DE1815163A1

DE1815163A1 - Zweistufiger Kompressor

Info

Publication number: DE1815163A1
Application number: DE19681815163
Authority: DE
Inventors: Fraser Grov D
Original assignee: Ingersoll Rand Co
Current assignee: Ingersoll Rand Co
Priority date: 1967-12-20
Filing date: 1968-12-17
Publication date: 1969-07-24
Also published as: BE725847A; US3481532A; JPS4835803B1; FR1596245A; GB1218130A

Description

Die Erfindung betrifft einen zweistufigen Kompressor mit antreibenden und angetriebenen als Verdichtungselemente ausgebildeten patrizenartigen und matrizenartigen Drehkörpern, insbesondere einen Schraubenkompressor, dessen Verdichtungsstufen insgesamt ein Paar Gas-Einlaßöffnungen und ein Paar Gas- Auslaßöffnungen aufweisen und wobei die Verdichtungsstufen in einem langgestreckten Gehäuse angeordnet sind.

Bei den bekannten zweistufigen Schraubenkompressoren

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ist es üblich, die beiden Verdichtungsstufen in einer Reihe anzuordnen, so daß sie ein langgestrecktes Gefüge bilden, das einen beträchtlichen räumlichen Aufwand erfordert. Im Gegensatz dazu sind auch zweistufige Kompressoren bekannt, bei denen die Verdichtungsstufen übereinander angeordnet sind, so daß ein außerordentlich hohes Gebilde entsteht. Die bekannten Kompressoren der ersten Art haben bauliche Längen, die von der Summe der Längenausdehnung jeder Verdichtungsstufe und außerdem von der Ausdehnung bestimmt werden, die zwischen den Verdichtungsstufen zur Lagerung der Achswellen erforderlich ist. Bei der Art der zweistufigen Kompressoren, die übereinander angeordnete Verdichtungsstufen haben, ergeben sich bauliche Höhen, die von den Radien der aufgestockten Drehkörper und von dem Abstand bestimmt werden, der für die Ringform der Einlaß- und Auslaßkammern notwendig ist.

Die bekannten Kompressoren, bei denen die beiden Verdichtungsstufen in Reihe angeordnet sind, haben üblicherweise die Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen in gleicher entsprechender Anordnung an jeder Verdichtungsstufe. Das bedeutet, daß bei der ersten Verdichtungsstufe die Einlaßöffnung am äußersten Ende liegt und die Auslaßöffnung am entgegengesetzten Ende davon, zu der unmittelbar daran angeordneten Einlaßöffnung für die zweite Verdichtungsstufe führend, wobei sich die zweite Verdichtungsstufe bis zu ihrem entgegengesetzten Ende erstreckt und dort endet· Diese Anordnung bewirkt eine nachteilige kontinuierliche, ungemilderte Schubbelastung des Kompressors«

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Aufgabe der Erfindung ist, die Nachteile der bekannten Zweistufen-Kompressoren zu beseitigen. Dabei ist ein Zweistufen-Gaskompressor vorgesehen, der geometrisch günstiger und weniger Raum beanspruchend konstruiert ist, wobei ebenfalls ein dynamischer Kräfteausgleich vorgesehen ist, der den Axialdruck, der sich üblicherweise an der Drehkörperachse auswirkt, ganz oder mindestens teilweise aufhebt»

Di© gestellte Aufgabe wird bei einem Kompressor der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß die erste und die zweite Verdichtungsstoß© eine gemeinsame vorgegebene Achse aufweisen und lämgs dieser Achse miteinander verbunden sind und daß die erste wjnd sweit© Verdichtungsstufe je eine iieitere voneinander laid von der vorgegebenen Achse ^"eibliängige Ach-» sera aufweisenο

Aus dieser Anordnung ergibt ssieJs als Ϊ5δ7θ?£;:^ΐ'ί Aus« f'ölirussgsiOrin für einen liompTOB&oi? g©i®aß de ^ .-..'-■:■ Ci.ndi^ng _s daß jeder dsr Verdiclitusigsstufen patriaenartige- \ιηή taatrigelartig© antreibende tei.d angetriebene- D*. oliXcr- poT als VvirdiciitungseieEient© sugeordnei pjisid- "ioboi dia ast'feiroibGnden Drelikörpej? iisial hisjt^rciri-^ri^cr gö-Iitjäppelt ^J-Kl die Ria^^t^iebciiC?::; Drelakcrper pE.rr::^a.ieI su»

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den angetriebenen Drehkörper.seitlich ihrer zugeordneten antreibenden Drehkörper angeordnet sind· So können bei einem aufrechtstehenden Kompressor die einzelnen Verdlchtungsstufen versetzt zueinander in zwei verschiedenen horizontalen Ebenen angeordnet aein, oder, bei einem liegenden Kompressor, in einer gemeinsamen horizontalen Ebene, wobei die Erfindung nicht auf diese beiden Aueführungsformen beschränkt ist, sondern auch auf Kompressoren angewendet werden kann, welche schrägstehend konstruiert oder angeordnet sind.

