskolben 9 im Lagergehäuse 10 wird über die Bohrung 6 mit unter Förderdruck stehendem Öl beaufschlagt, das an beliebiger Stelle dem Zylinderraum 22 entnommen ist. Das Druckmittel kann auch nur aus Öl bestehen, welches dem Ölabscheider entnommen ist und gekühlt sein kann·

Durch die erfindungsgemäße Anordnung des unter Saugdruck stehenden Motors auf der Hochdruckseite kann das am Sntlastungskolben 7 als Leckströmung hindurchtretende Öl über den Motorraum einfach in den Kreislauf zurückströmen.

Der wichtigste "Vorteil dieser Anordnung besteht jedoch darin, daß auf der Uiederdruckseite die wirksame Fläche nicht nur aus der Ringfläche des Entlastungskolbens 9 besteht, sondern auch aus der Stirnfläche 23 der Rotorwelle· Damit ergibt sich eine wesentliche Verbesserung der Axialkraftentlastung, die besonders bei kleinem Rotordurchmesser, demzufolge kleinem Achsabstand und kleinem Durchmesser der Bntlastungskolben, wirksam ist·

Bin weiterer Vorteil besteht durch den ölgefüllten Zylinderraum 22 in der Abdichtung des Ringspaltes zwischen Rotorzapfen und Rotorgehäuse, womit eine Gasströmung vom hochdruckseitigen Lagerungsraum zur Saugseite weitestgehend verhindert wird.

Ein Vorteil besteht in der Reduzierung des Aufwandes für die sonst von außen notwendige Druckmediumzuführung in die Zylinderräume 22·

Der wesentliche Vorteil in der Anordnung des unter Saugdruck stehenden Antriebsmotors auf der Druckseite des Verdichters ist die Reduzierung der auftretenden Axialkraft und die Anordnung von zwei wirksamen Entlastungskolben auf einen Rotor· Damit besteht die Möglichkeit, selbst bei hohem Arbeitsdruckverhältnis die Axialkraft voll zu kompensieren und damit den gesamten Lageraufwand zu reduzieren·

Bei der Anordnung des Entlastungskolbens nur auf der Hochdruckseite des Rotors ergibt sich der Vorteil, daß beide Stirnflächen der Rotorwellen eines Rotors mit Saugdruck beaufschlagt sind, so daß keine Axialkraftdifferenz auftritt·

Claims (3)

Erfindungsansp ruch.

1· Einrichtung zur Axialkraftentlastung beider Rotoren eines Schraubenverdichters in Halbhermetikbauweise mit angeflanschtem, von Kältemittelgas durchströmten Elektromotor, Qlinjektion zur Kühlung, Schmierung und Abdichtung, sowie einem hohen Arbeitsdruckverhältnis, insbesondere für Rotoren sehr kleinen Durchmessers, durch auf der Saug- und/oder Druckseite der Rotorwellen angebrachte Entlastungskolben, die in um die Rotorwellen angebrachten Zylinderräume axial durch Labyrinthdichtungen und zugeführtes Öl abgedichtet sind, gekennzeichnet dadurch, daß der unter Saugdruck stehende Hermetikmotor (3) mit dem druckseitigen Ende der Rotorwelle (4) verbunden ist und die Zylinderräume (22) der Entlastungseinrichtungen (7;9) auf der Hochdruckseite mit dem Kompressionsraum (17) direkt verbunden, mit- dem Fördermedium unter dessen vollem Druck beaufschlagt sind und die Zylinderräume (24)auf der Mederdruckseite mit den Zylinderräumen (22) auf der Hochdruckseite direkt verbunden sind·

2· Einrichtung nach Pkt· 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Saugkanal (13) im Mittelbereich unterhalb der Rotoren (15»16) angeordnet ist·

3· Einrichtung nach Pkt· 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Stirnflächen der Rotorwellen-Druckseite (4) mit Saugdruck belastet sind.

3IMR11933* 07 9¹TO