DE1944942A1

DE1944942A1 - Schraubenverdichter und Verfahren zu seiner Verwendung

Info

Publication number: DE1944942A1
Application number: DE19691944942
Authority: DE
Inventors: Esper Kodra
Original assignee: Joy Manufacturing Co
Current assignee: Joy Manufacturing Co
Priority date: 1968-09-06
Filing date: 1969-09-04
Publication date: 1970-03-12
Also published as: US3535057A; GB1276348A

Description

"Schraubenverdichter und Verfahren zu seiner Verwendung"

Die Erfindung betrifft Schraubenverdichter.

Bei Schraubenverdichtern bekannter Ausführungsform greifen eine oder mehrere Konvex-Sehraubenspindeln jeweils in eine oder mehrere Konkav-Schraubenspindeln ein, wodurch im Volumen veränderbare Verdichtertaschen gebildet werden, welche axial von einem Ende der Spindeln zum anderen Ende verlaufen und dadurch die Verdrängung bzw. Verdichtung gasförmiger Medien, wie Luft, bewirken. Verdichter der genannten Art entsprechen denjenigen, wie sie in dem US-Patent Nr. 3 2^5 612 aufgeführt und beschrieben sind. Der Schraubenverdichter nach der vorliegenden Erfindung weist demgegenüber wesentliche Verbesserungen auf.

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

Oppenauer Büro! PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT

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Schraubenverdichter allgemeiner Bauart werden bereits seit Jahren verwendet. Sie weisen gewisse Probleme auf, von welchen einige durch den Verdichter nach der vorliegenden Erfindung als gelöst anzusehen sind.

Trocken-Sehraubenverdichter:

1. Erfordernis äusserst enger Bearbeitungstoleranzen, um die Leckage entlang der Abdichtung zu reduzieren;

2. Erfordernis äusserst hoher Geschwindigkeit, um die Leckage entlang der Abdichtung zu reduzieren;

3. Erfordernis zeitlich abgestimmt wirkender Zahnräder, um zu verhindern, dass die Schraubenspindeln einander berühren;

4. Auftreten hoher Temperaturen, bedingt durch Hochge— schwindigkeitsbetrieb und Mangel an Kühlmittel in der Vez'dichterkammer, wodurch in den meisten Fällen zwei Verdichterstufen mit Zwischenkühler für grö'ssere Drücke als 4,2 kp/cm erforderlich sind.

Ölgeflutete Verdichter:

5. Leistungsverlust, bedingt durch Schüttelbewegungen des Öls in der Verdichterkammer;

6. Anwesenheit von Öl im verdichteten Gas;

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7. Verhältnismässig hohe Ausgangstemperatur, bedingt durch die Notwendigkeit _t< die Austritts temperatur oberhalb der Feiichtigkei ts—Kondensations temperatur zu halten.

Die Schraubenverdichter nach der vorliegenden Erfindung weisen einen verschleissbaren und/oder verformbaren lie lag auf einer oder auf beiden Spindeln auf, um den gewünschten, engen Sitz beim Betrieb als wassergefluteter Verdichter zu erzielen. Die Spindellager sind in Gehäusen angeordnet, und zwar getrennt von dem die Spindeln umhüllenden Gehäuse, um eine Querleckage des eingesprühteii Wassers und des Lagei-schmiermittels zu verhindern.

Da die Schraubenspindeln nach der vorliegenden Erfindung mit einem verschleiss— oder verformbaren Belüg beschichtet sind, werden die Hearbeituiigstoleranzen wenigstens in Richtung ineinandereingreifender Spindeln erweitert. Das bedeutet, dass die Schraubenspindel!) ohne Gefahr der Beschädigung etwas ineinander eingreifen können. Wenn beispielsweise die Spindeln zunächst im Gehäuse angeordnet und dann langsam in Umdrehung versetzt werden, wird der Belag auf den Spindeln verschlissen bzw. verformt, wodurch der während des Betriebs nötige Abstand nach einer verhältnismässig geringen Anzahl von Umdrehungen gebildet wird.

Es sind getrennte Gehäuse für die Lager vorgesehen, wodurch es unmöglich wird, dass Schmiermittel aus den Lagern in die Verdichterkammer gerät, wodurch das verdichtete Gas verunreinigt werden könnte. Durch Verwendung getrennter Gehäuse ist es möglich, austauschbare Verdichter-Abdichtungen derart zu verwenden, dass die abgenutzten Teile ausgewechselt werden, ohne dabei die Spindeln aus den Lagern herauszunehmen.

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Die Verwendung des Verdichters als wassergefluteter Verdichter ermöglicht ein Strömungsverhältnis grosser Masse, welches in Verbindung mit der hohen Eigenwärme des Wassere nahezu isotherme Verdichtung ergibt, mit den gleichzeitig zu erwartenden Vorteilen geringer, spezifischer Leistung und grösserer Lebenserwartung der Verdichterelemente.

Bei wassergeflutetem Betrieb ist gleichfalls vollkommen ölfrei Luft gewährleistet. Die Niederviskosität des Wassers, verglichen mit ,Öl, ermöglicht einen geringeren Leistungsbedarf und ermöglicht eine höhere Umdrehungsgeschwindigkeit als es mit ölgefluteten Maschinen der Fall ist.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 der Zeichnungen ist eine Schnittansicht der Dreh-Mittellinien eines mit zwei Spindeln arbeitenden Schraubenverdichters nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten Schraubenverdichters;

Fig. 3 ist eine Teil-Schnittansicht von Linie 3-3 in Fig. Ii

Fig. k ist eine Teil-Endansicht in Richtung der Pfeile 4-4 in Fig. 3;

Fig. 5 ist eine Vorderansicht des Schraubenverdichters, von links in Fig. 1 gesehen;

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_ 5 Fig. 6 ist eine Schnittansicht von Linie 6-6 in Fig. i;

Fig. 7 ist eine schematisehe Darstellung der erfindungsgemässen Verwendung des Verdichters nach der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 8 ist eine graphische Darstellung der spezifischen Leistung vs in Abhängigkeit der Rotorspitzengeschwindigkeit der Patrizen-Schraubenspindel.

