DE2529317A1

DE2529317A1 - Schraubenkompressor

Info

Publication number: DE2529317A1
Application number: DE19752529317
Authority: DE
Inventors: Clark Bennitt Hamilton; Jun Harold William Moody; Donald Dean Schaefer
Original assignee: Dunham Bush Inc
Current assignee: Dunham Bush Inc
Priority date: 1974-07-19
Filing date: 1975-07-01
Publication date: 1976-04-01
Also published as: FR2278955A1; AU8259775A; SE7507553L; ZA753525B; BR7504147A; CA1002017A; US3922114A; DE2529317C2; FR2278955B1; JPS5120109A; GB1467573A; JPS5749757B2; SE399304B; IT1036316B

Description

DIPL-INv?, JOACHIM STRASSE, HANAU DIPL-INg. KLAUS QOKQ,

ο L y o ι /

PATENTANWÄLTE (8566)

HANAU · RÖMERSTR. 19 · POSTFACH 793 · TEL: (06181) 20803 / 20740 · TELEQRAMME: HANAUPATENT · TELEX: 4184782 pat Γ900 MÜNCHEN 80 · QRAFINQER STRASSE 31 ■ TEL.: (089) 405643 · TELEX· 522054 ostpa

DUNHAM-BUSH, IKC. 30. Juni 1975

West Hartford, Connecticut Gö/Jg - 11 262

Ver. St. A.

Schraubenkompressor

Die Erfindung bezieht sich auf einen hermetischen Rotations-Schraubenkompressor und insbesondere einen solchen hermetischen Kompressor, in dem die hermetischen Gehäusefunktionen zur Geräuschdämpfung des Kompressors und des Antriebsmotors Öl vom Arbeitsmedium getrennt wird und als Wärmeaustauscher zwischen der Umgebung und dem komprimierten Arbeitsmedium und als Ölsumpfreservoir für den Kompressor wirkt.

Rotations-Schraubenkompressoren, insbesondere große Kompressoren, werden im wesentlichen durch Elektromotoren angetrieben, welche vom Kompressor selbst getrennt sind und in denen die Motoren mechanisch mit dem Kompressor durch Kuppeln der Rotorwelle des Motors mit der Lagerwelle der Schraubrotoren des Kompressors verbunden sind. Bei derartigen Kompressoren ist es üblich, als zusätzliche Ausrüstung eine separate Ölpumpe vorzusehen, welche den Schraubenkompressor zur Schmierung der beweglichen Teile des Kompressors und zur Erhöhung der Lebensdauer mit unter Druck stehendem Kühlöl versorgt. Das Erfordernis der Ölkühlung begrenzt die Entladetemperatur, die bei derartigen Systemen toleriert werden kann. In den größeren

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ORJGIiNAL INSPECTED

Rotations-Schraubenkompressoren wird das Öl, welches,gemischt mit dem Kompressor-Arbeitsmedium, stromabwärts des Kompressors getrennt ist, gefiltert und normalerweise durch einen externen Wärmetauscher gekühlt , der entweder wasser-oder luftgekühlt ist. In den meisten Fällen ist der Ölkühler notwendigerweise wassergekühlt, und der Arbeitsbereich ist gewöhnlich von den zur Verfügung stehenden Wassertemperaturen abhängig. Wo kein Wasser zur Verfugung steht oder zumindest begrenzt zur Verfügung steht, ergeben sich infolge der Umgebungstemperatur der Luft Einschränkungen des Systems, und es besteht das Problem, zulässige Entladetemperaturen des komprimierten Arbeitsmediums zu erhalten.

Diese zusätzliche Ausrüstung ist teuer und erhöht die Wartungserfordernisse für Systeme, die derartige Kompressoren verwenden.

Wenn der Kompressor innerhalb eines Kühl- oder Airconditioning-Systems verwendet wird und wenn das Arbeitsfluid aus einem Kühlmittel wie beispielsweise Freon besteht, ergeben sich weitere Probleme infolge der Absorption des Kühlmittels durch das Öl und durch das Erfordernis, das Öl von dem komprimierten Kühlmittelgas an der Entladeseite des Kompressors zu trennen, bevor das komprimierte Kühlmittelgas zum Kondensator geleitet wird.

Es wurden Versuche vorgenommen, hermetische Einheiten vorzusehen, in denen der Antriebsmotor und der Kompressor dicht aneinander mechanisch angeschlossen sind und innerhalb eines hermetisch abgedichteten Gehäuses angeordnet sind, wobei das Gehäuse als Ölsumpf wirkt und der Kompressor den direkten Antrieb der Ölpumpe bewirkt und wobei die Entladung des Kompressors über den Motor selbst zur Kühlung des Motors erfolgt, bevor das komprimierte Medium das Gehäuse verläßt.

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Da die Teaiperaturbegrenzung bei der Verwendung solcher Kompressoren darauf "beruht, das Öl innerhalb zulässiger Temperaturgrenzen zu halten und da die Temperatur des Öls mit der des Entladegases korrespondiert, konnte die Kompressorentladetemperatur auf einem annehmbaren Wert gehalten werden, und zwar durch die Verwendung einer Flüssigkeitsinjektion zusammen mit einer geringen Ölinjektion. Die Flüssigkeitsinjektion, welche in einem Kühl- oder Airconditioning-System die Kühlflüssigkeit enthält, wurde dadurch erreicht, daß eine Injektionsöffnung zu einem geschlossenen Gewinde des Sehratibenkompressors an einem Punkt vorgesehen wurde, welcher zwischen der Einlaß- oder Saugseite der Maschine und der Entladeseite der Maschine angeordnet ist.

