DE2441520A1

DE2441520A1 - Wellendichtung fuer schraubenrotorverdichter

Info

Publication number: DE2441520A1
Application number: DE2441520A
Authority: DE
Inventors: Lauritz Benedictus Schibbye
Original assignee: Svenska Rotor Maskiner AB
Current assignee: Svenska Rotor Maskiner AB
Priority date: 1973-09-03
Filing date: 1974-08-30
Publication date: 1975-03-06
Also published as: FI74779C; JPS5053909A; FI256974A; SE399106B; GB1484994A; BE819492A; FR2242579A1; DE2441520C2; FI74779B; CS183758B2; JPS5712874B2; US3975123A; CA1012578A; SE7410347L; FR2242579B1

Description

Patentanwälte OLI

Dipl.-Ing.W.Beyer ^LM ⁴

Dipl.-Wirtsch.-Ing.B.Jochem

Frankfurt/Main Staufenstrasse 36

Svenska Rotor Maskiner Aktiebolag Nacka/S chweden

Wellendichtung für Schraubenrotorverdichter

Die Erfindung betrifft eine Wellendichtung für insbesondere mit Wassereinspritzung arbeitende Schraubenrot orverdicht er, deren Einlaß eine verstellbare Drossel vorgeschaltet ist.

Bei Schraubenrotorverdichtern, die trocken oder mit Einspritzung von Wasser oder einer anderen Flüssigkeit laufen, welche sich nicht mit dem Schmieroel der Rotor— lager vermischen darf, ist es erforderlich, einen Entwässerungsbereich zwischen dem Hauptverdichtergehäuse und den Lagergehäusen vorzusehen, woraus dann das Problem erwächst zu vermeiden, daß ungefilterte Luft in den Verdichter längs der Rotorwellen unter Teillastbedingungen einsickert, nämlich wenn der Druck zumindest am Niederdruckende des Arbeitsraums beträchtlich unterhalb desjenigen der umgebenden Atmosphäre liegt. In Verdichtern mit Flüssigkeiteinspritzung besteht ein weiteres Problem darin zu vermeiden, daß derartige Flüssigkeit unter normalen Laufbedingungen entlang den Wellen in den Drainagebereich leckt.

Bis jetzt sind diese Dichtungsprobleme mithilfe von verschiedenen Typen unmittelbar berührender me'chanischer

Lj 86U 509810/0357

Dichtungen gelöst worden. Derartige Dichtungen haben jedoch verschiedene Nachteile. Einer davon "besteht in den hohen Reibungsverlusten, die für einen Verdichter mit einem Rotordurchmesser in der Größenordnung von loo bis 25o mm zu einem Leistungsverlust von etwa o,5 bis 1 PS für jede Dichtung führt. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß jene mechanischen Dichtungen sehr empfindlich sind und sehr genau eingesetzt werden müssen, was teuer ist und viel Zeit fordert. Ein dritter Nachteil ist, daß die mechanischen Dichtungen während des Betriebs Abnützungen unterworfen sind und demzufolge regelmäßige Wartung in der Form von Inspektionen, Nachstellarbeiten und der Auswechslung verschliessener Teile erfordert.

Aufgabe der Erfindung ist es, die vorstehenden Nachteile zu beseitigen und eine Dichtung zur Lösung der vorstehend geschilderten Probleme zu schaffen, die zumindest nicht zu höheren Leistungsverlusten als denen der früher benutzten mechanischen Dichtungen führt, einen einfacheren Einbau gestattet und im Betrieb keinem Verschleiß unterworfen ist, so daß viel weniger Inspektionen und praktisch keine Wartung erforderlich sind.

Der Vorteil keiner Wartung ist besonders deshalb wichtig, weil die Wellendichtungen von Schraubenrotorverdichtern innerhalb der Lager und vielfach auch innerhalb der Synchronisierzahnräder für die Rotoren angeordnet sind, die dann entfernt und erneut wieder eingebaut werden müssen, was besonders bezüglich der Synchronisierzahnräder eine komplizierte Aufgabe ist, die einen Spezialisten erfordert .

