DE3148579A1

DE3148579A1 - Verfahren an einem schraubenkompressor mit oeleinspritzung

Info

Publication number: DE3148579A1
Application number: DE19813148579
Authority: DE
Inventors: Arnold 16357 Spånga Englund; Lars Dipl.-Ing. 13150 Saltsjö-Dufnäs Schibbye
Original assignee: Sullair Technology AB
Current assignee: Sullair Technology AB
Priority date: 1980-12-12
Filing date: 1981-12-08
Publication date: 1982-07-01
Also published as: JPS57122188A; GB2089432B; USRE32055E; GB2089432A; SE8008760L; SE424760B

Description

Patentanwälte

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Dipl.-Ing.'H. WeYckmann, DVpl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F.A-Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. Liska

126.023

8000 MÜNCHEN 86, DEN "8. ΟβΖ. t98f

POSTFACH 860820 MOHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

SÜLLAIR TECHNOLOGY AB

Rosenlundsgatan 54

S-116 53 Stockholm, Schweden

Verfahren an einem Schraubenkompressor mit öleinspritzung

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Verfahren an einem Schraubenkompressor mit öleinspritzung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren an Schraubenkompressoren mit öleinspritzung zum Ausgleich von Axialkräften an wenigstens einem der Rotoren des Kompressors, sowie zur Abdichtung der Spalte zwischen den Wellen der Rotoren und dem Rotorengehäuse zur Verhütung von Leckage aus dem Kompr>essionsraum des Schraubenkompressors durch diese Spalte.

Es hat sich für Schraubenkompressoren als mit großen Schwierigkeiten verbunden erwiesen, bei hohen Druckunterschieden über dem Kompressor genügende Standzeiten für die zur Lagerung der Wellen der Rotoren angeordneten Axiallager¹ zu erhalten.

Zwecks Verlängerung der Standzeit der Axiallager wurde die Anwendung von Ausgleichskolben vorgeschlagen, wie sie z.B. in der US-PS 3 161 349 gezeigt sind. Diese Einrichtung hat sich jedoch als mit großen Nachteilen behaftet erwiesen, u.a. einer starken ölleckage über den Außendurchmesser des Ausgleichskolbens, was Schwierigkeiten mit der Aufrechterhaltung des gewünschten Ausgleichsdruckes mit sich bischte. Die Leckage verursachte auch Wirkungsgradverluste im Kompressor. Die Art des Einbaues des Ausgleichskolbens im Kompressor, nämlich auf der Rotorwelle der Hochdruckseite nächst dem Kompressionsraum, bewirkt ferner den Nachteil, daß der Ausgleichsdruck längs der Rotorwelle einwärts zum Rotorkörper übertragen wird, und hierdurch auch auf die Ringfläche wirkt j die die Endebene des Rotorkörpers zwischen dem Wellendurchmesser und dem Kerndurchmesser des Rotors bildet. Die hierdurch auf dieser Ringfläche entstehende Kraft wirkt in entgegengesetzte!¹ Richtung zur gewünschten Ausgleichskraft und hat somit eine starke Reduzierung des gewünschten Ausgleiches zur Folge.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung„ ein Verfahren für axialen Ausgleich der Rotorwelle vorzuschlagen, das die vorstehend

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beschriebenen Nachteile herkömmlicher Einrichtungen beseitigt, und das besonders für Schraubenkompressoren anwendbar ist, die mit großen Druckunterschieden übet¹ dem Kompressoz¹, der Größenordnung 2 MPa oder hoher, arbeiten.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens der vorstehend genannten Art, bei dem auch Dichtung gegen Leckage vom Kompressionsraum des Kompressors längs der Wellen der Rotoren erhalten wird.

Eine dritte Aufgabe der Erfindung ist, bei einem Verfahren der vorstehend genannten Art gleichzeitig Schmierung und Kühlung der für die jeweilige Welle angeordneten Lagerungen zu bewirken.

Der verbesserte Ausgleich mit der gleichzeitigen Möglichkeit für Schmierung und Kühlung wird durch die Erfindung dadurch zustandegebracht, da^> ihr die in den Patentansprüchen definierten Kennzeichen gegeben wurden.

