DE2404270C3 - Hochdruckumwälzgebläse - Google Patents
HochdruckumwälzgebläseInfo
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Description
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Gegenstand der Erfindung ist ein Hochdruckumwälzgebläse mit außerhalb des Druckraumes angeordnetem
Antriebsmotor und im Druckraum gelagerter Läuferwelle mit fliegend angeordnetem Laufrad und
mit einer Dicht- und Schmiereinrichtung zum Zu- und Abführen von Sperr- und Schmierflüssigkeit, wobei zur
Kompensation des Axialschubs ein hydraulisches Axiallager dient.
Es sind Hochdruckumwälzgebläse bekannt, bei denen
keine Sperrflüssigkeit benötigt wird. Sie besitzen ein gemeinsames Gehäuse fur Antriebsmotor und Gebläse
und enthalten die Hauptabdichtung mnter 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.
Ferner ist eine Wellendichtung für Hochdruckgas-Umwälzgebläse
mit ölschmierung bekannt, bei der eine Hauptsperröldichtung zwischen dem Traglager
und dem Gebläselaufrad angeordnet ist, wodurch ein überaus großer Wellendurchmesser an der Dichtungsstelle erforderlich ist.
Es war somit die Aufgabe, für die Gas- oder Flüssigkeitsumwälzung bei hohen Drücken über 200 atü ein
Hochdruckumwälzgebläse zu schaffen, das die genannten Nachteile vermeidet, das gesteigerte Leistungen
aufweist und möglichst geringen Sperrölverbrauch und Aufwand erfordert.
Dabei war davon auszugehen, daß der Einbau von Motor und Verdichter bzw. Pumpe in ein gemeinsames
Gehaust verfassen werden muß. um die sonst gegebene Begrenzung der Motorleistung zu umgehen. Um den
Aufwand gering zu halten, sollte ferner die Maschine bei kleinen Drucksteigerungen einstufig fliegend ausgeführt
werden, was Probleme der Abdichtung und der Aufnahme des vom Druck und der Querschnittsfläche
der Antriebswelle abhängigen Axialschubs aufwirft.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die radial begrenzt bewegliche Läuferwelle
antriebsseitig zunächst aus einer biegeelastischen Torsionswelle von entsprechend den auftretenden Torsionsspannungen
geringstmöglichem Durchmesser besteht, der ein hydrostatisches Axiallager aufgesetzt ist,
dem sich die das oder die Laufräder tragende Verdichterhauptwelle anschließt und daß die die Torsionswelle
umgebende Torsionswellendichtung als Hauptdichtung zur Abschirmung des Innenraumdrucks vom
Atmosphärendruck ausgelegt ist und zwischen Torsionswelle und Torsionswellendichtung einerseits und
hydrostatischem Axiallager, 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 aufweisende
Ableitung angeordnet ist.
Ferner liegt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung darin, daß zwischen dem Gehäuse und der am
Ende der Verdichterhauptwelle befindlichen Hauptwellendichtung eine Kammer angeordnet ist, von der eine
Ableitung; über einen Sammelbehälter entweder über ein Ventil in den Tan< oder von einem Drosselsystem
gesteuert zu einem offenen Ablaß fuhrt, wobei das Drosselsystem auch das in der Ableitung /um Tank angeordnete
Ventil steuert und daß der Kammer die den Gehäuseinnendruck aufnehmende Sperr- und Schmierflüssigkeit
aus dem Tank durch eine druckabhängige Pumpe mit Kolbencharakteristtk über eine Zuleitung
mit Rückschlagventil zugefördert wird.
Die Erfindung wird nachstehend ;»n Hand der einen sehemaiischen Querschnitt darstellenden Figur beschrieben.
Dabei bedeutet "
1 ein fliegend angeordnetes Laufrad.
2 den Lagerkörper-lnnenraum.
3 die Tcrdonswelle,
4 die Vetdichterhauptwellc.
5 die Torsionswellendichtung.
6 den Entlastu-igskolben.
7 die Pumpe mit Kolbencharakteristik.
8 den Flüssigkeitsabscheider.
9 den Tank.
10 die Entlastungskolbenhülse.
11 die Hauptwellendichtung,
12 die Zwischenkammer.
13 den Sammelbehälter,
14 das Ventil,
15 das Drosselsystem.
16 die Kammer vordem Entlastungskolben 6.
17 die dem Emlastungskolben 6 aufgesetzten zylindrischen Scheiben.
18 die an der Entlastungskolbenhülse 10 befindlichen
Nuten.
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 Lagerkörperinnenraum 2.
23 das vom GasdrurW gesienerte Druckregelventil in
der Ableitung 22,
24 die Ableitung aus der Zwischenkammer 12,
25 die vor e'er Torsionswellendichtung 5 befindliche
Kammer,
26 die Ableitung zwischen Kammer 25 und Tank 9.
Aus der Figur ist erkennbar, daß sich in dem Verdichtergehäuse zunächst eine 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 ! trägt.
