DE4432518A1 - Schraubenverdichter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schraubenverdichter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei solchen Schraubenverdichtern kann es in Fällen, in de­ nen dieser Verdichter sofort nach einem Abstellen wieder in Betrieb genommen wird, zu einer Drucküberbelastung inner­ halb des Verdichtergehäuses, bestehend aus Läufergehäuse, Ausströmgehäuse und Deckel, kommen. Ursache hierfür ist ei­ ne bei extrem kurzer Stillstandszeit des Verdichters beim Wiederanlauf noch nicht erfolgte Druckentlastung auf der Verdichterdruckseite. Eine solche Drucküberlastung kann zu einer Zerstörung des Verdichters und/oder seiner Antriebs­ elemente führen. Die Druckspitzen können noch durch die An­ sammlung von Öl begünstigt werden. Das kann bei öleinge­ spritzten Kompressoren vorkommen. Auch öllose Kompressoren können jedoch gefährdet sein.

Hier eine Abhilfe zu schaffen, ist das Problem, mit dem sich die Erfindung beschäftigt.

Ein weiteres Ziel ist die Kompressorregelung bei Teillast und Leerlauf.

Eine grundsätzliche Lösung dieser Probleme zeigt das kenn­ zeichnende Merkmal des Patentanspruchs 1 auf.

Diese Lösung beruht auf dem Gedanken, den maximal erreich­ baren Verdichterenddruck durch eine auf einen entsprechen­ den Maximaldruckgrenzwert festgelegte Druckentlastungsmaß­ nahme von vornherein zu begrenzen.

Eine zweckmäßige Maßnahme in diesem Sinne ist in dem An­ spruch 2 angegeben. Deren Wirkung läßt sich folgendermaßen erklären.

Die druckseitige axiale Abdichtung des von den Schrauben­ flanken der Läufer gebildeten Verdichtungsraumes erfolgt dadurch, daß die betreffenden Stirnflächen der Läufer einen möglichst kleinen und damit dichten Stirnflächenspalt mit der zugeordneten Stirnwand des Verdichtergehäuses, in der die Auslaßöffnung für das von den Läufern verdichtete Gas vorgesehen ist, aufweisen. Die Maßnahme nach Anspruch 2 er­ möglicht es, den erreichbaren Verdichtungsdruck durch eine gezielte temporäre Vergrößerung des Stirnflächenspaltes zu begrenzen. Konkret erreicht wird dies nach der Lehre dieses Anspruchs dadurch, daß die axiale Lagerung zumindest eines der Läufer verschiebbar ausgestaltet ist und zwar derart, daß eine Vergrößerung des Stirnflächenspaltes bei Über­ schreitung eines vorgegebenen Endverdichtungsgrenzdruckes durch eine axiale Verschiebung zumindest eines der Läufer ausgelöst wird. Bei vergrößertem Stirnflächenspalt fördert der Verdichter praktisch im Kurzschluß, wodurch der maximal erzielbare Verdichtungsdruck zwangsläufig gering bleiben muß.

Die maximal mögliche Stirnflächenspalterweiterung hängt von dem auf der Verdichteransaugseite zwischen der dortigen Ge­ häusestirnwand und dem angrenzenden Stirnflächen der Läufer ab. Denn nur um das Maß dieses Spieles ist eine Verschie­ bung des Hauptläufers und damit eine Vergrößerung des druckseitigen Stirnflächenspaltes möglich. Im Gegensatz zu dem druckseitigen Stirnflächenspalt kommt es bei dem an­ saugseitigen Spalt im Verdichterbetrieb nicht auf ein be­ sonders enges Maß an, da dort über den Umfang der Läufer betrachtet keine nennenswerten Druckunterschiede gegeben sind.

Tritt im Verdichterbetrieb eine unerwünscht hohe Druckerhö­ hung zwischen Ein- und Austrittsseite auf, so erhöht sich damit automatisch die auf die Läufer wirkende Axialkraft, die von den zwischen den Läufern und dem Verdichtergehäuse angeordneten Axiallagern aufgenommen werden muß. Ist bei­ spielsweise nur ein Axiallager an einem der Läuferenden vorgesehen, ist dieses Axiallager auf der Welle des Läufers radial fest aufgesetzt und mit Bezug auf die in dem Ver­ dichter während des Betriebes auftretenden Kräfte axial un­ verrückbar fixiert. In dem Verdichtergehäuse liegt dieses Lager radial frei und axial fixiert.

