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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft allgemein Rotationsverdichter und im einzelnen
Rotationsverdichter der Verdrängerbauart,
die zwei oder mehr innerhalb eines Gehäuses angeordnete Rotoren oder
Schrauben einschließen,
getragen durch Lager und geformt mit ineinandergreifenden spiralförmigen Nasen
und Nuten.
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HINTERGRUND
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Im
bekannten technischen Stand von Rotationsverdichtern wird offengelegt,
daß ein
Rotor angetrieben wird und wiederum durch ein Getriebesystem oder
unmittelbar ohne Zahnräder
den anderen Rotor antreibt. Die Rotoren berühren einander oder das Gehäuse nicht,
sondern haben kleine Spielräume zwischen
den Spitzen an den Nasen, den Paßflächen an den Rotoren und der
Innenfläche
des Gehäuses. Das
Gehäuse
wird mit einer Eintrittsöffnung
an dem einen Ende und einer Austrittsöffnung am entgegengesetzten
Ende versehen, wobei die Austrittsöffnung so proportioniert wird,
daß bewirkt
wird, daß der Druck
des gerade verdichteten Gases innerhalb des Kompressors erhöht wird,
bevor das Gas ausgestoßen
wird. Der Kompressor hat eine Arbeitskammer, in der ein Prozeßgas verdichtet
wird, und in einigen Fällen
wird eine Flüssigkeit,
wie beispielsweise Öl,
in die Kammer eingespritzt, um die ineinandergreifenden Rotoren
zu schmieren, die Spielräume
zwischen den Rotoren und dem Gehäuse
abzudichten und das gerade verdichtete Gas zu kühlen. In dem Fall, daß der eine
Rotor den anderen unmittelbar antreibt, überträgt die eingespritzte Flüssigkeit
die Antriebskraft von einem Rotor zum anderen. Stromabwärts vom
Kompressor kann dieses Öl
dadurch zurückgewonnen
werden, daß es
durch einen Abscheider geführt
wird, der es ermöglicht,
das Öl
von dem gasförmigen
Fluid abzuscheiden. Ein solcher Kompressor, der ein Schmiersystem
für die
Rotoren zum Abdichten und Kühlen
und in den meisten Fällen
zur Kraftübertragung
einsetzt, wird Tauchschraubenkompressor genannt. Er kann höhere Verdichtungsverhältnisse
erreichen als sogenannte trockene Kompressoren, die kein abdichtendes
Schmiermittel haben und auf einer Präzisionspassung der Rotoren
und Präzisionszahnrädern beruhen,
um zur Abdichtung (kontrollierter Leckverlust) eine sehr enge Passung
zwischen sich bewegenden Teilen aufrechtzuerhalten. Es ist wünschenswert,
Systeme, bei denen die Zahnräder
und die Lager, welche die Rotoren tragen, ebenfalls geschmiert werden,
mit einer gesonderten Ölzufuhr
zu einer Vielzahl von Lager- und
Zahnradkammern, die durch Dichtungen von der Arbeitskammer getrennt
werden, zu versehen.
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Die
folgende Offenlegung kann für
verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung von Bedeutung sein
und kann kurz zusammengefaßt
werden wie folgt:
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US 3 073 513 an Bailey unterrichtet über einen
Tauchschraubenkompressor, der einen gesonderten Ölzufuhrtank und eine Pumpe
einsetzt, um Öl für die Arbeitskammer
bereitzustellen. Es ist ein Öl
einer bestimmten Viskosität
erforderlich, um bei gegebenen Spielräumen, volumetrischen Verhältnissen von Öl und Gas
und Betriebsgeschwindigkeiten die gewünschte Abdichtung zu erreichen.
Der Auslaß aus
dem Kompressor schließt
einen Abscheider ein, in dem das Öl abgeschieden und zum Drucktank
zurückgeführt wird.
Die Lager und Zahnräder
werden durch eine gesonderte Ölzufuhr
geschmiert, die einen belüfteten
Tank und eine Pumpe umfaßt,
die den Lagern Öl
zuführt,
von denen es zurück
zum belüfteten
Tank abfließt.
Es wird vorgeschlagen, daß an
beiden Enden der Rotoren zwischen den zwei Ölsystemen Labyrinthdichtungen
verwendet werden können.
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Es
besteht jedoch ein Problem darin, daß die Dichtungen, welche die
zwei Ölsysteme
trennen oder das eine Ölsystem
von einem Prozeßfluid
trennen, entweder teuer in der Herstellung und Wartung sind, um
lecksichere Dichtungen zu gewährleisten,
oder sie sind preisgünstig
und einfach zu warten, ermöglichen
aber ein Auslaufen zwischen der Arbeitskammer und den Zahnrädern und
Lagern. Im letzteren Fall, wenn ein Auslaufen auftritt, gibt es
ein Problem, wenn das Prozeßfluid
in der Arbeitskammer korrodierend ist oder eine korrodierende Mischung
bildet, wenn es mit dem Öl
in Berührung
kommt. Ein Auslaufen von Öl,
falls vorhanden, und Prozeßfluids
aus der Arbeitskammer in die Lager und Zahnräder verursacht eine beschleunigte
Korrosion und einen vorzeitigen Ausfall der Lager und Zahnräder. Die
von Bailey vorgeschlagenen Labyrinthdichtungen arbeiten mit einem
gewissen Spiel, und folglich ist ein gewisses Maß an Auslaufen zu erwarten.
