DE19822283A1 - Drehzahnverdichter und Verfahren zum Betrieb eines solchen - Google Patents

Abstract

Ein Drehzahnverdichter hat eine einen Getrieberaum (11), einen neutralen Raum (7) und einen Förderraum (2) durchdringende erste Pumpenwelle (6) und eine hierzu parallel zweite Pumpenwelle (5), welche von dem Getrieberaum (11) durch den neutralen Raum (7) und den Förderraum (2) führt. Beide Pumpenwellen (5, 6) weisen jeweils in dem Förderraum (2) einen Rotor (3, 4) auf. Der Förderraum (2) ist zur Durchführung der beiden Pumpenwellen (5, 6) jeweils durch eine Labyrinthabdichtung (17, 18, 19, 20) gegenüber dem neutralen Raum (7, 8) abgedichtet. Der Getrieberaum (11) und der neutrale Raum (7) sind druckdicht ausgeführt und jeweils mit einem Druckmittelanschluß (9, 12) versehen. Die beiden Pumpenwellen (5, 6) sind zwischen dem Förderraum (2) und dem Getrieberaum (11) und die aus dem Getrieberaum (11) nach außen herausführende Pumpenwelle (6) zwischen der Atmosphäre und dem Getrieberaum (11) jeweils durch einen Wellendichtring (24, 25) abgedichtet, welche eine gegen die jeweiligen Pumpenwelle (5, 6) anliegende, zum Förderraum (2) hin gerichtete Dichtlippe (27, 26) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehzahnverdichter mit einer einen Getrieberaum, einen neutralen Raum und einen För­ derraum durchdringenden ersten Pumpenwelle und einer hierzu parallelen zweiten Pumpenwelle, welche von dem Ge­ trieberaum durch den neutralen Raum und den Förderraum führt, wobei die beiden Pumpenwellen jeweils in dem För­ derraum einen Rotor aufweisen und wobei der Förderraum zur Durchführung der beiden Pumpenwellen jeweils durch eine Labyrinthabdichtung gegenüber dem neutralen Raum ab­ gedichtet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Ver­ fahren zum Betrieb eines solchen Drehzahnverdichters.

Solche Drehzahnverdichter werden als trocken laufende Ma­ schinen für die Verdichtung von Gas um eine Druckdiffe­ renz von 2 bar eingesetzt und sind daher bekannt. Für hö­ here Drücke als 3 bar (a) eignen sich Drehzahnverdichter nicht, weil es dann zu einem unerwünscht starken Ver­ schleiß der Dichtungen kommt. Die bekannten Drehzahnver­ dichter haben zu beiden Seiten des Förderraumes jeweils einen neutralen Raum, der Verbindung zur Atmosphäre hat.

Für die Gasverdichtung, insbesondere von Sauerstoff, auf absolute Drücke von 5 bis 6 bar wurden bis jetzt ölfreie Kolbenverdichter verwendet, die sehr aufwendig aufgebaut und deshalb teuer sind. Weiterhin erfordern sie einen ho­ hen Serviceaufwand, da etwa alle 6000 bis 8000 Be­ triebsstunden die Kolbenringe und Ventile ausgewechselt werden müssen.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Drehzahn­ verdichter der eingangs genannten Art so umzugestalten, dass er auf höhere Druckdifferenzen und höhere Absolut­ drücke als bisher verdichten kann, ohne dass seine Dich­ tungen einem hohen Verschleiß unterliegen. Weiterhin soll ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Drehzahnverdich­ ters geschaffen werden.

Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, dass der Getrieberaum und der neutrale Raum druck­ dicht ausgeführt und jeweils mit einem Druckmittelan­ schluss versehen sind, dass die beiden Pumpenwellen zwi­ schen dem Förderraum und dem Getrieberaum und die aus dem Getrieberaum nach außen heraus führende Pumpenwelle zwi­ schen der Atmosphäre und dem Getrieberaum jeweils durch einen Wellendichtring abgedichtet sind, welcher eine ge­ gen die jeweilige Pumpenwelle anliegende, zum Förderraum hin gerichtete Dichtlippe aufweist.

