DE19513380C2

DE19513380C2 - Abdichtung, Lagerung und Antrieb der Rotoren eines trockenlaufenden Schraubenrotorverdichters

Info

Publication number: DE19513380C2
Application number: DE19513380A
Authority: DE
Inventors: Manfred Heinen; Hans-Hermann Reinersmann
Original assignee: MAN Gutehoffnungshutte GmbH
Current assignee: MAN Turbo AG
Priority date: 1995-04-08
Filing date: 1995-04-08
Publication date: 1997-09-04
Anticipated expiration: 2015-04-09
Also published as: EP0736692B1; JPH08284855A; US5695327A; DE19513380A1; EP0736692A1

Description

Die Erfindung betrifft einen trockenlaufenden Rotorver dichter mit Kämmeingriff zwischen einem schraubenver zahnten Rippenrotor und einem schraubenverzahnten Nutenrotor, wobei die saugseitigen und druckseitigen Lagergehäuse Zapfen aufweisen, die in Bohrungen innerhalb der Rotoren hineinragen und mit Gleit- oder Wälzlagern versehen sind; mit einer durch eine Bohrung im saug- oder druckseitigen Lagergehäuse und durch einen der Zapfen geführten Torsionswelle mit einer Kupplungshälfte für den Verdichterantrieb, mit an den Lagergehäusen und den Rotoren angeordneten Dichtungen.

Ein Schraubenrotorverdichter transportiert als zwangs läufig fördernde Verdrängermaschine dementsprechend das Fördermedium nicht nur von der Saug- zur Druckseite, sondern verdichtet es auch auf diesem Wege durch Ver kleinerung der Zahnlückenräume. Drehen sich die Läufer bzw. Rotoren im Gehäuse, kommen sie an der saugseitigen Steuerkante außer Eingriff, so daß sich ein Querschnitt und ein Volumen zum Ansaugen öffnet. Bei weiterer Drehung kommen die Rotoren an ihren Steuerkanten wieder zum Eingriff. Der Querschnitt des in axialer Richtung sich bewegenden Arbeitsraumes verkleinert sich bis zur Steuerkante auf der Druckseite des Gehäuses, an der das komprimierte Medium ausgeschoben wird.

Schraubenrotorverdichter lassen sich direkt mit der Motordrehzahl über ein eingebautes oder externes Getriebe antreiben.

Schraubenrotorverdichter mit kleinen Kompressions verhältnissen (Enddruck/Saugdruck), bei denen das geförderte Medium nicht mit einer Kühlflüssigkeit verunreinigt werden darf, werden als trockenlaufende Schraubenrotorverdichter bzw. als Trockenläufer bezeichnet und benötigen zur Wahrung des Abstandes der Rotorflächen ein Ausgleichsgetriebe, welches die Rotoren vor Berührung schützt.

Die Rotoren dieser Schraubenrotorverdichter besitzen beidseitig angeordnete Zapfen, die in Axial- und Radiallagern im Gehäuse gelagert sind.

Nachteilig ist bei dieser Ausführung die hohe Durch biegung der Rotoren und das gleichzeitige Auftreten von hohen Torsions- und Biegespannungen an dem angetrie benen Rotorzapfen. Um den Rotoren eine möglichst hohe Steifigkeit zu verleihen bzw. um die erforderlichen Drehmomente übertragen zu können, führt man die Lager zapfen möglichst groß aus. Dies hat zur Folge, daß der Lagerdurchmesser und der Lagerabstand auch entsprechend groß gewählt werden muß.

Aus der DE 44 03 648 A1 ist ein Schraubenverdichter mit einer Öleinspritzung bekannt, der innenliegende Rotorenlagerungen aufweist. Die Lagerzapfen für den Haupt- und Nebenrotor sind jeweils Teile des saugseitigen bzw. des druckseitigen Lagergehäuses und bestehen daher aus dem gleichen Material, z. B. Stahlguß. Die Zapfen ragen in Bohrungen der Rotoren hinein, die zur Lagerung der Zapfen mit Gleit- oder Wälzlagern ausgerüstet sind.

Ein besonderer wirtschaftlicher Vorteil dieser Lager konstruktion ist darin zu sehen, daß der so konstru ierte Schraubenrotorverdichter gegenüber Verdichtern, bei denen die Rotoren beidseitig angeordnete Zapfen aufweisen, eine extrem kurze Bauform aufweist.

