DE19626515A1

DE19626515A1 - Sperrflüssigkeitsabdichtung eines ölfreien Schraubenverdichters

Info

Publication number: DE19626515A1
Application number: DE1996126515
Authority: DE
Inventors: Eckhard Schulze
Original assignee: GHH Borsig Turbomaschinen GmbH
Current assignee: MAN Turbo AG
Priority date: 1996-07-02
Filing date: 1996-07-02
Publication date: 1998-01-08

Description

Die Erfindung betrifft eine Sperrflüssigkeitsabdichtung eines ölfreien Schraubenverdichters bzw. eines Turbo verdichters mit um den Läuferzapfen angeordneten Schwimmringen mit einer auf dem Läuferzapfen und den Schwimmringen angebrachter verschleißbarer Beschichtung.

Die Abdichtung des Verdichtungsraumes eines ölfrei verdichtenden Schraubenverdichters erfolgt von der Schmieröl- bzw. Lagerseite u. a. durch eine flüssig keitsbeaufschlagte Schwimmringabdichtung. In der Regel wird als Sperrflüssigkeit Wasser (Kondensat) benutzt. Bekannt ist der Einsatz von Schwimmringen aus sogenanntem weichem Material wie z. B. allseitig mit Weißmetall beschichtete Metallringe, aus Bleibronze gefertigte Schwimmringe oder Kohle-/Graphitringe.

Die Läuferzapfen sind im Abdichtungsbereich mit einer "harten" Schutzbeschichtung versehen, vorzugsweise mit einer galvanisch aufgetragenen Chromschicht.

Die Abdichtung erfolgt auf beiden Seiten des Verdichters, d. h. auf der Saug- und auf der Druckseite.

Die zuvor genannten Abdichtungspaarungen auf der Saug- und Druckseite führten bei einigen Sperrflüssigkeits abdichtungen zu materialabtragendem Verschleiß durch Partikeleinbettung in der "weichen" Schwimmfläche der Schwimmringe. Hierdurch entstand eine Schmirgelwirkung auf die "harte" Dichtungssitzpartie ggfs. in Verbindung mit Korrosionserscheinungen. Als Folge tritt ein steigender Sperrflüssigkeitsdurchlauf auf.

Weiterhin wird ein Klemmen und somit Mitdrehen der Schwimmringe auf den Dichtungssitzen der Läuferwelle beobachtet. Als Verursacher konnten Partikel aus der Sperrflüssigkeit sowie Korrosionserscheinungen fest gestellt werden, die zu einem Zuwachsen des Spaltes zwischen Schwimmring und Dichtungssitz führten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Abdichtungssystem für die Läuferzapfen von Schrauben verdichtern bzw. Turboverdichtern zu finden, das diese aufgeführten Nachteile vermeidet, die Lebensdauer der Verschleißteile erhöht und die Betriebsstörungen sowie die Investitions- und Wartungskosten erheblich reduziert.

Die Aufgabe erfolgt nach dem kennzeichnenden Merkmal von Anspruch 1, 2 und 8, die Unteransprüche stellen eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar.

Erfindungsgemäß werden Schwimmringe verwendet, deren Stützkörper vorzugsweise aus artgleichem Grundmaterial oder höherwertigen korrosionsbeständigen Werkstoffen entsprechend dem der Läufer besteht und die an den Dichtflächen mit einer sehr harten vorzugsweise keramischen Beschichtung versehen werden. In Abhängig keit von den Einsatzbedingungen kann zusätzlich eine Versiegelung der sehr harten keramischen Beschichtung erfolgen, die beispielsweise aus einer aufgespritzten Schicht aus Al₂ O₃/TIO₂ mit Schichtstärken von 150 µm an der Seite und 250 µm an der Laufseite zum Verdichterläufer besteht. Die Dichtungssitze der Läufer erhalten ebenfalls eine sehr harte keramische Beschichtung mit einer Schichtstärke von 250 µm.

Mit diesem erfindungsgemäßen Abdichtungssystem werden die obengenannten Nachteile sicher vermieden, da die in der Sperrflüssigkeit zum Teil enthaltenen Partikel sowie eventuell sich bildende Korrosionsprodukte geringere Härtewerte als die der Beschichtung aufweisen. Ein Einbetten in die Dichtflächen ist nicht mehr möglich.

Der einmalig eingestellte Sperrflüssigkeitsdurchsatz bleibt fast immer konstant.

Die erfindungsgemäße Abdichtung mittels keramisch beschichteter Schwimmringe wird bei Schraubenver dichtern sowie Turboverdichtern mit einer Sperrflüssig keitsabdichtung eingesetzt.