Das Kühlen wird auf der Basis erreicht, daß die Flüssigkeit expandiert, da sie auf die Umgebung des geschlossenen Schraubenganges niedrigen Druckes trifft und den Inhalt des geschlossenen Schraubenganges kühlt. Da die expandierte Flüssigkeit um einen relativ geringen Betrag im Druck erhöht ist, hat dies einen minimalen Effekt auf die erforderliche PS-Zahl der Maschine. Ein Beispiel der Verwendung einer Flüssigkeitsinjektion für diesen Zweck ergibt sich aus der US-PS 3 79 5 117-

Ziel der Erfindung ist es, einen verbesserten Rotations-Schraubenkompressor eines hermetischen Typs zu schaffen, in dem insbesondere der Ölbetrieb verbessert ist und welcher von besonders kompakter Konstruktion ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen hermetischen Rotations-Schraubenkompressor, welcher gekennzeichnet ist durch ein geschlossenes vertikal ausgerichtetes im wesentlichen zylindrisches Außengehäuse, ein inneres konzentrisch in diesem Außengehäuse befestigtes inneres zylindrisches

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Gehäuse, welches mit dem äußeren Gehäuse eine erste abgedichtete Kammer bildet, wobei das Innengehäuse ein oberes Kompressorentladegehäuse ist, welches von einem unteren Kompressoreinlaßgehäuse fluidabgedichtet ist und über diesem angeordnet ist, wobei das obere Kompressorentladegehäuse eine zweite Kammer bildet und wobei das untere Kompressoreinlaßgehäuse eine dritte gegenüber der ersten und zweiten Kammer abgedichtete Kammer bildet, durch ein Kompressoreinlaßrohr, welches sich nach innen durch die Wandung des Außengehäuses und durch das untere Kompressoreinlaßgehäuse erstreckt und in die dritte Kammer öffnet, durch miteinander kämmende Schraubenrotoren, welche drehbar innerhalb des unteren Kompressorgehäuses gelagert sind und in Fließverbindung mit dem Einlaßrohr für ein zu komprimierendes Arbeitsfluid steht, mit welchem das Einlaßrohr beaufschlagt wird, durch einen Kompressorentladekanal, welcher eine Fließverbindung zwischen dem oberen Ende der dritten Kammer mit dem unteren Ende der zweiten Kammer herstellt, durch einen koaxial innerhalb des oberen Kompressorentladegehäuses oberhalb des Kompressorentladekanals angeordneten elektrischen Antriebsmotor, welcher einen festen Stator und einen konzentrisch angeordneten Rotor aufweist, welcher drehbar innerhalb des Stators angeordnet ist, durch eine Ölmenge, welche innerhalb des äußeren Gehäuses derart angeordnet ist, daß im Bodenbereich des äußeren Gehäuses ein Ölsumpf gebildet wird, durch eine Ölpumpe innerhalb des Außengehäuses, welche mit dem Ölsumpf in Fließverbindung steht, durch eine Einrichtung zur Verteilung von Öl unter Druck von der Pumpe her zu den Schraubenkompressor-Schraubenrotoren zur Schmierung und zur Vermischung mit dem Kompressor-Arbeitsfluid, welches durch die Rotoren strömt, durch erste axiale Fließkanäle innerhalb des Motors, durch die komprimiertes Arbeitsmedium und mitgeführtes Öl axial nach oben gelangen kann, um den Motor zu kühlen und um gegen ein

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oberes Ende des Kompressorentladegehäuses zu prallen, durch zweite axiale Fließkanäle innerhalb des Motors, und zwar zum Passieren des Kompressorentladefluids und des mitgeführten Öls axial nach unten ebenfalls zur Kühlung des Motors und durch radiale Kanäle, welche in Fließverbindung mit den zweiten axialen Kanälen stehen, und zwar zur Leitung des komprimierten Arbeitsmediums radial nach außen in bezug auf das obere Kompressorentladegehäuse in die erste Kammer zur Schwerkrafttrennung des Öls vom komprimierten Arbeitsmedium und Rückführung des Öls in den Sumpf.

Bei dieser Ausführungsform bildet ein abgedichtetes äußeres Gehäuse und ein zweiteiliges abgedichtetes inneres Gehäuse eine obere Hochdruck-Auslaßgehäusekammer, welche den elektrischen Antriebsmotor trägt und wobei eine Niederdruck-Schraubenkompressor-Einlaßgehäusekammer die kämmenden Rotationsschrauben aufnimmt.

Die Erfindung schafft einen Schraubenkompressor, bei dem das äußere Gehäuse, welches auf Kompressor-Entladedruck und Entladetemperatur gehalten wird, als Wärmeaustauscher im Verhältnis zur Umgebung wirken kann.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß beim erfindungsgemäßen Schraubenkompressor das hermetische Außengehäuse das Erfordernis eines getrennten Ölsumpfes, eines externen Ölseparators, eines externen Ölkühlers eliminiert und als Geräuschdämpferj Ölseparator, Wärmeaustauscher und als Ölsumpfreservoir für den hermitsehen Kompressor wirken kann.

Vorzugsweise bestehen die ersten axialen Kanäle aus Führungskanälen, die innerhalb des Rotors ausgebildet sind und sich von der einen Endfläche des Rotors zu der anderen erstrecken, so daß die Rotation des Rotors eine schraubenförmige Bewegung

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des komprimierten Gases und des mitgeführten Öls derart vorsieht, daß eine teilweise Trennung des Öls vom Gas auftritt, und zwar zentrifugal durch den Kontakt des turbulenten Gases mit dem oberen Ende des Kompressorentladegehauses· Die ersten Axialkanäle weisen weiterhin zwischen dem Motorrotor und dem Stator einen Luftspalt auf, während die zweiten axialen Kanäle vorzugsweise Führungskanale sind, welche innerhalb des oberen der äußeren Statorperipherie benachbarten Kompressorentladegehauses ausgebildet sind und sich von der oberen Endfläche des Stators nach unten erstrecken und kurz vor der unteren Endfläche des Stators enden.

Die radialen Kanäle weisen eine Vielzahl über den Umfang verteilter radialer Öffnungen innerhalb des oberen Kompressorentladegehauses auf, welche mit axialen Führungskanälen innerhalb des Stators sich decken, wobei die radialen Öffnungen derart geneigt sein können, daß eine tangentiale Entladung des Arbeitsmediums und des mitgeführten.Öls erfolgen kann, so daß das Arbeitsfluid die innere Seitenwand des Gehäuses zur Ablagerung des mitgeführten Öls bestreicht.