Die Erfindung wird nachstehend in Form eines Ausführungsbeispieles und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben, die ein horizontaler Schnitt durch einen mit einer Einrichtung gemäß der· Erfindung versehenen Schraubenkompressor ist.

Das Rotorgehäuse 11 des Schraubenkompressors 10 enthält einen Kompressionsraum in Form von zwei einander schneidende Bohrungen bildenden Rotorläufen, mit einer Niederdrucköffnung an einem Ende 13 und mit einer Hochdrucköffnung (nicht gezeigt) am anderen Ende 14. In den Rotorlaufen sind zwei ineinander eingreifende Rotoren, ein Schraubenrotor 15 und ein Schieberrotor 16, rotierbar montiert.

Auf der Niederdruckseite des Kompressors sind zur Lagerung des Schraubenrotors 15 ein Radiallager 17, vorzugsweise vom

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Rollenlagertyp, und ein Axiallager 18, vorzugsweise vom Winkelkontaktkugellagertyp, eingebaut. Außerhalb dieses Lagerpaketes ist am Wellenende 20 des Rotors ein Ausgleichskolben 19 zum Ausgleich des Hauptteiles der auf das Hoch- ' druckende des Schraubenrotors 15 wirkenden Axialkräfte angeordent. Der Ausgleichskolben 19 befindet sich in einem Druckraum 21, dem von außen öl unter Dz¹UCk durch eine öleinlaßöffnung 2 2 zugeführt werden kann. Am Außendurchmesser des Ausgleichskolbens befindet sich eine mechanische Dichtung 233 die konstante Beibehaltung des Druckes des zugeführten Öles gewährleistet. Zur Bewirkung von ölumwälzung zur Kühlung dieser Dichtung 2 3 sowie zur Kühlung und Schmierung des Lagerpaketes 17,18 sind vom Druckraum 21 außerhalb des Ausgleichskolbens 19 einwärts zum Lagerraum an der ROtOi¹WeIIe Verbindungen 24 gebohrt. Vom Lagerraum kann das öl längs den Spalten 25 zwischen der Rotorwelle und dem Rotorgehäuse weiter in den Kompressionsraum zur Dichtung dieser Spalte 2 strömen und dadurch die Leckage vom Kompi^essionsraum verhüten.

Der Schraubenkompressor 10 wird über die Triebwelle 26 des Schraubenrotors 15 angetrieben, die sich durch das Rotorgehäuse 11 auf dessen Hochdruckseite nach außen erstreckt. Die Welle 26 ist in einem Radiallager 3 2 gelagert, das sich in einem Lagerraum 2 8a befindet. In diesem Lagerraum ist auch eine mechanische Wellendichtung 29 für· die Triebwelle 26 angeordnet. Der Lagerraum 28a auf der Hochdruckseite des Schraubenrotors 15 steht in direkter Verbindung mit einem Lagerraum 28b auf der Hochdruckseite des Schieberrotors 16. Im Lagerraum 28b des Schieberrrotors 16 ist ein Radiallager 30 zur Lagerung der Welle 31 des Schieberrotors auf der Hochdruckseite angeordnet. Irgendwelche speziellen Dichtungen gegen den Kompressionsraum sind also nicht eingebaut. Den Lagerräumen 28a,28b wird öl unter Druck durch eine Drosselung 33 zugeführt, die angepaßt ist, einen Di¹UCk von dev Größenordnung des arithmetischen Mittelwertes des Einlaß- und Auslaßdruckes des Schraubenkompressors zu ergeben, so daß

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_ein ölstrom durch die Lager 27,30 längs den zwischen den Rotorwellen 26,31 und dem Rotorgehäuse gebildeten Spalten 32a,32b in den Kompressionsraum hinein gewährleistet ist, wodurch Kühlung und Schmierung dieser Lager 27,30 erhalten und gleichzeitig Qasleckage aus dem Kompressionsraum längs den Rotorwellen 26,31 heraus verhindert wird.