Erfindungsgemäß wird die vorgenannte Aufgabe gelöst durch drei mit Axialabstand aufeinander folgende Dichtungsbunde innerhalb des Verdichtergehäuses, die mit positivem Abstand die abzudichtende Welle umschließen und von denen

L₁₈₆I₄ 509810/0357

ein erster Dichtungsbund zwischen dem Arbeitsraum des Verdichters und einer ringförmigen Zwischendruckkammer, ein zweiter Dichtungsband zwischen der Zwischendruckkammer und einer ringförmigen Sperrdruckkammer und ein dritter Dichtungsbund zwischen der Sperrdruckkammer und einer Drainagekammer angeordnet sind, wobei die Sperrdruckkammer in Verbindung mit einer Druckgasquelle steht.

Die erfindungsgemäße Wellendichtung ist also eine dynamische, die ein Sperrgas unter Druck verwendet und Mittel zur Aufrectfterhaltung des Druckes auf der Verdichterseite der Quelle für das Sperrgas auf einem bestimmten Minimalniveau enthält, um eine zu schnelle Strömung des Sperrgases nach einwärts zu vermeiden, die zu einem unannehmbaren Ansaugen ungefilterter Luft von dem Drainagebereich in den Verdichter führen würde. '

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit mehreren bevorzugten Ausführungsformen eines Schraubenrotorverdichters mit Wassereinspritzung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: ■

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen solchen Verdichter,

Pig. 2 einen Ausschnitt aus Pig. 1 mit einer Abänderung gegenüber der dortigen Ausführungs— form,

Pig. 3 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform und

Pig. 4 einen Längsschnitt durch eine vierte Ausführungs f or m .

Die einzelnen Teile der vier gezeigten Ausführungsformen sind, insoweit sie übereinstimmen, mit denselben Bezugszeichen versehen. 509810/0357

- ⁴~ 244Ί520

Der Verdichter besitzt jeweils ein Gehäuse, das sich aus einem Mantelwandungsteil lo, einem Niederdruck-Stirnwandteil 12 und einem Hochdruck-Stirnwandteil 14 zusammensetzt, sowie zwei miteinander kämmende schraubenförmige Rotoren der Rippen- und Nutenform, von denen lediglich der Schraubenrippenrotor 16 gezeigt ist.

Das Gehäuse umschließt einen Arbeitsraum 18 für die Rotoren sowie einen Einlaßkanal 2o und einen Auslaßkanal 22. In dem Einlaßkanal 2o befinden sich hintereinander ein Luftfilter 24 und eine verstellbare Drosselklappe 26 zum Verändern der Verdichterkapazität. An den Auslaßkanal 22 ist ein Wasserabscheider 28 angeschlossen, der mit einem Auslaß 3o für verdichtete Luft versehen ist. Zwischen dem Auslaßkanal 22 und dem Wasserabscheider 28 ist ein Rückschlagventil 32 eingefügt, welches nur eine Strömung von Luft in Richtung vom Auslaßkanal zum Wasserabscheider zulässt.

Der Rippenrotor 16 ist in Radiallagern 34 der Rollenbauart innerhalb einer Lagerkammer 36 im Hochdruck-Stirnwandteil und in kombinierten Axial-Radiallagern 38 der Kugelbauart innerhalb einer Lagerkammer 4o in dem Niederdruck-Stirnwandteil 12 gelagert. Die Lagerkammer 4o enthält ferner ein auf dem Rippenrotor 16 angeordnetes Synchronisierzahnrad 42, das mit einem auf dem Nutenrotor angeordneten Synchronisierζahnrad 44 in Eingriff steht. Der Rippenrotor ist ferner mit einer Stummelwelle versehen, die sich durch eine mechanische Dichtung 46 aus dem Gehäuse heraus erstreckt.

Ein jedes der Stirnwandteile 12, 14 ist zwischen dem Arbeitsraum 18 und den darin enthaltenen Lagerkammern 4o bzw. 36 mit einer Buchse 48 bzw. 5o versehen, die vier Labyrinth-Dichtungsbunde 52, 54, 56, 58 bildet, die von drei Ringkammern 6o, 62, 64 voneinander getrennt sind.

