DE2404270A1 - Hochdruckverdichter - Google Patents

Description

GUTEHOFFNUTTGSHÜTTE STT¹IKFHAHE ' _n

Aktieneeseilschaf υ . 24U42fO

PA-Bo/Ri Oberhaaisen, den 28. Jan. 1974

Hochdruckverdichter.

Gegenstand der Erfindung ist ein Hochdruckverdichter mit Kammern und mit diesen verbundenen Kanälen zur Zu- und Abführung von Sperr- und Scluaierflüssigb-:-i t für die Läuferwelle.

Es sind Hochdruckverdichter bekannt, bei denen keine Sperrflüssigkeit benötigt wird. Sie besiLzen ein gemeinsames Gehäuse für Antriebsmotor und Gebläse und enthalten die Hauptabdichtung hinter der Verdichterhauptwelle unmittelbar vor den Laufrädern. Hierbei ist durch den Einbau des Motors .in das Gehäuse die Motorleistung begrenzt. Man kommt maximal zu Leistungen von etwa 700 kW und Drehzahlen bis zu 3000 U/min. Dem herrschenden Trend zur Vergrößerung von Syntheseanlagen genügen derartige Leistungen nicht mehr. Mit doppelten bis vierfachen Anforderungen wird aber der Einbau der Motoren in den Druckraum zu aufwendig.

Es war somit die Aufgabe, für die Gas- oder Flüssigkeitsumwälzung bei hohen Drücken über 200 atü einen Hochdruckverdichter zu schaffen, der die genannten

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Nachteile vermeidet, der gesteigerte Leistungen aufweist und möglichst geringen Aufwand erfordert.

Dabei war davon auszugehen, daß der Einbau von Motor und Verdichter bzw. Pumpe in ein gemeinsames Gehäuse verlassen werden muß, um die sonst gegebene Begrenzung der Motorleistung zu umgehen. ITm den Aufwand gering zu halten, sollte ferner die Maschine bei kleinen Drucksteigerungen einstufig fliegend ausgeführt v/erden, was Probleme der Abdichtung und der Aufnahme des vom Druck und der Querschnittsfläche der Antriebswelle abhängigen Axialschubs aufwirft.

Es wurde nun gefunden, daß man einen solchen Hochdruckverdichter schaffen kann, wenn die abgestufte, radial begrenzt bewegliche, im Druckraum gelagerte Läuferwelle einstückig oder in Teilen.aus einer Anordnung gebildet wird, die antriebsseitig zunächst aus einer biegeelastischen Torsionswelle von entsprechend den auftretenden Torsionsspannungen geringstmöglichem Durchmesser besteht, der ein Entlastungskolben aufgesetzt ist, dem sich die das oder die Laufräder tragende Verdichterhauptwelle anschließt und daß die die Torsionswelle umgebende Torsion swe11endichtung als Hauptdichtung zur Abschirmung des Innenraumdrucks vom Atmosphärendruck ausgelegt ist, daß zur Kompensation des Axialschubs auf dem Entlastungskolben zylindrische Scheiben und in der diesen umgeben-

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den Entlastungskolbenhülse gegenüber den zylindrischen Scheiben Hüten angebracht sind, und daß zwischen Torsionswelle und Torsionswellendichtung einerseits und Entlastungskolben, Entlastungskolbenhülse und Gehäuse andererseits eine Kammer für die über eine Zuleitung zugeförderte, den Gehäuseinnendruck aufnehmende Sperr- und Schmierflüssigkeit angeordnet ist.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß in der Kammer an der Torsionswellendichtung als Stillstandsvorrichtung eine Anschlagsvorrichtung für den Entlastungskolben angeordnet ist.

Außerdem ist es erfindungsgemäß, daß zwischen dem den Hauptteil der Verdichterhauptwelle umgebenden Lagerkörperinnenraum und dem Tank eine, ein Druckregelventil und einen Flüssigkeitsabscheider ausfweisende Ableitung angeordnet ist.