Anstelle von keramisch beschichteten Schwimmringen können bei einem Läuferzapfen, der im Bereich des Dichtungssitzes eine keramische, verschleißfeste Beschichtung aufweist, auch Schwimmringe aus einem weicheren Oberflächenmaterial verwendet werden. Hierzu zählen Schwimmringe aus Stahl, die mit einem Weißmetall beschichtet sind, die aus einer Blei-Bronze-Legierung hergestellt oder aus einem Kohle-Graphit-Werkstoff geschaffen wurden.

Bei dieser Kombination von Schwimmringen mit einer "weichen" Oberfläche und einem verschleißfesten Dichtungssitz der Läuferwelle findet in der weichen Ober- bzw. Schwimmfläche der Schwimmringe eine Partikeleinbettung statt, wobei die Keramikschicht der Läuferwelle einer möglichen Schmirgelwirkung durch die rotierenden Partikel widersteht. Ein Einlaufen der "weichen" Schwimmringe in die Dichtungssitze der Läuferwelle wird dadurch unterbunden.

Mit diesem Abdichtungssystem wird eine wesentliche Qualitätsverbesserung und Prozeßsicherheit der ölfrei verdichtenden Schraubenverdichter mit Sperrflüssig keitsabdichtung sowie bei Turboverdichtern erreicht.

Betriebsstörungen wegen erhöhtem Sperrflüssigkeits durchlauf oder klemmender und mitdrehender Schwimmringe werden erheblich reduziert.

Die Erfindung wird anhand von schematischen Ausführungsbeispielen nähert erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1a einen Schnitt durch einen Schwimmring mit einer keramischen Beschichtung,

Fig. 1b einen Schnitt durch einen Schwimmring mit einer Weißmetallbeschichtung,

Fig. 2 einen Schnitt der Abdichtung auf der Druckseite des Verdichters,

Fig. 3 einen Schnitt der Abdichtung auf der Saug- und Druckseite des Verdichters.

Fig. 1a zeigt einen Schnitt durch einen stählernen Schwimmring (1) mit zwei Schenkeln (2). An der Außenseite der langen (2.1) sowie der kurzen (2.2) Seite des Schenkels und an der Innenseite (3) des Schwimmringes (1) sind Aussparungen (4) eingearbeitet, in die keramische Schichten (5) unterschiedlicher Dicke aufgespritzt werden, die beispielsweise aus einer Oxyd-Mischung aus Al₂ O₃ und TIO₂ bestehen kann.

Fig. 1b zeigt einen Schnitt durch einen stählernen Schwimmring (1) ähnlich wie in Fig. 1 mit zwei Schenkeln (2). Auch hier sind an der langen (2.1), der kurzen (2.2) und der Innenseite (3) Aussparungen (4) eingearbeitet, in die eine Schicht aus Weißmetall (15) aufgegeben wird. Diese Schicht (15) ist gegenüber der keramischen Schicht relativ dicker ausgeführt.

Fig. 2 zeigt die Sperrflüssigkeitsabdichtung am Dichtungssitz (7.1) auf der Druckseite (26) des ölfreien Schraubenverdichters an einer Seite der Wellenachse (18). Auf der Welle (7) ist im Dichtungsbereich (7.1) eine keramische Schicht (6) aufgebracht, auf der die Schwimmringe (1) gleitend gelagert sind.

Die Positionierung der Schwimmringe (1) erfolgt über H-förmige Dichtkammern (9) und Zwischenscheiben (10), wobei zwischen dem Dichtmantel (8) über den Schwimm ringen (1) einzelne Distanzringe (11) eingesetzt sind.

Der mit einer keramischen Schicht (6) beschichtete Dichtungssitz (7.1) wird zum Kompressionsraum (24) hin durch einen an der Welle (7) anliegenden Stutzen (8.1) des Dichtmantels (8) und zur Antriebsseite durch einen Labyrinthring (13) abgedichtet, der durch eine Öldichtung (16) und eine auf der Welle (7) festsitzenden Spritzbuchse (17) mit Abdeckung (19) gehalten wird.

In das Verdichtergehäuse (12) sind in bekannter Weise Kanäle für die Sperrwasserzuführung (20) und -abführung (21) sowie für den Sperrgaseintritt (23) und Sperrgas austritt (22) eingearbeitet.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Sperrflüssigkeits abdichtung auf der Saugseite (25) und Druckseite (26) des Verdichterkompressionsraumes (24). Auf der Saugseite (25) werden vier Schwimmringe (1) und auf der Druckseite (26) werden fünf Schwimmringe (1) auf dem Dichtungssitz (7.1) der Welle (7) gelagert, die in unterschiedlicher Weise durch H-förmige Dichtkammern (9), Zwischenscheiben (10) und Distanzringe (11) innerhalb des Dichtmantels (8) und von Labyrinthringen (13) des Läufergehäuses (12) gelagert werden. Beide Wellenteile (7) werden durch Spritzbuchsen (17) in axialer Richtung abgedichtet.