Es können für die Lagerung wahlweise saugseitig Axial- und Radiallager und druckseitig Radiallager oder aber saugseitig Radiallager und druckseitig Axial- und Radiallager verwendet werden.

Der Antrieb des Schraubenrotorverdichters läßt sich an einem der saug- oder druckseitigen Rotorenden anordnen.

Für den Antrieb ist neben Kupplungen beliebiger Bauart u. a. auch eine Torsionswelle möglich, die durch eine Bohrung im saug- oder druckseitigen Lagergehäuse und in einen der vier Zapfen geführt ist. Über eine Kupplung am äußeren Ende der Torsionswelle erfolgt der Antrieb des Verdichters.

Aus der DE 44 03 648 A1 ist darüber hinaus die Abdichtung der Stirnflächen der Rotoren eines Schraubenrotorverdichters mit einer Ölein spritzung gegenüber dem Gehäuse mittels Dichtscheiben bekannt, um die Abdichtung des Wirkraumes zwischen einem schraubenverzahnten Rippenrotor und einem schraubenverzahnten Nutenrotor zu erreichen.

Zwischen den Stirnflächen der Rotoren und dem Gehäuse befinden sich auf den saug- und druckseitigen Gehäuse teilen Dichtscheiben, die an diese Gehäuseteile angeschraubt, angeklebt oder formschlüssig eingelegt sind. Die Dichtscheiben bestehen aus einem gesinterten PTFE-Glimmer-Gemisch oder aus einem Werkstoff mit ähnlichen Eigenschaften.

Die DD-PS 1 18 696 zeigt einen ölüberfluteten, leistungsgeregelten Schraubenverdichter, der keine innengelagerten Rotoren und keine Abdichtung zwischen Kompressionsraum und Lagerung besitzt, die im übrigen nach der Natur dieser Verdichterart auch nicht notwendig ist.

Die US-Patentschriften 4 504 203 und 4 490 102 zeigen lediglich innenliegende Rotoren auf einer Rotorseite, d. h. die Belastung der verbleibenden Rotorzapfen entspricht der Belastung bei einer konventionellen Konstruktion und besteht aus hohen Torsionskräften und Biegekräften. Ferner sind keine Dichtungen vorhanden, welche die Arbeitsräume gegeneinander abdichten und/oder den Kompressionsraum von den Lagern trennen (US-PS 4 504 203).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen trockenlaufenden Schraubenrotorverdichter bezüglich der Lagerung der Rotoren und der Abdichtung der Arbeitskammern zu verbessern.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung in der Weise gelöst, wie es im Patentanspruch 1 angegeben ist, eine vorteilhafte Ausgestaltung ist Gegenstand der weiteren Ansprüche.

Nach der Erfindung weist der Schraubenrotorverdichter innenliegende Rotorenlagerungen auf. Die Lagerzapfen für den Haupt- und Nebenrotor sind jeweils Teil des saugseitigen bzw. des druckseitigen Lagergehäuses und bestehen aus dem gleichen Material, z. B. Stahlguß. Die Zapfen ragen in Bohrungen der Rotoren hinein, die zur Lagerung der Rotoren mit Gleit- oder Wälzlagern ausgerüstet sind.

Auch hier werden für die Lagerung wahlweise saugseitig Axial- und Radiallager und druckseitig Radiallager oder aber saugseitig Radiallager und druckseitig Axial- und Radiallager verwendet.

Der Antrieb des Schraubenrotorverdichters kann an einem der saug- oder druckseitigen Rotorenden angeordnet werden. Zwischen den druckseitigen Enden der Rotoren und dem druckseitigen Lagergehäuse werden jeweils Getrieberäder eines Ausgleichsgetriebes sowie ein Dichtungsgehäuse mit Dichtscheiben und Dichtungen angeordnet. Zwischen den saugseitigen Enden der Rotoren und dem saugseitigen Lagergehäuse werden lediglich Dichtungsgehäuse, Dichtscheiben und Dichtungen vorgesehen.

Die Abdichtung des Kompressionsraumes gegenüber der Umgebung wird mit Dichtungen erreicht, die druck seitig in einem Dichtungsgehäuse und saugseitig ebenfalls in einem Dichtungsgehäuse, das in dem saugseitigen Lagergehäuse befestigt ist, angebracht und gegen die Rotorstirnflächen gerichtet sind.

Entsprechend dem Druckniveau und der Art des zu fördernden Mediums können an den vier Rotorenden gleiche oder unterschiedliche Dichtungen eingesetzt werden.

