DE3810505A1 - Oelgefluteter schraubenverdichter fuer hoehere druecke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen ölgefluteten Schraubenverdichter für höhere Drücke, die in einem Bereich von etwa 10 bis etwa 60 bar liegen können.

Ölgeflutete Schraubenverdichter üblicher Bauart haben einen Hauptrotor und einen Nebenrotor, der mit dem Hauptrotor in Kämmeingriff steht und mit diesem zusammenarbeitet. Die beiden Rotoren sind von einem mantelförmigen Gehäuse umschlossen, das einen Arbeitsraum bildet, der stirnseitig durch saugseitige und druckseitige Endwände abgeschlossen ist. Die Wellenenden der Rotoren sind in Lagerungen vorgesehen, die in den saug­ seitigen und druckseitigen Endwänden angeordnet sind, und die Radial- und Axialkräfte aufnehmen können.

Bei Schraubenverdichtern dieser Bauart treten bei den höheren Verdichtungsdrücken in der Größenordnung von 10 bis 60 bar große in Richtung der Saugseite wirkende Axialkräfte im Ar­ beitszustand des Schraubenverdichters auf, die auf die Rotoren einwirken. Daher bereitet eine axiale Fixierung der Lagerung der Rotoren in Richtung einer Verschiebung der Rotoren zum saug­ raumseitigen Ende des Gehäuses äußerst große Schwierigkeiten.

Aus DE-PS 20 43 550 ist es bekannt, bei mit hoher Drehzahl laufenden Maschinen, wie Zentrifugalpumpen, Kompressoren, Turbinen, Turbogebläsen u.dgl. Drucklager und eine Axialschub­ ausgleichseinrichtung vorzusehen, um einen Ausgleich für die großen auftretenden Axialkräfte zu schaffen.

Die Erfindung zielt daher darauf ab, einen ölgefluteten Schraubenverdichter für höhere Drücke der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem auf konstruktiv einfache Weise zuverlässig ein Axialschubausgleich sich verwirklichen läßt.

Nach der Erfindung zeichnet sich ein ölgefluteter Schrauben­ verdichter für höhere Drücke, mit einem Hauptrotor und einem hiermit in Kämmeingriff stehenden Nebenrotor, deren Wellen­ enden mittels Lagerungen in saugseitigen und druckseitigen Endwänden gelagert sind, welche den von einem die Rotoren man­ telförmig umgebenden Gehäuse gebildeten Arbeitsraum stirnseitig abschließen, dadurch aus, daß zum Axialschubausgleich die saug­ seitigen Stirnflächen der Rotoren als dynamische Axiallager ausgebildet sind.

In Abweichung von den bisher üblichen Bauformen der ölgeflute­ ten Schraubenverdichter werden beim erfindungsgemäßen Schrau­ benverdichter zusätzlich dynamische Axiallager zum Axialschub­ ausgleich in Verbindung mit der saugseitigen Lagerung der Wellen­ enden am Bereich der saugseitigen Endwand vorgesehen. Hierdurch wird erreicht, daß selbst bei hohen Verdichtungsdrücken die in Richtung der Saugseite wirkenden starken Axialkräfte der Rotoren wirksam im Zusammenspiel mit den druckseitigen Lagerungen, die vorzugsweise als Axial- und Radiallager ausgebildet sind, auf­ genommen werden können, wobei im Betriebszustand des Schrauben­ verdichters die Rotoren hinsichtlich ihrer axialen Lage zuver­ lässig fixiert sind, um eine dauerhafte Lagerung der stark be­ lasteten Rotoren zu erreichen. Durch den Axialschubausgleich bei der erfindungsgemäßen Auslegung wird die druckseitige La­ gerung dahingehend entlastet, daß im Bereich der saugseitigen Lagerung durch das dynamische Axiallager zusätzlich ein Gegen­ druck erzeugt wird, um einen Kräfteausgleich zu schaffen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung nach der Erfindung sind taschenförmige Nuten in den der saugseitigen Endwand ge­ genüberliegenden Stirnflächen der Rotoren vorgesehen. Wäh­ rend der Umlaufbewegung der Rotoren wirken diese taschenför­ migen Nuten, die vorzugsweise mit Drucköl gefüllt sind, als eine saugende Ölpumpe, so daß zwischen der saugseitigen End­ wand und der Stirnseite der Rotoren ein Fluidpolster, vor­ zugsweise ein Druckölpolster, gebildet wird, wobei das Druck­ öl aus den taschenförmigen Nuten gleichförmig in Zentrifugal­ richtung weggeschleudert wird, so daß dieses Druckölpolster die Stirnseiten der Rotoren mit Axialkräften beaufschlagt, die in Richtung der Druckseite und daher entgegen den auf die Rotoren einwirkenden Axialkräften wirken, die in Richtung der Saugseite gerichtet sind.