Die in Fig. 1 der Zeichnungen dargestellte, erfindungsgemässe Ausführungsform eines Verdichters weist ein Gehäuse 12 mit einer Kammer 15 innerhalb eines Verdichtergehäuses Ik auf. Das Gehäuse 14 ist zwischen den Endplatten zweier Gehäuse l6 und 17, der Einlass- und Auslassgehäuse, eingegrenzt. Diese befinden sich je rechts und links des Gehäuses 14, wie es aus Fig. 1 der Zeichnungen zu entnehmen ist. An der rechten Seite des Verdichters befindet sich ein Lagergehäuse 18, welches fest an einer Anzahl axial sich erstreckender Defestigungsrippen 19 des Auslassgehäuses 16 angebracht bzw. aus einem Stück mit diesem gefertigt ist. Die im wesentlichen waagerechten Rippen 19^! sind mit Öffnungen 21 ausgestattet, durch welche angesammelte Leekageflüssigkeit aus den Gehäusen entlang den Wellen 28 und 38 abgelassen werden kann.

An der äussersten rechten Seite, gesehen in Fig. 1, ist das rechte Ende des Gehäuses 12 durch ein kappenförmiges Zahnradgehäuse 20 abgeschlossen. Das Zahnradgehäuse 20 ist durch Deckelschrauben oder andere Gewindekörper am rechten Ende des Gehäuses 12 befestigt.

Am linken Ende des Vdrdichtergehäuses 14 ist das Einlassgehäuse 17 mit einem Lager- und Getriebegehäuse 22 fest verbunden oder besteht aus einem Stück mit diesem. Die

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Verbindung geschieht durch Rippen 19 und 19' auf die oben beschriebene Weise. Eine kappenförniige Endplatte bzw. eine Olpurapenbefestigung 24 schliesst das linke Ende des Gehäuses 12 ab. An der Aussenflache der Endplatte 24 befindet sich eine Ölpumpe 25.

Innerhalb des Gehäuses 12 ist ein Paar von Schraubenspindeln, bestehend aus einer oberen Patrizenspindel 26 und einer darunter befindlichen Matrizenspindel 36 (Fig. l) vorgesehen» Die Spindel 26 weist einen Schrauben- bzw. Schneckenkörper 27 auf, welcher auf einer Welle 28 befestigt bzw. aus einem Stück mit dieser gefertigt ist. Die Welle 28 erstreckt sich durch die sogenannten Abdichtungsgehäuse l6 und 17 zu den Lagerteilen 29 und 30, welche sich jeweils rechts und links der Abdichtungsgehäuse der Welle 28 befinden. Durch die Lagerteile hindurch erstreckt sich die Welle bis zu den Endteilen 31 und 35 für die Zahnradbefestigung.

Innerhalb der Endplatte 24 ist eine drehbar gelagerte Antriebswelle 32 vorgesehen, welche sich von der Platte nach aussen erstreckt, (Fig. 2). Die Antriebswelle ist mit einer Keilnut oder einem anderen Verbindungselement ausgestattet und mit einer Brennkraftmaschine bzw. einem Elektromotor oder einer anderen Antriebsvorrichtung verbunden. Innerhalb des Antriebs-Zahnradgehäuses 22 ist ein passendes Zahnrad 33 auf der Welle 32 vorgesehen, wie dies in Fig. 5 der Zeichnungen durch gestrichelte Linien dargestellt ist. Dieses Zahnrad steht mit einem weiteren Zahnrad 34 im Eingriff (Fig. l), welches wiederum mit dem Befestigungsteil 35 der Welle 28 verbunden ist. An der Antriebswelle 32 angelegte Kraft wird über das Zahnrad 33 und das Zahnrad 54 auf den Schraubenteil 27 der Welle 28

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- 7 Übertragen, um diese in Undrehung zu versetzen.

Die als Matrizenspindel 36 bezeichnete untere Spindel weist in gleicher Weise einen Schrauben- bzw. Schneckenkörper auf einer Welle 3& auf. Die Welle 38 erstreckt sich in gleicher Weise durch die Auslass- und Einlassgehäuse l6 und 17· Sie ist gleichfalls au rechten und linken Ende in Lagerteilen 39 und 40 gelagert, welche ihrerseits innerhalb der Lagergehäuse 18 und 22 aufgenommen sind. Am rechten Ende der Welle 38 befindet sich ein Befestigungsteil 4i. Ein passendes Zahnrad 43 auf dem Befestigungsteil 41 steht in Eingriff mit einem kleineren Zahnrad 45 auf dem Zahnradbefestigungsteil 31 der Welle 28. Die Zahnräder 43 und 45 ermöglichen eine zeitlich abgestimmte Drehbewegung der Spindeln 26 und 36. Wenn eine vier-gängige Patrizen-Spindel 26 der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform und eine sechs-gängige Matrizen-Spindel 36 Verwendung finden, dann dreht sich die sechs-gängige Matrizen-Spindel 36 mit zwei Dritteln der Geschwindigkeit der vier-gängigen Patrizen-Spindel 26, um die zeitliche Abstimmung und den Eingriff der Spindeln 26 und 36 auf die im einzelnen beschriebene Weise beizubehalten.