Bei einem solchen Drehzahlverdichter kann man den neutra­ len Raum und den Getrieberaum so abgestuft druckbeauf­ schlagen, dass die Wellendichtringe jeweils nur einem Teil der Druckdifferenz zwischen dem Druck im Förderraum und dem Atmosphärendruck ausgesetzt sind. Man kann zum Beispiel bei einem absoluten Druck im Förderraum von 5 bar, so dass ein mittlerer Druck in den Labyrinthabdich­ tungen von 4 bar ansteht, im neutralen Raum einen absolu­ ten Druck von 3 bar und im Getrieberaum einen absoluten Druck von 2 bar einstellen. Die Wellendichtringe zwischen dem neutralen Raum und dem Getrieberaum und der Wellendichtring zwischen dem Getrieberaum und der Atmo­ sphäre werden dann jeweils nur mit einer Druckdifferenz von 1 bar beansprucht, was zu einer langen Lebensdauer dieser Dichtungen führt. Der erfindungsgemäße Drehzahl­ verdichter ermöglicht es in einstufiger Ausführung bis auf 3 bar (a) und in zweistufiger Ausführung bis auf 5 bis 6 bar (a) betriebssicher zu komprimieren. Zugleich wird durch den druckdichten neutralen Raum sicherge­ stellt, dass kein Prozessgas als Leckgas in die Umgebung des Drehzahnverdichters gelangen kann.

Bei einem Drehzahnverdichter, bei dem die beiden Pumpen­ wellen an der dem Getrieberaum gegenüberliegenden Seite des Förderraumes jeweils in einem Stehlagerraum gelagert sind, wobei zwischen dem Stehlagerraum und dem Förderraum ebenfalls ein neutraler Raum vorgesehen ist, kann man ebenfalls eine lange Lebensdauer des dort anzuordnenden Wellendichtringes erreichen, wenn gemäß einer Weiterbil­ dung der Erfindung der Stehlagerraum und der zwischen ihm und dem Förderraum liegende neutrale Raum druckdicht aus­ geführt und jeweils mit einem Druckmittelanschluss verse­ hen sind und wenn jeder Stehlagerraum durch einen gegen die Pumpenwelle mit einer Dichtlippe anliegenden Wellen­ dichtring abgedichtet ist.

Der gewünschte, gegenüber dem Förderraum verringerte Druck in den neutralen Räumen stellt sich zwangsläufig ein, wenn die beiden neutralen Räume jeweils mit der Saugseite des Drehzahnverdichters Verbindung haben.

Das zweitgenannte Problem, nämlich die Schaffung eines Verfahrens zum Betrieb des erfindungsgemäßen Drehzahnver­ dichters, wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass der getrieberaumseitige, neutrale Raum mit einem unter dem Druck im Förderraum liegenden Druck und der Getriebe­ raum mit einem unter dem Druck in den Förderräumen jedoch über dem Atmosphärendruck liegenden Druck beaufschlagt wird.

Hierdurch wird der erfindungsgemäße Drehzahnverdichter bezüglich der Lebensdauer der Wellendichtringe optimal eingesetzt. Durch die abgestufte Druckbeaufschlagung wird zugleich sichergestellt, dass kein Gas aus dem neutralen Raum in den Förderraum gelangen kann.

Ein Eindringen von Fett von den Stehlagern in den Förder­ raum lässt sich auf einfache Weise dadurch vermeiden, dass auch der stehlagerraumseitige, neutrale Raum mit ei­ nem unter dem Druck im Förderraum liegenden Druck beauf­ schlagt wird.

Günstig ist es auch, wenn der Stehlagerraum und der ihn vom Förderraum trennende neutrale Raum an eine gemeinsame Druckmittelquelle angeschlossen sind. Hierdurch wird eine Belastung des Wellendichtringes des Stehlagers durch eine Druckdifferenz gänzlich ausgeschlossen. Auch beim Anfah­ ren und Stillsetzen des Drehzahnverdichters können durch diese Druckmittelverbindung keine Druckdifferenzen auf den Wellendichtring des Stehlagers wirken.

Aus dem Förderraum in die neutralen Räume einsickerndes Prozessgas kann aus den neutralen Räumen kontinuierlich entfernt werden, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung die neutralen Räume zur Druckbeaufschlagung mit einer Spülgasquelle verbunden sind und jeweils einen durch ein Überströmventil geregelten Spülgasauslass auf­ weisen. Ein solcher kontinuierlicher Spülgasstrom führt zugleich zu einer Temperaturabsenkung an den Wellendicht­ ringen und dadurch zu einer Erhöhung ihrer Standzeit. Au­ ßerdem werden Getriebeölansammlungen im neutralen Raum bei Undichtigkeit am Wellendichtring vermieden.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind zwei davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Drehzahnver­ dichter nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Prinzipskizze, welche im Schnitt die Anordnung und Gestaltung der Wellendichtringe des Drehzahnverdichters und ihre Druckmittel­ versorgung sowie eine gegenüber Fig. 1 ge­ änderte Gasbeaufschlagung zeigt.