Zur Lagerung des Schieberrotors 16 auf der Niederdruckseite ist, wie für den Schraubenrotor 15, ein Lagerpaket in Form eines Radiallagers 34, vorzugsweise vom Rollenlagertyp, und eines Axiallagers 35, vorzugsweise vom Winkelkontaktkugellagertvp, eingebaut. Außerhalb dieses Lagerpaketes ist ein Ausgleichskolben 36 mittels Schrauben (in der Figur ist eine Schraube 4 3 angedeutet) am Wellenende 37 des Schieberrotors befestigt. (Eine entsprechende Befestigung gilt für den Ausgleichskolben 19 am Wellenende des Schraubenrotors). Der Ausgleichskolben 36 ist in einem Druckraum 38 angeordnet, dem öl unter Druck zugeführt wird. Am Außendurchmesser des Ausgleichskolbens 36 befindet sich eine mechanische Dichtung 39, die konstante Beibehaltung des Druckes im zugeführten öl verbürgt. Zwecks Bewirkung von ölumwälzunp; zur Kühlung dieser Dichtung 3 9 und zuz¹ Kühlung und Schmierung des Lagerpaketes 34,3 5 sind vom Drückraum 3 8 in den Lagerraum am Wellenende 37 des Schieberrοtors hinein Verbindungen 40 gebohrt. Von hier kann das öl längs den Spalten 41 zwischen der Rotorwelle und dem Rotorgehäuse in den Kompressionsraum hinein weiterströmen, um diese Spalte 41 gegen Leckage vom Komoressionsraum abzudichten.

Für Zuführung von öl zum Druckraum 38 auf der Hochdi^uckseite des Schieberrotors 16 ist axial längs der Mittellinie des Schieberrotors eine Verbindung 4 2 gebohrt, so daß im Lagerraum 2 8b und Druckraum 38 des Schieberrotors ein gemeinsamer Druck erhalten wird.

Dem Druckraum 21 für den Ausgleichskolben 19 des Schrauben-

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rotors 15 wird öl mit einem Druck zugeführt, der dem Auslaßdruck des Schraubenkompressors, vermindert um den Druckabfall in ölkühler und ölfilter, entspricht. Der Öldruck in diesem üruckraum 21 ist somit wesentlich höher* als im entsprechenden Druckraum 18 auf der Schieberrotorseite. Mit Rücksicht auf die bedeutend höheren Axialkräfte, die auf den Schraubenrotor 15 im Vergleich mit denen auf den Schieberrotor 16 wirken j ist dieser höhere Öldruck wünschenswert. Da der Schraubenkompressor von der Hochdruckseite des Schraubenrotors angetrieben wir>d, gibt es hier keine freie Wellenzapfenfläche, und somit werden keine- zusätzlichen Axialkräfte vom Lagerraum 2 8a der Hochdruckseite erhalten. Die Fläche am Ausgleichskolben des Schraubenrotors konnte hierdurch begrenzt und gleichgroß wie auf der Schieberrotorseite ausgebildet werden. Hierdurch war es möglich, sowohl das Lagerpaket als auch das Ausgleichskolbensystem einschließlich der mechanischen Dichtungen an den Niederdruckenden der Schrauben- und Schieberrotorseiten identisch auszuführen.

Bei der Bemessung der Verbindungen 24 und 40, die von den Druckräumen 21 bzw. 3 8 gebohrt werden, wird die durch eine oder mehrere Bohrungen erhaltene Fläche anhand des verfügbaren öldruckuntei^schiedes und der ölviskosität berechnet, so daß sich eine geeignete ölmenge für Kühlung und Schmierung des Lagerpaketes ergibt. Diese ö!menge ist gewöhnlich von der Größenordnung 5 Liter/min Pt¹O Lagerpaket.