Das linke Ende der Welle 38 der Matrizen-Spindel ist durch eine Feder- und Nutverbindung 47 auf bekannte Weise mit der Welle 48 der Ölpumpe 25 verbunden. Die Ölpumpe 25 ist in geeigneter Wise am Getriebegehäuse angebracht und steht mit einem ülsumpi (nicht dargestellt) in Verbindung, um den Zahnrädern und den Lagern des Schraubenverdichters 10 auf bekannte Weise Öl zuzuführen.

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Auf den Wellen 28 und 38 der Spindeln ist jeweils innerhalb der entsprechenden Gehäuse 16 und 17 ein Paar von Abdichtungselementen 50 angebracht, welche in vergrössertem Maßstab in Fig. 3 und k der Zeichnungen dargestellt sind. Da die vier Abdichtungselemente bzw. Abdichtungsvorrichtungen 50 einander gleich sind und für gleiche Zwecke Verwendung finden, wird im einzelnen lediglich die innerhalb des Abdichtungsgehäuses 16 auf der Welle 38 angeordnete Abdichtungsvorrichtung beschrieben, welche in Fig. 3 der Zeichnungen im Schnitt dargestellt ist. Wie sich am besten aus Fig. 3 und k der Zeichnungen ergibt, ist die Welle 38 der Matrizen-Spindel 36 nahe des Schraubenkörpers 37 mit einem Absatz bzw. einem Schulterteil 52 ausgestattet. Der Schulterteil 52 ist drehbar in einer Bohrung 5^ gelagert, welche sich an eine Bohrung 53 im Gehäuse i6, und zwar am rechten Abdichtungsteil der Welle 38 anschliesst. Der Schulterteil 52 der Welle weist grösseren Durchmesser auf als der übrige Teil der Welle, wodurch ein Absatz gebildet ist, gegen welchen sich ein Bund 56 anlegt. Der Bund 56 ist verschiebbar auf der Welle 38 aufgesetzt und wird durch eine etwas zusammengedrückte Schraubenfeder 58 gehalten. Die Feder 58 befindet sich in etwas gespanntem Zustand zwischen dem Bund 56 und einem zweiten Federbund 60. Dieser ist an der Aussenseite einer mit einem Flanschkörper versehenen, zylindrischen und elastischen Buchse 62 befestigt, die auf der Buchse 38 aufgepasst und mit dieser verdrehbar ist. Innerhalb des Bundes 60 und in Berührung mit der Buchse 62 befindet sich ein hartes, glattes und scheibenförmiges Element 64, welches aus einem glatten, undurchlässigen Material wie Keramik oder gehärtetem Stahl gefertigt ist. Durch den engen Sitz der elastischen Buchse 62 am Scheibenelement 6h und die Berührung des Federbundes 56 an der Schulter 51 drehen sich die genannten Teile, d.h.

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der Bund 56, die Feder 58, die Buchse 62, der Bund 60 und das Scheibenelement 64 zusammen mit der Welle 38, wenn der Schraubenverdichter nach der vorliegenden Erfindung in Umdrehung versetzt wird.

Die stationären Bauteile der Abdichtungsvorrichtung 50 bestehen aus einem U-förmigen Halteelement 66 aus Metall, welches mit genügend Abstand die Welle 38 umgibt und auf der nach aussen gerichteten Fläche des Gehäuses 16 mittels Schrauben 67 oder dergleichen befestigt ist.

Innerhalb der Bohrung 53 wird durch das Halteelement 66 ein mit einer Aussensehulter versehener innen schräg zulaufender Haltering 68 gehalten. Auf seinem Aussenumfang weist er eine passende, um den Umfang verlaufende Nut auf, in welcher sich ein Abdichtungselement, beispielsweise ein O-Ring 69 befindet. Dieses Abdichtungselement ermöglicht eine Abdichtung zwischen dem Gehäuse l6 und dem Haltering 68. Die Innenbohrung des Halteringes 68 ist von links nach rechts in Fig. 3 gesehen schräg verlaufend, wobei der kleinste Durchmesser am rechten Ende zu liegen kommt. Dieser ist gross genug, dass er die Welle 38 mit genügend Spielraum aufnimmt, wie dies durch das Halteelement 66 geschieht. In die schräg zulaufende Bohrung des Halteringes 68 ist mit genauem Sitz ein Kohlenstoff ring 12, eingepasst. Dieser besteht aus zwei einander angepassten Hälftenf der Ring wurde zuvor aus einem Stück gefertigt und dann in Axialrichtung von rechts nach links, gesehen in Fig. 3, zur Halfte durchgeschnitten. Dieser Schnitt bzw. diese Schnittlinie ist als eine Kerbe 73 im Kohlenstoff ring 72 (Fig. l) zu sehen. Dem Schnitt 73 folgt in Axialrichtung eine Bruchlinie Tk (Fig. l), welche darstellt, an welcher Stelle das Ringelement 72 zuvor in zwei Hälften gebrochen wurde, wonach diese Hälften dann beim Zusammensetzen der Abdichtung 50 wieder zusammengefügt wurden.