Durch Vorsehen eines axial elastisch nachgiebigen Teiles zwischen dem in dem Verdichtergehäuse liegenden Teil des Axiallagers und dem Gehäuse auf der den Axialdruck des Läu­ fers aufnehmenden Seite des Axiallagers läßt sich bei Über­ schreiten einer von dem Läufer ausgeübten Axialkraft eine axiale Verschiebung des Axiallagers in Richtung einer Ver­ größerung des druckseitig liegenden Stirnflächenspaltes zu­ mindest des Läufers erreichen.

Das axial nachgiebige Zwischenstück muß bei Unterschreiten des vorgegebenen Axialkraftgrenzwertes des Läufers wieder in denjenigen Zustand durch axiale Vergrößerung zurückge­ hen, in dem das druckseitige Stirnflächenspiel seinen für den Normalbetrieb des Verdichters eingestellten minimalen Wert besitzt.

Das die axiale Verschiebbarkeit des Axiallagers der Läufer des Verdichters bewirkende nachgiebige Teil kann nach An­ spruch 3 eine Feder und zwar insbesondere eine Tellerfeder sein.

Ist das in seiner axialen Ausdehnung veränderbare zwischen dem Axiallager und dem Verdichtergehäuse axial eingebrachte Teil eine Feder, so wird die druckseitige stirnflächenspalt­ erhöhende Axialverschiebung des Läufers bei Überschreiten einer bestimmten vorgegebenen Axialkraft des Läufers auto­ matisch ausgelöst. Bei Zurückgehen der Axialkraft des Läu­ fers unter den vorgegebenen Axialkraftgrenzwert nimmt der Läufer sodann wieder seine normale axiale Betriebslage mit möglichst geringem druckseitigem Stirnflächenspalt ein.

Anstelle einer Feder ist nach Anspruch 4 auch ein in seiner Axialausdehnung von außen steuerbares Teil einsetzbar. In diesem Fall kann die Axialverschiebung mindestens eines der Läufer über dieses Einbauteil beliebig von außen gesteuert werden. Das steuerbare Teil kann zum Beispiel ein in seiner axialen Länge hydraulisch veränderbarer Ring sein.

Alternativ zum federnden Element zwischen Axiallager und Gehäuse kann auch ein federndes Element am Läufer, zwischen dem Axiallager und der axialen Begrenzung des Lagers vorge­ sehen werden, wie in Fig. 1a dargestellt.

Bei einer alternativen erfindungsgemäßen Lösung nach An­ spruch 5 wird ein bauteilgefährdender Überdruck innerhalb des Verdichtergehäuses dadurch verhindert, daß in der druckseitig gelegenen Gehäusestirnwand an einer der Auslaß­ öffnung für das verdichtete Gas benachbarten Stelle, an der die Endverdichtung noch nicht erreicht ist, ein Druckbe­ grenzungs-Ventil vorgesehen ist. Dieses kann nach Anspruch 6 so ausgebildet sein, daß es mittels Hilfsenergie von au­ ßen steuerbar ist. In Kombination mit der üblichen Entla­ stung durch Schließen einer drosselseitigen Drosselklappe bei Regelvorgängen wird eine zusätzliche Entlastung er­ reicht, besonders dann, wenn dadurch eine Verbindung mit der Saugseite hergestellt werden kann. Die innere Verdichtung des Kompressors kann dadurch reduziert werden oder ganz aufgehoben werden.

Die Anbringung des Ventils an der Stirnfläche des Gehäuses ermöglicht bei breiten Rotorenzähnen, wie sie üblicherweise beim Hauptläufer vorkommen, sowohl Schadraum als auch eine Verbindung zwischen den Zahnlücken effektiv zu vermeiden

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt.

Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Schraubenver­ dichter mit axialverschiebbaren Läufern längs der Läuferachsen,

Fig. 1a einen Längsschnitt durch einen Schraubenver­ dichter mit axialverschiebbaren Läufern und ein federndes Element zwischen Axiallager und Läufer bzw. Läufermutter,

Fig. 2 eine Ansicht auf einen Schraubenverdichter mit einem druckbegrenzenden Ventil mit einem ge­ schnittenen Bereich,

Fig. 3 eine Ansicht auf die druckseitige Stirnfläche des Verdichtergehäuses nach der Linie III- III.

In einem Verdichtergehäuse 1 bestehend aus Läufergehäuse 1a, Anströmgehäuse 1b, Deckel 1c, Distanzring 1d sind als Läuferpaar ein Hauptläufer 2 und ein Nebenläufer 3 parallel zueinander axial und radial fixiert gelagert.