Alternativ können die radialen Kanäle Entladegasdüsen aufweisen, und zwar in der Form kurzer ellbogenförmiger Rohre, welche im senkrechten Winkel zueinander angeordnete Teile aufweisen, wobei ein erstes radiales Teil koaxial mit den radialen Öffnungen des oberen Kompressorentladegehauses an der Außenseite des Gehäuses in axialer Ausrichtung mit den Öffnungen angeordnet ist und ein zweites Umfangsteil,- welches sich im wesentlichen tangential zur inneren Peripherie des oberen Kompressorentladegehauses und im Abstand davon erstreckt .

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Das äußere Gehäuse kann aus einem oberen und einem unteren, teilweise ineinandergeführten Gehäuseteilen bestehen, welche über den Umfang außerhalb der Gehäuse geschweißt sind, wodurch sich eine leichte Trennung der Gehäuseteile ergibt und der Zugang in das Innere des Schraubenkompressors gegeben ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den beigefügten Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen vertikalen, hermetischen Schraubenkompressor mit verbessertem Ölbetrieb,

Fig. 2 einen Horizontalschnitt des Schraubenkompressors gemäß Fig. 1 entlang der Linie 2-2,

Fig. 3 einen Horizontalschnitt einer veränderten Ausführungsform des Schraubenkompressors entsprechend Fig. 2 mit tangential angeordneten Entladeöffnungen,

Fig. h einen senkrechten, teilweise schematischen Längsschnitt mit der Darstellung des Fließschemas des Öls und des Kompressor-Arbeitsmediums innerhalb eines hermetischen Schraubenverdichters entsprechend Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt im vertikalen Längsschnitt eine Ausführungsform eines hermetischen Schraubenkompressors gemäß der Erfindung mit einem verbesserten Ölbetrieb. Der vertikal angeordnete Schraubenkompressor weist ein zweigeteiltes im wesentlichen zylindrisches Außengehäuse 10 auf, welches aus einem oberen topfförmigen Gehäuseteil 12 und einem unteren topf-

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förmigen Gehäuseteil 1k besteht. Das Gehäuseteil 12 ist an seinem oberen Ende durch einen gewölbten Endwandbereich geschlossen, wogegen das untere Gehäuseteil 1^ an seinem oberen Ende offen und an seinem unteren Ende durch einen konkaven Bodenwandbereich 18 geschlossen ist. Der Schraubenkompressor ist so aufgestellt, daß seine Achse im wesentlichen senkrecht angeordnet ist, wobei der Kompressor auf einer Vielzahl über den Umfang verteilter Gehäusefüßen 20 steht.

Ein Teil der Erfindung richtet sich auf die Art und Weise der Verbindung des oberen Gehäuseteiles 12 mit dem unteren Gehäuseteil 1U. Das obere Ende des zylindrischen unteren Gehäuseteils 1U weist einen Bereich 22 auf, welcher einen leicht erweiterten Durchmesser hat, so daß das obere Ende des Gehäuseteils 1U sich nach außen erweitert, so daß der innere Durehmesser dieses Bereiches 22 im wesentlichen gleich dem äußeren Durchmesser des zylindrischen Teils des oberen Gehäuseteils 12 ist. Auf diese Weise paßt der untere Bereich 2k des Gehäuseteils 12 teleskopartig in den erweiterten Bereich 22 des unteren Gehäuseteils Ik. Vorteilhafterweise sind die beiden Gehäuseteile dicht an der Stelle 26 durch eine äußere Schweißnaht verschweißt, die die miteinander verbundenen Gehäuseteile umgibt. Der Deckelbereich des oberen Gehäuseteiles 12 ist mit einem Entladestutzen versehen, der durch ein kurzes vertikales Rohr gebildet wird, welches■zentral in das Innere—des Außengehäuses 10 mündet. Dieser Entladestutzen 28 trägt ein Entladeregulier- bzw. Rückschlag- bzw. Sperr-Ventil 30, welches in seinem Innern mit einem federbelasteten Ventilelement 32 versehen ist, welches normalerweise die Passage schließt, die den Entladestutzen 28 mit der Entladeöffnung 3^ des Rückschlagventils verbindet.

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Innerhalb des äußeren Gehäuses 10 ist durch nicht dargestellte Mittel ein zweiteiliges inneres Gehäuse mit diesem verbunden, welches ein oberes Auslaßgehäuse 38 und ein unteres Einlaßgehäuse ^O aufweist, welche abgedichtet durch die untere Endwand 12 des oberen Auslaßgehäuses 38 über einen O-Dichtring lj-3 voneinander getrennt sind. Die Gehäuse 38 und ^O sind durch nicht dargestellte Teile miteinander verbunden. Die Gehäuse können aus gegossenem Metall bestehen, wobei vorzugsweise die oberen und unteren Gehäuseteile 12 und 14 des äußeren Gehäuses 10 aus Metallblech bestehen können, welches in die gewünschte Form gezogen wurde. Das innere Gehäuse 36 ist konzentrisch im äußeren Gehäuse 10 von diesem im Abstand angeordnet, so daß es im wesentlichen hinsichtlich des Entladungsstutzens 28 zentriert ist. Das untere Ende des Einlaßgehäuses k0 ist durch eine Pumpengehäuseanordnung geschlossen, welche Endplatte h6 aufweist, die abgedichtet auf dem Boden des Inneren Gehäuses 40 über einen O-Ring H¹J und nicht dargestellte Schrauben befestigt ist. Das Auslaßgehäuse 38 ist an seinem oberen Ende durch Teile einer Motorabdeckkappe ii-8 geschlossen, welche auf dem Gehäuse 38 geschweißt sein kann. Insbesondere das Auslaßgehäuse 38 beinhaltet bzw. umschließt den Kompressorantriebsmotor 50, welcher einen festen Stator 52 aufweist, der mit einer Motorwicklung 5^ versehen ist, welche konzentrisch um den Motorrotor 56 angeordnet ist. Der Kompressorantriebsmotor 50 kann ein Kurzschlußläufer-Wechselstrommotor (squirrel cage alternating current motor) sein, wobei die Wicklung 54 über in einem Anschlußkasten 60 befindliche Anschlüsse 58 und eine Wechselstromquelle mit Energie versorgt werden. Die Anschlüsse 58 dringen durch die Wand des unteren Gehäuseteils 1U und durch isolierte Buchsen 62 und sind an der gegenüberliegenden Seite über Drähte 6U mit der Motorwicklung 54 verbunden. Das Auslaßgehäuse 38 ist mit einer Öffnung 66 versehen, welche eine Ringdichtung 68 aufweist,

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durch welche die Dräh-te 6h hindurchragen und an diesem Punkt mit einem Überzug versehen sind, welcher abdichtend von der Ringdichtung 68 aufgenommen wird.

