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Die Erfindung betrifft ölüberflutete Schraubenverdichter 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 Ansaugkanals und Einlassfenster zum Eintritt des Arbeitsmediums in die Zahnlücken 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 den Auslasskanal aufweist. Die Profilteile der Rotoren haben Wellenansätze, die von Radiallagern umschlossen werden und an denen die resultierende Axialkraft durch Axialgleitlagerlager aufgenommen wird. Solche Schraubenverdichter haben einen Arbeitsraum, auch als Arbeitskammer bezeichnet, der durch die Zahnlückenräume der beiden Rotoren, angrenzende Gehäuseteile und andere angrenzende Bauteile, wie zum Beispiel einen Regelschieber, gebildet wird. Ansaugkanal und das Einlassfenster grenzen saugseitig an die Arbeitskammern. Ein oder mehrere Auslassfenster grenzen druckseitig an die Arbeitskammern. Zwischen druckseitiger Stirnseite des Rotorprofils beider Rotoren und direkt gegenüberliegender Gehäuseendwand, die auch durch eine eigene mit dem Gehäuse fest verbundene Platte gebildet werden kann, ist jeweils ein so genannter Stirnspalt vorhanden, dessen Größe auf einen vorgegebenen Wert möglichst klein justiert werden muss. Die Spaltweite beeinflusst infolge Spaltströmung die Effizienz des Verdichters. Das Axialgleitlager, das zumindest zur Aufnahme der Kräfte in der Hauptlastrichtung zur Saugseite hin als Kippsegmentlager ausgeführt ist, und als Hauptlager bezeichnet werden soll, benötigt ein axiales Spiel, das ebenfalls eingestellt werden muss. Die Schmierspaltdicke dieses Lagers ändert sich lastabhängig. Dadurch ändert sich die axiale Position des jeweiligen Rotors in Bezug auf das Druckgehäuse lastabhängig. Dadurch ändert sich auch der Stirnspalt. Er vergrößert sich mit zunehmender Last in Hauptlastrichtung und verkleinert sich mit abnehmender Last.
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Um ein Anlaufen der Rotoren bei Axialkraftumkehr von der Hauptlastrichtung in die Nebenlastrichtung zu vermeiden, ist ein Gegenlager erforderlich, das als Nebenlager bezeichnet werden soll. Die mögliche axiale Verschiebung des jeweiligen Rotors zwischen Haupt- und Nebenlager ist das axiale Lagerspiel. Mit Rücksicht auf einen möglichst kleinen Stirnspalt sollte es möglichst klein sein. In bekannten Verdichtern werden die axialen Abmessungen der an das Axiallager angrenzenden Bauteile unter Berücksichtigung der individuellen Abmessungen der Wellenabsätze der beiden Rotoren und der Anlageflächen der Axialgleitlager im Druckgehäuse individuell angepasst. Bei einem Lagerwechsel muss der Verdichter in eine Werkstatt. Das verursacht bei großen Verdichtern Montage- und Transportkosten und einen längeren Ausfall des Verdichters, der Produktionsausfall beim Kunden nach sich zieht, wenn kein ”stand by” Verdichter vorhanden ist.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die beschriebenen Nachteile zu beseitigen und einen Axialgleitlagerwechsel vor Ort ohne jegliche axiale Justierung und ohne jegliche Bauteilanpassung zu ermöglichen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Größe des Hautlagers durch eine Axialkraftkompensationseinrichtung zu verkleinern und trotzdem die Einsatzgrenzen solcher Verdichter hin zu größeren Ansaugdrücken in Kombination zu größeren Antriebsleistungen zu erweitern.
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Die Erfindung ist durch mehrere Merkmale gekennzeichnet:
- – Die Axialkraftkompensationseinrichtung, die als Ausgleichskolben bezeichnet werden soll, ist auf dem Wellenende des Hauptrotors in axialer Richtung als fest angeordnete fluidbeaufschlagte rotierende Scheibe ausgebildet und als arbeitsraumfernstes Bauteil in Bezug auf das druckseitige Wellenende des Hauptrotors angeordnet.
- – Das duckseitige Wellenende wird ausgehend vom Rotorprofil mindestens durch die folgenden Bauteile umfasst: eine Radialgleitlagerbuchse, eine erste Distanzbuchse, die als Stirnspaltring bezeichnet wird, einen Axiallagergleitring, der je nach Kraftrichtung über einen Schmierfilm auf Bauteile des Hautlagers oder des Nebenlagers wirkt, eine zweite Distanzbuchse und durch den Ausgleichskolben.
- – Zumindest die beiden Distanzbuchsen, der Axiallagergleitring und der Ausgleichskolben werden axial mittels mehrerer Schrauben und Spannscheiben fixiert, die vorzugsweise teilweise das Wellenende umfassen.