Ferner liegt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung darin, daß zwischen dem Gehäuse und der am Ende der Verdichterhauptwelle befindlichen Hauptwelllendichtung eine Kammer angeordnet ist, von der eine Ableitung über einen Sammelbehälter entweder über ein Ventil in den Tank oder von einem Drosselsystem gesteuert zu einen offenen Ablaß führt, wobei das Drosselsystem auch das in der Ableitung zum Tank angeordnete Ventil steuert

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und daß der Kammer die den Gehäuseinnendruck aufnehmende Sperr- und Schmierflüssigkeit aus dem Tank durch eine druckabhängige Pumpe mit Kolbencharakteristik über eine Zuleitung mit Rückschlagventil zugefördert wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der einen schematischen Querschnitt darstellenden Figur beschrieben. Dabei bedeuten

1 ein fliegend angeordnetes Laufrad,

2 den Lagerkörper-Innenraum,

3 die Torsionswelle,

4 die Verdichterhauptwelle,

5 die Torsionswellendichtung,

6 den Entlastungskolben,

7 die Pumpe mit Kolbencharakteristik,

8 den Flüssigkeitsabscheider,

9 den Tank,

10 die Entlastungskolbenhülse,

11 die Hauptwellendichtung,

12 die Zwischen kammer,

13 den Sammelbehälter,

14 das Ventil,

15 das Drosselsystem,

16 die Kammer vor dem Entlastungskolben 6,

17 die dem Entlastungskolben 6 aufgesetzten zylindrischen Scheiben,

18 die an der Entlastungskolbenhülse 10 befindlichen

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19 die Sperr- und Schmierflüssigkeits-Zuleitung,

20 das Rückschlagventil in der Zuleitung 19,

21 die Anschlagsvorrichtung für den Entlastungskolben 6 an der Torsionswellendichtung 5,

22 die Ableitung aus dem Lagerkörperinnenrauni 2,

23 das vom G-asdruck gesteuerte Druckregelventil in der Ableitung 22,

24 die Ableitung aus der Zwischenkammer 12,

25 die vor der Torsionswellendichtung 5 befindliche Kammer,

26 die Ableitung zwischen KaEimer 25 und Tank 9·

Aus der Figur. ist erkennbar, daß sich in dem Verdichtergehäuse zunächst eins Wellenanordnung befindet, die von der Antriebsmotorseite aus betrachtet, zunächst aus der Torsionswelle 3 mit aufgesetztem Entlastungskolben 6 besteht, dem die Verdichterhauptwelle 4 angekuppelt ist, die die Laufräder 1 trägt.

Hierbei -ist nun die Torsionswelle 3 von der Torsionswellendichtung 5 umgeben, die als Hauptdichtung ausgelegt ist. Diese Torsionswelle 3 ist nahezu frei von Biegespannungen und übt keinen wesentlichen Einfluß auf die kritische Drehzahl der Verdichterhauptwelle 4 aus. Der Antrieb durch eine Torsionswelle 3 ermöglicht den kleinst'möglichen Durchmesser der Torsionswellendichtung 5 und damit den kleinsten Achsschub. Die Torsionswelle 3 stellt das Antriebselement

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dar, das das Dreh^OLienfc auf die Verdicliterhauptwelle 4 überträgt.' Der Verbrauch an Sperrmittel ist durch den kleinen Torsionswellendurchmesser minimal.

Der Torsionswelle 3 schließt sich der Entlastungskorben 6 mit aufgesetzten zylindrischen Scheiben 17 an, der zusammen mit der Entlastungskolbenhülse 10 mit in ihr angebrachten versetzten Nuten 18 den Axialschub aufnimmt. Zwischen dem Entlastungskolben 6, der Entlastungskolbenhülse 10 und dein Gehäuse einerseits und der Torsionswelle 3 und der Torsionswellendichtung 5 andererseits befindet sich die Kammer 16, in die die Sperr- bzw. Schmierflüssigkeit in den Hochdruckverdichter eingeleitet wird.