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Da die zwei Hälften durch ein passendes Abdichtungeelement zusammengehalten sind, wie durch einen O-Ring 70, welcher in einer Nut auf der Schrägfläche des Ringelementes 72 liegt, berührt der O-Ring 70 die innere Schrägfläche des Halteringes 68 und erzeugt dadurch eine dichte Verbindung zwischen dem Kohlenstoffring 72 und dem Haltering 68. Die links liegende Fläche des Kohlenstoffelementes bzw. Kohlenstoffringes 72 weist einen schmalen Ringflächenteil 76 auf, welcher während der Anlaufzeit unter starkem Druck am Scheibenelement 64 anliegt, um die geeignete Abdichtung dazwischen herzustellen.

Durch Verwendung der Abdichtungsvorrichtung pO der beschriebenen Art ist es möglich, dass die Verdichtungskammer 50 innerhalb des Gehäuses 14 mit dem Inneren der Bohrung 53 in Verbindung stehen kann, dass jedoch das Innere der Bohrung 53 gegenüber der AussenatmoSphäre abgedichtet ist, was durch die elastische Buchse 62 geschieht, welche unter Abdichtung an der Welle 38 und am Scheibenelement 64 gehalten wird. Das Scheibenelement 64 steht, obwohl es sich mit der Welle 38 dreht, in Abdiehtungskontakt bzw. Abdichtungsberührung mit dem Kohlenstoffring 72 entlang der Ringfläche 76· Der stationär liegende Kohlenstoffring 72 steht seinerseits abdichtend in Berührung mit dem stationären Haltering 68, welcher seinerseits in Abdichtungsberührung entlang der Innenseite der Bohrung 53 mit dem Gehäuse l6 steht. Es ist offensichtlich, dass der einzige Reibungseingriff und der daraus resultierende Verschleiss an der polierten Fläche des Keramik— oder Hartstahlscheibenelementes 64 und an der daran wirkenden Fläche 76 des Kohlenstöffelementes 72 auftreten. Es ist unvermeidlich, dass an diesem Punkt Ver- ^f schleiss bzw. Abnutzungserscheinigungen auftreten. Wenn der Verschleiss gross genug ist, kann das Scheibenelement 64 bzw. der Bund 60 in unerwünschten Kontakt mit dem Ringele-

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Dent 68 gelangen; sowohl das Scheibenelement 6k als auch der Ring 68 können folglich zerstört werden. Wenn das Abdichtungssystem der beschriebenen Art jedoch genügend gewartet und Überwucht wird, kann dieser Zustand jederzeit vorausgesehen werden, was bedeutet, dass die nötigen Ersatzteile rechtzeitig eingebaut werden können. Wenn der Kohlenstoffring 72 abgenutzt ist, werden die Kappenschrauben 67 entfernt, wonach das Halteelement 66 von der Welle abgenommen werden kann. Der Ring 68 kann daraufhin nach rechts in Richtung des Lagergehäuses 18 bewegt werden, und zwar weit genug, um den verschlissenen Kohlenstoffring 72 aus der Bohrung 53 herauszunehmen. Der O-Ring 70 kann vom Kohlenstoffring 72 abgenommen werden, woraufhin die abgeschlissenen Hälften des Ringes auseinandergenommen und weggeworfen werden können. Ein neuer Kohlenstoffring 72, welcher bereits teilweise durchgeschnitten und auf die bereits beschriebene Weise gebrochen wurde, kann anstelle des zuvor verwendeten Kohlenstoffringes an der Welle 38 eingesetzt werden, wonach der 0-tting 70 in die Nut eingelegt wird, welche den neuen Kohlenstoffring 72 umgibt. Auf diese Weise werden die beiden Hälften genau ausgerichtet zueinander gehalten, wahrend das Ringelement 68 von der rechts befindlichen Lage in Berührung an die Aussenseite des Ringelementes 72 gebracht wird. ,Das Halteelement 6b wird daraufhin auf die Aussenseite des Ringes 68 gelegt und gegen die Aussenflache des Gehäuses l6 gedrückt. Dann können die Schrauben 67 angezogen werden. Der beschriebene Austausch des Kohlenstoffringes geschieht, ohne dass die Welle 38 selbst mit den verschiedenen.Gehäuseteilen entfernt werden muss. Somit ist ein Abnutzungselement bei einem Minimum von Zeit und Kosten einsetzbar.

Wie sich aus Fig. 1 der Zeichnungen ergibt, sind die Wellen 28 und 38 am rechten Ende in passenden Druck- und Radiallagern gelagert. Diese sind in doppeltwirkenden Paaren auf

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den Teilen 29 und 39 der Wellen 28 und 38 vorgesehen und gewährleisten auf bekannte Weise sowohl Radial- als auch Axialstabilität für die Spindelwelle. Die zeitlich aufeinander abgestimmt wirksamen Zahnräder 43 und 45 sind
auf den Wellen 28 und 38 derart bewegbar, dass der Eingriff der Schneckengänge einstellbar ist. Das linke Ende der Wellen 28 und 38 ist in Rollenlagern 80 aufgenommen, welche für grosse Radialbelastungen ausgelegt sind, d.h. insbesondere für die Halterung der Welle 28 an ihrem Antriebsende, wo starke Radialbelastungen auftreten. Diese sind bedingt durch den Eingriff der Zahnräder 33 und 34, welcher am Lager 80 wirksam ist.

Wegen der getrennten Lage der Lagergehäuse 18 und 22 vom Kammergehäuse 14 und wegen des Zwischenraumes zwischen den Abdichtungsgehäusen l6 und 17 und den Lagergehäusen 18
und 22, welchersich bis zu einem Punkt unterhalb des Umfanges der Wellen 28 und 38 erstreckt, wird jede Ölleckage aus den Lagerkammern 18 und 22 oder jede Wasserleckage
aus den Abdichtunsskamtnern l6 und 17 durcli Öffnungen 21
bis zu einem Punkt ausserhalb des Verdichters abgeführt. Das bedeutet, dass keine Querleckage oder Verunreinigung von Öl durch Wasser oder umgekehrt besteht. Die Trennung der einzelnen Teile auf die genannte Weise ermöglicht die Verdichtung vollkommen ölfreier Luft.