Das Einlaßgehäuse 40 bildet mit der Endwand 42 des Auelaßgehäuses 38 und der Pumpengehäuseanordnung 44 eine Niederdruckkammer für den Kompressor, wogegen das komprimierte Arbeitsmedium über die Entladeöffnung 68 in die Hochdruckkammer 70 entladen wird, welche durch die Endplatte 42, die Motorabdeckkappe 48 und das Auslaßgehäuse 38 gebildet wird. Weiterhin herrscht in einer Kammer 72, welche zwischen dem äußeren Gehäuse 10 und dem inneren Gehäuse 36 gebildet wird, im wesentlichen der Entladedruck des Kompressors und ist, so betrachtet, eine Hochdruckkammer hinsichtlich der Kammer, die durch das Einlaßgehäuse 40 gebildet wird.

Das Einlaßgehäuse 3+O₉ welches in Verbindung mit dem Auslaßgehäuse 38 wirkt, trägt eine hohle Antriebswelle 7^ über Lagerbuchsen 80 und 82 innerhalb des Einlaßgehäuses bzw. Auslaßgehäuses, und zwar für eine Drehung um eine vertikale Achse, welche mit der Achse des inneren Gehäuses und des äußeren Gehäuses zusammen fällt und mit dem Entladestutzen fluchtet. Der Motorrotor 56 ist überkragend auf dem oberen Ende der Welle Jk befestigt, wobei die Welle den Mutterschraubenrotor 76 zwischen den Lagerbuchsen 80 und 82 trägt, während das untere Ende der Welle 7^ mit einem Pumpenantrieb-

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adapter.·.versehen ist, welcher sich in einem aufgebohrten Teil 83 der Welle befindet, wobei die Aufbohrung die Axialbohrung 8U öffnet bzw. erweitert, die sich über die gesamte Länge der Welle erstreckt. Das obere Ende der Bohrung 84 ist mittels einer Schraube 85 geschlossen.

Der Adapter 81 bewirkt über eine innere Ausnehmung 86 und einen Vorsprung 88 eines Rotors 90 einer konventionellen Zahnradölpumpe 92 eine Druckbelüftung des Öls 94 im Öl-

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sumpf. Die Endplatte U6 der Pumpengehäuseanordnung UU trägt die Pumpe 92, welche durch die Welle jU angetrieben wird.

Das Öl 9U, welches im wesentlichen den unteren topfförmigen Gehäuseteil 1U füllt und somit als Sumpf wirkt, gelangt durch ein Ölfilter 96 in den Pumpeneinlaß 98, von wo das Öl durch die Drehung des Eotors 90 unter Druck durch einen Pumpenentladeauslaß 99 in eine Kammer 100 gelangt. Diese Kammer 100 wird durch eine Hülse 102 gebildet, welche gleitend einen

10U
Mutter-Druekausgleichskolben^trägt. Eine ähnliche hierzu benachbarte Hülse 106 nimmt ebenfalls gleitend einen männlichen Druekausgleichskolben 108 auf, wobei das Öl unter Druck die Kammern 100 und 110, die hinter dem Kolben angeordnet sind und durch die Hülsen 102 und 106 sowie die Endplatte U6 der Pumpengehäuseanordnung UU gebildet werden. Das Öl gelangt von der Kammer 100 in die Kammer 110 über eine Querleitung 112. Weiterhin fließt das Öl unter Druck nach oben durch die Hohlwelle TU über die Bohrung 8U zur Verteilung auf die verschiedenen Lager- und Druck- und Auflagerflächen, und zwar durch eine Anzahl seitlich angeordneter Leitungen.

Seitlich der Welle TU ist drehbar eine angetriebene, den männlichen Rotor tragende Welle 1lU angeordnet, welche mit seinen Enden in Lagerhülsen 116 und 118 innerhalb des Einlaßgehäuses lj.0 bzw. des Entladungsgehäuses 38 gelagert sind. Die Welle 11U ist mit einer Bohrung 120 versehen, welche über die gesamte Länge der Welle sich erstreckt und zur Aufnahme des Öls aus der Kammer 110 unten offen ist, aber am oberen Ende über ein Absperrglied 121 verschlossen ist. Durch geeignete Querleitungen innerhalb der Welle 11U kann das Öl unter Druck auf die verschiedenen Elemente des Schraubenkompressors zur Schmierung verteilt werden. Die Welle 11U trägt innerhalb einer geeigneten Bohrung 12U den

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männlichen Schraubenrotor 126, welcher mit dem ■weiblichen Schraubenrotor j6 kämmt und angetrieben wird, -wobei der Muttersehraubenrotor j6 innerhalb der Bohrung 128 des Einlaßgehäuses angeordnet Ist.

Die Ausbildung und die Yerhaltnisse der männlichen und weiblichen Sehraubenrotoren untereinander sowie Ihre Wirkungsweise sind bekannt. Der hermetische Schraubenkompressor der vorliegenden Erfindung ist mit einem Saug- oder Einlaßrohr 130 versehen, welches sieh durch eine Öffnung im unteren Gehäuseteil 1^· erstreckt, wobei das Innere Ende in einer Öffnung 13¹* des Einlaßgehäuses kO liegt. Die Bohrung 12l| des Einlaßgehäuses ist mit einer ringförmig erweiterten Hut 136 versehen, welche sich über die Bohrung 128 erstreckt, welche den Mutterschraubenrotor 76 aufnimmt. Diese Ringnut I36 wirkt als Ansaugkanal für den Schraubenkompressor. Wenn die Kammer 72 unter einem höheren Druck steht als die innerhalb des Saug- oder Einlaßrohres 130, kann eine gewisse Ölleckage zwischen dem Kompressoreinlaßrohr 132 und der Öffnung 13^ geduldet werden, da etwas Öl zwischen den kämmenden Schraubenrotoren und zwischen den Schraubenrotoren und der Gehäusebohrung zur Reduzierung der Reibung vorhanden sein soll. Außerdem dient dies einer Verbesserung der Dichtung zwischen den kämmenden Schraubenrotoren, die die Arbeitskammern oder geschlossenen Schrauben bilden, da die Rotoren sich gleichzeitig drehen. Die Unterfläche der Gehäuseendwandung k2 wirkt als Auflagefläche für die kämmenden Schraubenrotoren.