Die Sperr- bzw. Schmierflüssigkeit, beispielsweise Öl oder Wasser, stammt in diesem Beispiel aus dem Tank 9, aus dem sie durch die druckunabhängige Pumpe mit Kolbencharakteristik 7 unter einem den Verdichterdruck natürlich übersteigenden Druck über die mit dem Rückschlagventil 20 ausgestattete Zuleitung 19 in die Kammer 16 eingeführt wird.

Die Kammer 16 wird durch die Sperr- und Schmierflüssigkeit vollkommen ausgefüllt. In dieser Kammer 16 nimmt die Sperr- und Schmierflüssigkeit vom Entlastungskolben 6 mit seinen aufgesetzten zylindrischen Scheiben 17 den Axialschub als Druck auf und erfährt dadurch eine Kompression, wobei sich der Kompressionsdruck

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entsprechend den Unterschieden der druckbeaufschlagten Flächen als ein Innendruck ergibt, der größer als der Gasdruck des durch die Laufräder 1 geförderten Mediums ist.

Als Folge davon wird ein Teil der Sperr- und Schmierflüssigkeit zwischen Torsionswelle 3 und Torsionswellendichtung 5 hindurchgedrückt und gelangt von der vor der Torsionswellendichtung 5 befindlichen Kammer 25 über die Ableitung 26 in den Tank 9 zurück.

Der Hauptteil der Sperr- und Schmierflüssigkeit gelangt in den Raum zwischen Entlastungskolben 6 und Entlastungskolbenhülse 10 und von hier entweder über Kanäle in die einzelnen Lager oder entlang der Läuferwelle schließlich in den Lagerkörperinnenraum 2.

Es wird von den Gegebenheiten abhängen, wie.weit sich der Lagerkörper-Innenraum 2 anfüllt. Es mag sein, daß er vollkommen ausgefüllt wird, es ist aber auch möglich, daß sich nur so viel Flüssigkeit ansammelt, wie ihm über die Ableitung 22, das Druckregelventil 23 und den Flüssigkeitsableiter 8 zum Tank 9 wieder entzogen wird, in dem ein niedrigerer Druck herrscht.

In jenen Fällen, bei denen infolge der herrschenden Druckverhältnisse der Lagerkörper-Innenraum 2 größere

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Flüssigkeitsmengen enthält oder völlig gefüllt ist, wird ein Teil der Flüssigkeit auch durch die Verdichterhauptwellen-Dichtung 11 bis zur nachgeordneten Kammer 12 dringen. Dieser Flüssigkeitsanteil wird von dort über die Ableitung 24 in einen Sammelbehälter 13 abgeleitet, dessen Entleerung durch das Ventil 14 gesteuert wird. Selbstverständlich kann auch dieser Flüssigkeitsanteil später wieder dem Tank 9 zugeführt werden, falls er nicht über das Drosselsystem 15 an einen offenen Ablaß gelangt.

Es versteht sich, daß im Tank 9 selbst ein niedrigerer Druck als in den Kammern um das Wellensystem herrscht. Bei sehr hohen Gasdrücken kann der Fall eintreten, daß das spezifische Gewicht des Gases annähernd die gleiche Größenordnung des spezifischen Gewichts der Flüssigkeit erreicht. In einem solchen Fall wird der Lagerkörper-Innenraum 2 vollkommen mit Flüssigkeit gefüllt und dann durch ein zusätzliches Druckregelventil 23. dafür gesorgt, daß der im Lagerkörper-Innenraum 2 herrschende Druck etwa 0,5 bis 1,0 atu über dem Gasdruck liegt.

Der unterste Flüssigkeitsstand im Flüssigkeitssammelbehälter 13 wird erreicht, wenn Gas an 'seinem Ausfluß zum Drosselsystem 15 mit ausströmt. In diesem Falle ist der Druckverlauf in diesem Drosselsystem 15 nicht mehr linear, sondern der Druck steigt vor den letzten Drosseln

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erheblich an. Dieser Druckanstieg kann zum Steuern des Ventils 14 benutzt werden, durch welches der größte Teil der Flüssigkeitsnenge abfließen muß. Dieses Ventil 14 kann ein Magnetventil mit Öffnungsverzögerung oder auch ein hydraulisch oder pneumatisch gesteuertes Ventil sein.