Die Drosselung 3 3 soll so berechnet werden, daß die ölzuführung durch sie etwas größer als die ölmenge ist, die für den Durchfluß in den vorstehend genannten Verbindungen berechnet wurde. Hierdurch wird stets eine ölzuführung längs den Spalten 3 2a,3 2b auf der Hochdruckseite zum Kompressionsraum hinein erhalten. Für die Erfindung ist jedoch wesentlich und kennzeichnend, daß eine genauere Bemessung dieser Drosselung nicht notwendig ist, weil eine ölzuführung über vorgenannte Mindestmenge hinaus lediglich zur Folge hat, daß

der Druck in den Lagerräumen 2 8a,28b und im Druckraum 3 8 des Schieberrotors vergleichsweise unbedeutend steigt, da gleichzeitig aufgrund des erhöhten Druckes der ölstrom längs vor allem den Spalten 32a,32b auf der Hochdruckseite zunimmt.

Ein anderer wesentlicher und kennzeichnender Vorteil mit der Erfindung ist, daß bei Zunahme des Druckes in den Lagerräumen 28a,28b, wie vorstehend beschrieben, dies sich weder auf die Axialkräfte des Schraubenrotors noch die des Schieberrotors auswirkt. Am Schraubenrotor 15 ergibt nämlich, da die eingehende Welle 26 Triebwelle ist, und die Dichtfläche der mechanischen Dichtung 29 auf gleicher Höhe mit dem Durchmesse!¹ der in den Kompressiosraum eingehenden Rotorwelle liegt, der· Druck im Lagerraum 28a keine Axialkr>aft, sondern die Axialkräfte auf der Rotorwelle 26 gleichen einander in diesem Raum 28a praktisch " . völlig aus. Für den Schieberrotor 16 gilt im Prinzip dasselbe wie für den Schraubenrotor 15, daß nämlich die Axialkräfte praktisch unabhängig vom Druck im Lagerraum 28b sind, weil die auf der Rotorwelle 31 in diesem Raum 2 8b erhaltene Axialkraft praktisch völlig von der Axialkraft ausgeglichen wird, die auf dem Ausgleichskolben 36 auf der entgegengesetzten Seite des Schieberrotors dadurch erhalten wird, daß, wie vorstehend beschrieben, auf beiden Seiten derselbe Druck herrscht, und daß auf beiden Seiten im wesentlichen dieselbe Druckfläche vorliegt, letzteres deswegen, weil der Durchmesser der Rotorwelle 31 auf der Hochdruckseite im wesentlichen derselbe ist wie der Durchmesser am Ausgleichskolben 36 auf der Niederdruckseite.

Durch die beschriebene Einrichtung wurden auf eine sehr betriebssichere Weise sowohl ein tflumwälzungssystem für Kühlung und Schmierung von Lagern und mechanischen Dichtungen als auch ein Axialausgleichssystern für beide Rotoren erhalten.

Dies ermöglicht die Anwendung einfacher und billiger Lager mit guten Standzeiten. Die Einrichtung ergibt am Schraubenrotor, wo die Axialki^fte hoch sind, über den Ausgleichskolben eine Ausgleichskraft, die mit wachsendem Gegendruck im Kompressor zunimmt. Dies hat zur¹ Folge, daß die Lagerkräfte und somit die Lagerstandzeit im wesentlichen konstant bleiben. Eine Änderung des Einlaufdruckes zum Kompressor wirkt nicht auf die Axialkräfte ein, die auf den Schraubenrotor vom Ausgleichskolben oder Lagerraum wirken. Was den Schieberrotor betr'ifft, werden die Axialkräfte vom Ausgleichskolben und Lagerraum auch nicht von Änderungen weder im Einlauf- noch im Auslaßdruck des Kompressors betroffen.

