DE102006021703B4

DE102006021703B4 - Ölüberfluteter Schraubenverdichter mit Axialkraftentlastung

Info

Publication number: DE102006021703B4
Application number: DE102006021703.9A
Authority: DE
Inventors: Dr. Mosemann Dieter; Ottomar Neuwirth
Original assignee: GEA Refrigeration Germany GmbH
Current assignee: GEA Refrigeration Germany GmbH
Priority date: 2006-05-10
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2018-01-04
Anticipated expiration: 2026-05-11
Also published as: DE102006021703A1

Abstract

Ölüberfluteter Schraubenverdichter mit zwei Rotoren, einem Hauptrotor (2) mit im wesentlichen konvexen Zahnflanken und einem Nebenrotor (3) mit im wesentlichen konkaven Flankenabschnitten, wobei der Hauptrotor ein Antriebswellenende (5) und einen Ausgleichskolben (11) aufweist, und beide Rotoren (2, 3) von Gehäuseteilen umschlossen werden, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Stirnfläche des Hauptrotors (2), z. B. am druckseitigen Wellenende direkt neben der Axiallagerung, berührungsfrei ein Messglied (12) einer Regelkette angeordnet ist und das Ausgangssignal steuerungstechnisch mit Mitteln zur Änderung des Druckes auf den Ausgleichskolben (11) verbunden ist, wobei der Regelalgorithmus der Regelkette den Druck auf den Ausgleichskolben (11) vergrößert, wenn das Messglied einen größeren Spalt zur Stirnfläche des Hauptrotors (2) infolge zunehmender resultierender Kraft auf die Axiallager (10) erfasst und der Regelalgorithmus der Regelkette den Druck auf den Ausgleichskolben (11) verkleinert, wenn das Messglied einen kleineren Spalt zur Stirnfläche des Hauptrotors (2) infolge abnehmender resultierender Kraft auf die Axiallager (10) erfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ölüberflutete Schraubenverdichter mit zwei Rotoren, einem Hauptrotor mit im wesentlichen konvexen Zahnflanken und einem Nebenrotor mit im wesentlichen konkaven Flankenabschnitten, wobei auf einem Wellenabschnitt des Hauptrotors zur Entlastung des Axialschubes eine rotierende Scheibe, der Ausgleichskolben, berührungsfrei abdichtend angeordnet ist, der mit Drucköl beaufschlagt wird, das nach Passieren des Dichtspaltes des Ausgleichskolbens in Bereiche niedrigeren Druckes abgeführt wird, und axial der Gaskraft auf den Hauptrotor entgegen wirkt. Beide Rotoren werden von Gehäuseteilen umschlossen. Die Profilteile der Rotoren haben Wellenansätze, die von Radiallagern umschlossen werden und an denen die Axialkraft durch Axiallager aufgenommen wird. Die in axialer Richtung der Rotoren wirkende Gaskraft am Hauptrotor ist in Bezug auf den Nebenrotor verhältnismäßig groß. Deshalb besitzt der Hauptrotor den Ausgleichskolben. Die Kraft auf die Axiallagerung des Hauptrotors ist eine Resultierende aus der Differenz der auf den Rotor wirkenden Gaskraft und der auf den Ausgleichskolben wirkenden Entlastungskraft. Der Arbeitsraum, auch als Arbeitskammer bezeichnet, wird durch die Zahnlückeräume der beiden Rotoren, angrenzende Gehäuseteile und andere angrenzende Bauteile, wie zum Beispiel einen Regelschieber, gebildet.
Je nach Position des Regelschiebers werden Umfangswandteile im Bereich der die Rotoren umfassenden Zylinderabschnitte frei gegeben. Durch ein Kanalsystem im Gehäuse strömt bereits angesaugtes Arbeitsmedium als Bypass aus den sich infolge Rotordrehung verkleinernden Zahnlückenräume durch die freigegebenen Umfangswandteile zurück zur Saugseite. Das beeinflusst den Förderstrom des Verdichters und die Axialkraft auf die Lagerung.
Je nach Ansaugdruck, Enddruck, Größe des Auslassfensters und Stellung des Regelschiebers ändert sich die resultierende Kraft aus der Differenz der auf den Rotor wirkenden Gaskraft und der auf den Ausgleichskolben wirkenden Entlastungskraft. Die resultierende Kraft wirkt je nach Betriebszustand des Verdichters in die eine oder andere Richtung. Im Ergebnis werden die Axiallager mehr oder weniger stark in die eine oder andere Richtung belastet. Dabei ändert sich im Bereich des axialen Lagerspieles und der elastischen Verformung des Lagers der Abstand zwischen dem Hauptrotor und den stirnseitigen Gehäusewänden auf der Saugseite und auf der Druckseite des Rotorprofils. Die Entlastungskraft kann die axiale Gaskraft am Hauptrotor bei Teillastbetrieb auch deutlich überschreiten. Deshalb wird bei einer bekannten technischen Lösung die Entlastungswirkung des Ausgleichskolbens bei Teillastbetrieb des Verdichters weggeschaltet. Nachteilig ist, dass dann die gesamte Gaskraft auf die Axiallager wirkt und damit die Lebensdauer der Axiallager unzulässig verkürzt wird.