Diesbezüglich wirkt der hohe Öldruck auf die untere Endfläche des männlichen Druckaus gleichkolbens sowie des Mutter-Druckausgleichkolbens, wobei unter bevorzugten Bedingungen bzw. einer bevorzugten Anordnung Gegendruckkräfte verursacht werden, welche der durch die Schrauben, welche das Arbeits-

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medium, welches durch das Saug- oder Einlaßrohr 130 gelangt, entwickelten Druckkraft entgegenwirken. Diese verbleibende bzw. überwiegende Druckkraft wird durch eine Auflagerfläche 1^7 aufgenommen. Im Gegensatz hierzu fließt zusätzliches Öl durch radiale Kanäle 1UO der Welle 11k und der geneigten Kanäle lU2 des männlichen Rotors, und zwar zur Bildung einer hydrodynamischen Fluidlagerung zwischen der oberen Endfläche des männlichen Rotors 126 und der Auflagerfläche 138. In gleicher Weise erfolgt dieser Vorgang beim Mutterrotor durch die radialen Kanäle ikk der Welle Jk und der geneigten Kanäle 1^6 des Mutterrotors 76. Diese Anordnung ergibt sich aus der US-PS 3 811 805.

Der relativ niedrige Druck des Gases oder des Arbeitsfluids, welches in das Einlaßrohr 130 gelangt, wird durch die miteinander kämmenden Schraubenrotoren 126 und 76 komprimiert, und Gas unter sehr hohem Druck wird über die Entladeöffnung 68 axial in die Kammer 70 des Auslaßgehäuses 38 gefördert. Ebenso gelangt, das unter hohem Druck stehende Öl, welches zwischen die kämmenden Schrauben an die Endflächen dieser Schrauben und in die Lagerbereiche der die Schrauben tragenden Welle verteilt wurde, in die Kammer 70, und zwar teilweise über die Kompressorentladeöffnung 68 und weiterhin durch Kanäle an den Enden der Lagerhülse z. B. die geneigten Kanäle 1U8 innerhalb der Gehäuseendwandung k2, wo sich dieses Schmieröl mit dem unter hohem Druck stehenden Entladegas vermischt.

Die Erfindung richtet sich in erster Linie auf den Ölbetrieb in hermetischen Schraubenkompressoren und insbesondere auf Schraubenkompressoren geringer Größe und vertikaler Anordnung, worin der hermetische Antriebsmotor koaxial oberhalb des Schraubenkompressors und in direkter mechanischer Antriebsverbindung mit diesem angeordnet ist. In dieser

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Hinsicht ist der Elektromotorrotor 56, welcher mit der Welle fh verbunden ist, mit mehreren über den Umfang verteilten axialen Schlitzen, Führungen oder Kanälen 150 versehen (Fig. 2), welche sich von einer unteren Endfläche zu einer oberen Endfläche 15^₅ d. h. über die gesamte axiale Länge des Rotors, erstrecken und insofern als vertikale Passagewege wirken, über die das komprimierte Gas und das mitgeführte Öl nach oben gelangen können, wobei das komprimierte Gas und das mitgeführte Öl den Rotor und die Rotorwicklung kühlen. Weiterhin bildet ein Ringraum I56 zwischen Rotor 56 und Stator 52 einen zweiten vertikalen Kanal für das Kompressor-Entladegas und das mitgeführte Öl, da das unter hohem Druck stehende Gas durch das obere Auslaßgehäuse 38 entweichen möchte.

Weiterhin sind innerhalb des Auslaßgehäuses drei über den Umfang verteilte axiale Kanäle 158 oder Führungskanäle angeordnet. Diese Kanäle bilden den dritten Aufwärts-Fließkanal für das Entladegas und das mitgeführte Öl. 3/orteilhafterweise ist, wenn der Rotor 56 in Richtung eines Pfeiles l60 (Fig. 2) dreht, ein schraubenförmiger oder spiralförmiger Fließvorgang 162 (Fig. 1) des Entladegases und des mitgeführten Öls gegeben, da das Gas und das Öl an der oberen Endfläche 15^ des Rotors 56 zumindest in Form eines Gasstromes durch die axialen Kanäle I50 ausströmen. Die Metallendkappe U8, welche über die obere Endwindung der Wicklung 5^ angeordnet ist, wirkt als Begrenzung für den kontinuierlich nach oben gerichteten Gasfluß mitsamt dem mitgeführten Öl, wobei das Gas und das Öl auf die Innenseite der Endkappe treffen, wo der Gasstrom sich ver-· zweigt, um zur Kühlung über die Wicklung 5^ zu.'fließen.

Entsprechend einem weiteren Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine zweite Anzahl über den Umfang verteilter

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Kanäle 16U innerhall) der Innenwandung des oberen Auslaßgehäuses 36 vorgesehen, und zwar drei Kanäle, welche in Umfangsrichtung im Abstand von den Kanälen 150 angeordnet sind. Die Kanäle \6h stellen einen Abwärtsfluß- oder Rückkehrflußkanal für das Gas und das mitgenommene oder separierte Öl dar. Im Zusammenhang mit dem Gasfluß ist darauf hinzuweisen, daß als Folge der spiralförmigen Bewegung und Auftreffen des Gases sowie des mitgeführten Öls gegen die Innenwandung der Endkappe ^8 Öl ansammelt und an den Seiten herabrinnt und in der Nähe des oberen Endes 166 des Auslafigehäuses sammelt. Es verläuft vertikal nach unten durch die Kanäle I6U zusammen mit dem Gasstrom zum Boden der Kanäle I6U. Die Kanäle I6U enden kurz vor dem unteren Ende des Auslaßgehäuses 38, wobei radiale Öffnungen ITO den Bodenbereich der Kanäle I6H für den Durchfluß des Fluids mit der Kammer 72 zwischen dem inneren Gehäuse 36 und dem äußeren Gehäuse 10 verbinden.

Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung gehen die radialen Öffnungen 170 in Gasentladungsdüsen 172 über. Diese Gasentladungsdüsen 172 bestehen aus kurzen Rohrstücken, welche ellbogenartig ausgebildet sind und im rechten Winkel zueinander stehen. Die Entladungsdüsen sind derart befestigt bzw. angeordnet, daß ihre Entladungsenden 17^ sich in Drehrichtung des Rotors in die Kammer 72 öffnen und dadurch einen tangentialen Entladeweg vorsehen, welcher das Kompressorentladegas und das mitgerissene und separierte Öl radial nach außen und ein wenig tangential zur Innenfläche 176 des äußeren Gehäuses 10 entlädt. An dieser Stelle trennt sich der größte Teil des verbleibenden Öls vom Kompressorentladegas und haftet an der Innenwandung I76, da die Entladung die Wand über den gesamten Umfang überstreicht. Das Öl fließt nach unten auf den Boden des äußeren Gehäuses 10, wo es gesammelt wird. Das Öl wird auf einem Niveau

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gehalten, welches vorzugsweise höher ist als das.IFiveau des oberen Endes des Einlaßrohres 130.

Die in den Zeichnungen dargestellte Anzahl der axialen Kanäle 150 innerhalb des Rotors 56 und der axialen Kanäle 158 und i6k innerhalb des Auslaßgehäuses 38 ist rein beispielsweise gewählt und kann in geeigneter Weise -verändert werden.

Auch die Anordnung der Kanäle in der Nähe der Innen- oder Außenperipherie des Rotors bzw. des Stators kann in Abhängigkeit von der Ausgestaltung der Motoreinzelteile entsprechend geändert werden.

In Fig. 3 ist eine modifizierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei anstatt der Gasentladedüsen 172 die Öffnungen 170 innerhalb des Auslaßgehäuses 38 im Bodenbereich der Kanäle I6U geneigt bzw. schräg innerhalb der Gehäusewandung ausgebildet sind, so daß sie sich im wesentlichen nahezu tangential zum Stator 52 erstrecken, so daß unmittelbar das Gas im wesentlichen tangential in die Kammer 72 entsprechend der Pfeile I78 entladen werden kann. Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 außerordentlich ähnlich, und die entsprechenden Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Bei beiden Ausführungsformen (Fig. 2 und Fig. 3) bewegen sich das Gas und das mitgeführte oder separierte Öl, welches si.ch an der Motorendkappe U8 absetzt und durch die Schwerkraft bzw. den Gasfluß entlang der Innenfläche nach unten wandert und sich entlang der Kante I66 des Auslaßgehäuses 38 absetzt, nach unten durch die Kanäle λβ\ und gelangen durch die Öffnungen I70 oder I7O¹ in die Kammer 72.

Fig. k zeigt schematisch den Öl- und Gasfluß, die teilweise getrennt und teilweise zusammen verlaufen. Tatsächlich

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•trägt das Bntladegac zum groSen Teil den Ölfluß durch die verschiedenen Kanäle innerhalb des AuslaBgehäuses zur Entladung in die Kanter 72. Das Gas oder Arbeitefluid gelangt über das Einlaßrohr 130 entsprechend der Darstellung durch den gestrichelt dargestellten Pfeil, füllt den Arbeitsrausi zwischen den kämmenden Schrauben und vird über die geschlossenen Schraubengewinde oder Kammern über den Kompressor entIade5:anal 68 von den kämmenden nannlichen und weiblichen Schrauben ?6 und 126 entladen. Der Kanal 68 erstreckt sich durch die Endvand h2, und das unter hohem Druck stehende Entladegas, welches mitgerissenes Öl trägt, gelangt in die Kanner 70 des Auslaßgehäuses 38. Unterdessen wirkt das Öl 9^ auf den Boden de3 unteren Gehäuseteil lh als Ölsumpf, gelangt in den Pumpeneinlaß 98, str3xst aus der Pumpe durch die Sntladeoffnung 99 in die Kammern 100 und 110, vo das Öl durch die Hohlwellen 7^ und 11 ^* in die drehbaren Schrauben 76 und 126 und die verschiedenen Lager des Motors und des Schraubenkompressors verteilt wird. Der Ölstron, welcher in den Zeichnungen durch ausgesogene Pfeile gekennzeichnet ist, gelangt schließlich in die HochdruckauslaSgehäusekammer 70, wo es sich mit dem Kojapre3sorentladegas vermischt, welches durch gestrichelte Pfeile gekennzeichnet iet. Der Einfachheit halber ist lediglich ein einziger vertikaler Aufwärtsflußkanal dargestellt. In Fig. k ist dies der Ringraua I56 zwischen dem Motorrotor 56 und den Stator 52. Das Entladegas mit des aitgeführten Öl strömt gegen den Deckel k8 und bewegt sich infolge der Zentrifugalkräfte radial gegen die AuSeaaeite der Kanmar 70, die durch das Gehäuse 36 gebildet wird. Inden das Gas gegen den Deckel U8 prallt, wird der Strom umgekehrt und bewegt sich nach unten entlang der Kanäle i6k_t an deren Ende das Gas über Düsen 172 zusammen mit dem mitgeführten bzw. separierten öl in die Kammer 72 gelangt, wobei das Öl entweder durch die Schwerkraft am

