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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Verdichter mit einer Axialdruckausgleichsvorrichtung bzw. einer Axialdruckreduktionsvorrichtung. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Kompressor mit einer Welle, die an einem Hauptaxialdrucklager gelagert ist, wobei Mittel zur Reduktion des Axialdrucks vorgesehen sind.
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Im Betrieb entsteht bei Verdichtern mit einer zentralen axialgelagerten Welle, vergleichbar zu der Problematik bei Kreiselpumpen, ein Axialdruck, welcher das Rad von der Druckseite zur Saugseite zu schieben versucht. Dieser Axialschub muss vom Axiallager aufgenommen werden. Bei einstufigen oder mehrstufigen Anordnungen wird zum Ausgleich des Drucks zwischen der Druckseite und der Saugseite der Laufräder z. B. eine außenliegende Druckausgleichsleitung verwendet. In alternativen Ausführungsformen werden z. B. Löcher im Boden des Laufrades eingebracht, was aber den Wirkungsgrad herabsetzt.
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Es gibt auch mechanische Vorkehrungen, um der Problematik des Axialdruckes zu begegnen. Ein Verdichter dieser Art ist aus der
US-3 388 854 bekannt. In dieser Veröffentlichung wird ein feststehender Ring des Axialdruck-Ausgleichlagers durch eine Feder vorbelastet, die in der gleichen Richtung wie die axialen Gaskräfte auf die Rotoren wirkt. Der feststehende Ring stößt weiterhin an einen fluidbetätigten Kolben an, durch welchen eine Kraft an den Ring angelegt werden kann, die der Kraft der Feder entgegenwirkt. Die Druckkammer, durch welche ein Druck an den Kolben
36 angelegt werden kann, ist mit einer Druckquelle, d. h. dem Auslasskanal, verbindbar. Dies ist unter normalen Betriebsbedingungen der Fall, wodurch die Axiallast auf die Axiallager an beiden Enden des Rotors verteilt wird. Wenn sich der Verdichter im Leerlauf befindet, wird die Druckkammer auf Atmosphärendruck entlastet, so dass nur die Feder den feststehenden Ring vorbelastet. Obwohl man mit dieser bekannten Vorrichtung eine in vielen Fällen hinreichende Verteilung der Axialkräfte auf die Axiallager erreicht, bringt sie doch einige Beschränkungen hinsichtlich einer optimalen Verteilung dieser Kräfte mit sich. Darüber hinaus wird hier nur die Axialkraft verteilt, nicht aber reduziert.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, vorbesagte Nachteile zu überwinden und einen Verdichter bereitzustellen, bei dem auf einfache und kostengünstige Weise der Axialdruck auf das Hauptaxiallager reduziert werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verdichter mit den Merkmalen von Anspruch 1.
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Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Druckausgleich zwischen der Saugseite und der Druckseite des Verdichters mittels eines innen im Verdichter angeordneten Druckausgleichkanal zu schaffen, wodurch auf einfache, jedoch effiziente Weise eine Axialdruckausgleichsvorrichtung geschaffen wird, mit dem der Axialdruck auf die Hauptwelle des Verdichters reduziert wird.
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Erfindungsgemäß wird hierzu ein Verdichter vorgeschlagen, ausgebildet mit einer Saugseite mit einem Gaseinlass für ein Gas und einer Druckseite mit einem Gasauslass, welche einen Gaspfad eines Arbeitsgases verbinden, umfassend wenigstens ein im Verdichtergehäuse gelagerte Leitschaufelwelle und einen Leitschaufelabschnitt, der mehrere in Serie angeordnete Leitschaufeln zum Fördern des Gases aufweist, um ein Gas von der Saugseite zur Druckseite hin zu verdichten, wobei der Verdichter über eine innenliegende Axialdruckausgleichsvorrichtung verfügt, die ausgebildet ist, zwischen der Saugseite und der Druckseite einen Druckausgleich zu bewirken.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Axialdruckausgleichsvorrichtung als wenigstens ein Druckausgleichkanal zwischen der Saugseite und der Druckseite ausgebildet ist.
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Weiter vorteilhaft ist es, wenn der Druckausgleichkanal im Verdichtergehäuse angeordnet ist, was z. B. das Außengehäuse des Verdichters sein kann. Auf diese Weise kann das ohnehin vorhandene Verdichtergehäuse dazu verwendet werden, gleichzeitig einen Druckausgleichkanal bereit zu stellen, ohne dass es weiterer Bauteile bedarf.
