DE102006021704A1

DE102006021704A1 - Schraubenverdichter für große Antriebsleistungen

Info

Publication number: DE102006021704A1
Application number: DE102006021704A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr. Mosemann; Dmytro Dr. Zaytsev; Ottomar Neuwirth
Original assignee: Grasso GmbH Refrigeration Technology
Current assignee: GEA Refrigeration Germany GmbH
Priority date: 2006-05-10
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2026-05-11
Also published as: JP2007303466A; RU2435985C2; US20070264146A1; GB2438034A; JP5080128B2; GB0706661D0; US7618248B2; CH699438B1; RU2007115912A; ITRM20070160A1; GB2438034B; DE102006021704B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ölüberflutete Schraubenverdichter mit jeweils einem Hauptrotor und einem Nebenrotor, vorzugsweise mit einem Zähnezahlverhältnis von 4 : 6, 5 : 6 oder 5 : 7. Um die Lagerbelastung bei höheren Betriebsdrücken zu verringern, sind die Profilteile der Rotoren gekürzt und eine Zwischenplatte ist im entstandenen Freiraum funktionsgerecht angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ölüberflutete Schraubenverdichter für große Antriebsleistungen. Solche Schraubenverdichter besitzen folgende Hauptbauteile: zwei Rotoren, einen Hauptrotor mit im wesentlichen konvexen Zahnflanken mit vier, fünf oder sechs Zähnen, und einen Nebenrotor mit sechs oder sieben Zähnen, wobei der Hauptrotor ein Antriebswellenende aufweist, und beide Rotoren von Gehäuseteilen umschlossen werden, ein Sauggehäuseteil, das mindestens Teile eines Ansaugkanals und Teile eines Einlassfensters zum Eintritt des Arbeitsmediums in die Zahlenlücken des Rotorpaares aufweist, ein Rotorgehäuseteil, das den profilierten Teil der Rotoren zumindest teilweise umschließt, und ein Druckgehäuse, das mindestens ein Auslassfenster zum Ausschub des Gases aus den Zahnlücken des Rotorpaares infolge der Drehung der Rotoren sowie einen Auslasskanal aufweist. Die Profilteile der Rotoren haben Wellenansätze, die von Radiallagern umschlossen werden und an denen die resultierende Axialkraft durch Axiallager aufgenommen wird.
Solche Schraubenverdichter haben einen Arbeitsraum, auch als Arbeitskammer bezeichnet, der durch die Zahnlückeräume der beiden Rotoren, angrenzende Gehäuseteile und andere angrenzende Bauteile, wie zum Beispiel einen Regelschieber, gebildet wird. Der Ansaugkanal und das Einlassfenster grenzen saugseitig an die Arbeitskammern. Ein oder mehrere Auslassfenster grenzen druckseitig an die Arbeitskammern. Die Rotoren haben Wellenzapfen, die von Radiallagern und Axiallagern umfasst werden.
Je nach Verdichtergröße, Ansaugdruck und Enddruck werden Antriebswellenende, Radiallager und Axiallager mehr oder weniger stark belastet. Dabei bestimmt der Achsabstand zwischen den beiden Rotoren die maximale Lagergröße und damit die Belastbarkeit der Lager in Bezug auf eine vordefinierte Lebensdauer der Lagerung.
Antriebsleistung und Lagerbelastung stehen bei einem vorhandenen Verdichter in einer Relation. Mit steigender Antriebsleistung, die beim Betrieb mit höheren Betriebsdrücken auftritt, vergrößern sich sowohl das Torsionsmoment im Antriebswellenende als auch die Radial- und Axiallagerbelastung. Daraus ergibt sich eine Einschränkung der Einsatzbedingungen für die bekannten Verdichter.
Die bisher verwendeten Schraubenverdichter mit vier oder fünf Zähnen am Hauptrotor und sechs oder sieben Zähnen am Nebenrotor mit einem Umschlingungswinkel am Hauptrotor von etwa 300° sind nicht in der Lage, extrem große Antriebsleistungen aufzunehmen, da die Lagerung an den Rotoren in Anbetracht der großen Belastungen keine akzeptable Lebensdauer erreicht. Die Antriebsleistung eines vorhandenen Verdichters ist gemäß dem Stand der Technik an solchen Verdichtern auf Arbeitsdrücke von etwa 40 bar begrenzt. Der Verdichter müsste für höhere Antriebsleistungen im Teillastbetrieb betrieben werden, was zusätzliche Verluste und damit höhere Betriebskosten verursacht.
Deshalb wurden für diesen Anwendungsfall Verdichter mit größeren Zähnezahlen entwickelt und auf dem Markt eingeführt. Diese besitzen ein Zähnezahlenverhältnis von sechs Zähnen am Hauptrotor und sieben oder acht Zähnen am Nebenrotor mit einem Umschlingungswinkel von etwa 300° am Profilteil des Hauptrotors. Diese Verdichter haben kleinere Zahlenlücken. Damit sind die Belastungen auf die Radiallager und auf die Axiallager gegenüber den erstgenannten Verdichtern mit dem Zähnenzahlverhältnis vier zu sechs oder fünf zu sechs beziehungsweise fünf zu sieben kleiner. Nachteilig ist an solchen Verdichtern, dass sich die innere Undichtigkeit der Verdichter in dieser Ausführung gegenüber den erstgenannten Verdichtern mit größeren Zahnlücken und dem Zähnezahlverhältnis 4:6, 5:6 oder 5:7 vergrößert.