Die Stirnseiten der Schraubengänge der beiden Läufer 2 und 3 grenzen druckseitig an eine druckseitige Stirnwand 4 des Verdichtergehäuses 1 an. Im normalen Verdichterbetrieb ist zwischen der Gehäuse-Stirnwand 4 und den Stirnseiten der Schraubengänge der beiden Läufer 2 und 3 ein möglichst ge­ ringer Stirnflächenspalt eingestellt.

Bei einer unerwünscht hohen Drucküberlastung innerhalb des Verdichtergehäuses 1 geschieht folgendes.

Das Axiallager 5, das die in Richtung zur Ansaugseite des Verdichters auf den Hauptläufer 2 wirkende Druckkraft auf­ zunehmen hat, stützt sich in Richtung dieser Druckkraft über eine Tellerfeder 6 an dem Verdichtergehäuse 1 ab. Die­ se Tellerfeder 6 ist bezüglich ihrer Federkraft so ausge­ legt, daß sie das Axiallager 5 mit seiner dem Läufer 2 und 3 abgewandten Axialseite an die betreffende Abstützfläche des Verdichtergehäuses 1 andrückt. Radial außen ist das Axiallager 5 in dem Verdichtergehäuse 1 nicht fixiert. Übersteigt die den Hauptläufer 2 belastende Axialkraft ei­ nen vorgegebenen Grenzwert, so gibt die Tellerfeder 6 unter dieser Kraft nach, wodurch sich gleichzeitig der Hauptläu­ fer 2 in Richtung zur Einlaßseite des Verdichtergehäuses 1 verschiebt. Dadurch vergrößert sich der Stirnflächenspalt auf der Druckseite des Verdichtergehäuses 1 zwischen dem Hauptläufer 2 und der gehäuseseitigen Stirnwand 4. Hier­ durch kommt es über diesen vergrößerten Spalt zu einem Kurzschluß zwischen den Lücken der Flanken des Läufer 2, so daß eine Begrenzung des Verdichterenddruckes gegeben ist.

Falls auch der Nebenläufer 3 im Sinne des Hauptläufers 2 axial verschiebbar gelagert sein soll, so kann hier wieder­ um an der sinngemäß gleichen Stelle des dortigen Axialla­ gers 5 ein zusätzliches federndes Element, z. B. eine Tel­ lerfeder 6 vorgesehen werden. Da eine Axialkraftbelastung durch den Nebenläufer 3 im Verdichterbetrieb niedriger ist als bei dem Hauptläufer 2, müssen bei dem Wunsch nach einer gleich großen Stirnkantenabstandsvergrößerung die beiden federnden Elemente, z. B. Tellerfedern 6 kraftmäßig ent­ sprechend unterschiedlich ausgelegt sein. Falls das An­ sprechverhalten der beiden Federn 6 auf eine Auslösung ei­ ner Axialverschiebung des jeweiligen Läufers 2, 3 tatsäch­ lich unterschiedlich wäre, wäre dies für die Funktion der Erfindung im Prinzip unerheblich. Denn hierfür reicht es bereits aus, wenn bei einer Überschreitung eines vorgegebe­ nen Verdichtungsenddruckes wenigstens eines der Läufer 2 axial verschoben wird. Denn dann kommt der angestrebte Ver­ dichtungskurzschluß bereits zustande. Durch entsprechende Verschiebung des anderen Läufers 3 wird dieser nur noch vergrößert.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1b wird die Druckbe­ grenzung in ähnlicher Weise erreicht wie beim beschriebenen Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Bei Überschreitung einer vorgegebenen Druckgrenze werden die Läufer - beide oder nur einer - dadurch axial verschoben, daß das federnde Element 6 zwischen Lager und Läuferende seine Elastizität so ver­ formt wird, daß sich seine Länge ändert. Sobald der Druck den Grenzwert wieder unterschreitet, führt das federnde Element 6 die Läufer wieder in die Ursprungsposition zu­ rück. Dadurch nimmt der Stirnflächenspalt wieder die gerin­ ge Größe an, die für den Verdichtungsvorgang notwendig ist. In dem hier ausgeführten Beispiel ist die Federscheibe zwi­ schen den Ringen 7b und 7c vorgespannt. Damit wird eine axiale Bewegung der Läufer solange vermieden, wie der Druck und damit die axiale Kraft kleiner sind als die vorgegebe­ nen Grenzwerte.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 und 3 wird die Be­ grenzung des Verdichterenddruckes auf einen bestimmten Grenzwert durch das Vorsehen eines Druckbegrenzungsventiles 7 in der Stirnwand 4 des Verdichtergehäuses 1 erzielt. Die Lage der Öffnung dieses Ventiles 7 ist in der Stirnwand 4 mit Bezug auf die Verdichter-Auslaßöffnung 8 so ausgelegt, daß an der Ventil 7-Öffnung die volle Druckspitze noch nicht ansteht. Durch Öffnen des Ventils 7 kann damit ein vorgegebener Druckgrenzwert insgesamt nicht überschritten werden. Die Drehrichtung der beiden Läufer 2 und 3 ist in der Fig. 2 mit den Pfeilen A2 und A3 angedeutet und zwar jeweils mit Bezug auf die Mittelachse des jeweiligen Läu­ fers 2, 3.