- – Die genannten Bauteile sind in einem Hohlraum des Druckgehäuses des Verdichters angeordnet, der vorzugsweise aus mehreren koaxial zueinander angeordneten zylinderförmigen Abschnitten besteht.
- – Ausgehend von dem das Rotorprofil aufnehmenden Gehäuseabschnitt sind in der gehäuseseitigen Lagerbohrung die Radialgleitlagerbuchse, ein innerer Stützring, ein erster Kippsegmentträger, ein Lagerspielring, der eine Maßverkörperung für das axiale Lagerspiel beinhaltet, ein zweiter Kippsegmentträger, ein äußerer Stützring und die Ausgleichskolbenbuchse nacheinander angeordnet und durch den Lagerabschlussdeckel und dessen Befestigungsschrauben axial fixiert, wobei der Lagerspielring an seinen beiden Stirnseiten unmittelbar oder über weitere Distanzringe an die Stützringe angrenzt und an seinem Innendurchmesser die Kippsegmentträger umschließt, wodurch der Kraftfluss vom Lagerabschlussdeckel über die Ausgleichskolbenbuchse, die Stützringe, den Lagespielring zu einer Gehäusestirnwand entsteht und das Axialgleitlager davon unabhängig ein vordefiniertes Spiel hat.
- – Der Hohlraum, in dem das Axiallagerpaket angeordnet ist, wird axial auf der einen Seite axial durch das Druckgehäuse und auf der anderen Seite durch den Ausgleichskolben begrenzt.
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In diesen Hohlraum wird Drucköl von außen zugeführt, um die Gleitflächen der Lager ausreichend mit Öl zwecks Schmierung und Kühlung zu versorgen. Die Ölmenge resultiert aus dem Leckageölstrom, der den Ausgleichskolben an seinem Außendurchmesser im Spalt zur Ausgleichskolbenbuchse passiert. Auf der Seite des Lagerabschlussdeckels des Ausgleichskolbens wird das Leckageöl in geschlossene Zahnlückenräume nahe Saugdruck zurückgeführt, so dass an den Stirnseiten des Ausgleichskolbens eine Druckdifferenz vorhanden ist, die eine Kraft in Richtung Lagerabschlussdeckel erzeugt und somit der Gaskraft am Hauptrotor entgegen wirkt. Der Druck des Drucköles beeinflusst damit die auf die Axiallager wirkende resultierende Kraft. Deshalb wird dieser Druck an Betriebsbedingungen angepasst. Der Druck des Drucköles ändert sich in grober Näherung proportional zum Verdichtungsenddruck, oder er wird in Abhängigkeit von Betriebsparametern geregelt. Diese Betriebsparameter sind vorzugsweise Ansaugdruck und Drehmoment am Antriebswellenende des Verdichters oder Ansaugdruck und Antriebsleistung bei Verdichtern, die mit nahezu konstanter Drehzahl betrieben werden.
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Das Längenmaß des Stirnspaltringes kompensiert Fertigungstoleranzen der Anschlussteile in Richtung Rotorprofil und bestimmt den gewünschten Stirnspalt. Es wird deshalb für jeden Verdichter individuell angepasst. Bei Wechsel von Bauteilen des Lagers oder des gesamten Lagerpaketes bleibt dieses Längenmaß unverändert. Das gestattet den Lagerwechsel vor Ort. Haupt- und Nebenlager bestehen aus je einem Kippsegmentträger und mehreren Kippsegmenten, die je nach Kraftrichtung infolge Drehung und Anwesenheit von Öl über einen Schmierfilm auf den Axiallagergleitring wirken und somit hydrodynamisch wirkende Lager bilden. Das Längenmaß des Lagerspielringes berücksichtigt das axiale Istmaß des Kippsegmentträgers des Hauptlagers, das axiale Maß des Axiallagergleitringes und das gewünschte Lagerspiel. Der Lagerspielring ist axiallagerspezifisch und unabhängig vom Verdichter. Lagerpaket und Lagerspielring können damit als Ersatzteil vorgehalten werden und in jeden beliebigen Verdichter als Baugruppe eingebaut werden, ohne dass eine Justierung erforderlich ist. Beim Wechsel von Kippsegmenten bleibt dieses Längenmaß unverändert. Der Lagerspielring kann weiter verwendet werden. Beim Wechsel des gesamten Lagerpaketes wird der an das individuelle Lager angepasste Lagerspielring mit ausgetauscht. Das gestattet den Lagerwechsel vor Ort.
