DE1428244B2 - Schraubenverdichter mit einem Schraubenrippenrotor und einem Schraubennutenrotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schraubenverdichter mit Kämmeingriff zwischen einem Schraubenrippenrotor und einem Schraubennutenrotor, deren Rippen bzw. Nuten zur Bildung V-förmiger Verdichtungskammern aus je einem Rippenzwischenraum und einer Nut Umschlingungswinkel von weniger als 360° aufweisen, innerhalb eines von zwei achsparallelen sich schneidenden Bohrungen gebildeten, stirnseitig von Endwänden begrenzten und zur Dichtung und Kühlung mit Druckflüssigkeit versorgten Arbeitsraums in einem Gehäuse mit von den Rotoren steuerbaren Ein- und Auslaßöffnungen, wobei die Rotoren mittels in Lagerkammern innerhalb der Endwände eingesetzter Wälzlager gelagert sind.

Bei derartigen Schraubenverdichtern übt das Fördergas auf die Rotoren wegen des Druckunterschieds zwischen dem Hochdruckauslaß und dem Niederdruckeinlaß axiale Schubkräfte aus, die insbesondere beim Rippenrotor beträchtlich sein können. Zur Beherrschung dieser Kräfte und damit zur Entlastung der bei solchen Maschinen in ihrer Größe beschränkten Lager ist es bekannt, einen am niederdruckseitigen Rotorende angeordneten und innerhalb der dortigen Endwand mit Hilfe von Labyrinthdichtungen dichtend verschieblichen Ausgleichskolben mit bereits verdichteten Fördergas zu beaufschlagen, welches durch die Labyrinthdichtungen unter Entspannung zum Einlaß der Maschine abströmt (CH-PS 1 87 208). Da dabei ständig ein beträchtlicher Teil des verdichteten Fördergases als Leckstrom von der Druckseite zur Niederdruckseite verlorengeht, wird der Wirkungsgrad einer solchen Maschine erheblich beeinträchtigt. Eine ähnliche Konstruktion mit am Niederdruckende der Rotoren

Ό angeordneten Axialschubausgleichskolben, die dabei wie im vorhergehenden Fall axial gegeneinander versetzt sind, ist bei einer Schraubenpumpe (US-PS 12 18 602) bekannt, wobei die nur eingängigen Schraubenrotoren eine größere Anzahl von Windungen aufweisen. Sie sind hinter den niederdruckseitigen Wellenlagern angeordnet und die sie aufnehmenden von Flüssigkeit unter Förderdruck beaufschlagten Druckkammern liegen hinter diesen Kolben, so daß die Kammern relativ weit vom Förderraum der Pumpe entfernt und dabei über eine außerhalb des Pumpengehäuses angebrachte Verbindungsleitung mit der Pumpendruckseite verbunden sind.

Bei einer anderen bekannten, einen eingängigen und einen zweigängigen Schraubenrotor aufweisenden Schraubenpumpe (US-PS 16 98 802) ist jeder der Schraubenrotoren fest mit einem Axialschubausgleichskolben verbunden, die an entgegengesetzten Enden des Förderraumes und so angeordnet sind, daß ihre dem Förderraum zugewandte Seite durch ein Kugellager hindurch unmittelbar dem am betreffenden Förderraumende herrschenden Flüssigkeitsdruck ausgesetzt ist, während eine zylindrische Gehäusekammer an der Rückseite jedes Kolbens jeweils über eine Längsbohrung des zugehörigen Rotors und seiner Wellenstummel mit dem abgelegenen anderen Ende des Förderraumes in Verbindung steht, so daß je nach der Drehrichtung der Rotoren die Vorderseite des Ausgleichskolbens des einen Rotors und die Rückseite des Ausgleichskolbens des anderen Rotors oder umgekehrt mit der jeweiligen

■»ο Druckseite verbunden sind. Dabei dürfte es kaum zu vermeiden sein, daß ständig eine bestimmte Menge an Förderflüssigkeit durch Durchlecken von der Druckseite zur Niederdruckseite der Pumpe verlorengeht. Bei Verdichtern für gasförmige Medien der eingangs erwähnten Art ist es schon wegen der unterschiedlichen Form der Einlaß- und Auslaßöffnungen zum Förderraum nicht üblich, den Verdichter drehrichtungsumkehrbar auszubilden.
Ein weiteres Problem bei Schraubenverdichtern der eingangs genannten Art besteht in der Abdichtung des Arbeitsraums gegenüber den Lagerungen in der hochdruckseitigen Endwand, da die an dieser Stelle auftretende Leckströmung ebenfalls den Wirkungsgrad beeinträchtigt.

Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, mit einfachen Mitteln gleichzeitig einen die Rotorlager entlastenden Axialschubausgleich zu schaffen und den Wirkungsgrad des Verdichters durch geringstmögliche Verluste an bereits verdichtetem Fördergas klein zu halten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf dem druckseitigen Wellenteil des Rippenrotors ein Axialschubausgleichskolben nach einer Seite axial abgestützt angebracht ist, der derart in einer hinter der hochdruckseitigen Endwand des Arbeitsraums liegenden, ihn als Zylinder aufnehmenden und mit der Druckflüssigkeit beaufschlagbaren Druckkammer angeordnet ist, daß diese vom Arbeitsraum durch einen

zwischen dem Wellenteil und dem diesen dichtend umgebenden Wandteil des Gehäuses bestehenden Drosselspalt und auf der anderen Seite von der Lagerkammer für das benachbarte Wälzlager (dieses Wellenteils) durch den Axialschubausgleichskolben selbst getrennt ist.

Die Erfindung nützt somit in vorteilhafter Weise die bei sog. »Naßverdichtern« ohnehin vorhandene Druckflüssigkeit, die unter einem höheren Druck als das den Verdichter verlassende Fördergas steht, dazu aus, sowohl den Axialschub auf die Rotoren auszugleichen als auch eine wirksame Abdichtung an den hochdruckseitigen Durchführungen der Wellen in den dortigen Endwänden zu erzielen, ohne daß — wie bei den bekannten Verdichtern — bereits verdichtetes Fördergas in den Einlaßbereich des Verdichters zurückströmt und damit den Wirkungsgrad herabsetzt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt nach Linie 1-1 in Fig.2 durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Schraubenverdichter und

F i g. 2 einen Querschnitt nach Linie 2-2 in F i g. 1 durch den Verdichter.

Der gezeigte Schraubenverdichter weist einen Schraubenrippenrotor 10 und einen damit im Kämmeingriff zusammenwirkenden Schraubennutenrotor 12 auf. Die Rippen des Rippenrotors 10 liegen im wesentlichen außerhalb des zugehörigen Rotorteilkreises und haben konvexen Querschnitt. Die Nuten des Nutenrotors 12 liegen demgegenüber im wesentlichen innerhalb des zugehörigen Teilkreises und haben konkaven Querschnitt. Die Umschlingungswinkel der Rippen und Nuten sind kleiner als 360°.

Die Rotoren 10,12 sind in einem aus einem Mantelteil 14 und Endwänden 16 und 18 bestehenden Gehäuse innerhalb eines aus zwei sich schneidenden Bohrungen bestehenden Arbeitsraums 20 drehbar gelagert. Die Endwände 16 und 18 sind als Lagerdeckel ausgebildet. Der Arbeitsraum ist mit einem Niederdruckeinlaß 22 und einem Hochdruckauslaß 24 versehen. Der Schraubenrippenrotor trägt einen aus der Endwand 16 herausragenden Wellenteil 26, über welchen der Antrieb durch einen nicht gezeigten Antriebsmotor erfolgt. Der Schraubenrippenrotor 10 ist ferner in der Endwand 18 mittels eines Zylinderrollenlagers 28 und in der Endwand 16 mittels eines Zylinderrollenlagers 30 und eines Kugellagers 32 gelagert, wobei die Zylinderrollenlager 28, 30 nur Radialkräfte und das Kugellager 32 dazu in beschränktem Maß Axialkraft aufnehmen. Die genannten Wälzlager sind in entsprechende Lagerkammern 16a, 18a innerhalb der Endwände 16,18 eingesetzt.

Der Verdichter ist ferner mit einem Einlaß 34 zu einer vom Arbeitsraum abgetrennten Flüssigkeitskammer 36 innerhalb des Gehäusemantelteils 14 für unter hohem Druck stehende Druckflüssigkeit versehen. Die Druckflüssigkeit wird von der Kammer 36 durch eine Anzahl Bohrungen 38, die längs der Verschneidungslinie 40 zwischen den beiden Bohrungen des Arbeitsraums angeordnet sind, eingespritzt.