Claims (7)

1. Schraubenverdichter mit zwei in einem Gehäuse an ihren Enden radial und axial gelagerten ineinander greifen­ den, ein Paar bildenden, im Verdichterbetrieb insbeson­ dere ölgeschmierten Schrauben-Läufern, deren Schrauben­ gänge zumindest auf der druckseitigen Stirnfläche flä­ chenschlüssig möglichst dicht mit einem voreinstellba­ ren Stirnkantenspaltmaß an einer die druckseitige Ge­ häuseauslaßöffnung enthaltenden Gehäusestirnwand anlie­ gen, dadurch gekennzeichnet, daß im Auslaßbereich des Verdichters eine Druckbegren­ zungseinrichtung (6, 7) vorgesehen ist.

2. Schraubenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbegrenzungseinrichtung (6) eine axial in Richtung der Ansaugseite des Verdichters elastisch nachgiebige oder reversibel verstellbare Abstützung der Axiallagerung (5) zumindest eines der Läufer (2) in dem Verdichtergehäuse (1) ist.

3. Schraubenverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die axial nachgiebige elastische Lagerung des Hauptläufers (2) und/oder Nebenläufers (3) ein Axialla­ ger (5) den Hauptläufer (2) und/oder Nebenläufers (3) in dem Verdichtergehäuse (1) abstützt, dessen axial in dem Verdichtergehäuse (1) fixierter Teil an der durch den Hauptläufer (2) durch dessen im Verdichterbetrieb wirkende Axialkraft beaufschlagten Stirnseite über ein federndes Element, insbesondere Tellerfeder (6), in dem Verdichtergehäuse (1) abgestützt ist, deren Federkraft auf diejenige Axialkraft des Hauptläufers (2) und/oder Nebenläufers (3) unter der sich der Hauptläufer (2) und/oder Nebenläufer (3) zur Vergrößerung des Stirnkan­ tenabstandes gegenüber der druckseitigen Verdichter­ stirnwand (4) vergrößern soll, abgestimmt ist.

4. Schraubenverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale reversible Verstellbarkeit der Axialla­ gerung (5) des Hauptläufers (2) in dem Verdichtergehäuse (1) über ein in seiner axialen Ausdehnung veränderbares in dem Verdichtergehäuse (1) zwischen dem an dem Ver­ dichtergehäuse (1) anliegendem Teil des Axiallagers (5) und dem Gehäuse selbst vorgesehenes Teil bewirkt wird, wobei diese Steuerbarkeit von außen mittels Hilfsener­ gie bewerkstelligt wird zwecks Regelung des Kompres­ sors.

5. Schraubenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der die Auslaßöffnung (8) enthaltenden Verdich­ tergehäusestirnwand (4) außerhalb der Druckauslaßöff­ nung (8) ein federbelastetes Druckbegrenzungsventil (7) in einem Bereich vorgesehen ist, in dem der Verdich­ tungsdruck in dem die Druckkammer des Verdichters bil­ denden Lückenbereich der einzelnen Schraubenflanken der Läufer (2, 3) noch nicht seinen maximalen Druck er­ reicht hat und daß dieses Ventil (7) bei Überschreiten eines vorgegebenen Öffnungsdruckes öffnet und den Druckabbau bewirkt.

6. Schraubenverdichter nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Gegensatz zu Anspruch 5 das Ventil nicht durch den Druck im Verdichtungsraum geöffnet wird, d. h. nicht als Druckbegrenzungsventil arbeitet, sondern mittels Hilfsenergie von außen gesteuert wird, wodurch diese Vorrichtung für die Kompressorregelung verwendet werden kann, da die innere Verdichtung vermindert oder gar aufgehoben werden kann.

7. Schraubenverdichter nach Anspruch 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Öffnen des Ventils (7) eine Verbindung zur Saugseite des Schraubenverdichters hergestellt wird.