Vorzugsweise ist die Auslegung nach der Erfindung so getroffen, daß das den taschenförmigen Nuten zugeführte Drucköl aus dem Kreislauf des ölgefluteten Schraubenverdichters genommen wird, und zwar vorzugsweise nach dem Durchgang durch eine dem Schraubenverdichter nachgeschaltete Abscheideeinrichtung und nach der Abkühlung des abgeschiedenen Öls. Da dieses Drucköl in dem Kreislauf des ölgefluteten Schraubenverdichters unter etwa demselben Druck nach dem Durchgang durch die Abscheide­ einrichtung wie jener steht, der an der Auslaßseite vom Schraubenverdichter auftritt, kann hierdurch eine dynamische Axiallagerung bereitgestellt werden, die zum Axialschubaus­ gleich den gewünschten Gegendruck erzeugt.

Gemäß einer konstruktiv besonders einfachen Ausgestaltungs­ form sind die jeweiligen Wellen der Rotoren von einem axialen Durchgangskanal, der vorzugsweise als durch die Welle des jeweiligen Rotors gehende Mittelbohrung ausgebildet ist, durch­ setzt, wobei im Bereich des druckseitigen Wellenendes das Drucköl aus dem Kreislauf des ölgefluteten Schraubenverdich­ ters zugeführt wird. Das andere Ende des jeweiligen axialen Durchgangskanales steht vorzugsweise über gesonderte Verbin­ dungskanäle mit den jeweiligen taschenförmigen Nuten an der Stirnseite des jeweiligen Rotors in Verbindung. Bei einer solchen Auslegung können komplizierte Leitungsverbindungen, die durch die Gehäuseteile o.dgl. gehen, entfallen, und man benötigt zur Verwirklichung eines dynamischen Axiallagers als saugseitige Lagerung für die Rotoren lediglich Kanäle, die in den Wellenkörpern der Rotoren ausgebildet sind. Ferner wird hierbei auch erreicht, daß das Drucköl aus dem Kreislauf des ölgefluteten Schraubenverdichters auf möglichst kurzem Wege von der nachgeschalteten Abscheideeinrichtung den taschenförmi­ gen Nuten an den Stirnseiten der Rotoren zugeführt wird, so daß sich Leitungsverluste und hierdurch bedingte Druckminde­ rungen minimal halten lassen.

Vorzugsweise sind die taschenförmigen Nuten in Richtung der Ro­ torachse geneigt angeordnet und sie können in Drehrichtung ge­ sehen einen gekrümmten Verlauf haben, so daß die taschenförmi­ gen Nuten beispielsweise sichelförmig ausgebildet sind. Durch eine solche Ausbildung wird die Wirkung der taschenförmigen Nuten als Ölpumpe verstärkt und das Druckölpolster kann zuver­ lässig über die gesamte Stirnfläche der Stirnseite der jewei­ ligen Rotoren gleichmäßig verteilt werden, um ein Festfressen der gegenüberliegenden Flächen bei dem dynamischen Axiallager der saugseitigen Lagerung zu vermeiden. Die vorstehend erläu­ terte Ausbildungsform der taschenförmigen Nuten ist vorzugs­ weise für die Stirnfläche des Hauptrotors bestimmt.