Xn weiterer Ausgestaltung ist zwecks Kompensation des an den Achsen auftretenden axialen Drucks vorgesehen, daß die in den Verdichtungsstufen befindlichen Verdichtungselemente so angeordnet sind, daß der bei Betrieb auftretende Axialdruck der Verdichtungeelemente der ersten Stufe dem Axialdruck der Verdichtungsei einen te der zweiten Stufe entgegengerichtet ist. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß die Drehelemente, z· B. bei einem Schraubenkompreβsor, gegenläufige Steigung bei gleicher Drehrichtung aufweisen. Dabei ist vorgesehen, daß die in den Verdichtungsstufen angeordneten Verdichtungselemente so mit einem Antrieb gekuppelt sind, daß die bei der Verdichtung auftretenden Axialdrücke unterschiedliche Richtungen haben.

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme für die Kompensierung der Axialdrücke besteht darin, daß eines der Paare der Gas-Einlaßöffnungen oder -Auslaßöffnungen an den Enden

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und das andere dieser Paare im Mittelbereich des Gehäuses angeordnet ist. Vorzugsweise sind dabei die Einlaßöffnungen an den Enden des Gehäuses angeordnet. Daraus ergibt sich, daß die Verdichtungselemente in Richtung, auf die Gehäusemitte wirksam sind, wobei Axialdrücke entstehen, die sich gegen die Enden des Gehäuses richten·

Um diesen Axialdrücken noch stärker entgegenzuwirken, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß eine der Verdichtungsstufen so angeordnet ist, daß Λ

beim Betrieb die darin arbeitenden Verdichtungselemente einen Axialdruck in einer vorgegebenen Richtung erzeugen und mit Durchlässen versehene Lagerkappen diesen Verdichtungselementen so zugeordnet sind, daß eine durch die Durchlässe geführte, vorzugsweise unter Druck stehende Flüssigkeit diesem Axialdruck entgegenwirkt·

Ein Ausführungsbeispiel für den Kompressor gemäß der Erfindung ist in den beiliegenden Zeichnungen schematisch dargestellt« Ee zeigent

Fig." 1 eine Draufsicht auf einen Schraubenkompressor;

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie U-II in Fig* 1 .

Wie aus den Zeichnungen au erkennen ist, weist der erfindungsgemäße Kompressor eine ©rste Vei^dichtungsstufe 1 und ein,© zweite Verdichtung© stuf ο 2 fait seitlich, ange Ein= 'and AuGtri^^söffnuiiigosi ataf, Fig₀ Z aeigt die Stufen deutlicher ±ά ihr-sr is swoi ifeoaen '/ersetstoa Ass,-

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ordnung. Der angetriebene Rotor 3 als ein Drehelement der ersten Verdichtungsstufe ist in seiner Anordnung über dem treibenden Rotor der ersten Verdichtungsstufe zu sehen. Der treibende Rotor 5 der versetzten zweiten Verdichtungsstufe, ist in Reihe hinter dem treibenden Rotor 4 der ersten Verdichtungsstufe angeordnet, mit diesem gekoppelt und sein zugehöriger angetriebener Rotor 6 ist darunter angeordnet« Die treibenden Rotoren 4, 5 weisen eine gemeinsame Rotorwelle 7 auf, auf der sie befestigt sind. Bei dieser Ausführungsform ist die treibende Rotorwelle 7 einstückig mit dem treibenden Rotor 5 der zweiten Verdichtungsstufe gearbeitet. Der treibende Rotor 4 der ersten Verdichtungsstufe ist auf einem Teil der sich aus dem Rotor 5 erstreckenden Welle 7 montiert und mittels eines Befestigungselementes 8 befestigt.

Diese Anordnung der treibenden Rotoren 4 und 5 ist vollkommen willkürlich. Es kfuui z» B,, die Rotorwelle 7 ein selbständiges Teil sein, wobei eine Vorrichtung zum Befestigen eines jeden Rotors an dieser vorzusehen ist; andererseits kann die Rotorwelle 7 aber auch einstückig mit dem Rotor k dex* ersten Verdiciitungsstufe gearbeitet sein.