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Leerseite

Claims

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Patentansprüche

Verfahren an einem Schraubenkompressor (10) mit öleinspritzung zum Ausgleich von Axialki'äften an wenigstens einem der Rotoren des Kompressors zwecks Dichtung der Spalte zwischen Rotorgehäuse und Rotorwellen, sowie zur Kühlung und Schmierung der Rotorwellenlagerungen, wo ein Rotorgehäuse (11) einen Kompressionsraum in Form von zwei Rotorläufen einschließt, die von zwei einander¹ schneidenden Bohrungen begrenzt sind, die an einem Ende (13) eine Niederdrucköffnung (12) und am anderen Ende (IM-) eine Hochdrucköffnung aufweisen, sowie zwei ineinander eingreifende Rotoren, und■zwar einen Schraubenrotor (15) und einen Schieberrotor (16)s die in den Rotorlaufen drehbar montiert sind, und wo der Antrieb des Kompressors auf der Welle (26) des Schraubenrotors (15) auf der Hochdruckseite erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß am Hochdruckende des Kompressors den Lagerräumen (28a,28b) an den Enden beider Rotoren Hl mit solchem Dr¹UCk zugeführt wird, daß einwärts zum Kompressionsraum längs den Spalten (3 2a,3 2b) zwischen den Rotorwellen und dem Rotorgehäuse ein ölstrom zur Dichtung gegen Leckage vom Kompressionsraum erhalten wird, daß Öl mit diesem Druck über eine Verbindung vom Lagerraum (28b) des Schieberrotors einem Druckraum (38) am Niederdruckende des Schieberrotors zwecks Ausgleiches der Axialkraft zugeführt wird, die am Wellenende (31) des Schieberrotors auf der Hochdruckseite aufgrund des dem Lagerraum (28b) des Schiebei^rotors zugeführten Öles entsteht.
2. Verfahren nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß das öl den Lagerräumen (2 8a,28b) durch eine gemeinsame Einlauf leitung zugeführt wird, und die beiden Lagerräume (28a,2 8b) in direkter Verbindung miteinander stehen.
3 ο Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, daß die Zuführung von öl vom Lagerraum (28b) des Schieberrotors zum Druckraum (38) über eine mittig durch die Welle des Schieberrotors sich erstreckende Bohrung (42) erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lagerung der Rotorwellen in den Lagerräumen..(28a,28b) angeordnete Rollenlager (27 bzw. 30) von dem den Lagerräumen (28a,28b) zugeführten öl gekühlt und geschmiert werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhütung der Zuführung von Axialkräften zur Welle des Schraubenrotors aufgrund des dem Lagerraum (28a) des Schraubenrotors zugeführten Öles, das öl auf eine mechanische Dichtung (29) wirkt, die derart um die Antriebswelle (26) angeordnet ist, daß die abgedichtete Oberfläche ungefähr* denselben Durchmesser hat, wie ihn die Rotorwelle dort hat, wo sie durch das Rotorgeftäuse hindurchgeht.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck auf dem den Lagerräumen (28a,28b) und dem Druckraum (38) des Schieberrotors zugeführten öl von der Größenordnung des arithmetischen Mittelwertes des Einlaß- und Auslaßdruckes des Schraubenkompressors ist. .
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich des Schraubenrotors (15) öl. unter Druck von außen einem an das Wellenende (20) des Schraubenrotors auf der Niederdruckseite angrenzenden Druckraum (21) zugeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet, daß zur Lagerung der Rotorwellen auf der Niederdruckseite die Wellenenden (20 bzw. 37) der» Schrauben- und Schieberrotoren von Rollenlagern (17 bzw. 34) und Winkelkontaktkugellagern (18 bzw. 35) getragen werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Ausgleiches der Wellenenden des Schraubenrotors bzw. Schieberrotors in den Druckräumen (21 bzw. 38) angeordnete Ausgleichskolben (19 bzw. 36) gegen die Wellenenden (20 bzw. 37) gedrückt, und daß die Außendurchmesser der Ausgleichskolben (19,36) durch mechanische Dichtungen (23,39) so abgedichtet werden, daß die den Druckräumen zugeführten Öldrücke beibehalten werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß von den Druckz'äumen (21,38) Hl über mit Drosselungen versehene Verbindungen (24,40) den Lagern 017,18 bzw. 34,35) für Schmierung und Kühlung derselben zugeführt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7-10, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck auf das dem Druckraum des Schraubenkompressors zugeführte, öl.ungefähr derselbe wie der Auslaßdruck des Schraubenkompressors ist.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das öl im se3.ben ölumwälzsystem wie die öleinspritzung zum Kompressionsraum enthalten ist, und daß der Druck auf das den Lagerräumen (2 8a,2 8b) und dem Dimckraum (38) des Schieberrotors zugeführten Öles durch eine Drosselung (33) vermindert wird.