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, die genannten Nachteile zu vermeiden und einen Schraubenverdichter zu schaffen, bei dem die Lagerbelastung auf einem konstanten niedrigen Niveau gehalten wird, indem die Entlastungskraft angepasst wird, so dass die Resultierende aus Gaskraft und Entlastungskraft nahezu konstant ist, die Axiallagerung mit einer vordefinierten Last beaufschlagt wird, eine vordefinierte elastische Verformung der Lagerung sicher gestellt und damit eine ausreichende Lebensdauer, wie sie für Industrieanwendungen erforderlich ist, erreicht wird.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass eine Regeleinrichtung den Druck auf den Ausgleichkolben in Abhängigkeit von der axialen Position des Hauptrotors verändert. Dazu ist vorteilhaft an einer Stirnfläche des Hauptrotors, z. B. am druckseitigen Wellenende direkt neben der Axiallagerung, berührungsfrei ein Messglied einer Regelkette angeordnet. Das Messglied ist vorteilhaft bei einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung ein System Düse-Prallplatte und in einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung ein Sensor bekannter Bauart, z. B. ein Näherungsinitiator. Ein Regelalgorithmus vergrößert den Druck auf den Ausgleichskolben, wenn das Messglied einen größeren Spalt zur Stirnfläche des Hauptrotors infolge sich ändernder Resultierender anzeigt und verkleinert den Druck auf den Ausgleichskolben wenn das Messglied einen kleineren Spalt zur Stirnfläche des Hauptrotors anzeigt. Beim System Düse-Prallplatte sinkt der Druck eines Hilfsfluids, das vorzugsweise aus dem Gas-Hochdruckbereich des Verdichteraggregates abgezweigt wird, in der Düse, wenn der Spalt zur Stirnfläche des Hauptrotors größer wird, und es steigt der Druck in der Düse, wenn der Spalt zur Stirnfläche des Hauptrotors kleiner wird. Der Druck des Hilfsfluids in der Düse steht in einem Wirkzusammenhang mit dem eigentlichen Hydraulikventil zur Änderung des Druckes auf den Ausgleichskolben. Bei Verwendung eines Sensors wird das Signal des Sensors ausgewertet, um den Druck auf den Ausgleichskolben modulierend zu manipulieren. Vorteilhaft wird ein Dreipunktregler verwendet, dessen Ausgangssignal bei Überschreiten der neutralen Zone schrittweise gesteuert auf den Stellmotor des Ventils den Druck für die Ölzufuhr zum Ausgleichskolben durch Öffnen oder Schließen anhebt oder absenkt.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt einen erfindungsgemäßen Schraubenverdichter.
Der Schraubenverdichter gemäß der Erfindung wird am Antriebswellenende 5, das mit dem Hauptrotor 2 drehfest verbunden ist, über eine nicht dargestellte Kupplung angetrieben. Die Zahnlücken des Hauptrotors 2 und des Nebenrotors 3 bilden Arbeitskammern, an die saugseitig Einlassfenster 6 angrenzen.
Durch Rotordrehung am Antriebswellenende 5 ändert sich das Lückenvolumen eines betrachteten Zahnlückenpaares. An den Wellenzapfen sind saugseitig die Radiallager 1 und druckseitig die Radiallager 9 und Axiallager 10 angeordnet. Zum Ausgleich des Axialschubes auf den Hauptrotor ist eine rotierende Scheibe, der Ausgleichskolben 11, berührungsfrei abdichtend angeordnet, der mit Drucköl beaufschlagt wird und axial der Gaskraft auf den Hauptrotor 2 entgegen wirkt. Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführung ist vorteilhaft an einer Stirnfläche des Hauptrotors 2 am druckseitigen Wellenende direkt neben der Axiallagerung 10 berührungsfrei das Messglied 12 einer Regelkette angeordnet. Das Messglied 12 ist ein Sensor bekannter Bauart, z. B. ein Näherungsinitiator. Ein Regelalgorithmus vergrößert den Druck auf den Ausgleichskolben 11, wenn das Messglied einen größeren Spalt zur Stirnfläche des Hauptrotors infolge sich ändernder Resultierender anzeigt und verkleinert den Druck auf den Ausgleichskolben 11, wenn das Messglied 12 einen kleineren Spalt zur Stirnfläche des Hauptrotors 2 anzeigt.
Bezugszeichenliste