Beim Nebenrotor hat sich als zweckmäßig erwiesen, die taschen­ förmigen Nuten an der Stirnfläche desselben etwa radial ver­ laufend auszubilden, um eine zuverlässige Flächenwirkung im Bereich des dynamischen Axiallagers der saugseitigen Lagerung zu erzielen.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel unter Bezug­ nahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht eines ölgefluteten Schraubenverdichters, und

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht längs der Linie II-II in Fig. 1 zur Verdeutlichung der Anordnung und Ausbildung der taschenförmigen Nuten an den saugseitigen Stirnflächen der Rotoren.

Der in Fig. 1 insgesamt mit 1 bezeichnete ölgeflutete Schrauben­ verdichter bildet beispielsweise die zweite Verdichterstufe bei einer mehrstufigen Verdichtungsanlage. Mit einem solchen Schrau­ benverdichter 1 in der zweiten Stufe der Verdichtungsanlage wer­ den Verdichtungsdrücke von beispielsweise etwa 10 bis etwa 60 bar erzeugt, wobei der saugseitige Eintrittsdruck im Schrauben­ verdichter 1 beispielsweise etwa 7 bar beträgt, den man als Verdichtungsdruck am Ende der ersten Stufe erhält.

Obgleich nicht näher dargestellt ist, ist einem solchen ölge­ fluteten Schraubenverdichter 1 üblicherweise eine Abscheide­ einrichtung nachgeschaltet, mittels der dem aus dem Schrauben­ verdichter 1 an der Druckseite austretenden Druckfluid das mitgerissene Öl weitgehend entzogen wird. Der Ausgang einer solchen Abscheideeinrichtung wird dann unter Zwischenschal­ tung eines Kühlers mit dem Drucköleingang des Schraubenver­ dichters 1 verbunden, so daß man einen geschlossenen Kreis­ lauf für eine Druckölschmierung des Schraubenverdichters 1 erhält.

Wie aus Fig. 1 der Zeichnung zu ersehen ist, sind achsparallel zueinander ein Hauptrotor 2 und ein Nebenrotor 3 in einem Ge­ häuse 4 angeordnet, das die beiden Rotoren 2, 3 mantelförmig umgibt und einen Arbeitsraum begrenzt. Dieser vom Gehäuse 4 gebildete Arbeitsraum wird an den saugseitigen und drucksei­ tigen Enden von einer druckseitigen Endwand 5 und einer saug­ seitigen Endwand 6 abgeschlossen. Im Bereich der saugseitigen Endwand 6 sind nicht näher dargestellte Einlaßeinrichtungen für das zu verdichtende Fluid, wie Luft, sowie Einlaßeinrich­ tungen für die Druckölschmierung des ölgefluteten Schrauben­ verdichters 1 vorgesehen. Ebenfalls nicht näher dargestellt sind entsprechende Auslaßeinrichtungen im Bereich der druck­ seitigen Endwände 5 für das im Schraubenverdichter 1 verdich­ tete Fluid, das nach dem Ausleiten aus dem Schraubenverdichter 1 einer nicht näher dargestellten, nachgeschalteten Abscheide­ einrichtung zugeleitet wird.

Die druckseitigen Wellenenden 7 der Rotoren 2, 3 sind in der Endwand 5 mit Hilfe von Axial- und Radiallagern 8 gelagert. Die saugseitigen Wellenenden 9 der Rotoren 2, 3 sind in der saugseitigen Endwand 6 mit Hilfe von Radiallagern 10 gelagert. Die beiden Rotoren 2, 3 sind in Kämmeingriff und drehen sich entsprechend in mit Pfeilen eingezeichneten Drehrichtungen.