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Entladeende 1 T^ der Düsen absinkt oder sich an die Ihnen-" wandung 1j6 legt. Das Gas selbst fließt entsprechend der in unterbrochenen Linie dargestellten Pfeile nach oben für die letztliche Entladung am Kopf des hermetischen Schraubenkompressors, während der separierte Ölstrom entlang der Innenwandung 1f6 des äußeren Gehäuses zum Boden des Gehäuses in den Ölsumpf 9^ rinnt.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die Ölabtrennung, die eine Funktion des Ölbetriebs gemäß der Erfindung darstellt , nach der Vermischung des Öls mit dem Gas erfolgt, wobei das Gemisch über den Kompressorentladekanal 68 abgegeben wurde, und nach der Aufnahme weiteren Öls, wenn das Gemisch -vertikal nach oben innerhalb der Kammer 70 strömt, und zwar entlang der Rotorkanäle 150, dem Rotor/Stator-Ringraum I56 und die Kanäle I58, welche an der Außenseite des Motorstators liegen. Die dargestellten Kanäle sind innerhalb des Gehäuses ausgebildet. Jedoch können die Kanäle auch innerhalb des Stators selbst angeordnet sein. Das Gas, welches mit dem.Motorrotor in Berührung steht, gelangt mit einem Dreheffekt in den Bereich der Motorendklappe, und zwar infolge der Drehung des Motors. Diese Zentrifugalkräfte bilden die zweite Trennstufe dadurch, daß das mitgeführte Öl auf die Oberflächen der Endkappe geschleudert wird. Die erste Stufe trat zu dem Zeitpunkt auf, als das unter hohem Druck stehende Gas und das mitgeführte Öl vom Entladekanal 68 in die Kammer 70 gelangten, und zwar gegen die statische und rotierende Motorstruktur· Die Zirkulation des Gas-Öl-Gemisches in der Motorendkappe dient nicht nur der Trennung des Öls aus dem Gemisch, sondern ebenso der Kühlung der Motorwicklung, wenn das Gas und das Öl vertikal nach unten durch die abwechselnden Kanäle l6h zwischen Motorstator und Auslaßgehäuse 38 fließen. Das Abwärts-fließen des Kompressorentladegases durch die drei Kanäle 16U- tritt entweder durch die Düsen 172

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oder die geneigten bzw. schräg angeordneten Öffnungen I7O' aus, und zwar in die Kammer 72 zwischen dem Gehäuse 10 und dem inneren Gehäuse 36, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des Gases stark reduziert ist. Dies vereinfacht die Ölbeseitigung daraus. Mit den derart angeordneten Öffnungen, daß das Entladegas tangential nach außen gegen die Gehäuseinnenwandung gerichtet ist, wird die Gehäusewand von dem ölhaltigen Gas über den gesamten Umfang gestrichen. Freies Öl in flüssiger Form und schwere Agglomeratteile auf der Innenwandung wandern nach unten in den Sumpf. Das ölfreie Gas strömt zirkulierend nach oben, wobei fortlaufend restliches Öl auf der Innenwand des oberen Gehäuseteils 12 beseitigt wird, bevor das Gas durch den Entladestutzen 28 ausströmt.

Zusätzlich zu der Abtrennung des Öls vom Gas ist der hermetische Schraubenkompressor nach der vorliegenden Erfindung so ausgestaltet, daß effektiv durch das schwere Hochdruck-Außengehäuse 10 die Geräuschbildung vermindert wird. Eine Geräuschdämpfung kann durch Abfüttern mit weichem Metallblech verbessert werden, wobei dieses auf beliebige Art und Weise durch Punktschweißen oder ähnliches auf die Innenseite der Innenwandung 10 angebracht wird. Der Gasströmungsweg bewirkt außerdem einen Dämpfungseffekt, da er durch den Kompressor und Motorteile verläuft und das Volumen der Kammer 72 zwischen dem inneren Gehäuse und dem äußeren Gehäuse im Verhältnis zum Kammervolumen der Kammer 70 groß ist. Dadurch ist eine kleine Entladepulsationslinie und ein geringer begleitender Geräuschpegel gegeben.

Durch Ausbildung des Gehäuses mit Offset-Schweißteilen kann das Gehäuse bzw. das äußere Gehäuse ohne weiteres aufgeschnitten und wieder zusammengesetzt und instandgesetzt werden. Da das Kompressorsaugrohr 130 unterhalb des Ölspiegels 9h angeordnet ist, kann es leicht in die im Kompressoreinlaßgehäuse Uo befindliche Bohrung eingepreßt werden, da eine

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Leckage an diesem Punkt infolge des hohen Druckes innerhalb der Kammer 72 das Öl in das Sauggas gelangen läßt, was nicht schädlich ist und tatsächlich dem System dienlich ist.

Da die Kammer 72, welche vom Außengehäuse 10 gebildet wird, unter Entladedruck und Temperatur steht, gibt dieses Gehäuse Hitze an die Umgebung ab, anstatt sie aufzunehmen, wie dies in herkömmlichen Air-Conditioning-Kompressorengehäusen vorkommt, woraus sich eine Verbesserung der Systemausführung ergibt. Weiterhin ist es für einen Schraubenkompressor nicht notwendig, das Gehäuse 10 unter Saugdruck zu halten, indem es als Saugakkumulator wirkt, und es ist nicht notwendig, daß das Gehäuse andere Einrichtungen aufnimmt, um den Kompressor vor Beschädigungen infolge einer trägen Flüssigkeit zu schützen, wie dies bei Kolbenverdichtern der Fall ist.

Die Benutzung des Außengehäuses 10 eliminiert die Notwendigkeit für einen individualen oder separaten Ölsumpf-Separator, eliminiert das Erfordernis eines Geräuschdämpfers oder eines separaten Wärmeaustauschers und vermindert die Größe, das Gewicht und die Kosten der hermetischen Einheit.