1: Radiallager
2: Hauptrotor
3: Nebenrotor
4: Ansaugkanal
5: Antriebswellenende
6
7
8
9: Radiallager
10: Axiallager
11: Ausgleichskolben
12: Messglied

Claims

Ölüberfluteter Schraubenverdichter mit zwei Rotoren, einem Hauptrotor (2) mit im wesentlichen konvexen Zahnflanken und einem Nebenrotor (3) mit im wesentlichen konkaven Flankenabschnitten, wobei der Hauptrotor ein Antriebswellenende (5) und einen Ausgleichskolben (11) aufweist, und beide Rotoren (2, 3) von Gehäuseteilen umschlossen werden, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Stirnfläche des Hauptrotors (2), z. B. am druckseitigen Wellenende direkt neben der Axiallagerung, berührungsfrei ein Messglied (12) einer Regelkette angeordnet ist und das Ausgangssignal steuerungstechnisch mit Mitteln zur Änderung des Druckes auf den Ausgleichskolben (11) verbunden ist, wobei der Regelalgorithmus der Regelkette den Druck auf den Ausgleichskolben (11) vergrößert, wenn das Messglied einen größeren Spalt zur Stirnfläche des Hauptrotors (2) infolge zunehmender resultierender Kraft auf die Axiallager (10) erfasst und der Regelalgorithmus der Regelkette den Druck auf den Ausgleichskolben (11) verkleinert, wenn das Messglied einen kleineren Spalt zur Stirnfläche des Hauptrotors (2) infolge abnehmender resultierender Kraft auf die Axiallager (10) erfasst.
Schraubenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messglied (12) ein System Düse-Prallplatte ist, das ein Hilfsfluid benutzt, dessen Druck in der Düse fällt, wenn der Spalt zur Stirnfläche des Hauptrotors (2) größer wird und steigt, wenn der Spalt zur Stirnfläche des Hauptrotors (2) kleiner wird und dieser Druck in einem Wirkzusammenhang steht mit den Mitteln zur Änderung des Druckes auf den Ausgleichskolben (11).
Schraubenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messglied (12) ein Sensor ist, dessen Ausgangssignal den Druck auf den Ausgleichskolben (11) moduliert.
Schraubenverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Messglied (12) ein Sensor ist, dessen Ausgangssignal in einem Dreipunktregler mit einer neutralen Zone ausgewertet wird, und ein Ventil mit einem Stellmotor für die Ölzufuhr zum Ausgleichskolben (11) angeordnet ist, wobei der Druck für die Ölzufuhr zum Ausgleichskolben (11) bei Verlassen der neutralen Zone schrittweise durch den Stellmotor durch Öffnen oder Schließen des Ventils angehoben oder abgesenkt wird.
Schraubenverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strömungsverbindung für das Hilfsfluid zwischen dem Gas-Hochdruckbereich des Verdichteraggregates und dem System Düse-Prallplatte vorhanden ist.
Schraubenverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallplatte durch die Stirnfläche des Hauptrotors (2) zur Lagerbefestigung gebildet wird.
Schraubenverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Düse, Kanalsystem für das Hilfsfluid und modulierendes Öldruckregulierventil für die Druckölzufuhr des Ausgleichskolbens (11) eine Baueinheit bilden.