Der in Fig. 1 als Ganzes dargestellte Drehzahnverdichter hat in einem Gehäuse 1 einen Förderraum 2, in welchem zwei Rotoren 3, 4 angeordnet sind. Jeder dieser Rotoren 3, 4 ist auf einer Pumpenwelle 5, 6 angeordnet. Zu beiden Seiten des Förderraumes 2 ist ein druckdichter, neutraler Raum 7, 8 vorgesehen, der jeweils einen Druckmittelan­ schluss 9, 10 hat. In Fig. 1 gesehen links von dem neu­ tralen Raum 7 befindet sich im Gehäuse 1 ein Getrieberaum 11, der ebenfalls druckdicht ausgeführt ist und einen Druckmittelanschluss 12 aufweist. Im Getrieberaum 11 be­ findet sich ein Getriebe 13, welches die beiden Pumpen­ wellen 5, 6 getrieblich miteinander verbindet. Die Pum­ penwelle 6 führt aus dem Getrieberaum 11 heraus und ist mit einem außen an dem Gehäuse 1 angeflanschten Motor 14 verbunden.

Die Pumpenwellen 5, 6 durchdringen mit ihrem jeweils rechten Ende den rechten, neutralen Raum 8 und sind je­ weils in einem Stehlagerraum 15, 16 gelagert, welcher nach außen hin hermetisch verschlossen ist. Die Pumpen­ wellen 5, 6 sind zwischen dem Förderraum 2 und dem jewei­ ligen neutralen Raum 8 jeweils durch eine Labyrinthab­ dichtung 17, 18, 19, 20 abgedichtet. Wellendichtringe 21, 22 dichten die Stehlagerräume 15, 16 gegenüber dem neu­ tralen Raum 8 ab. Entsprechende Wellendichtringe 23, 24 dichten den neutralen Raum 7 gegenüber dem Getrieberaum 11 und ein Wellendichtring 25 den Getrieberaum 11 gegen­ über der Atmosphäre ab.

Eine Spülgasquelle 31 ermöglicht es, den Getrieberaum 11 und die beiden neutralen Räume 7, 8 mit einem Spülgas de­ finierten Druck zu beaufschlagen. Dieses Spülgas vermag über ein Überströmventil 32 die neutralen Räume 7, 8 zu verlassen. Auf diese Weise kann man in die neutralen Räume 7, 8 eindringendes Prozessgas kontinuierlich abfüh­ ren.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nunmehr auf die Fig. 2 Bezug genommen. Diese zeigt gegenüber Fig. 1 stark vergrößert die auf der Pumpenwelle 6 sitzenden Wel­ lendichtringe 22, 24, 25. Alle drei Wellendichtringe 22, 24, 25 haben eine gegen die Pumpenwelle 6 anliegende Dichtlippe 26, 27, 28. Die Dichtlippen 26, 27 der Wellen­ dichtringe 24, 25, welche den Getrieberaum 11 zur Atmo­ sphäre und zu dem neutralen Raum 7 hin abdichten, weisen in Richtung des Förderraumes 2. Die Dichtlippe 28 des Wellendichtringes 22 weist vom Förderraum 2 weg.

Die Fig. 2 lässt weiterhin erkennen, dass der Stehlager­ raum 16 einen Druckmittelanschluss 30 hat und dieser Druckmittelanschluss 30 durch eine Leitung 29 mit dem Druckmittelanschluss 10 des rechten neutralen Raumes 8 verbunden ist. An diese Leitung 29 ist auch der linke neutrale Raum 7 angeschlossen. Sie hat Verbindung mit der Saugseite der Maschinenstufe.

Nicht dargestellt ist eine Ausführungsform, bei der die Pumpenwellen 5, 6 die Stehlagerräume 15, 16 durchdringen und dann mit entsprechenden Pumpenwellen eines zweiten Drehzahnverdichters verbunden sind. Bei einer solchen Ausführungsform empfiehlt sich wiederum die zuvor für den Getrieberaum und den neutralen Raum beschriebene, abge­ stufte Druckbeaufschlagung.