Lj 8614 509810/0357

Die beiden Buchsen im dargestellten Verdichter sind in der Form identisch, und es werden deshalb zur Vereinfachung der Beschreibung dieselben Bezugszeichen für die entsprechenden Einzelteile der beiden Buchsen 48, 5o benutzt. Die der jeweiligen Lagerkammer 36 bzw. 4o unmittelbar benachbarte Ringkammer 6ο steht mit einer DrainageÖffnung 66 bzw. 68 im Stirnwandteil 12 bzw. 14 zur Ableitung jeglichen OeIs in Verbindung, das über den ersten Labyrinth-Dichtungsbund -52 von der Lagerkammer einströmt, sowie zur Ableitung jeglicher Luft, die über den zweiten Labyrinth-Dichtungsbund 54 einströmt. Innerhalb der Drainagekammer 60 ist die sich hindurcherstreckende Rotorwelle mit einem Schleuderring 7o versehen, um alles OeI von der Wellenoberfläche abzuschleudern. Die ringförmige Zwischenkammer 62 steht über eine Rohrleitung 72 bzw. 74 mit der Gasseite des Wasserabscheiders 28 zur Versorgung mit unter Druck stehender Luft zur Verfügung. In jeder der Rohrleitungen 72, befindet sich ein Drosselventil 76 bzw. 78, um den Druck der zur Kammer 62 in später erläuterter Weise einzuregeln. Die dritte, dem Arbeitsraum 18 unmittelbar benachbarte Ringkammer 64 ist über eine Leitung 80 bzw.-82 an den Einlaßkanal 2o des Verdichters zwischen dem Luftfilter 24 und der die Leistung verändernden Drosselklappe 26 angeschlossen. In jede der Leitungen 80, 82 ist ein Rückschlagventil 84 bzw. 86 eingesetzt, das nur eine Strömung in Richtung vom Einlaßkanal 2o zur dritten Ringkammer 64 gestattet.

Die vorstehend beschriebene Dichtung arbeitet wie folgt:

Im Normalbetrieb des Verdichters mit voller Leistung ist der Druck im Arbeitsraum 18 an beiden Axialenden so hoch, daß die Drücke in den Ringkammern 64 aufgrund der Leckströmung über die Dichtungsbunde 58 höher, als der Druck im Einlaßkanal 2o sind, welcher praktisch der gleiche wie der Atmosphärendruck ist. Die Rückschlagventile, 84, 86 sind folglich geschlossen, so daß keine Luft durch die

509810/0357

Lj 8614

Rohrleitungen 80, 82 strömen kann. Um eine Leckströmung vom Arbeitsraum längs der Rotorwellen zu den Drainagekammern 60 zu verhindern, muß der Druck in den die Sperrluft enthaltenden Zwischenkammern 62 höher als derjenige in den entsprechenden Kammern 64 sein. Der Druck der Sperrluft richtet sich nach der Einstellung der entsprechenden Drosselventile 76, 78. Dieser Sperrluftdruck sollte hoch genug sein, um eine bestimmte Strömung über den Dichtungsbund 56 von der Zwischenkammer 62 zur dritten Kammer 64 sicherzustellen und ferner zu gewährleisten, daß die Strömung über den Dichtungspunkt 58, sofern vorhanden, von der dritten Kammer 64 in den Arbeitsraum 18 gerichtet ist, so daß kein Lecken von Wasser aus dem Arbeitsraum heraus erfolgen kann. Gleichzeitig strömt Sperrluft über den Dichtungsbund 54 von der Zwischenkammer 62 zur Drainagekammer 60. Um die Verluste an Sperrluft so klein wie möglich zu halten, die einen Leistungsverlust des Verdichteraggregates bedeuten würden, da bereits verdichtete Luft hier zu Sperrzwecken verwendet wird, sollten die Drosselventile 76, 78 derart eingestellt werden, daß sie genügend hohe Sperrluftdrücke zur Gewährleistung der oben beschriebenen Punktion erzeugen. Normalerweise genügt es, den Sperrluftdruck derart einzustellen, daß die Druckdifferenz zum Druck in der entsprechenden dritten Kammer, wenn keine Sperrluft verfügbar ist, nur etwa lo$ des normalen Atmosphärendruck beträgt.