Wie am besten aus Fig. 6 der Zeichnungen zu ersehen ist, sind die schrauben- bzw. schneckenförmig gelegten Teile
27 und 37 der Spindeln 26 und 36 vollständig von Schichten bzw. Belägen 82 und 84 überdeckt. Diese Beläge bestehen
zweckmässigerweise aus einem nichtmetallischen Material, wie Kynar, Teflon oder aus einer passenden Epoxyverbindung. Der verwendete Belag sollte folgende Eigenschaften auf-

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weisen: Eine zuverlässige Metall-Plastikbindung; eine gute Erosionsbeständigkeit; eine Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosion durch Wasser; eine Widerstandsfähigkeit gegenüber Temperatur im Bereich von 120 C ohne Erweichen; eine niedere Plastik-zu-Plastikkohäsion; einen Expansionskoeffizienten so nahe wie möglich am Expansionskoeffizienten von Metall; und niedere Porosität. Weitere, erwünschte Eigenschaften sind: Das Material soll in beträchtlichen Mengen gefertigt werden können bei innerer Gleichförmigkeit und Gleichförmigkeit von einer Charge zur anderen; das Material soll in allen Zuständen nicht toxisch und chemisch stabil sein. Es ist weiter wichtig, dass das Beschichtungsmaterial bis zu einem vernünftigen Maß elastisch ist. Darüber hinaus sollte es permanent verschleiss- oder verformbar sein. Das bedeutet, wenn die beiden Spindeln, von welchen wenigstens eine beschichtet ist, in Umdrehung versetzt werden, können sie zunächst mit einem vertretbaren Ausmass von Elastizität ineinander eingreifen, während sie sich zueinander verdrehen, wobei die Eigenschaften des Beschichtungsmaterials gewährleisten, dass der genannte Eingriff nach den ersten wenigen Drehbewegungen der Spindeln nicht von neuem auftritt. Die Eigenschaften des Materials gewährleisten also, dass die Spindeln nach den ersten Umdrehungen mit genügend Abstand zueinander betrieben werden können, ohne dass sie einander beschädigen.

Das Beschichtungsmaterial der Spindel muss notwendigerweise nicht gegenüber hohen Temperaturen resistent sein, d.h. gegenüber Temperaturen oberhalb von 204 C. Es ist auch nicht erforderlich, dass der Reibungskoeffizient besonders tief ist oder dass die Zugfestigkeit besonders hoch liegt, wenn zeitlich zueinander abgestimmt wirkende Zahnräder Verwendung finden.

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Die Härte des Belages sollte genügend gross sein, um einer Verformung durch unter hohem Druck stehendes Wasser oder einerVerformung durch unter hohem Druck stehende Luft zu widerstehen; gleichzeitig sollte der Belag jedoch weich genug sein, damit Metallpartikel als Füllkörper eingebettet werden und nicht auf der Oberfläche des Belages verbleiben, wodurch die gegenüberliegende Spindel zerstört werden könnte.

Es sei ferner darauf hingewiesen, dass eine der Spindeln einen Metallbelag aufweisen kann, solange dieser Belag genügend geringen Reibungskoeffizienten aufweist, genügend korrosionsresistent ist und gleichzeitig dabei im Sinne der oben beschriebenen Erfordernisse verschiebbar bzw. verschleissbar ist.

Mit Belägen, welche den oben angeführten Erfordernissen gerecht werden, können rohbearbeitete Spindeln verwendet werden, welche in ihren Ausmassen etwas kleiner sind als die fertigen Spindeln. Dies ist möglich, da nach der Rohfertigung der Spindeln ein oder mehrere Beläge des Beschichtungsmaterials aufgetragen werden, wonach die Spindeln ihre bemessene Grosse aufweisen. Dabei besteht die Möglichkeit eines Eingriffs der Spindeln miteinander. Nachdem die Spindeln auf die beschriebene Weise bearbeitet wurden, werden sie im Verdichtergehäuse eingesetzt. Die Zahnräder und Lager werden justiert, um die genaue Lage einer Spindel zur anderen zu erzielen. Die Spindeln werden daraufhin längsam in Umdrehung versetzt, um sie einlaufen zu lassen. Dabei können die Beläge der Spindeln miteinander oder mit dem Gehäuse in Eingriff kommen. Jede erforderliche permanente Verformung des Belages tritt während dieser Einlaufzeit auf. Wenn die Spindeln genügend lange in Umdrehung versetzt werden, besteht ein sehr enger Sitz zwischen den Spindeln und zwischen den Spindeln und dem Ge-

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hfitise. Dabei ist ein geringerer Abstand der genannten Teile zueinander erzielbar, als.es bei normaler Bearbeitung unter Wahrung üblicher Toleranzen möglich wäre.

Durch den geringeren Abstand ist es möglich, die Spindeln mit geringerer Geschwindigkeit und mit weniger Leekageverlust zu fahren; das bedeutet, dass eine geringere Betriebstemperatur erzielbar ist, und zwar wegen der geringeren Wiederverdichtung heisser Gase aus den Ilochdruckvolumen der Spindeltascheu, welche in die Niederdruckbereiche entweichen.