Als Dichtungen können zum Beispiel gasgesperrte Dich tungen eingesetzt werden, die besonders hohe Dicht ansprüche erfüllen.

Mittels Dichtscheiben, die ebenfalls am Dichtungsge häuse angebracht sind, werden die Zahnlückenräume gegeneinander abgedichtet. Der Spalt zwischen den Rotoren und den Dichtscheiben wird bei der Montage auf 0 mm eingestellt. Während des Betriebes werden die Dichtscheiben von den Rotoren so weit abgetragen wie das für den berührungslosen Lauf zwischen Dichtscheibe und Rotor erforderlich ist.

Trockenlaufende Schraubenrotorverdichter werden, resultierend aus dem gegebenen Druckniveau und der vorgegebenen Drehzahl, entsprechend der errechneten Lagerkraft und der verlangten Lebensdauer, mit Gleit- oder Wälzlagern versehen.

Auch die auf der Druckseite angeordneten Getrieberäder, Dichtungen sowie das Lagergehäuse werden den Druckver hältnissen angepaßt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Schrauben rotorverdichter mit Torsionswelle und Wälz lagern bzw. Gleitlagern für geringe Lager belastung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Schrauben rotorverdichter mit Torsionswelle und Gleit lagern für hohe Lagerbelastungen.

Entsprechend Fig. 1 ist das saugseitige Lagergehäuse (3) an seiner Innenseite mit einem Lagerzapfen (30) zum Eingriff in die Bohrung im Rippenrotor (1) und mit einem weiteren Lagerzapfen (29) zum Eingriff in den Nutenrotor (2) ausgestattet.

Das druckseitige Lagergehäuse (5) besitzt an seiner Innenseite ebenfalls Zapfen (25). Einer dieser Zapfen greift in die Bohrung im Rippenrotor (1) und der andere in die Bohrung im Nutenrotor (2) ein. Beide Lagerge häuse (3, 5) sind an dem Kompressorgehäuse (4) lösbar befestigt.

Demnach bestehen die Rotoren (1, 2) innerhalb des Kompressorgehäuses (4) nur noch aus dem schraubenver zahnten Teil des Rippenrotors (1) und dem schrauben verzahnten Teil des Nutenrotors (2), in deren Ende zentrische Bohrungen zur Aufnahme der Zapfen (25) ein gebracht sind.

Im Ausführungsbeispiel gem. Fig. 1 befindet sich der Antrieb des Verdichters druckseitig am Rippenrotor (1).

Die Lagerung der Rotoren (1, 2) auf den druckseitigen Lagerzapfen (25) erfolgt durch Radiallager und Axiallager (20, 22), die durch Wellenmuttern (23) gesichert sind, wobei zwischen Axiallager und Radiallager ein Distanzring vorgesehen ist. Saugseitig sind die Rotoren (1, 2) in Radiallagern (12) auf den Zapfen (25) gelagert.

Auf der Saugseite sind innerhalb der Bohrungen der Rotoren (1, 2) und zwischen den Enden der Zapfen (25) Ölabstreifer (13) mit einem Abführkanal durch das Lagergehäuse (3) angeordnet.

Der Antrieb des Rippenrotors (1) erfolgt auf der Druck seite mit Hilfe einer Torsionswelle (9) mit Kupplungs flansch. Diese Torsionswelle ist durch eine Bohrung im druckseitigen Lagergehäuse (5) und den Zapfen (25) geführt und weist am innenseitigen Ende eine Verdickung (26) auf, die sich in einer Ausnehmung der Bohrung des Rippenrotors (1) befindet. Zwischen der Torsionswelle (9) und dem Rippenrotor (1) wird dadurch eine form schlüssige Verbindung hergestellt.

Als Abdichtung des Kompressionsraumes gegenüber der Atmosphärenseite befinden sich auf der Druckseite und der Saugseite der Stirnflächen der Rotoren gasgesperrte Gleitringdichtungen (10, 17).

Die Abdichtung zwischen den Zahnlückenräumen der Rotoren (1, 2) erfolgt mittels Dichtscheiben (15, 16), die in das saugseitige Dichtungsgehäuse (14) bzw. in das druckseitige Dichtungsgehäuse (8) eingelegt und befestigt werden.

Zur Einhaltung des Abstandes der Rotorflächen des Rippenrotors (1) und des Nutenrotors (2) wird ein Synchronisiergetriebe zwischen druckseitigem Dichtungs gehäuse (8) und Lagergehäuse (5) eingesetzt.

