DE2115058A1

DE2115058A1 - Lagerung der Rotoren von Schraubenverdichtern

Info

Publication number: DE2115058A1
Application number: DE19712115058
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing.; Mosemann Dieter Dipl.-Ing.; χ 1197 Berlin Prockat
Original assignee: VEB Kühlautomat, χ 1197 Berlin
Priority date: 1970-05-13
Filing date: 1971-03-29
Publication date: 1971-12-16
Also published as: FR2091537A5; BG22626A1; DK127696B; CS161906B2; SE369761B; PL76672B1

Description

VEB Kühlautomat Berlin, den 26.1.71

1197 Berlin, Segelfliegerdamm 15-27

Lagerung der Rotoren von Schraubenverdichtern

Die Erfindung betrifft die Lagerung der Rotoren von Schraubenverdichtern mit schraubenförmig verlaufender Verzahnung zur Kompression gasförmiger Medien, die paarweise achsparallel angeordnet zusammen kämmend in einem Gehäuse arbeiten, das achsparallele, einander durchdringende zylindrische Bohrungen für die Rotoren besitzt und an den Stirnseiten mit den ebenen Flanschflaschen von Deckeln abgeschlossen ist, von denen der Deckel der Saugseite eine Eintrittsöffnung und der Deckel der Druckseite eine Austrittsöffnung für das Arbeitsmedium aufweist.

Bei bekannten Schraubenverdichtern enthalten die erwähnten Deckel weiter- ™ hin die Traglager für die Rotorzapfen sowie zur axialen Fixierung der Rotoren außsrdeai Spurlager, die von der Druckseite zur Sau^seite gerichtete Axialschübe der Rotoren aufzunehmen haben. Als Traglager für die Rotorzapfen finden aus Platzgründen vornehmlich Gleitlager Verwendung, da die sich segmentartig um die Lager erstreckende Eintrittsöffnung und Austrittsöffnung möglichst bis zum Nutengrund der Rotorverzahnung reichen soll. Die mit- ^- einander kämmenden Rotoren werden hinsichtlich ihrer Außendurchmesser und Länge in bezug auf die Gehäuseinnenkontur und die ebenen FLanschflachen der stirnseitigen Deckel aus Gründen hohen Liefergrades mit sehr geringem Spiel eingepaßt und mit einer reichlichen, automatisch überwachten ölmenge versorgt» Um bei eintretender Abnutzung der Traglager ein Anlaufen der an den Zahnkopfflächen befindlichen schmalen Dichtleisten gegen den Gehäusemantel \ zu verhüten, ist nun vorgeschlagen worden, die Zahnkopffläche glatt und in ihrem Verlauf so zu gestalten, daß der von ihr zusammen mit der Innenkontur des Gehäusemantels gebildete Spalt in Normalebene der Rotorachse Keilform besitzt. Es wird in diesem Pail durch das an 3ich bekannte hydrodynamische Tragen von unter geringer Neigung angestellten und unter zähen Flüssigkeiten bewegten Plächen eine auf diesen senkrechte Kraft erzeugt, die auf sämtliche schraubenförmig verlaufenden Zahnkopfflächen übertragen, auf die Rotoren eine vom Gehäusemantel abweisende Wirkung ausübt.

Nachteilig ist, daß die genannten Traglager besonders die Herstellung der

die

Gehäuse komplizieren, da die Rotoren aufnehmenden Bohrungen und die zugehörigen Lagerbohrungen wegen der zur Erreichung eines guten Liefergrades

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notwendigen Spiele sehr genau fluchten müssen. Uin das zur Erreichung eines guten Liefergrades notwendige Spiel zwischen der druckseitigen Stirnseite der Rotoren und der Slanschfläche des druckseitigen Deckels einzuhalten, ist ein genaues Einstellen der Spurlager erforderlich, was zusätzlich Einrichtungen erforderlich macht. Außerdem vergrößert sich das einmal eingestellte Spiel während des Betriebes des Verdichters durch die Verformung der Bauteile des Lagers unter dem Einfluß der Betriebskräfte und durch die Abnutzung des Lagers selbst.

Weiterhin benötigen die !Fraglager ein Ölsystem, welches mit verhältnismäßig aufwendigen Mitteln diese mit einer automatisch überwachten Ölmenge versorgt.

Bei mit Sicherheitskältemitteln betriebenen Verdichtern wird das aus dem saugseitigen Lager austretende Öl der Saugseite zugeführt, wobei das daraus ausdampfende Kältemittel weiterhin den Liefergrad verschlechtert. Die Lager bilden außerdem einen wesentlichen Anteil der Rotorlänge und erhöhen damit den Platzbedarf und das Gewicht des ganzen Verdichters.

Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu beseitigen, indem durch Veränderungen die genannten Traglager und die Zapfen im wesentlichen entfallen und das Spiel zwischen druckseitiger Hotorstirnseite und Planschfläche des druckseitigen Deckels während der gesamten Lebensdauer des Verdichters unabhängig vom Betriebszustand möglichst klein und konstant bleibt.

Die vorliegende Erfindung macht sich die bekannte Kraft ausnutzung der Gesamtheit aller innerhalb der Innenkontur befindlichen, schraubenförmig verlaufenden Zahnkopfflächen dadurch zunutze, daß besagte Zahnkopfflächen als eigentliche Lagerung der Hotoren herangezogen werden. Demzufolge kommen die äußeren, bislang in den Deckeln untergebrachten Traglager und die Lagerzapfen der Rotoren in Fortfall. Es verbleiben jedoch notwendigerweise Wellenansätze an den Rotoren, dia zu den Spurlagern führen sowie ein Wellenansatz für den Antrieb des Schraubenverdichters· Diese stehen einer rationellen Herstellung wie auch einer möglichen Selbsteinstellung der Rotoren hindernd im Wege» Ia weiteren Verfolg der Erfindung entsteht somit die Aufgabe, die Nachteile der verbleibenden Wellenansätze durch vereinfachende Einrichtungen zu beheben.

Nach der weiteren -Ausgestaltung der Erfindung geschieht dies dadurch, daß die Stirnflächen der Rotoren auf der Druckseite radial verlaufende, schwach geneigte Flächen aufweisen und wenigsten« einer der Rotoren eine zentrale Bohrung mit einer im Innern angebrachten Innenverzahnung besitzt· Weiterhin wer-

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den die Rotoren mit einer axialen, von der Saugseite zur Druckseite gerichteten Vorlast beaufschlagt, die stets größer ist, als der vom Gasdruck auf der Druckseite herrührende, zur Saügseite gerichtete, auf die Rotoren wirkende Axialschub. Durch die besagte Vorlast wird verhindert, daß die Rotoren durch den auf der Druckseite herrschenden Gasdruck stirnseitig abgehoben und mit der gegenüberliegenden Stirnfläche gegen die Flansehfläche des Deckels der Saugseite gepreßt werden. Die druckseitigen Stirnflächen der Rotoren werden also durch die Vorlast stets gegen die Flansehfläche der Druckseite gedrückt, von der sie durch das hydrodynamische Tragen der an die Stirnflächen der Rotoren angearbeiteten, schwach geneigten, rotierenden Flächen abgehoben werden.

Erfindungsgemäß wird zum Aufbringen der axialen Vorlast der Schmieröldruck der von der Ölpumpe der Schraubenverdichteranlage geförderten Öles - direkt g oder gedrosselt - herangezogen, der aus Betriebsgründen so gesteuert wird, daß sein Betrag stets höher ist als der vom Schraubenverdichter erzeugte Gasenddruck. Auch kann zum Aufbringen der axialen Vorlast der vom Schraubenverdichter erzeugte Gasdruck herangezogen werden. Damit ist die Gewähr gegeben, daß die axiale Vorlast in jedem Fall größer ist als die vom Gasdruck herrührende, zur Saugseite gerichtete auf die Rotoren wirkende Axialkraft. Der Schmieröldruck oder der Gasdruck wird zur Beaufschlagung von an sich bekannten Druckdosen herangezogen, deren Kraft über ein übliches Drucklager stirnseitig auf die umlaufenden Rotoren wirkt.

Durch diese Einrichtungen können die zu den bisherigen Spurlagern führenden Wellenansätze entfallen; die zwischen den Druckdosen und den Rotorachsen angebrachten Drucklager können von minderer Qualität als die der bisherigen M Spurlager sein, da die axiale Einstellung der Rotoren selbstregelnd durch das hydrodynamische Tragen der an den druckseitigen Stirnflächen schwach geneigten Flächen erfolgt. Eine Abnutzung der Drucklager bleibt auf das stirnseitige Spiel der Rotoren in bezug auf die ebenen Flanschflächen der Deckel ohne Einfluß.