Wie schematisch in Fig. 1 eingetragen ist, bilden saugseitige Stirnseiten bzw. Stirnflächen 12, 13 der Rotoren 2, 3 ein dy­ namisches Axiallager 11, das zum Axialschubausgleich für die bei diesen hohen Drücken auftretenden großen axialen Kräfte dient, die in Richtung der saugseitigen Endwand 6 beim Arbeiten des Schraubenverdichters 1 wirken. Zur Bildung dieses dynami­ schen Axiallagers 11 sind auf den saugseitigen Stirnseiten 12, 13 der Rotoren 2, 3 taschenförmige Nuten 14 ausgebildet, die sich in Richtung der saugseitigen Endwand 6 auf den Stirnseiten 12, 13 der Rotoren 2, 3 öffnen. Aufgrund der hohen Umfangsge­ schwindigkeiten der Rotoren 2, 3, die in der Größenordnung von etwa 10 bis etwa 35 m/s liegen können, wirken diese taschen­ förmigen Nuten 14 als eine Art Pumpe, mittels der das Drucköl in den taschenförmigen Nuten 14 in den Radialspalt 15 gepumpt wird, der zwischen der saugseitigen Endwand 6 und der zuge­ wandten Stirnseiten 12, 13 der Rotoren 2, 3 vorhanden ist, so daß sich in diesem Spalt 15 ein Druckölpolster ausbildet. Das Drucköl aus dem Kreislauf des ölgefluteten Schraubenver­ dichters 1 wird den taschenförmigen Nuten 14 über einen axialen Durchgangskanal 16 zugeführt, der am druckseitigen Ende des Schraubenverdichters 1 in Verbindung mit dem Ölrücklauf der nachgeschalteten Abscheideeinrichtung steht, so daß in den Durchgangskanal 16 Drucköl unter einem Öldruck zugeleitet wird, der nur geringfügig niedriger als der Verdichtungsdruck an der Auslaßseite des Schraubenverdichters 1 ist. Das den taschenförmigen Nuten 14 zugewandte Ende des Durchgangskana­ les 16 ist über gesonderte Verbindungskanäle 17 mit den je­ weiligen taschenförmigen Nuten 14 an den Stirnseiten 12, 13 der Rotoren 2, 3 verbunden. Die Durchgangskanäle 16 in den Rotoren 2, 3 werden zweckmäßigerweise von Mittelbohrungen 18 in den Wellenkörpern der Rotoren 2, 3 gebildet.

Aus der Schnittansicht nach Fig. 2 lassen sich bevorzugte Aus­ bildungsformen und Anordnungsweisen der taschenförmigen Nuten 14 an den saugseitigen Stirnseiten 12, 13 der Rotoren 2, 3 entnehmen. Auf der saugseitigen Stirnseite 12 des Hauptrotors 2 sind die taschenförmigen Nuten 14 a derart ausgebildet, daß sie länglich sind und in Bezug zur Mittelachse des Rotors 2 geneigt verlaufen. Zweckmäßigerweise sind die Begrenzungskan­ ten der taschenförmigen Nuten 14 a und der Stirnseite 12 des Hauptrotors 2 entsprechend der Drehrichtung gekrümmt ausge­ bildet, so daß die taschenförmigen Nuten 14 a sichelähnlich aus­ gebildet sind. An der saugseitigen Stirnseite 13 des Neben­ rotors 3 sind taschenförmige Nuten 14 b ausgebildet, die vor­ zugsweise etwa in Radialrichtung länglich ausgebildet sind. Somit erhält man auf der saugseitigen Stirnseite 13 des Ne­ benrotors 3 eine etwa sternförmige Anordnung der taschenför­ migen Nuten 14 b.

Natürlich können die taschenförmigen Nuten 14 a, 14 b hinsicht­ lich ihrer Anordnung und ihres Verlaufs jeweils an die geo­ metrischen Gegebenheiten im Bereich des dynamischen Axialla­ gers 11 angepaßt werden. Die Erfindung ist daher nicht auf die als Beispiele dargestellten Ausbildungsformen der taschenför­ migen Nuten 14 a, 14 b beschränkt.