Dieses Synchronisiergetriebe besteht aus einem Getrieberad (6) für den Rippenrotor (1) und einem Getrieberad (7) für den Nutenrotor (2). Lagersicherungen (19) bilden einen Anschlag für den Außenring des Radiallagers. Sie dienen gleichzeitig zur axialen Festlegung der Getrieberäder.

Fig. 2 zeigt die Ausführung eines Schraubenrotorver dichters mit Radiallagern (12) und (20), der für eine hohe Lagerbelastung ausgelegt ist.

Gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist das druckseitige Lagergehäuse (5) größer gestaltet. Dies ermöglicht den Einsatz größer dimensionierter und anders gestalteter Lager (20, 22), z. B. Gleitlager anstelle von Wälzlagern, eine größere Torsionswelle (9) und gegebenenfalls - nicht dargestellt - breitere Synchrongetrieberäder (6′, 7′), wenn im Anwendungsfall Leistung, Drehmoment, Rotorgewicht und Drehzahl dies erforderlich machen.

Die Getrieberäder (6′, 7′) werden mit Stirnzahnkupp lungen (24, 27) über Zentralschrauben (18) mit den Rotoren (1, 2) verbunden.

Bezugszeichenliste

1 Rippenrotor
2 Nutenrotor
3 Lagergehäuse Saugseite
4 Kompressorgehäuse
5 Lagergehäuse Druckseite
6, 6′ Getrieberad Rippenrotor
7, 7′ Getrieberad Nutenrotor
8 Dichtungsgehäuse Druckseite
9 Torsionswelle mit Kupplungsflansch
10 Gasgesperrte Gleitringdichtung, Saugseite
11 Lagersicherung Saugseite
12 Radiallager Saugseite
13 Ölabstreifer
14 Dichtungsgehäuse Saugseite
15 Dichtscheibe Saugseite
16 Dichtscheibe Druckseite
17 Gasgesperrte Gleitringdichtung, Druckseite
18 Zentralschraube
19 Lagersicherung Druckseite
20 Radiallager Druckseite
21 Distanzring
22 Axiallager
23 Wellenmutter
24 Stirnzahn-Kupplung Getrieberadseite
25 Lagerzapfen Rotor 2, Druckseite
26 Mitnehmer Torsionswelle
27 Stirnzahn-Kupplung Rotorseite
28 Lagerzapfen Rotor 1, Druckseite
29 Lagerzapfen Rotor 2, Saugseite
30 Lagerzapfen Rotor 1, Saugseite

Claims

1. Trockenlaufender Rotorverdichter mit Kämmeingriff zwischen einem schraubenverzahnten Rippenrotor und einem schraubenverzahnten Nutenrotor, wobei das saugseitige und das druckseitige Lagergehäuse Zapfen aufweisen, die in Bohrungen der Rotoren hineinragen und mit Gleit- oder Wälzlagern versehen sind, mit einer durch eine Bohrung im saug- oder druckseitigen Lagergehäuse und durch einen der Zapfen geführten Torsionswelle für den Verdichterantrieb und mit an den Lagergehäusen und den Rotorenden angeordneten Dichtungen, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den druckseitigen Enden der Rotoren (1, 2) und dem Lagergehäuse (5) Getrieberäder (6, 7, 6′, 7′) eines Synchronisiergetriebes sowie ein Dichtungsgehäuse (8) mit Dichtscheiben (16) und Dichtungen (17) angeordnet ist, und
daß zwischen den saugseitigen Enden der Rotoren (1, 2) und dem Lagergehäuse (3) Dichtungsgehäuse (14) mit Dichtscheiben (15) und mit Dichtungen (10) angeordnet sind.

2. Rotorverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den druckseitigen Enden der Rotoren (1, 2) und den Getrieberädern (6′, 7′) mit größerer Zahneingriffsbreite Stirnzahnkupplungen (24, 27) angeordnet sind, die mittels einer Zentralschraube (18) an den druckseitigen Enden der Rotoren (1, 2) lösbar befestigt werden.

3. Rotorverdichter nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Dichtungen (10, 17) gasgesperrte Gleitringdichtungen, nämlich Dichtungen, bei denen die bewegte Fläche auf einem Gaspolster gleitet, eingesetzt sind.

4. Rotorverdichter nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtscheiben (15, 16) in bekannter Art aus einem gesintertem PTFE-Glimmer-Gemisch oder aus einem Werkstoff mit ähnlichen Eigenschaften hergestellt sind.