Patentansprüche;

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Claims

2523317

Patentansprüche :

(I · j Hermetischer Rotations-Schraubenkompressor, gekennzeichnet durch ein geschlossenes vertikal ausgerichtetes im wesentlichen zylindrisches Außengehäuse (10), ein inneres konzentrisch in diesem Außengehäuse (10) "befestigtes inneres zylindrisches Gehäuse (36), welches mit dem äußeren Gehäuse eine erste abgedichtete Kammer (72) bildet, wobei das Innengehäuse (36) ein oberes Kompressorentladegehäuse (38) ist, welches von einem unteren Kompressoreinlaßgehäuse (kO) fluidabgedichtet ist und über diesem angeordnet ist, wobei das obere Kompressorentladegehäuse (38) eine zweite Kammer (70) bildet und wobei das untere Kompressoreinlaßgehäuse (ί+0) eine dritte gegenüber der ersten und zweiten Kammer abgedichtete Kammer bildet, durch ein Kompressoreinlaßrohr (130), welches sich nach innen durch die Wandung des Außengehäuses (1O) und durch das untere Kompressoreinlaßgehäuse (^O) erstreckt und in die dritte Kammer öffnet, durch miteinander kämmende Schraubenrotoren (76, 126), welche drehbar innerhalb des unteren Kompressorgehäuses (^O) gelagert sind und in Fließverbindung mit dem Einlaßrohr (130) für ein zu komprimierendes Arbeitsfluid steht, mit welchem das Einlaßrohr beaufschlagt wird, durch einen Kompressorentladekanal (68), welcher eine Fließverbindung zwischen dem oberen Ende der dritten Kammer mit dem unteren Ende der zweiten Kammer (70) herstellt, durch einen koaxial innerhalb des oberen Kompressorentladegehäuses (38) oberhalb des Kompressorentladekanals (68) angeordneten elektrischen Antriebsmotor (50) , welcher einen festen Stator (52) und einen konzentrisch angeordneten Rotor (56) aufweist, welcher drehbar innerhalb des

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Stators angeordnet ist, durch eine Ölmenge (9*0 ₅ welche innerhalb des äußeren Gehäuses (10) derart angeordnet ist, daß im Bodenbereich des äußeren Gehäuses (10) ein Ölsumpf gebildet wird, durch eine Ölpumpe (92) innerhalb des Außengehäuses, welche mit dem Ölsumpf in Fließverbindung steht, durch eine Einrichtung zur Verteilung von Öl unter Druck von der Pumpe (92) her zu den Schraubenkompressor-Schraubenrotoren (76, 126) zur Schmierung und zur Vermischung mit dem Kompressor-Arbeitsfluid, welches durch die Rotoren strömt, durch erste axiale Fließkanäle (I50) innerhalb des Motors (50), durch die komprimiertes Arbeitsmedium und mitgeführtes Öl axial nach oben gelangen kann, um den Motor zu kühlen und um gegen ein oberes Ende (H8) des Kompressorentladegehäuses (38) zu prallen, durch zweite axiale Fließkanäle (16U) innerhalb des Motors (50), und zwar zum Passieren des Kompressorentladefluxds und des mitgeführten Öls axial nach unten ebenfalls zur Kühlung des Motors und durch radiale Kanäle (HO), welche in Fließverbindung mit den zweiten axialen Kanälen (16U) stehen, und zwar zur Leitung des komprimierten Arbeits— mediums radial nach außen in bezug auf das obere Kompressorentladegehäuse (38) in die erste Kammer (72) zur Schwerkrafttrennung des Öls vom komprimierten Arbeitsmedium und Rückführung des Öls in den Sumpf.
2. Schraubenkompressor η aeii- Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die ersten Axialkanäle (I50) im Rotor (56) angeordnete Führungskanäle sind, welche sich von der einen Endfläche zur anderen nach oben erstrecken, so daß die Rotation des Rotors einen Kreiseleffekt auf das komprimierte Gas und das mitgeführte Öl ausübt, so daß teilweise eine Trennung des Öls vom Gas auftritt, und zwar zentrifugal durch den Kontakt des Gases mit der oberen Endkappe (1+ 8) des Kompressorentladegehäuses (38).

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3. Schraubenkompressor nach einem der Ansprüche 1 und/oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten axialen Kanäle ['\6k) zumindest teilweise durch den Stator (52) gebildete Führungskanäle darstellen und sich von der oberen Endfläche des Stators nach unten erstrecken und kurz vor dem unteren Ende des Stators enden.
h. Schraubenkompressor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Fluidkanäle zwischen dem konzentrisch angeordneten Rotor (56) und Stator (52) einen Ringraum (156) aufweisen.
5- Schraubenkompressor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis h, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Kanäle (ITO) innerhalb des oberen Kompressorentladegehäuses eine Vielzahl über den Umfang verteilter radialer Öffnungen aufweisen, welche in den innerhalb des Stators liegenden über den Umfang verteilten axialen Führungskanälen ("[6H) liegen.
6. Schraubenkompressor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß radial sich öffnende Kanäle (17O¹) im Gehäuse (38) abgeschrägt sind, damit das gasförmige Kompressorentlade-Arbeitsmedium und das mitgeführte Öl im wesentlichen tangential zur Innenwand (I76) des äußeren Gehäuses (10) ausströmen kann und dabei die innere Seitenwand des Gehäuses über den Umfang bestreicht und das mitgeführte Öl darauf ablagert.

T- Schraubenkompressor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

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daß die radialen Kanäle eine Vielzahl Düsen (tf2) aufweisen, welche an der Entladeseite der radialen Öffnungen (170) innerhalb des Kompressorauslaßgehäuses verbunden sind, wobei Entladeöffnungen (17*0 der Düsen sich in die erste Kammer (72) öffnen, um das komprimierte Arbeitsmedium und das mitgeführte Öl in Richtung entsprechend der Drehrichtung des Motorrotors (56) auszustoßen.

Schraubenkompressor nach Anspruch 7_S dadurch gekennzeichnet , daß die Entladedüsen (172) kurze ellbogenförmig abgebogene Rohre darstellen, und zwar einen ersten radialen Teil, welcher koaxial mit den radialen Öffnungen innerhalb des oberen Kompressorentladegehäuses angeordnet ist, und an der Außenseite des Gehäuses in axialer Ausrichtung mit den Öffnungen befestigt ist und einen zweiten Umfangsteil, welcher sich im wesentlichen tangential zur inneren Peripherie des oberen Kompressorentladegehäuses und im Abstand davon erstreckt.

Schraubenkompressor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Gehäuse (10) aus einem oberen Gehäuseteil (12) und einem unteren Gehäuseteil (22), die teilweise ineinandergeschachtelt sind, und mittels einer Schweißnaht (26) über den Umfang an ihrer äußeren Verbindungslinie verbunden sind, wodurch eine einfache Trennung der Gehäuseteile und ein Zugang in das Innere des Schraubenkompressors möglich ist.

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