Bezugszeichenliste

1

Gehäuse

2

Förderraum

3

Rotor

4

Rotor

5

Pumpenwelle

6

Pumpenwelle

7

neutraler Raum

8

neutraler Raum

9

Druckmittelanschluss

10

Druckmittelanschluss

11

Getrieberaum

12

Druckmittelanschluss

13

Getriebe

14

Motor

15

Stehlagerraum

16

Stehlagerraum

17

Labyrinthabdichtung

18

Labyrinthabdichtung

19

Labyrinthabdichtung

20

Labyrinthabdichtung

21

Wellendichtring

22

Wellendichtring

23

Wellendichtring

24

Wellendichtring

25

Wellendichtring

26

Dichtlippe

27

Dichtlippe

28

Dichtlippe

29

Leitung

30

Druckmittelanschluss

31

Spülgasquelle

32

Überströmventil

Claims (7)

1. Drehzahnverdichter mit einer einen Getrieberaum (11), einen neutralen Raum (7) und einen Förderraum (2) durch­ dringenden ersten Pumpenwelle (6) und einer hierzu paral­ lelen zweiten Pumpenwelle (5), welche von dem Getriebe­ raum (11) durch den neutralen Raum (7) und den Förderraum (2) führt, wobei die beiden Pumpenwellen (5, 6) jeweils in dem Förderraum (2) einen Rotor (3, 4) aufweisen und wobei der Förderraum (2) zur Durchführung der beiden Pum­ penwellen (5, 6) jeweils durch eine Labyrinthabdichtung (17, 18, 19, 20) gegenüber dem neutralen Raum (7, 8) ab­ gedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Getriebe­ raum (11) und der neutrale Raum (7) druckdicht ausgeführt und jeweils mit einem Druckmittelanschluss (9, 12) verse­ hen sind, dass die beiden Pumpenwellen (5, 6) zwischen dem Förderraum (2) und dem Getrieberaum (11) und die aus dem Getrieberaum (11) nach außen herausführende Pumpen­ welle (6) zwischen der Atmosphäre und dem Getrieberaum (11) jeweils durch einen Wellendichtring (24, 25) abge­ dichtet sind, welcher eine gegen die jeweilige Pumpen­ welle (5, 6) anliegende, zum Förderraum (2) hin gerich­ tete Dichtlippe (27, 26) aufweist.

2. Drehzahnverdichter nach Anspruch 1, bei dem die beiden Pumpenwellen (5, 6) an der dem Getrieberaum (11) gegen­ überliegenden Seite des Förderraumes (2) jeweils in einem Stehlagerraum (16) gelagert sind, wobei zwischen dem Stehlagerraum (16) und dem Förderraum (2) ebenfalls ein neutraler Raum (8) vorgesehen ist, dadurch gekennzeich­ net, dass der Stehlagerraum (15, 16) und der zwischen ihm und dem Förderraum (2) liegende neutrale Raum (8) druck­ dicht ausgeführt und jeweils mit einem Druckmittelan­ schluss (10, 30) versehen sind und dass jeder Stehlager­ raum (15, 16) durch eine gegen die Pumpenwelle (5, 6) mit einer Dichtlippe anliegende Wellendichtring abgedichtet ist.

3. Drehzahnverdichter nach den Ansprüchen 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, dass die beiden neutralen Räume (7, 8) jeweils mit der Saugseite des Drehzahnverdichters Ver­ bindung haben.

4. Verfahren zum Betrieb eines Drehzahlverdichters nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, dass der getrieberaumseitige, neutrale Raum mit ei­ nem unter dem Druck im Förderraum liegenden Druck und der Getrieberaum mit einem unter dem Druck in den Förderräu­ men jedoch über dem Atmosphärendruck liegenden Druck be­ aufschlagt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auch der stehlagerraumseitige, neutrale Raum mit ei­ nem unter dem Druck im Förderraum liegenden Druck beauf­ schlagt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stehlagerraum und der ihn vom Förderraum tren­ nende neutrale Raum an eine gemeinsame Druckmittelquelle angeschlossen sind.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die neutralen Räume zur Druck­ beaufschlagung mit einer Spülgasquelle verbunden sind und jeweils einen durch ein Überströmventil geregelten Spül­ gasauslass aufweisen.