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Eine erfindungsgemäße Ausführung ist in der Figur dargestellt,
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Der Schraubenverdichter hat zwei Rotoren, den Hauptrotor 1 mit im wesentlichen konvexen Zahnflanken mit fünf Zähnen, und einen nicht dargestellten Nebenrotor mit sechs Zähnen und im wesentlichen konkaven Flanken, wobei der Hauptrotor 1 ein nicht dargestelltes Antriebswellenende aufweist, und beide Rotoren von nicht weiter dargestellten Gehäuseteilen umschlossen werden. Im Druckgehäuse 4, sind ein nicht dargestelltes Auslassfenster zum Ausschub des Gases aus den Zahnlücken des Rotorpaares infolge der Drehung der Rotoren sowie ein nicht dargestellter Auslasskanal vorhanden. Die Profilteile der Rotoren haben Wellenansätze, die zur Aufnahme der Radialkräfte von Radiallagern umschlossen werden und an denen die resultierende Axialkraft durch Axialgleitlager aufgenommen wird. Der Hauptrotor 1 mit dem Wellenansatz 2 wird vom Radialgleitlader 3 umschlossen. Zwischen druckseitiger Stirnseite des Rotorprofils 23 des Hauptrotors 1 und direkt gegenüberliegender Gehäuseendwand 24, ist der Stirnspalt 22 vorhanden. Das Axialgleitlager 25, das zumindest zur Aufnahme der Kräfte in beiden Lastrichtungen als Kippsegmentlager ausgeführt ist, hat ein axiales Spiel. Die Schmierspaltdicke dieses Lagers ändert sich lastabhängig. Dadurch ändert sich die axiale Position des Hauptrotors 1 in Bezug auf die gegenüber liegende Gehäusewand 24 lastabhängig. Dadurch ändert sich auch der Stirnspalt 22. Er vergrößert sich mit zunehmender Last in Hauptlastrichtung und verkleinert sich mit abnehmender Last. Um ein Anlaufen des Hauptrotors 1 bei Axialkraftumkehr von der Hauptlastrichtung in die Nebenlastrichtung zu vermeiden, ist ein Gegenlager angeordnet, das als Nebenlager 27 bezeichnet wird. Die mögliche axiale Verschiebung des Hauptrotors 1 zwischen Hauptlager 26 und Nebenlager 27 ist das axiale Lagerspiel. Mit Rücksicht auf einen möglichst kleinen Stirnspalt 22 sollte es möglichst klein sein. Als Axialkraftkompensationseinrichtung ist der Ausgleichskolben 6 auf dem Wellenende des Hauptrotors 1 als arbeitsraumfernstes Bauteil in Bezug auf das druckseitige Wellenende 28 des Hauptrotors 1 angeordnet. Das duckseitige Wellenende 28 wird ausgehend vom Rotorprofil des Hauptrotors 1 außerdem durch das Radialgleitlager 3, den Stirnspaltring 10, einen Axiallagergleitring 13, der je nach Kraftrichtung über einen Schmierfilm auf Bauteile des Hautlagers 26 oder des Nebenlagers 27 wirkt, eine Distanzbuchse 29 und durch den Ausgleichskolben 6 umfasst. Die genannten Bauteile werden axial mittels mehrerer Schrauben und der Spannscheibe 7 fixiert, die teilweise den Wellenzapfen umfasst. Die genannten Bauteile sind in einem Hohlraum 30 des Druckgehäuses des Verdichters angeordnet, der vorzugsweise aus mehreren koaxial zueinander angeordneten zylinderförmigen Abschnitten besteht. Ausgehend von dem Gehäuseabschnitt, an den das Radialgleitlager angrenzt, sind der innere Stützring 20, der erste Kippsegmentträger 12, der Lagerspielring 17, der eine Maßverkörperung für das axiale Lagerspiel beinhaltet, der zweite Kippsegmentträger 12, ein äußerer Stützring 21 und die Ausgleichskolbenbuchse 8 nacheinander angeordnet und durch den Lagerabschlussdeckel 5 und dessen Befestigungsschrauben axial fixiert. Der Lagerspielring 17 grenzt an seinen beiden Stirnseiten an die Stützringe 20, 21 und umfasst an seinem Innendurchmesser die beiden Kippsegmentträger 12. Der Kraftfluss verläuft vom Lagerabschlussdeckel 5 über die Ausgleichskolbenbuchse 8, die Stützringe 20, 21, den Lagespielring zur Gehäusestirnwand, an welcher der innere Stützring 20 anliegt, so dass das Axialgleitlager 25 unabhängig von der Befestigungskraft des Lagerabschlussdeckels sein vordefiniertes Spiel beibehält. Toleranzen in dieser Maßkette werden durch die axiale Position des Lagerabschlussdeckels 5 ausgeglichen,