Aus der Figur ist erkennbar, daß sich in dem Verdichtergehäuse zunächst eine 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 ! 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 Verdicbterhauptwelle 4
aus. Der Antrieb durch eine Torsionswelle 3 ermöglicht den kleinstmöglichen Durchmesser der Torsionswellendichtung
5 und damit den kleinsten Achsschub. Die Torsionswelle 3 stellt das Antriebselement dar. das das
Drehmoment auf die Verdichterhauptwelle 4 überträgt. Der Verbrauch an Sperrmittel ist d'.:rch den kleinen
Torsionswellendurchmesser minimal.
Der Torsionswelle 3 schließt sich der Entlastungskolben 6 mit aufgesetzten zylindrischen Scheiben 17 an.
der zusammen mit der Entlastungskolbenhülse 10 mit in ihr angebrachten versetzten Nuten 18 den Axialschub
aufnimmt. Ziwschen dem Entlastungskolben 6, der Entlastungskolbenhüke 10 und dem Gehäuse einer- fl5
seits und der Torsionswelie 3 und der Torsionswellendichtung 5 andererseits befindet sich die Kammer 16, in
Hip dip Snerr· bzw. Schmierflüssigkeit in den Hochdruckverdichter
eingeleitet wird.
D'e 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 ausgestaltete 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 Schmierflüss'gkeii vom Entlastungskolben
6 mit seinen aufgesetzten zylindrischen Scheiben 17 den Axialschub als Druck auf und erfährt
dadurch eine Kompression, wobei sich der Kompressionsdruck entsprechend den Unterschieden der druckbeaufschlagten
Flächen als ein Innendruck ergibt, der größer als der Gasdruck des durch die Laufräder t geförderten
Mediums ist.
Als Folge davon wird ein Teil der Sperr- und Sehmierflüssigkeit zwischen Torsionswelle 3 und Torsionswellendichtung
5 hindurchgedrücki und gelangt von der vor der Torsionswellendichtung 5 befindlichen
Kammer 25 über die Ableitung 26 in den Tank 9 zurück.
Dor Hauptteil dt;r Sperr- und Schmierflüssigkeit gelangt
in den Raum zwischen Entlaslungskolben 6 und Entlastungskolbenhülse 10 und von hier entweder über
Kanäle i.i die einzelnen Lager oder entlang der Läuferuelle
schließlich in den Lagerkörperinnenraum 2.
Es wird von den Gegebenheiten abhängen, wie weit sich der Lagerkörper-lnnenraum 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 Flüssigkeiisableiter 8 zum Tank 9 wieder entzogen
wird, in dem ein niedrigerer Druck herrscht.
In jenen Fällen, bei denen infolge der herrschenden Druckverhältnisse der Lagerkörper-lnnenraum 2 größere
Flüssigkeitsmengen enthält oder völlig gefüllt ist, wird ein Teil der Flüssigkeit auch durch die Verdichterhauptwellen-Dichiung
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 Welknsystem 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-lnnenraum 2 vollkommen mit
Flüssigkeit gefüllt und dann durch ein zusätzliches Druckregelventil 23 dafür gesorgt, daß der im Lagerkorper-Innenraum
2 herrschende Druck etwa 0,5 bis 1,0 a Ui 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 dem letzten Drosseln erheblich an. Dieser Druckanstieg
kann zum Steuern des Ventils 14 benutzt werden, durch welches der größte Teil der Flüssigkeitsmenge abfließen
muß. Dieses Ventil 14 kann ein Magnetventil mit
Öffnungsverzögerungen oder auch ein hydraulisch oder pneumatisch gesteuertes Ventil sein.
Bei Stillstand des Verdichters und Stillstand der Pumoe 7 wirkt nur noch der Gasdruck im Inneren des
Verdichtergehäuses und verschiebt die Läuferwelle so weit, bis der Entlastungskolben 6 an der Ansaugvorrichtung
21 der Torsionswellendichtung 5 anliegt und damit den Druckraum gegenüber der Atmosphäre gegebenenfalls
auch ohne Sperrflüssigkeit als Stillstandsdichtung abdichtet.
Gegenüber dem Stand der Technik hat die vorliegende Erfindung weiterhin folgende Vorteile:
1. Die Ringspaltfläche, gebildet aus dem Produkt von Wellendurchmesser und Ringspalt, wird erheblich reduziert, was den Sperrölverbrauch auf einen Bruchteil gegenüber einer erheblichen Dichtung vermindert.
1. Die Ringspaltfläche, gebildet aus dem Produkt von Wellendurchmesser und Ringspalt, wird erheblich reduziert, was den Sperrölverbrauch auf einen Bruchteil gegenüber einer erheblichen Dichtung vermindert.
Die Gleitgeschwindigkcit zwischen Welle und
Wellenhauptdichtung wird erheblich reduziert, was keine Erwärmungsschwierigkeiten mehr verursacht,
da der Wärmeanfall sich mit dem Quadrat der Umfangsgeschwindigkeit ändert.