In der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind zeitlich zueinander abgestimmt wirkende Zahnräder ^3 und Ί5 aufgeführt. Zahnräder der genannten Art sind jedoch nicht absolut erforderlich und in gewissen Ausführungsformen nach der vorliegenden Erfindung kann auf sie verzichtet werden. Dies ist bei Verwendung von Beschichtungsmaterialieii möglich, deren spezifische Eigenschaften einen Eingriff von Spindel zu Spindel ermöglichen, falls die verwendete Wassermenge ausreicht für den Antrieb einer Spindel durch die andere. Die zeitlich miteinander wirkenden Zahnräder ^li5 und h5 stellen also keinen unbedingt erforderlichen Be«tandteil dor Erfindung dar, obwohl sellBbschtnierendc Eigenschaften des Beschichtungsmaterials dann erforderlich sind.

Durch Verwendung der .«lenamften Beschichtiingsmaterialien sind nicht nur weitere Bearbeitungstoleranzen möglich, der Belag verhindert auch eine Metall-zu-Metallberührung, wodurch die Spindeln einander verkratzen, fräsen und damit ernstlich beschädigen könntii.

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Der Betrieb des Schraubenverdichters 10 nach der vorliegenden Erfindung als wassergefluteter Schraubenverdichter ist möglich durch die nicht korrodierenden Eigenschaften und den engen Sitz der beschichteten Spindeln. Wenn die Spindeln im Schrauben- bzw. Schneckenbereich nicht beschichtet wären, würde durch Verwendung von mit Luft gemischtem Wasser eine zerstörende Korrosion in einem Verdichter der genannten Art auftreten. Anstatt beschichtet zu werden, können die Spindeln auch aus einem nicht korrodierenden Nichteisenmetall gefertigt werden, um der Korrosion zu widerstehen. Dann müssen allerdings grössere Bearbeitungstoleranzen vorgesehen sein, um jede Möglichkeit einer Berührung von Metall zu Metall zu vermeiden. Die· niedere Viskosität des Wassers macht es erforderlich, dass die Spindeln mit engerem Sitz zueinander und am Gehäuse wirksam sind, als dies beispielsweise bei der höheren Viskosität des Öls erforderlich ist₉ mit welchem flüssigkeitsgeflutete Verdichter bekannter Art gefahren werden.

Eine weitere Eigenschaft des Verdichters nach der vorliegenden Erfindung, welcher wassergefluteten Betrieb ermöglicht, besteht in der Trennung der Wellenteile₉ ura den Ilochdruckraum von den Lagert©ilen der Welle zu trennen« Auf diese Weise können «Si© Lager in Öl laufend während der Konspress ionsrassa tsilrar?is© ssit Wasser gefüllt ist» ©hn© dass eine. Qwer^Ysr^ia^Qiaigtsiag der beiden Flüssigkeiten zu« einander möglich, war

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Der Spindelbetrieb iait Wasserflutung ermöglicht !bestimmte Arb«itsverfslir@a_g welche mit trocken«- oder ©"!gefluteten Verdichter© tmaöglicfe wären.

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Das erste dieser Arbe its verfahren ist schematise!! in Pig. der Zeichnungen dargestellt. Danach ist der Verdichter 10 nach der vorliegenden Erfindung, durch das herkömmliche Symbol einer Pumpe gekennzeichnet, in passender Weise durch eine Lufteinlassleitung 86 Mit der Aussenluft verbunden. Der Verdichter 10 steht über eine Auslassleitung 87 mit einem Wasserseparator 92 beliebiger Bauart in Verbindung. Mit Hilfe des Trenngerätes bzw. Separators 92 kann mit Luft durchsetztes Wasser aus dem Verdichter 10 getrennt werden. Das von der Luft im Separator 92 getrennte Wasser wird durch eine Wasserleitung 93 zum Verdichter 10 zurückgeführt. Die Rückführungsleitung 93 für das Wasser steht an einem Ende mit dem Sammelteil im Separator 92 und am anderen Ende mit einer Wärmetauschervorriehtung 88 in Verbindung. Diese wird über Einlass- und Auslassleitungen 89 und 90 mit Kühlwasser versorgt; die Leitungen 89 und sind auf passende Weise an einen Wasservorrat und an einen Ablauf (nicht dargestellt) angeschlossen. Die Wärmetauschervorrichtung ist ihrerseits über eine Leitung 92 mit der Verdichterkammer 15 des Verdichters 10 in Verbindung. Der Separator 92 steht über eine Leitung 94 mit einem Aufnahmegerät für Druckluft bzw. einer anderen (nicht dargestellten) die Luft aufnehmenden und verwendenden Vorrichtung in Verbindung, Die Leitung 91 ist über ein Ventil 95 mit einem Wasserzulauf verbunden. Das Wasser dient dazu, das Wasser im System zu ersetzen, welches durch Luft aufgenommen und durch die Leitung 94 abgeführt wird. Die Leitung 91 steht mit dem Inneren der Kammer 15 innerhalb des Kammergehäuses 14 auf passende Weise in Verbindung, beispielsweise durch Einspritzkanäle in Form einer Mehrzahl von Bohrungen 96 (Pig. 6), Die Bohrungen entsprechen denjenigen, welche in dem oben genannten Patent beschrieben und dargestellt sind. Die Bohrungen 96 münden entlang der Schnittlinie in die