Die innere Undichtigkeit, die durch ein geometrisches Verhältnis aus der Länge der Eingriffslinie und dem Zahnlückenvolumen dargestellt werden kann, vergrößert sich bei Verdichtern mit dem Zähnezahlverhältnis sechs zu acht um den Faktor zwei bis drei gegenüber dem erstgenannten Verdichtern, so dass die Effizienz, das heißt, der volumetrische Gütegrad, also der Liefergrad, und der isentrope Gütegrad, also die Effizienz bei der Energieumwandlung, des Verdichters reduziert werden.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, die genannten Nachteile zu vermeiden und einen Schraubenverdichter zu schaffen, bei dem sich die innere Undichtigkeit nicht verschlechtert, bei dem die umsetzbare Antriebsleistung des Verdichters und deren Wirkungen auf die Lagerbelastung in einen solchen Bereich gebracht werden, dass eine ausreichende Lebensdauer, wie sie für Industrieanwendungen erforderlich ist, erreicht wird.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, aus Gründen der Bauteilstandardisierung und Kostensenkung Verdichterbauteile, wie z.B. Lagerbaugruppen von vorhandenen Verdichtern zu verwenden, die für kleinere Druckstufungen zwischen Saugseite und Druckseite konzipiert sind.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass nach wie vor Rotoren mit dem Zähnezahlverhältnis 4:6, 5:6 oder 5:7 verwendet werden, das Verhältnis von Rotorlänge und Achsabstand der Rotoren, das die Lagerbelastung bestimmt, gegenüber bekannten Verdichtern durch Kürzung der Profilteile beider Rotoren verkleinert wird. Um das Rotorgehäuseteil zu verwenden, wird saugseitig an den Arbeitsraum angrenzend eine Zwischenplatte fest angeordnet, die Teile des Ansaugkanals beinhaltet und die Stirnfläche des Rotorpaares berührungsfrei abdichtet. Hauptrotoren der Verdichter gemäß der Erfindung haben Umschlingungswinkel im Bereich von etwa 140° bis 230°. Das Rotorpaar hat während der Drehung zwischen dem Ansaugvorgang und Verdichtungsbeginn eine Transportphase ohne geometrische Volumenänderung der Arbeitskammern. Das Verhältnis Rotorlänge zu Achsabstand bewegt sich zwischen etwa 0,9 bis 1,3.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die Fensterform der Einlassöffnung in der Leiteinrichtung, die sich dem Ansaugkanal anschließt, das Ende des Ansaugvorganges vorteilhaft so festgelegt wird, dass der Ansaugvorgang endet, nachdem das maximale Zahnlückenvolumen erreicht ist und bevor die Zahnlückenverkleinerung als Folge der Rotordrehung beginnt, also innerhalb der Transportphase liegt. Dadurch kann der zusätzliche Volumenstrom bei Verdichterausführungen mit Economiser innerhalb der Transportphase zugeführt werden. Das vergrößert vorteilhaft die Kälteleistung gegenüber Verdichterausführungen ohne Transportphase. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass der Schraubenverdichter gegenüber einer anderen bekannten Lösung mit Kürzung nur eines Rotors unabhängig von Betriebszuständen ein definiertes Verdrängervolumen aufweist.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass aus einem bestehenden Verdichter, der für kleinere Antriebsleistungen konzipiert wurde, Bauteile verwendet werden können oder zumindest Werkzeuge und Vorrichtungen zur Fertigung von Bauteilen, z.B. der Rotorprofile der Rotoren und der Lagerung, und des Rotorgehäuses wiederverwendet werden, so dass Kosten zum Bau der Verdichter durch Standardisierung von Bauteilen und Werkzeugen und Fertigungshilfsmitteln vermieden werden.
Erfindungsgemäße Verdichter haben vorteilhaft gleiche Anschlussmaße wie Verdichter kleinerer Antriebsleistung.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
1 einen Schraubenverdichter bekannter Bauart.
2 einen Schraubenverdichter gemäß der Erfindung.
Der Schraubenverdichter gemäß der Erfindung verwendet weitgehend die gleichen Bauteile wie der bekannte Schraubenverdichter. Der Verdichter wird am Antriebswellenende 5, das mit dem Hauptrotor drehfest verbunden ist, über eine nicht dargestellte Kupplung angetrieben. Die Zahnlücken des fünfzahnigen Hauptrotors 2, dessen Profilteil einen Umschlingungswinkel von 180° aufweist und des sechszahnigen Nebenrotors 3, dessen Profilteil einen Umschlingungswinkel von 150° aufweist, bilden Arbeitskammern, an die saugseitig gemäß der Erfindung im Rotorgehäuseteil die Zwischenplatte 7, die aus zwei Teilen für die Haupt- und Nebenrotorseite bestehen kann, angrenzt, in der Ansaugkanal 4 und Einlassfenster 6 angeordnet sind.
Durch Rotordrehung vergrößert sich das Lückenvolumen eines betrachteten Zahnlückenpaares (Ansaugvorgang), bleibt dann über einen Drehwinkelbereich (Transportphase) konstant und verkleinert sich (Verdichtung und Ausschubvorgang).
Durch die Gestaltung der Einlassöffnung wird diese infolge der Rotordrehung von dem betrachteten Zahnlückenpaar abgetrennt, nachdem die Transportphase begonnen hat.
Der Verdichter kann mit einer Öffnung 8, Economiser-Anschluss, an der Mantelwand des die Rotoren umfassenden Gehäuses zwischen Saugseite und Druckseite des Verdichters versehen sein, die vorteilhaft nach beendetem Ansaugvorgang und abgeschlossenem Zahnlückenpaar im Bereich der Transportphase der Zahnlücken des Rotorpaares angeordnet ist. 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.