Der Axialschub, welcher dadurch entsteht, daß die Antriebswelle aus dem Druckraum herausgeführt wird und die Größe des Produkts aus Gasinnendruck und Kreisfläche der Welle an der Dichtungsstelle annimmt, stößt bei bekannten Ausführungen auf erhebliche Schwierigkeiten, wenn die Gasinnendrücke Werte von etwa 500 atü annehmen. Durch den kleinen Durchmesser der Torsionswelle gemäß der Erfindung können demgegenüber die Axialschübc in erträglichen Größen gehalten und leicht durch hydrostatische oder hydrodynamische Axiallager ausgeglichen werden.
Der Axialschub, welcher dadurch entsteht, daß die Antriebswelle aus dem Druckraum herausgeführt wird und die Größe des Produkts aus Gasinnendruck und Kreisfläche der Welle an der Dichtungsstelle annimmt, stößt bei bekannten Ausführungen auf erhebliche Schwierigkeiten, wenn die Gasinnendrücke Werte von etwa 500 atü annehmen. Durch den kleinen Durchmesser der Torsionswelle gemäß der Erfindung können demgegenüber die Axialschübc in erträglichen Größen gehalten und leicht durch hydrostatische oder hydrodynamische Axiallager ausgeglichen werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Hochdruckumwälzgebläse mit außerhalb des Druckraumes angeordnetem Antriebsmotor und im
Druckraum gelagerter Läuferwelle mit fliegend angeordnetem Laufrad und mit einer Dicht- und
Schmiereinrichtung zum Zu- und Abführen von Sperr- und Schmierflüssigkeit, wobei zur Kompensation
des Axialschubs ein hydraulisches Axiallager dient, dadurch gekennzeichnet, daß die
radial begrenzt bewegliche Läuferwelle antriebsseitig zunächst aus einer biegeelastischen Torsionswelle
(3) von entsprechend den auftretenden Torsionsspannungen geringstmöglichem Durchmesser besteht,
der ein hydrostatisches Axiallager (6) aufgesetzt ist, dem sich die das oder die Laufräder (1)
tragende Verdichtungshauptwelle (4) anschließt und daß die die Torsionswelle (3) umgebende Torsionswellendichtung
(5) als Hauptdichtung zur Abschirmung des Innenraumdrucks vom Atmosphärendruck
ausgelegt ist. und daß zwischen Torsionswelle
(3) und Torsionswellendichtung (5) einerseits und hydrostatischem Axiallager (6). Entlastungskolbenhülse
(10) und Gehäuse andererseits eine Kammer (16) für die über eine Zuleitung (19) zugeförderte,
den Gehäuseinnendruck aufnehmende Sperr- und Schmierflüssigkeit angeordnet ist.
2. Hochdruckumwälzgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (16)
an der Torsionswellendichtung (5) als Stillstandsvorrichtung eine Anschlagsvorrichtung (21) für den
Entlastungskolben (6) angeordnet ist.
3. Hochdruckumwälzgebläse 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) und einen Flüssigkeitsabscheider (8) aufweisende Ableitung (22) angeordnet
ist.
4. Hochdruckumwälzgebläse nach Anspruch 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäuse und der am Ende der Verdichterhaupiwelle
(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. Hochdruckumwälzgebläse nach Anspruch 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kammer (16) die den Gehäuseinnendruck aufnehmende Sperr-
und Schmierflüssigkeit aus dem Tank (9) durch eine druckabhängige Pumpe mit Kolbencharakteristik
(7) über eine Zuleitung (19) mir. Rückschlagventil (20) zugefördert wird.
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19742404270 DE2404270C3 (de) | 1974-01-30 | Hochdruckumwälzgebläse | |
NLAANVRAGE7414804,A NL176296B (nl) | 1974-01-30 | 1974-11-13 | Roterende hogedruk-compressor. |
IT29982/74A IT1026636B (it) | 1974-01-30 | 1974-11-28 | Compressore ad alta pressione |
CH1579774A CH584844A5 (de) | 1974-01-30 | 1974-11-28 | |
GB116775A GB1458332A (en) | 1974-01-30 | 1975-01-10 | Compressors or pumps |
JP50007443A JPS5819880B2 (ja) | 1974-01-30 | 1975-01-18 | コウアツアツシユクキ |
FR7502600A FR2259259B1 (de) | 1974-01-30 | 1975-01-28 | |
US05/545,205 US3960245A (en) | 1974-01-30 | 1975-01-29 | Lubricating and sealing liquid for a high pressure compressor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19742404270 DE2404270C3 (de) | 1974-01-30 | Hochdruckumwälzgebläse |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2404270A1 DE2404270A1 (de) | 1975-07-31 |
DE2404270B2 DE2404270B2 (de) | 1976-02-05 |
DE2404270C3 true DE2404270C3 (de) | 1976-09-09 |
Family
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