Der Einlaß 9 der ersten. Vexaichtungsstufe führt zu einem Ringraum 10, der dem äußeren Ende der ersten Verdichtungsstufe 1 zugeordnet ist. Die Auslaßöffnung 11 der ersten Verdichtungsstufe befindet sich im mittleren Teil des Kompressors, Die Einlaßöffnung 12 der zweiten Verdichtungsstufe steht mit dem zugeordneten Ringraum 13 am

antgegengesetzten Ende des Kompressors in Verbindung. Die Auslaßöffnung 14 der zweiten Verdichtungsstufe 2 ist nahe dem nach innen weisenden Ende des Rotors 6 vorgesehen.

Für die Zufuhr von unter hohem Druck stehendem Öl zu den Rotoren 5 und 6 der zweiten Verdichtungsstufe sind Öffnungen 15 in Lagerschalen 16 vorgesehen, um damit dem Axialschub der zweiten Verdichtungsstufe entgegenzuwirken und die Wellenlager 17 zu schmieren« Die Öffnungen 15 weisen (nicht dargestellte) Rückschlag» % ventile od. dgl. auf, nm das Zurückströmen von Öl aus den Öffnungen zu verhindern. Die Öffnung 18, die sich im Gehäuse 19 nahe dem auf Zapfen gelagerton inneren Ende des angetriebenen Rotor» 6 der zweiten Verdichtungsstufe befindet, ist eine ÖleinlaßSffnung für das Wellenlager 20. Wie di© Öffnungen 15» ist auch die Öffnung 18 mit einem Rückschlagventil od. dgl_o (nicht dargestellt) versehen. Nicht dargestellte, jedoch allgemein bekannte und auf diesem Gebiet benutzte Vorrichtungen bewirken das Einführen von Öl unmittelbar in den Verdichtungsraum 21 der ersten Verdichtungsstufe zwecks Abdichtung und Kühlung desselben und zum Schmieren der Lager 22 bis 25· Das in den Kompressor einge- ™ brachte Öl wird mit dem verdichteten Kompressionsprodukt abgeführt und kann von diesem mittels eines Abscheiders separiert werden.

Die Auslaßoffnung 11 der ersten Verdichtungsstufe ist mittels eisi©r nicht dargestellten Leitung in Richtung des gewölbten Pfeils (Figo 1) tait der Einlaßöffnung

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der zweiten Stufe verbunden, wobei die Leitung an den Flanschen 26 und 27 befestigt ist.

Ausgleichsscheiben 28 befinden sich zwischen dem Lager und den Lagerschalen 16, 29 einer jeden Verdichtungsstufe, so daß die richtige Einstellung des Axialspdels zwischen Rotor und Gehäuse vorzunehmen ist· Die Lagerschalen 29 und 30 der ersten Verdichtungsstufe und die Lagerschalen 16 der zweiten Verdichtungsstufe schliessen die Verdichtungsräume 21 und 31 abdichtend ab. Desgleichen sind Axialdrucklager 32 zwischen den Lagerschalen 16 und den Wellenenden der Rotoren 5 und 6 angeordnet. Weiter ist ein unter hohem Druck stehender Ölvorrat 33 mit den Öffnungen 15 verbunden, und der Kompressor wird durch eine nicht dargestellte Antriebsvorrichtung angetrieben, mit der die Verlängerung 7¹ der Welle 7 gekuppelt ist.

Wie aus den Zeichnungen ersichtlich ist, entsteht in Jeder Verdichtungsstufe ein axialer Schub in Richtung auf die entgegengesetzten Enden dies Kompressors, da jedoch die Auslaßöffnung für jede Verdichtungsstufe zentral angeordnet ist und die Rotoren entsprechend arbeiten, wird die Schubbelastung der treibenden Rotorwell· zum Teil kompensiert; die Axialdrücke jedes der treibenden Rotoren wirken einander entgegen· Dies führt zu einer weitgehenden Kompensation eines großen Teils der normalerweise auftretenden Schubbelastung· Ferner kompensiert das der zweiten Stufe durch die Lagerschalen 16 unter hohem Druck zugeführte Öl zusätzlich einen Teil

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des in der zweiten Verdichtungsstufe entwickelten Axialschubes. Insgesamt entsteht dabei ein weitgehend dynamisches Gleichgewicht für den zweistufigen Kompressor. Weiterhin wird durch die Anordnung gemäß der verstehenden Beschreibung ein Kompressor von raumsparender Konstruktion geschaffen.