Bei Stillstand des Verdichters und Stillstand der Pumpe 7 wirkt nur noch der Gasdruck im Inneren des Verdichtergehäuses und verschiebt die Läuferwelle soweit, bis der Entlastungskolben 6 an der Anschlagsvorrichtung 21 der Torsionswellendichtung 5 anliegt und damit den Druckraum gegenüber der Atmosphäre gegebenenfalls auch ohne Sperrflüssigkeit als Stillstandsdichtung abdichtet,

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Claims (2)

1. GUTEHOFFNÜÜTGSIIÜTTE STERKRADE
   Aktiengesellschaft

   _m 240Λ270

   PA-Bo/Ri 28. Jan. 1974

   Patentansprüche;

   /l.j Hochdruckverdichter mit Kammern und mit diesen verbundenen Kanälen zur Zu- und Abführung von Sperr- und Schmierflüssigkeit für die Läuferwelle, dadurch gekennzeichnet, daß die abgestufte, radial begrenzt bewegliche, im Druckraum gelagerte Läuferwelle einstückig oder in Teilen aus einer Anordnung gebildet wird, di*e antriebsseitig zunächst aus einer biegeelastischen Torsionswelle (3) von entsprechend den auftretenden Torsionsspannungen geringstmöglicheni Durchmesser besteht, der ein Entlastungskolben (6) aufgesetzt ist, dem sich die das oder die Laufräder (1) tragende Verdichterhauptwelle (4) anschließt und daß die die Torsionswelle (3) umgebende Torsionswellendichtung (5) als Hauptdichtung zur Abschirmung des Innenraumdrucks vom Atmosphärendruck ausgelegt ist, daß zur Kompensation des Axialschubs auf dem Entlastungskolben (6) zylindrische Scheiben (17) und in der diesen umgebenden Entlastungskolbenhülse (10) gegenüber den zylindrischen Scheiben (17) Nuten (18) angebracht sind, und daß zwischen Torsionswelle (3) und Torsionswellendichtung (5) einerseits und Entlastungskolben (6), Entlastungskolbenhülse (10) und Gehäuse andererseits eine Kammer (16) für die über eine Zuleitung (19) zugeförderte, den Gehäuseinnendruck aufnehmende Sperr-

   und Schmierflüssigkeit angeordnet ist.

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2. 2.) Hochdruckverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (16) an der Torsionswellendichtung (5) als Stillstandsvorrichtung eine Anschlagsrorrichtung (21) für den Entlastungskolben (6) angeordnet ist.

   3·) Hochdruckverdichter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem den Hauptteil der Verdichterhauptwelle (4) umgebenden Lagerkörperinnenraum (2) und dem Tank (9) eine ein Druckregelventil (23) unfeinen !Flüssigkeitsabscheider (8) aufweisende Ableitung (22) angeordnet ist.

   4·) Hochdruckverdichter nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäuse und der am Ende der Verdichterhauptwelle (4) befindlichen Hauptwellendichtung (11) eine Kammer (12) angeordnet ist, von der eine Ableitung (24) über einen «Sammelbehälter (13) entweder über ein Ventil* (14) in den Tank (9) oder von einem Drosselsystem (15) gesteuert zu einem offenen Ablaß führt, wobei das Drosselsystem (15) auch das in der Ableitung zum Tank (9) angeordnete Ventil (14) steuert.

   5») Hochdruckverdichter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kammer (16) die den Gehäuseinnendruck aufnehmende Sperr- und Schinierflüssigkeit

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   aus dem Tank (9) durch eine druckabhängige Pumpe mit Korbencharakteristik (7) über eine Zuleitung (19) mit Rückschlagventil (20) zugefördert wird.

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