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Wenn das in Fig_a 7 dor E@ic!iTOiag©ia dargestellte System in Betriela ist₉ twh®l &qt Ysräic&tor 10 mit Tesiasssener 6a— schwindigkeit in Umlaiaf vsrsetzt wird₉ wirnS teft unt.er Atmosphärenäriiöli naß ©imar fesaperatiir von etwa- 21°C nit einer geeigneten Menge von Wasser in den Verdichter iO aufgenommen. Das Wasser wird aufgenommen, um ein Mengenverhältnis von Flüssigkeit zu Gas zu erzielen, welches von 10 zu 1 bis maximal 20 zu 1 liegt. Bei einem derart hohen Verhältnis des Mengenstromes und bei der hohen Eigenwärme des Wassers weist das aus dem Verdichter 10 durch die Leitung 87 austretende Gemisch von Luft und Wasser, obwohl es bis zu etwa 7 kp/cm verdichtet ist, lediglich eine etwas erhöhte Temperatur von etwa 32 C auf. Die Verdichtung ist also im wesentlichen isotherm verlaufen mit einem Exponenten der Polytrope von 1,05 ois 1,1 im Vergleich zum erwarteten Verlauf für adiabatische Verdichtung von 1,4 und dem theoretischen Exponenten von 1,00 bei isothermer Kompression.

Falls Wasser mit genügend tiefer Temperatur ausreichend zur Verfügung steht, kann durch das hohe Mengenverhältnis eine vollständig isotherme Kompression mit einem Exponenten von 1,0 erzielt werden; es ist sogar möglich, über die isothermen Bedingungen zu gehen, so dass eine gewisse Abkühlung der Luft während der Kompression stattfindet. Dabei erzielt man einen polytropen Verfahrensexponenten von 0,9 mit gleichzeitiger Zunahme im Wirkungsgrad des Verdichters, Für die Zwecke der erfindungsgemässen Vorrichtung

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wird ein Betrieb des. Verdientere unter Bedingungen, welche einen polytrqpen Verfahrensexponenten im Bereich von 0,9 bis f,l ergeben, in wesentlichen als isotherme Verdichtung bezeichnet.

Innerhalb des Separators 92 ist eine einfache, mechanische Vorrichtung, beispielsweise eine Zentrifuge vorgesehen, um das Wasser von der Luft zu trennen. Die Luft wird über die Leitung 9*t in einen Druckluftbehälter oder an den Punkt geleitet, wo sie Verwendung findet. Wie sich aus Pig. 7 der Zeichnungen ergibt, führt die Leitung 93 das Wasser vom Separator 92 zurück zum Verdichter 10, wo das Wasser wieder in den Kreislauf eingeführt wird. Der Grund, warum das Wasser durch die Leitung 93 und den Verdichter 10 zurückgeführt wird, besteht in dem Wunsch, die Bildung von Niederschlägen im Verdichter durch Verwendung einer Originalfüllung aus destilliertem Wasser zu verhindern! kondensiertes Wasser aus dem Luftstrom dient zu» Einsprühen in den Verdichter 10. Es ist nicht erforderlich, dass das durch die Einlassleitung 89 des Wärmetauschers 88 zugeführte und durch die Auslassleitung 90 abgeführte Wasser besonders rein ist, da es mit dem Luftstrom nicht in Berührung kommt, und da es die Bedingungen für genügenden Wärmetauech erfüllt, falls seine Temperatur 18⁰C oder weniger beträgt."Das zum Wärmetauschen verwendete Wasser verursacht deshalb nicht genügend Verunreinigung, um die Leitungen des Wärmetauschers zu verstopfen.

Für den Betrieb des Verdichters ist der Einsatz eines geschlossenen Kreislaufs unter Verwendung der Leitung 93 solange nicht erforderlich,.als Vorkehrungen getroffen sind, um genügende Flüssigkeitsmengen dem Verdichter 10 zuzuführen und solange das Wasser von der Luft im Separator ^l>2 CPtrennt vird.

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Fig. 8 der Zeichnungen gibt die spezifische Leistung in Abhängigkeit der Schraubenspitzengeschwindigkeit wieder. Bei höherer Schraubenspitzengeschwindigkeit des wasserge— fluteten Verdichters, verglichen mit ölgeflutetem Betrieb, ergibt sich einsehliesslich im wesentlichen isothermer Verdichtung ein sehr geringer spezifischer Leistungsbedarf. Die im wesentlichen isotherme Verdichtung, welche die Ausgangstemperatur des Verdichters auf elnemvergleichs— weise geringen Wert hält, gewährleistet auch eine längere Lebenserwartung der Dichtungselemente, als es bei den höheren Ausgangstemperaturen möglich wäre, die sowohl im trockenen als auch im ölgefluteten Betrieb zu erwarten sind. Die Trennung des Wassers von der Luft geschieht in einem einfachen mechanischen Verfahren, verglichen mit den komplizierten thermischen oder chemischen Verfahren, welche erforderlich sind, um Öl und dessen Dämpfe von Druckluft zu trennen, falls ein ölgefluteter Verdichter Verwendung findet. Der Niedrigtemperatur—Betrieb bedeutet auch, dass die den Separator verlassende Luft auf einem dieser Temperatur entsprechenden Sättigungspunkt ist. Der niedere Feuchtigkeitsgehalt kann durch Verdichter anderer, bekannter Bauart nur dann erreicht werden, wenn die Luft durch einen Nachkühler hindurchgeleitet wird. Ein weiterer Punkt der Überlegenheit eines wassergetriebenen Verdichters gegenüber einem ölgetriebenen Verdichter besteht in der Tatsache, dass ein Gemisch von Wasser und Luft niemals explosiv oder sogar brennbar sein kann.