Wenn der Verdichter unter Teillast mit geschlossener Drosselklappe 26 zur Kapazitätssteuerung läuft, sind die Verhältnisse ganz andere. Der Druck im Einlaßkanal 2o hinter der Drosselklappe 26 kann so niedrig wie bei lo# des Atmosphärendrucks liegen, was zu einem unteratmosphärischen Druck im Arbeitsraum 18 an dessen beiden Axialenden führt, ganz besonders am Niederdrückende. Die Leckströmung würde dann von der Drainagekammer 60 zum Arbeits-

_LJ 8614 509810/0357

raum 18 gerichtet sein und zum Eindringen von ungefilterter Luft in den Verdichtern führen, was nicht hingenommen werden kann. Die Zufuhr von Sperrluft zur Zwischenkammer 62 "bei einem Druck, der nur geringfügig höher als in der Drainagekammer 6o ist, wird dann nicht genügen, da die Strömungsgeschwindigkeit über die Dichtungsbunde 56, 58 so hoch sein würde, daß der tatsächliche Druck in der .Zwischenkamine r 62 unter demjenigen in der Drainagekammer 6o liegen würde, was zu einer nicht hinnehmbaren Strömung ungefilterter Luft über den Dichtungsbund 54 von der Drainagekammer 6o zur Zwischenkammer 62 und von dieser weiter in den Arbeitsraum 18 führen würde. Dieses Verhalten wird gemäß der Erfindung mithilfe der dritten Kammer 64 und deren Verbindung mit dem Einlaßkanal 2o über die Rohrleitungen 8o, 82 unterbunden. Wenn der Druck in dieser dritten Kammer 64 unter demjenigen im Einlaßkanal 2ο absinkt, werden die Ventile 84, 86 die Verbindung durch die Rohrleitungen 8o, 82 öffnen, so daß der Druck μι der dritten Kammer praktisch der gleiche wie im Einlaßkanal 2o und folglich auch praktisch der gleiche wie in der Drainagekammer 6o sein wird. Die Strömungsgeschwindigkeit über den Dichtungsbund 56 wird dann um ein solches Ausmaß vermindert werden, daß der Druck in der Zwischenkammer 62 ständig etwas höher als derjenige in der Drainagekammer 6o gehalten wird, so daß eine bestimmte positive Strömung über den Dichtungsbund 54 ständig in Richtung von der Zwischenkammer 62 zur Drainagekammer 6ο stattfindet, wodurch jegliche Zufuhr ungefilterter Luft zum Arbeitsraum 18 positiv unterbunden wird. In bestimmten Anwendungsfällen kann mindestens eines der Rückschlagventile 84, 86 im Hinblick auf eine^ Verminderung des Druckes der Sperrluft und demzufolge des Betrages an Leckluft über den Dichtungsbund 54 zur Drainagekammer 6o fortgelassen werden.

Der abgeänderte Verdichter gemäß der Darstellung in Fig. 2 unterscheidet sich von demjenigen nach Pig. I

L3 86U 509810/0357

2441420

nur in Bezug auf die Form des Hochdruck-Stirnwandteils und besonders der darin angeordneten Wellendichtung.