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Der Hohlraum 30, in dem das Axiallager 25 angeordnet ist, wird axial auf der einen Seite durch das Verdichtergehäuse und auf der anderen Seite durch den Ausgleichskolben 6 gebildet. In diesen Hohlraum 30 wird Drucköl von außen über den Anschluss 11 zugeführt, um die Gleitflächen des Axiallagers 25 ausreichend mit Öl zwecks Schmierung und Kühlung zu versorgen. Das Öl fließt vom Anschluss 11 durch das Axiallager in Pfeilrichtung zum Ausgleichskolben 6. Die Ölmenge ist der Leckageölstrom zwischen Ausgleichskolben 6 und Ausgleichskolbenbuchse 8, die durch Ölablauf 14 abströmt. Das Leckageöl wird in geschlossene Zahnlückenräume nahe Saugdruck zurückgeführt, so dass an den Stirnseiten des Ausgleichskolbens 6 eine Druckdifferenz vorhanden ist, die eine Kraft in Richtung Lagerabschlussdeckel 5 erzeugt und somit der Gaskraft am Hauptrotor 1 entgegen wirkt. Der Druck des Drucköles beeinflusst damit die auf das Axiallager 25 wirkende resultierende Kraft. Deshalb wird dieser Druck an Betriebsbedingungen angepasst. Der Druck des Drucköles ändert sich in grober Näherung proportional zum Verdichtungsenddruck, oder er wird in Abhängigkeit von Betriebsparametern geregelt. Diese Betriebsparameter sind vorzugsweise Ansaugdruck und Drehmoment am Antriebswellenende des Verdichters oder Ansaugdruck und Antriebsleistung bei Verdichtern, die mit nahezu konstanter Drehzahl betrieben werden. Das Längenmaß 18 des Stirnspaltringes 10 kompensiert Fertigungstoleranzen der relevanten Anschlussteile der Maßkette in Richtung Rotorprofil und bestimmt den gewünschten Stirnspalt 22. Somit berücksichtigt der Stirnspaltring 10 durch seine individuelle Abmessung die Istmaße der relevanten Anschlussteile. Bei Wechsel von Bauteilen des Axiallagers 25 bleibt dieses Längenmaß unverändert. Das gestattet vorteilhaft den schnellen Lagerwechsel vor Ort ohne Justierarbeit. Hauptlager 26 und Nebenlager 27 bestehen aus je einem Kippsegmentträger 12 und mehreren Kippsegmenten 16, die je nach Kraftrichtung infolge Drehung und Anwesenheit von Öl über einen Schmierfilm auf den Axiallagergleitring 13 wirken und somit ein hydrodynamisch wirkendes Axiallager darstellen. Das Längenmaß 19 des Lagerspielringes 17 berücksichtigt das axiale Istmaß des Kippsegmentträgers 12 des Hauptlagers 26, das axiale Maß des Axiallagergleitringes 13 und das gewünschte Lagerspiel. Der Lagerspielring 17 ist axiallagerspezifisch und unabhängig vom Verdichter und dessen Istmaßen. Axiallager 25 und Lagerspielring 17 können damit vorteilhaft als Ersatzteil vorgehalten werden und in jeden beliebigen Verdichter als Baugruppe eingebaut werden, ohne dass eine Justierung erforderlich ist. Das ermöglicht einen schnellen und einfachen Axiallagerwechsel ohne jedwede verdichterspezifische Bauteilanpassung.
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Beim Wechsel von Kippsegmenten 16 bleibt das Längenmaß 19 des Lagerspielringes 17 unverändert. Der Lagerspielring 17 kann auch dann vorteilhaft weiter verwendet werden. Beim Wechsel des gesamten Axiallagers 25 wird der an das individuelle Lager angepasste Lagerspielring 17 mit ausgetauscht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hauptrotor
- 2
- Wellenansatz
- 3
- Radialgleitlager
- 4
- Druckgehäuse
- 5
- Lagerabschlussdeckel
- 6
- Ausgleichskolben
- 7
- Spannscheibe zur Axiallagerbefestigung
- 8
- Ausgleichskolbenbuchse
- 10
- Stirnspaltring
- 11
- Druckölzuführung
- 12
- Kippsegmentträger
- 13
- Axiallagergleitring
- 14
- Ölablauf
- 16
- Kippsegment
- 17
- Lagerspielring
- 18
- Stirnspalt-Maßverkörperung
- 19
- Längenmaß des Lagerspielringes
- 20
- innerer Stützring
- 21
- äußerer Stützring
- 22
- Stirnspalt
- 23
- Stirnseite des Rotorprofils
- 24
- Gehäuseendwand
- 25
- Axialgleitlager
- 26
- Hauptlager
- 27
- Nebenlager
- 28
- druckseitiges Wellenende
- 29
- Distanzbuchse
- 30
- Hohlraum