Ein zweites Verfahren, den Verdichter 10 nach der vorliegenden Erfindung zu betreiben, entspricht dem oben beschriebenen mit der einzigen Ausnahme, dass man auf den Wärmetauscher 88 verzichtet und dass die Leitung 93 mit einem (nicht dargestellten^ Wasserablauf in Verbindung

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steht. Somit wird Wasser auf übliche Weise durch das Ventil 95 dem Verdichter 10 zugeleitet; das Luft-Wassergemisch wird zum Separator 92 geleitet, in welchem das Wasser von der Luft getrennt wird, wonach die Luft durch die Leitung 94 auf die bereits beschriebene Weise dem Druckluftbehälter zugeleitet wird. Das abgetrennte Wasser wird auf passende Weise abgeleitet. Bei diesem zweiten Arbeitsverfahren des Verdichters wird die Temperatur des Wasser—Luftgemisches im wesentlichen durch die Menge und durch die Temperatur des zugesetzten bzw. zugeleiteten Wassers bestimmt. Die Temperatur des Gemisches kann den Wert der innerhalb des Verdichters erzeugten Temperatur annehmen, beispielsweise 32°C, wenn es dem Separator zugeführt wird» Für gewisse Zwecke 1st ein Temperaturanstieg von H⁰C nicht nachteilig. Wasser genügend grosser Reinheit, welches in direktem Kontakt mit dem Luftstrom Verwendung findet, ist leicht und billig erhältlich, so dass die zusätzlichen Kosten des Wärmetauschers und der dafür bestimmten Steuerungsorgane nicht aufgewogen werden durch die Kosten des durchfliessenden Wassers unter Verwendung eines wassergefluteten Verdichters ohne Rücklauf.

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Claims

Patentanmeldung: "Schraubenverdichter und Verfahren zu

seiner Verwendung"

PATENTANSPRÜCHE

1,J Verfahren zur Betätigung eines Schraubenverdichters zur Erzeugung von Druckgas mit Hilfe eines Paares ineinandergreifender Schraubenspindel^ durch Zuleiten von Gas zum Einlass der Spindeln, Verdichten des Gases mit Hilfe der Spindeln und Ableiten des Gases vom Verdichter zum Verwendungspunkt, dadurch gekennzeichnet, dass den Sehraubenspindeln eine genügend grosse Menge Wasser zugeleitet wird, um ein Gas- und Wassergemisch zu erzeugen, dessen Mengenverhältnis grosser ist als zehn Teile Wasser zu einem Teil Gas, wodurch das Verdichten ohne Temperaturanstieg erfolgt. '
2. Verfahren zur Betätigung eines Schraubenverdichters nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich das Wasser vom Gas getrennt wird.

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3. Verfahren zur Betätigung eines Schraubenverdichters nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das abgetrennte Wasser zum Verdichter zurUckgeieitet wird, so dass es wenigstens einen Anteil der Wassenaenge ftir die nächste Verdichtung bildet.
k» Verfahren zur Betätigung eines Schraubenverdichter nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass das abgetrennte Wasser gekühlt wird, bevor es wiederum zum Verdichter zurückgeleitet wird.
5. Verfahren zur Betätigung eines Schraubenverdichters nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuleiten des Gases, das Zuleiten des Wassers und das Verdichten des Gemisches entlang einer Bahn geschieht, welche gegenüber der Antriebsvorrichtung und der Lagervorrichtung der Spindeln abgedichtet und im Abstand dazu vorgesehen ist.
6. Verfahren zur Betätigung eines Schraubenverdichters nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichten des Gemisches im wesentlichen Isotherm geschieht bei einem polytropen Exponenten im Bereich von 0,9 bis 1,1.
7. Schraubenverdichter mit wenigstens einem Paar ineinandergreifender Schraubenspindeln, welche drehbar in Lagerkörpern gelagert sind, so dass sich mittlere Schraubenteile der Spindeln in einer abgedichteten, länglichen Verdichterkammer befinden, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Wellenkörper (2S₁ 38) von jeweils jedem Ende des Schraubenspindelkörpers durch Hochdruck- und Niederdruckenden der abgedichteten Verdiehterkammer erstreckt, dass jedes Ende jeweils jeder Welle {'•IS, i3) in lagern (i8, 22) aufgenommen ist, dass sich die

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Lager an der Hochdruckseite jeweils jeder Welle axial Im Abstand von der Verdichterkammer befinden und in einem für sich getrennten Lagergehäuse vorgesehen sind, das, gleichfalls i» Abstand von der Kammer angeordnet ist_f um »ine Querleckage zwischen den uehäusetellen su vermeiden, dass nahe dee Hochdruckendeβ der Kammer austauschbare Dichtungen (50) an der Welle zwischen der Verdichterkammer und dem Lagergehäuse vorgesehen sind, und das* die Dich« tungsvorrichtung einen radial geschlitzten Versohle!·»- körper aufweist, welcher sich zwischen ringförmigen, zueinander sich drehenden Abdichtungskörpern befindet.
8. Schraubenverdichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Spindeln mit einem Belag beschichtet Ist« welcher durch Wasser nicht korrodierbar ist und dass der Belag permanent verlagerbar ist, wenn ein Eingriff an ihm geschieht.

9· Schraubenverdichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass alle Lager axial im Abstand von entsprechenden Enden der Verdichterkamser angeordnet und in für sich einzeln angeordneten Lagergehäusen vorgesehen sind, welche jeweils für sich im Abstand von den Enden der Kammer auegerichtet sind, und dass die Abdichtungsvorrichtung an beiden Enden der Kammer ausserhalb dieser auf der Welle vorgesehen ist.

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