In der Endwand 16 befindet sich ein weiterer Einlaß 42 für unter hohem Druck stehende Druckflüssigkeit zu einer rings um den Wellenteil 26 angeordneten ringförmigen Druckkammer 44. Die Druckkammer 44 ist von dem Arbeitsraum 20 durch eine Labyrinthdichtung 46 und von der die Lager 30, 32 aufnehmenden Lagerkammer 16a innerhalb der Endwand 16 durch einen auf dem Wellenteil 26 nach einer Seite axial abgestützt angeordneten Axialschubausgleichskolben 48 abgedichtet. Dieser ringförmig ausgebildete Kolben 48 liegt dazu an seiner nach F i g. 1 rechten Seite am Innenring des Zylinderrollenlagers 30 an.

Ein Verdichter der vorbeschriebenen Art mit Flüssigkeitseinspritzung kann wegen der kühlenden und dichtenden Wirkung der Flüssigkeit in bekannter Weise für hohe Druckverhältnisse verwendet werden. Wegen der hohen Druckverhältnisse sind die besonders auf den Schraubenrippenrotor vom Fördergas ausgeübten Axialkräfte groß. Durch Zufuhr von Druckflüssigkeit nicht nur zu der Einspritzkammer 36, sondern auch zu der Druckkammer 44 wird der Axialschubausgleichskolben 48 mit einer Kraft belastet, die der vom Fördergas auf den Rotor ausgeübten Axialkraft entgegengerichtet ist. Durch die Labyrinthdichtung 46 können die Leckströmung zum Arbeitsraum 20 begrenzt und der Druck in der Druckkammer 44 auf einem bestimmten Wert gehalten werden, was im Zusammenwirken mit geeigneten Abmessungen der Kolbenfläche die Möglichkeit eröffnet, die von der Druckflüssigkeit auf den Kolben ausgeübte Axialkraft so zu bemessen, daß dadurch die vom Fördergas auf den Rotor ausgeübte Axialkraft weitestgehend aufgehoben wird. Auf diese Weise wird das Kugellager 32 von Axialkräften weitestgehend entlastet, so daß für dieses Lager eine hohe Lebensdauer gesichert ist und die guten Eigenschaften des Lagers bezüglich Reibungsverluste und Axialspiel trotz der großen auf die Rotoren wirkenden Kräfte völlig genützt werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schraubenverdichter mit Kämmeingriff zwischen einem Schraubenrippenrotor und einem Schraubennutenrotor, deren Rippen bzw. Nuten zur Bildung V-förmiger Verdichtungskammern aus je einem Rippenzwischenraum und einer Nut Umschlingungswinkel von weniger als 360° aufweisen, innerhalb eines von zwei achsparallelen sich schneidenden Bohrungen gebildeten, stirnseitig von Endwänden begrenzten und zur Dichtung und Kühlung mit Druckflüssigkeit versorgten Arbeitsraums in einem Gehäuse mit von den Rotoren steuerbaren Ein- und Auslaßöffnungen, wobei die Rotoren mittels in Lagerkammern innerhalb der Endwände eingesetzter Wälzlager gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem druckseitigen Wellenteil (26) des Rippenrotors (10) ein Axialschubausgleichskolben (48) nach einer Seite axial abgestützt angebracht ist, der derart in einer hinter der hochdruckseitigen Endwand (16) des Arbeitsraums (20) liegenden, ihn als Zylinder aufnehmenden und mit der Druckflüssigkeit beaufschlagbaren Druckkammer (44) angeordnet ist, daß diese vom Arbeitsraum durch einen zwischen dem Wellenteil (26) und dem diesen dichtend umgebenden Wandteil des Gehäuses bestehenden Drosselspalt (46) und auf der anderen Seite von der Lagerkammer (16a,} für das benachbarte Wälzlager (30, 32) (dieses Wellenteils) durch den Axialschubausgleichskolben (48) selbst getrennt ist.

2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch'gekennzeichnet, daß die Druckkammer (44) durch Labyrinthdichtungen an der Umfangswand des Axialschubausgleichskolbens gegenüber der Lagerkammer des benachbarten Wälzlagers (30,32) abgedichtet ist.

3. Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckflüssigkeit in der Druckkammer (44) Schmieröl verwendet ist.