Gemäß Fig. 2 ist das Gehäuse des Verdichters mit einem Hochdruck-Stirnwandteil 88 versehen,, das eine Lagerkammer 36 enthält, welche die Radiallager 34 in der gleichen Weise, wie in Fig. 1 dargestellt, aufnimmt. Die Buchse 5o der Fig. .1 ist jedoch ersetzt durch eine Buchse 9o mit einem Dichtungsbund 52 und einer Drainagekammer 6o, welche mit einer Drainageöffnung 68 ähnlich derjenigen in Fig. 1 in Verbindung steht, sowie durch eine mechanische Berührungsdichtung 92. Der Raum zwischen der mechanischen Berührungsdichtung 92 und dem Arbeitsraum 18 steht über eine Rohrleitung 94 mit der Wasserseite des Wasserabscheiders 28 in Verbindung. In dieser Rohrleitung 94 ist ein Drosselventil 96 eingefügt, um den Druck und die Strömungsgeschwindigkeit in geeigneter Weise zu vermindern. Diese Abänderung kann Anwendung finden, wenn die Leistungsverluste aufgrund des Verlustes von Druckluft in dem dynamischen Dichtungssystem beträchtlich die Leistungs· Verluste übersteigen sollten, die von der Reibung einer entsprechenden mechanischen Dichtung herrühren.

Der in Fig. 3 gezeigte Verdichter unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 1 darin, daß der Arbeitsraum mit einer weiteren Öffnung 98 innerhalb eines Bereichs des Arbeitsraumes versehen ist, wo der Druck unter Volllastbedingungen etwa 1,2 ata beträgt. An diese weitere Öffnung 98 ist ein zweiter Wasserabscheider loo angeschlossen, von welchem Wasser zum Einlaß des Verdichters über eine Rohrleitung Io2 abgezogen wird. Die Gasseite des zweiten'Wasserabscheiders loo steht über eine mit einem Drosselventil I06 versehene Leitung Io4 mit einem 3-Wege-Ventil I08 in Verbindung, welches in die Rohrleitung 72 zwischen dem Drosselventil 76 und der Ringkammer 62 eingefügt ist. Die Gasseite des zweiten Verdichters loo ist weiter über eine Leitung Ho mit der Ringkammer

509810/0357

verbunden, während die Rohrleitung 82 und das Rückschlagventil 86 weggelassen sind.

Die Wirkungsweise der Anordnung nach Pig. 3 unterscheidet sich von derjenigen nach Pig. 1 wie folgt:

Unter normaler Vollast-Kapazität wird die Sperrluft für die Ringkammer 62 auf der Niederdruckseite aus dem zweiten Wasserabscheider loo entnommen, wo ein Druck von etwa 1,2 ata herrscht, anstelle aus dem Wasserabscheider 28, wo ein Druck von etwa 7 bis 8 ata herrscht, was bedeutet, daß die Leistung zur Verdichtung der Sperrluft beträchtlich vermindert wird. Auf der Hochdruckseite wird die Ringkammer 64 zum zweiten Wasserabscheider loo drainiert, so daß der Druck in der Ringkammer nicht etwa 1,2 ata übersteigt, was bedeutet, daß der Druck in der Ringkammer 62 vermindert werden kann und folglich auch die Leckströmung von der Ringkammer 62 zur Drainagekammer 6ο herabgesetzt wird, was zu einem geringeren Verlust an verdichtetem Gas, d.h. einem geringeren Leistungsverlust führt.

Unter Teillastbedingungen arbeitet die Dichtungsanordnung prinzipiell in derselben Weise wie gemäß Pig. 1. Jedoch wird der Druck des Sperrgases auf der Druckseite, wie oben bereits bemerkt wurde, niedriger gehalten, und es wird folglich auch unter diesen Bedingungen der Leistungsverlust vermindert.

Der in Pig. 4 gezeigte Verdichter unterscheidet sich von demjenigen nach Pig. I darin, daß die Rohrleitung mit ihrem Drosselventil 78 und die Leitung llo weggelassen sind, daß die Rohrleitung 82 mit ihrem Rückschlagventil 86 gemäß Pig. 1 wieder eingefügt ist und daß die Rohrleitung 72 zwischen dem 3-Wege-Ventil Io8 und der Ringkammer 62 über einen Kanal 112 mit der Ringkammer 62 auf der Hochdruckseite in Verbindung steht. Die gegen den Ar-

Lj 8614 509810/0 357 <»

- Io -

beitsraum 18 gerichtete Stirnseite der Buchse 5o am Hochdruckende der Maschine steht ferner über einen Kanal in Verbindung mit der Niederdruckseite des Verdichters.