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Hierzu ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Druckausgleichkanal eine innenliegende Verbindung im Verdichtergehäuse zwischen dem Gaseinlass und dem Gasauslass herstellt.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Druckausgleichkanal als Tiefloch-Bohrung ausgeführt ist und sich insbesondere der Druckausgleichkanal dadurch axial durch den Verdichter hindurch von einer Stirnseite des Gehäuses benachbart zum Gasauslass, wie z. B. einem Gehäuseflansch durch das Gehäuse hindurch zu einem Bereich am Gaseinlass erstreckt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Verdichter mehrere Druckausgleichkanäle im Verdichtergehäuse zwischen jeweils der Saugseite und der Druckseite ausbildet. So können z. B. zwei Druckausgleichkanäle in der Form von Tiefloch-Bohrungen in das Verdichtergehäuse eingebracht sein, die vorzugsweise an diametral gegenüberliegenden Bereichen des Verdichtergehäuses eingebracht sind.
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Es ist weiter mit Vorteil vorgesehen, wenn jeder Druckausgleichkanal über je einen quer zur Axialrichtung des Verdichters im Verdichtergehäuse vorgesehenen bzw. eingebrachten Verbindungskanal mit jeweils dem Gaseinlass und dem Gasauslass verbunden ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der jeweilige Verbindungskanal als ein Durchbruch oder eine Ausnehmung im Verdichtergehäuse ausgebildet ist.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
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Es zeigen:
- 1 eine beispielhafte Schnittdarstellung parallel zur Axialrichtung durch einen erfindungsgemäßen Verdichter mit zwei Druckausgleichsbohrungen,
- 2 eine beispielhafte Schnittdarstellung quer zur Axialrichtung durch den Verdichter gemäß 1 entlang der Schnittlinie A - A und
- 3 eine beispielhafte Schnittdarstellung quer zur Axialrichtung durch den Verdichter gemäß 1 entlang der Schnittlinie B - B.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer beispielhaften Ausführungsform mit Bezug auf die 1 bis 3 näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hinweisen.
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In der 1 ist eine Schnittdarstellung parallel zur Axialrichtung durch einen erfindungsgemäßen Verdichter 1 gezeigt. Der Verdichter 1 verfügt über eine Saugseite 10 mit einem Gaseinlass 11 für ein Gas und eine Druckseite 20 mit einem Gasauslass 21, welche einen Gaspfad eines Arbeitsfluids verbinden.
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Der Verdichter 1 besitzt ferner ein Verdichtergehäuse 2, welches das Außengehäuse des Verdichters 1 darstellt. Im Verdichtergehäuse 2 ist eine an Hauptaxiallager 30 gelagerte Leitschaufelwelle 31 vorgesehen. In einem Leitschaufelabschnitt 40 befinden sich mehrere in Serie angeordnete Leitschaufeln 41, um ein Fluid von der Saugseite 10 zur Druckseite 20 hin zu verdichten. Der Verdichter 1 ist mit einer innenliegende Axialdruckausgleichsvorrichtung 50 zwischen der Saugseite 10 und der Druckseite 20 ausgebildet, die einen Druckausgleich zwischen der Saugseite 10 und der Druckseite 20 bewirkt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Axialdruckausgleichsvorrichtung 50 mittels einem ersten und einem zweiten Druckausgleichkanal 50 zwischen je der Saugseite 10 und der Druckseite 20 realisiert, was in den Schnittansichten der 2 und 3 zu erkennen ist, die jeweils einen Schnitt entlang der Schnittachse A- A bzw. B - B der Ausführung der 1 zeigen.
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Die beiden Druckausgleichkanäle 50 sind jeweils als Tiefloch-Bohrung im Verdichtergehäuse 2 ausgebildet, so dass jeder Druckausgleichkanal 50 eine innenliegende Verbindung im Verdichtergehäuse 2 zwischen dem Gaseinlass 11 und dem Gasauslass 21 herstellt.
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Die beiden Druckausgleichkanäle 50 laufen axial durch den Verdichter 1 hindurch und zwar beginnend von einem Gehäuseflansch 3 zu einem Bereich am Gaseinlass 11. Jeder Druckausgleichkanal 50 ist ferner über je einen quer zur Axialrichtung des Verdichters im Verdichtergehäuse 2 vorgesehenen Verbindungskanal 52 mit jeweils dem Gaseinlass 11 bzw. dem Gasauslass 21 verbunden. Der jeweils saugseitig vorgesehene Verbindungskanal 52 ist als eine Ausnehmung im Verdichtergehäuse 2 ausgebildet, die zum Gaseinlass 11 hin offen ist. Der jeweils druckseitig vorgesehene Verbindungskanal 52 ist als eine Ausnehmung im Verdichtergehäuse 2 ausgebildet, die zum Gasauslass 21 hin offen ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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