Das dynamische Axiallager 11 an den saugseitigen Stirnseiten 12, 13 der Rotoren 2, 3 ermöglicht einen Axialschubausgleich für die bei einem solchen Schraubenverdichter 1 auftretenden großen Axialkräfte, die in Richtung der saugseitigen Endwand 6 wirken. Hierdurch kann die druckseitige Lagerung 8 im Be­ reich der druckseitigen Endwand 5 entlastet werden, so daß man einen dynamischen Axialkraftabgleich bei dem Schraubenverdichter 1 insgesamt erhält und hierdurch die stationären Lagerungen des Schraubenverdichters 1 entlastet werden können. Daher wird beim erfindungsgemäßen Schraubenverdichter 1 eine solche Aus­ legung bereitgestellt, die auf betriebszuverlässige Weise ein dauerhaftes Arbeiten eines solchen Schraubenverdichters 1 auch bei höheren Verdichtungsdrücken ohne die Gefahr der Über­ beanspruchung und des Verschleißens der Lagerungen gestattet.

Bezugszeichen

 1 Schraubenverdichter insgesamt
 2 Hauptrotor
 3 Nebenrotor
 4 Gehäuse
 5 Endwand druckseitig
 6 Endwand saugseitig
 7 Wellenenden druckseitig
 8 Lagerung druckseitig
 9 Wellenenden saugseitig
10 Radiallager saugseitig
11 dynamisches Axiallager saugseitig
12 Stirnseite von Rotor 2 saugseitig
13 Stirnseite von Nebenrotor 3 saugseitig
14 taschenförmige Nuten
14 a taschenförmige Nuten an Hauptrotor 2
14 b taschenförmige Nuten an Nebenrotor 3
15 Spalt
16 Durchgangskanal
17 Verbindungskanäle
18 Mittelbohrung

Claims (11)

1. Ölgefluteter Schraubenverdichter für höhere Drücke, mit einem Hauptrotor und einem hiermit in Kämmeingriff ste­ henden Nebenrotor, deren Wellenenden mittels Lagerungen in saugseitigen und druckseitigen Endwänden gelagert sind, wel­ che den von einem die Rotoren mantelförmig umgebenden Gehäuse gebildeten Arbeitsraum stirnseitig abschließen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Axialschubausgleich die saugseitigen Stirnflächen (12, 13) der Rotoren (2, 3) als dy­ namisches Axiallager (11) ausgebildet sind.

2. Ölgefluteter Schraubenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der saugseitigen Endwand (6) gegenüberliegenden Stirnflächen (12, 13) der Rotoren (2, 3) taschenförmige Nuten (14, 14 a, 14 b) aufweisen.

3. Ölgefluteter Schraubenverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den taschenförmigen Nuten (14, 14 a, 14 b) Drucköl von dem Kreislauf des ölgefluteten Schraubenver­ dichters (1) zugeführt wird.

4. Ölgefluteter Schraubenverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Drucköl von einer dem Schrau­ benverdichter (1) nachgeschalteten Abscheideeinrichtung nach einer Abkühlung zugeführt wird.

5. Ölgefluteter Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich durch jede Welle jedes Rotors (2, 3) vom druckseitigen Ende (7) zum saugseitigen Ende (9) ein axialer Durchgangskanal (16) er­ streckt, der mit den taschenförmigen Nuten (14, 14 a, 14 b) an der Stirnseite (12, 13) des jeweiligen Rotors (2, 3) in Ver­ bindung steht.

6. Ölgefluteter Schraubenverdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß von jedem Durchgangskanal (16) jeweils ein zu einer der taschenförmigen Nuten (14, 14 a, 14 b) führender Verbindungskanal (17) abgeht.

7. Ölgefluteter Schraubenverdichter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Durchgangskanal (16) von einer Mittelbohrung durch die Welle des jeweiligen Rotors (2, 3) gebildet wird.

8. Ölgefluteter Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die taschen­ förmigen Nuten (14 a) in Richtung der Achse der Rotoren (2) geneigt angeordnet sind.

9. Ölgefluteter Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die taschen­ förmigen Nuten (14 a) einen in Drehrichtung gesehen gekrümmten Verlauf haben.

10. Ölgefluteter Schraubenverdichter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die taschenförmigen Nuten (14 a) sichelförmig ausgebildet sind.

11. Ölgefluteter Schraubenverdichter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ta­ schenförmigen Nuten (14 b) an der Stirnseite (13) des Neben­ rotors (3) etwa radial verlaufen.