Weiterhin wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zum Antrieb in einem der Rotoren eine zentrale Bohrung mit einer im Innern angebrachten Innenverzahnung vorgesehen ist, in der die dieser entsprechende Außenverzahnung einer Welle ruht, die mit ihrem Schaft eine in einem der beiden Deckel angebrachte, an sich bekannte selbsteinstellende Stopfbuchse durchdringt und mit ihrem äußeren, mit einer Außenverzahnung versehenen Ende mit einen an dem Dek-

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kel befindlichen, drehbar angeordnetem Antriebsflansch verbunden ist. Durch diese Welle kann der Wellenansatz für den Antrieb des Schraubenverdichters in Portfall kommen; bereits eine geringe Beweglichkeit in den Mitnehmerverzahnungen gewährt von außen dem angetriebenen Rotor die Selbsteinstellung innerhalb der ihn umgebenden Innenkontur des Gehäusemantels gemäß den ihn tragenden Kräften.

Die durch die erfindungsgemäße neue Lagerung der Rotoren erzielten Vorteile bestehen in dem stark reduzierten Werkstoffaufwand der Rotoren, dem Portfall der Traglager und der damit verbundenen Einsparung an Bearbeitungskosten» Ebenso werden die Montagekosten geringer, da das Justieren des stirnseitigen Spieles der Rotoren in der Gehäuseachse wegfällt· Die Anforderungen an die Genauigkeit der Gehäusebearbeitung verringern sich durch die Möglichkeit der Selbsteinstellung der Motoren und die Tatsache, daß alle die Lage der Rotoren zueinander und zum Gehäuse beeinflussenden Anlageflächen sich ausschließlich im Gehäusemittelteil befinden, wobei die Anforderungen an dessen Genauigkeit nicht erhöht werden· Infolge der gleichmäßig über die gesamte Länge der Rotoren erfolgenden Abstützung, wird die Durchbiegung der Rotoren unter den auf sie wirkenden Gaskräften erheblich kleiner; es sind Rotoren mit geringerer Steifigkeit ale bisher anwendbar, mit denen unter Beibehaltung der bisherigen Gehäuseinnenabmessungen ein größeres geometrisches Hubvolumen erzielt werden kann«

Die Erfindung wird an Hand eines ^Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Pig. 1 die Stirnansicht der Druckseite des SchraubenVerdichters mit abgenommenen Deckel

Pig. 2 einen Schnitt längs AA der Fig. 1

Pig. 3 einen Schnitt längs BB der lig« 1

Pig. 4 Schnitt des Schraubenverdichters nach der Linie CC der Pig. 1.

Die in Pig. 1 dargestellte Stirnansicht der Druckseite des Schraubenverdichters zeigt den Gehäusemantel 1 mit den innerhalb seiner Innenkontur 2 befindlichen, schraubenförmig verzahnten, miteinander kämmenden Rotoren 3; 4. Die Zahnkopfflächen 5} 6 der Rotoren 3; 4 Bind so gestaltet, daß sie zusammen mit der Innenkontur 2 enge keilförmige Spalte bilden, deren größte Höhe in der Umfangsbewegung 7; 8 der Rotoren 3; 4 vorangeht. Die Stirnseiten 9; 10 der Rotoren 3; 4 weisen schräge Flächen 11; 12 mit geringer Neigung auf, die zusammen mit der stiimseitigen Planschfläche 19 keilförmige Spalte 15; 16 bilden, deren größte Höhe in dichtung der Umfangsbewegung 7; 8 der Rotoren 3; 4 zeigt

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(Pig. 2 und 3). Der Kanal 14 dient zur Zuführung von Schmieröl. Pig. 4 stellt einen Schnitt des Schraubenverdichters nach der Linie C-C nach Pig. 1 dar. Der Gehäusemantel 1 mit der Innenkontur 2 ist auf der Saugseite des Schraubenverdichters mit der ebenen Planschfläche 17 des Deckels 18 und auf der Druckseite mit der ebenen ^lanschflache 19 des Deckels 20 abgeschlossen. Innerhalb des Gehäusemantels 1 befindet sich der Rotor 3 mit allseitigem Spiel gegenüber der Innenkontur 2 und den ^lanschflachen 17» 19· Der Rotor 3 weist eine zentrale Innenbohrung 21 mit einer in ihr angebrachten Innenverzahnung 22 auf. Der auf der Saugseite befindliche Deckel 18 nimmt die Druckdose 23 auf, deren Kolbenstange 24 über das Drucklager 25 mit der Stirnseite des Rotors 3 verbunden ist. Der neben dem ^otor 3 liegende Rotor 4 ist ebenfalls durch eine Kolbenstange 24' und Drucklager 25' mit einer Druckdose 23' verbunden. In der Innenverzahnung 22 ruht die Außenverzahnung 26 der Welle 27, die die am Deckel 20 angebrachte Stopfbuchse 28 durchdringt und mit ihrem aus- ä seren, mit einer Außenverzahnung 29 versehenem Ende mit dem Antriebsflansch verbunden ist. Der Antriebsflansch 30 wird von einer zentrisch am Deckel 20 angebrachten Lagerung 31 aufgenommen.
Die Wirkungsweise ist folgende:

Vor dem Anlauf der Rotoren 3; 4 wird von der nicht dargestellten Ölpumpe der Schraubenverdichteranlage ein Ölstrom erzeugt, der einmal durch den Kanal 14 dem von dem Gehäusemantel 1 und der zusammen kämmenden Verzahnung der Motoren 3; 4 gebildeten Innenraum zugeführt wird und zum anderen über Kanal 32; 32" zum Beaufschlagen der Druckdosen 23; 23* dient, die über Kolbenstange 24; 24* und Drucklager 25; 25 * beide Rotoren 3; 4 unter einen zur Druckseite gerichteten Axialschub setzen.

Beim Betrieb des Schraubenverdichters wird der Rotor 3 über den Antriebsflansch 30 und die Welle 27 angetrieben und es erfolgt die Mitnahme des Rotors 4 durch ™ Plankenanlage der in Pig. 1 dargestellten Verzahnung der Rotoren 3; 4.

Infolge der vorhandenen Ölbenetzung aller Rotor- und Gehäuseinnenflächen auch die der Planschflächen - tritt sofort hydrodynamisches Tragen aller Spalte mit Keilform ein; dadurch werden die Zahnkopfflächen 5; 6 beider Rotoren 3; 4 von der Innenkontar 2 des Gehäusemantels 1 und die druckseitigen Stirnflächen 9; 10 von der ebenen Planschfläche 19 des Deckels 20 abgehoben. Sin stirnseitiges Anlaufen der saugseitigen Stirnflächen gegen die *'l ans chf la ehe 17 des Deckels 18 der Saugseite findet aber nicht statt» da die Axialkraft der Druckdosen 23; 23* größer ist, als der gegen diese wirkende Axialschub der Rotoren 3; 4, der sioh aus der Kraft des hydrodynamischen !Tragens und dem auf der Druckseite herrschenden Gasdruck zusammensetzt*

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Claims

Patentansprüche

Lagerung der Rotoren von Schraubenverdichtern mit schraubenförmig verlaufender Verzahnung zur Kompression gasförmiger Medien, die paarweise achsparallel zusammen kämmend in einem Gehäuse arbeiten, das achspaidlele, einander durchdringende zylindrische Bohrungen für die Rotoren besitzt und an den Stirnseiten mit den ebenen KLanschflachen von Deckeln abgeschlossen ist, von denen der Deckel der Saugseite eine Einfcrittsöffnung und der Deckel der Druckseite eine Aüstrittsöffnung für das Arbeitsmedium aufweist, wobei die von den Zahnkopfflächen beider Rotoren zusammen mit der Innenkontur des Gehäusemantels gebildeten Spalte in der Normalebene der Rotorachsen ganz oder teilweise Keilform besitzen, dadurch gekennzeichnet , daß die Zahnkopfflächen (5; 6) der Rotoren (3; 4) auf der Innenkontur (2) des Gehäusenantels (1) gelagert sind, die Stirnflächen (9; 10) der Rotoren auf der Druckseite radial verlaufende, schwach geneigte Flächen (11; 12) aufweisen und je eine axiale zur Druckseite gerichtete Kraft angeordnet ist, die größer ist als der in umgekehrter Richtung auftretende, betriebsmäßige Rotorschub und mindestens einer der Rotoren eine zentrale Bohrung (21) mit einer im Innern angebrachten Innenverzahnung (22) besitzt.
2. Lagerung der Rotoren von Schraubenverdichtern nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen der zur Druckseite gerichteten, axial auf die Rotoren (3; 4) wirkenden Kraft Kolbenstangen (24; 24^f) und Drucklager (25 j 25^r) bestehend aus an sich bekannten Druckdosen (23; 23')» angeordnet sind, die von dem Schmieröldruck und/oder dem Gasenddruck des Schraubenverdichters beaufschlagt werden.

3· Lagerung der Rotoren von Schraubenverdichtern nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß in einem der Rotoren eine zentrale Bohrung (21) mit einer im Innern angebrachten Innenveraahnung (22) vorgesehen ist, in der Innenverzahnung (22) die Außenverzahnung (26) einer Welle (27) ruht, die eine an sich bekannte ron Deckeln (20) aufgenommene Stopfbuchse (28) durchdringt und mit dem in einer am Deckel (20) angebrachten Lagerung (31) befindlichen Antriebsflansch (30) drehschlüssig verbunden ist·

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