Bezugszeichenliste

1 Schwimmring
2 Schenkel von 1
2.1 langer Schenkel von 1
2.2 kurzer Schenkel von 1
3 Umlaufender Ring
4 Aussparung
5 keramische Schicht
6 keramische Schicht
7 Welle, Läuferzapfen
7.1 Dichtungssitz
8 Dichtmantel
8.1 Stutzen von 8
9 Dichtkammer, H-Form
10 Zwischenscheibe
11 Distanzring
12 Läufergehäuse
13 Labyrinthring
14 O-Ring
15 Weißmetall-Schicht
16 Öldichtring
17 Spritzbuchse
18 Achse
19 Abdeckung
20 Sperrwasser-Eintritt
21 Sperrwasser-Austritt
22 Sperrgas-Austritt
23 Sperrgas-Eintritt
24 Kompressionsraum
25 Saugseite des Verdichters
26 Druckseite des Verdichters

Claims

1. Sperrflüssigkeitsabdichtung eines ölfreien Schraubenverdichters mit um den Läuferzapfen angeordneten Schwimmringen sowie mit einer auf dem Läuferzapfen und den Schwimmringen aufgebrachten Beschichtung, dadurch gekennzeichnet,
daß an den Schenkeln (2) und der Innenseite (3) von Schwimmringen (1) eine keramische Schicht (5) in Ausnehmungen (4) aufgetragen ist,
daß der Läuferzapfen (7) im Bereich des Dichtungs sitzes (7.1) umlaufend von einer keramischen Schicht (6) umgeben ist und
daß das Grundmaterial der Schwimmringe (1) und des Läuferzapfens (7) aus dem gleichen Eisenwerkstoff besteht.

2. Sperrflüssigkeitsabdichtung eines ölfreien Schraubenverdichters mit um den Läuferzapfen angeordneten Schwimmringen sowie mit einer auf dem Läuferzapfen und den Schwimmringen aufgebrachten Beschichtung, dadurch gekennzeichnet,
daß an den Schenkeln (2) und der Innenseite (3) von Schwimmringen (1) eine Weißmetallschicht (15) in Ausnehmungen (4) aufgetragen ist,
daß der Läuferzapfen (7) im Bereich des Dichtungs sitzes (7.1) umlaufend von einer keramischen Schicht (6) umgeben ist und
daß das Grundmaterial der Schwimmringe (1) und des Läuferzapfens (7) aus unterschiedlichen Eisen werkstoffen besteht.

3. Sperrflüssigkeitsabdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmring (1) aus einer nicht eisen haltigen Legierung oder aus einem Kohle-/Graphit-Werkstoff besteht.

4. Sperrflüssigkeitsabdichtung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet,
daß auf der Druckseite jeweils zwei Schwimmringe (1) zwischen zwei Zwischenscheiben (10) bzw. einer Dichtkammer (9) und
daß jeweils drei Schwimmringe (1) zwischen zwei Dichtkammern (9) und zwei Zwischenscheiben (10) angeordnet sind.

5. Sperrflüssigkeitsabdichtung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die keramische Schicht (6) des Läufer zapfens (7) im Bereich des Dichtungssitzes (7.1) zwischen dem Stutzen eines Dichtmantels (8) und einem Labyrinthring (13) erstreckt.

6. Sperrflüssigkeitsabdichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtmantel (8) innerhalb des Läuferge häuses (12) einerseits und um Dichtkammer (9), Zwischenscheiben (10) und Distanzringen (11) andererseits angeordnet ist.

7. Sperrflüssigkeitsabdichtung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet,
daß auf der Saugseite jeweils ein Schwimmring (1) zwischen einer Dichtkammer (9) und einer Zwischen scheibe (10) und
daß jeweils drei Schwimmringe (1) zwischen zwei Dichtkammern (9) und zwei Zwischenscheiben (10) angeordnet sind.

8. Sperrflüssigkeitsabdichtung eines Turboverdichters mit um den Läuferzapfen angeordneten Schwimmringen sowie mit einer auf dem Läuferzapfen und den Schwimmringen aufgebrachten verschleißbaren Beschichtung, dadurch gekennzeichnet,
daß an den Schenkeln (2) und der Innenseite (3) von Schwimmringen (1) eine keramische Schicht (5) in Ausnehmungen (4) aufgetragen ist,
daß der Läuferzapfen (7) im Bereich des Dichtungs sitzes (7.1) umlaufend von einer keramischen Schicht (6) umgeben ist und
daß das Grundmaterial der Schwimmringe (1) und des Läuferzapfens (7) aus dem gleichen Eisenwerkstoff besteht.