1: Radiallager
2: Hauptrotor
3: Nebenrotor
4: Ansaugkanal
5: Antriebswellenende
6: Einlassfenster
7: Zwischenplatte
8: Öffnung
9: Radiallager
10: Axiallager
11: Ausgleichskolben

Claims

Ölüberfluteter Schraubenverdichter für große Antriebsleistungen mit zwei Rotoren, einem Hauptrotor mit im wesentlichen konvexen Zahnflanken mit vier, fünf oder sechs Zähnen, und einem Nebenrotor mit sechs oder sieben Zähnen, wobei der Hauptrotor ein Antriebswellenende aufweist, und beide Rotoren von Gehäuseteilen umschlossen werden, einem Sauggehäuseteil, das mindestens Teile des Ansaugkanales und Teile des Einlassfensters zum Eintritt des Arbeitsmediums in die Zahlenlücken des Rotorpaares aufweist, einem Rotorgehäuseteil, das den profilierten Teil der Rotoren zumindest teilweise umschließt, und einem Druckgehäuse, das mindestens ein Auslassfenster zum Ausschub des Gases aus den Zahnlücken des Rotorpaares infolge der Drehung der Rotoren sowie einen Auslasskanal aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Rotorlänge und Achsabstand der Rotoren, das die Lagerbelastung bestimmt, durch Kürzung der Profilteile beider Rotoren verkleinert ist und saugseitig an den Arbeitsraum angrenzend eine Zwischenplatte im Rotorgehäuseteil fest angeordnet ist, die Teile des Ansaugkanals beinhaltet und die Stirnfläche des Rotorpaares berührungsfrei abdichtet und den durch Rotorkürzung entstandenen Freiraum funktionsgerecht ausfüllt.
Schraubenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptrotoren der Verdichter gemäß der Erfindung einen Umschlingungswinkel im Bereich von etwa 150° bis 250° aufweisen.
Schraubenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Profilteile der Rotoren der Verdichter gemäß der Erfindung ein Verhältnis zum Achsabstand der Rotoren von 0,9 bis 1,3 aufweist.
Schraubenverdichter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenplatte innerhalb des Rotorteils des Gehäuses angeordnet ist.
Schraubenverdichter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Öffnung 8, der Economiser-Anschluss, innerhalb der Transportphase eine Verbindung zu den Arbeitskammern aufweist.