Bezüglich der Punktion verdienen die folgenden Einzelheiten eines besonderen Hinweises:

Auf der Niederdruckseite ist die Funktion genau die gleiche wie gemäß Fig. 3 unter normalen Vollastbedingungen ebenso wie unter Teillastbedingungen.

Mit Bezug auf die Hochdruckseite ist die Funktion praktisch die gleiche wie auf der Niederdruckseite, was bedeutet, daß der Druck des Sperrgases weiterhin gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 3 vermindert wird, was zu einem weiteren Absinken des Leisiu ngsverlustes führt.

Ansprüche

8614

5098 10/03 5 7

Claims

Pat ent ans prüche

Ij Wellendichtung für insbesondere mit Wassereinspritzung arbeitende Schraubenrotorverdichter,· deren Einlaß eine verstellbare Drossel vorgeschaltet ist, gekennzeichnet durch drei mit Axialabstand aufeinander folgende Dichtungsbunde¹ innerhalb des Verdichtergehäuses, die mit positivem Abstand die abzudichtende Welle umschließen und von denen ein erster Dichtungsbund (58) zwischen dem Arbeitsraum (18) des Verdichters und einer ringförmigen Zwischendruckkammer (64), ein zweiter Dichtungsbund (56) zwischen der Zwischendruckkammer und einer ringförmigen Sperrdruckkammer (62) und ein dritter Dichtungsbund (54) zwischen der Sperrdruckkammer und einer Drainagekammer (6o) angeordnet sind, wobei die Sperrdruckkammer (62) in Verbindung mit einer Druckgasquelle (28) steht.
2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckgasquelle (28) an eine Öffnung (22) auf der Druckseite des Verdichters angeschlossen ist.
3. Wellendichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckgasquelle als Wasserabscheider (28) ausgebildet ist.
4. Wellendichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die

Lj 861* 509810/0357

Zwischendruckkammer (64) über eine Leitung (8o, 82) in Verbindung mit der Einlaßseite des Verdichters vor der verstellbaren Drossel (26) steht, daß die Druckgasquelle (28) an die Hochdruckseite des Verdichters angeschlossen ist, daß Mittel zur Druckverminderung (76, 78) zwischen der Druckgasquelle (28) und der Sperrdruckkammer (62) vorgesehen sind und daß Mittel (32) vorhanden sind, welche nur eine Strömung in Richtung vom Verdichter zur Druckgasquelle (28) gestatten.
5. Wellendichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennz ei chn e t, daß eine zweite Druckgasquelle (loo) in Verbindung mit einer weiteren Öffnung (98) im Kompressor steht, die innerhalb eines Bereichs für einen Zwischendruck liegt, und daß die zweite Druckgasquelle (loo) mit einem 3-Wege-Ventil (lo8) verbunden ist, welches zwischen dem Druckverminderungsmittel (76) und der Sperrdruckkammer (62) über einen mit einem weiteren Druckverminderungsmittel (lo6) versehenen Kanal (lo4) eingeschaltet ist.
6. Wellendichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das 3-Wege-Ventil (Io8) in Verbindung mit der Sperrdruckkammer (62) am Niederdruckende des Verdichters steht, während die Sρerrdruckkammer (62) am Hochdruckende des Verdichters mit der ersten Druckgasquelle (28) über noch ein weiteres Druckverminderungsmittel (78) verbunden ist, und die Zwischendruckkammer (64) am Hochdruckende des Verdichters an die zweite Drückgasquelle (loo) angeschlossen ist.
7. Wellendichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das 3-Wege-Ventil (Io8) in Verbindung mit den Sperrdruckkammern (62) an beiden Enden des Verdichters in Verbindung steht und die gegen den Arbeitsraum (18) gerichtete Stirnseite (114) des

509810/0357

ersten Dichtungs"bundes (58) am Hochdruckende des Verdichters mit dessen Niederdruckseite verbunden ist.

Lj 8614

50981 0/0357