Die erfindungsgemäße Lehre betrifft das Kuppeln von Axialschub bewirkenden treibenden Rotoren k und 5 mittels einer gemeinsamen Welle 7» um eine Gegenwirkung zur unabhängig entwickelten Schubkraft jedes einzelnen treiben- ™ den Rotors zu erreichen. Selbstverständlich kann eine weitere Ausführungsform des erfindungegemäßen Kompressors mit nach innen gerichteten Axialschub erzeugenden Rotoren auf einer gemeinsamen Welle aufweisen, wodurch ebenfalls eine sich gegenseitig aufhebend© Sehubwirkung bewirkt; wird. Bei einer derartigen Anordnung wären die Gas-Einlaßöffnungen mittig &m Kompressor angeordnet, während die Aus-* laßöffnungen sich nahe den Enden desselben befinden τ/ür-» den«, Eine derartige andere Ausführungdbrm läge ebenfalls im Bereich der vorstehend beschriebenen Erfindung^ w±e auch das spezielle Ausführungsbeispiel kein© Einschränkung darstellt* ' λ

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Claims

Pateiitan*pr ü ehe

Zweistufiger Kompressor mit antx'oibenden und angetriebenen als Vei-dichttnigseleinente ausgebildeten patrizenartigen und mat-rizonartigen Drehkörpern, insbesondere SchraubenkoinpiOssoi*, dessen Verdien·» tungsstufen insgesamt ein Paar Gas-^Einlaßöffnungen und ein Paar Gas~Ausl&£3f:fnuiigen aufweisen und wo» bei die Verdichtiuigsstufeii in einem langgestreckten Gehäuse angeordnet sind« dadurch, gekennzeiclinet, daß di© erste und die zweite Vordichttingsstufe (1,2) oino gemeinsEiHie vorgegebene Acht.ο (7) t-uifv/oisen und längs dieser A eh. ο ο mit-oinniidcx· χ orbuudcjt R-j.nd- und daß die erste und zvioitx·- Yc i^ait-h inn ^j s ο tu^o j ο ο ine weitere voneinander- riitl ν ο; ι dor voj/gogiilxnteii Acli.00

daß jede der Vox'u±vte:O\i><..^£;iA-<A£c.n (A₁Z) pi-.^r-i ge und iaaii'igreiiartigfc? f ■iy'.i./iiii.. .mjöc (^ί3) und beno (3{6) Βλ"·©Ιϊ1;:οϊί»οι"- ;,1s Vo-di. ^Ixtmig-solotiiuj weisen, i-jobe-i di0 &ufo ·?■:!.':.■ ti^e.-.·. Dr-fr'-'/iicörpc-iJ¹ (^i _f '>) r.xial

i/^J-^ ■■;:!·? ■■■: ii dis g örpcx"⁴ (3»6) parallel i-iio'»mmdor anga^rdiiet sind.

3· Kompressor nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Verdichtungsstufen angeordneten Verdi chtungselemente (3»^ und 5»6) so angeordnet sind, daß der beim Betrieb auftretende Axialdruck der Ver-

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dichtungaelemente (3,4) der ersten Stufe (1) dem
Axialdruck der Verdichtungeelemente (5,6) der zweiten Stufe (2) entgegengerichtet ist.

k_t Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Verdichtungsstufen angeordneten Verdichtungselemente (3 bis 6) so mit einem Antrieb (7) gekuppelt sind, daß die bei der Verdichtung auftretenden Axialdrücke unterschiedliche Richtungen haben.

5. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 4| daß eines der Auslaß- bzw. Einlaßöffnungspaare (9,12) an den Enden und das andere dieser Paare (11,14) im Mittelbereich des Gehäuses (19) angeordnet ist.

6. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden des Gehäuses (19) die Einlaßöffnungen (9,12) angeordnet sind.

7. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Verdichtungsstüfen (2) so angeordnet
ist, daß beim Betrieb die darin arbeitenden Verdichtungselemente (5,6) einen Axialdruck in einer vorgegebenen Richtung erzeugen und mit Durchlässen (15) ' versehene Lagerkappen (i6) diesen Verdichtungselementen (5,6) so zugeordnet sind, daß eine durch die Durchlässe (15) geführte, vorzugsweise unter hohem Druck stehende Flüssigkeit diesem Axialdruck entgegenwirkt.

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