In diesem Fall, und insbesondere am Hochdruckende, wäre zu erwarten, daß etwas
von dem Leckverlust von Prozeßfluids
und Arbeitskammer-Schmiermittel in die Lager leckt und zu allen
Lagern und Zahnräder
umgewälzt
wird. Wenn das Prozeßgas
stark korrodierend ist, kann selbst ein kleines Maß eines
solchen Leckverlusts schädlich
für die
Lager sein und wird die Lebensdauer der Lager beträchtlich
verkürzen.
Ein Problem tritt auf, weil der Prozeß heruntergefahren und die
Lager ersetzt werden müssen,
bevor der Verschleiß der
Lager eine übermäßige Veränderung
des Spiels zwischen den Rotoren verursacht, die zu einer ernsten Beschädigung am
Kompressor führen
kann. Häufiges
Herunterfahren des Prozesses ist teuer und senkt die Produktivität.
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EP-A-0
775 812 legt eine Dichtungsanordnung für einen motorgetriebenen Lader
offen, bei welcher der Lader Außenluft
dadurch in eine Rotorkammer saugt, daß in der Rotorkammer ein Unterdruck
hergestellt wird, und den Rotor dreht, um die Luft in der Rotorkammer
zu verdichten. In einer Wellenkammer wird zwischen einer Öldichtung
und der Rotorkammer eine Luftkammer definiert. Von der Luftkammer
erstreckt sich ein Luftdurchgang nach außen, so daß ein Über- oder Unterdruck der von
der Rotorkammer zur Luftkammer ausleckenden Luft gesenkt oder erhöht wird,
wenn die Luft in die Luftkammer eintritt, die über den ersten Luftdurchgang
mit dem Äußeren in
Verbindung steht.
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JP-A-06
346 882 legt eine Vakuumpumpe offen, bei der ein Getriebegehäuse eine Ölwanne einschließt. Eine
Wellendichtung zwischen der Pumpenarbeitskammer und dem Getriebegehäuse wird
mit einem inerten Gas gefüllt.
Der an der Dichtung vorbei in die Ölkammer ausleckende Teil des
inerten Gases wird durch ein Drosselventil abgelassen, das wiederum
so gesteuert wird, daß es
die Menge des in die Arbeitskammer der Vakuumpumpe strömenden inerten Gases
verringert.
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In
EP-A-0 859 154 benutzt die Schraubenpumpe Zwischenkammern, aus denen
Pufferluft und Lageröl
bzw. Wasser aus der Pumpenkammer abgelassen werden, wobei der Druck
in der Lagerkammer auf Atmosphärenniveau
liegt, wodurch für
die beabsichtigte Wirkung insgesamt vier Dichtelemente notwendig
sind.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Kurz
gesagt, und nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird ein
Verfahren bereitgestellt zum Schmieren und Abdichten von Lagern
und Zahnrädern,
die einer Vielzahl von Rotoren eines Schraubenkompressors zugeordnet
sind, und Isolieren eines zu komprimierenden Prozeßfluids
von einem Schmiermittel für
die Lager und Zahnräder,
wobei der Schraubenkompressor das Prozeßfluid und die Rotoren in einer
Arbeitskammer hat, die Rotoren Wellen haben, die durch die Lager
getragen werden, die Lager in einer Vielzahl von Lagerkammern untergebracht
werden, die Wellen von der Arbeitskammer zu den Lagern in den Lagerkammern
hindurchgehen, die Arbeitskammer ein Niederdruck-Einlaßende und ein
Hochdruck-Auslaßende
für das
komprimierbare Fluid hat, wobei das Verfahren folgendes umfaßt: Bereitstellen
eines niedrigen Lagerkammerdrucks für eine erste Lagerkammer angrenzend
an das Niederdruck-Einlaßende
der Arbeitskammer, wobei der niedrige Lagerkammerdruck wenigstens
etwa 90 % des Drucks am Niederdruck-Einlaßende der Arbeitskammer entspricht,
Bereitstellen eines hohen Lagerkammerdrucks für eine zweite Lagerkammer angrenzend
an das Hochdruck-Auslaßende
der Arbeitskammer, wobei der hohe Lagerkammerdruck wenigstens etwa
90 % des Durchschnittsdrucks am Niederdruck-Einlaßende der
Arbeitskammer entspricht,
Pumpen von Öl unter Druck zu den Lagern
in der Vielzahl von Lagerkammern,
Abdichten der ersten und
der zweiten Lagerkammer gegenüber
der Arbeitskammer durch Dichtungen, die eine Bohrung um jede Rotorwelle
haben, wobei die Dichtungen einen Körper umfassen, der ein erstes Ende
angrenzend an die Arbeitskammer und ein zweites Ende angrenzend
an eine Lagerkammer und eine Innennut in der Bohrung zwischen den
Enden hat, wobei die Innennut jeder Dichtung mit einer Quelle eines
Puffergases verbunden wird, Bereitstellen eines Puffergases für die Dichtungen
angrenzend an die erste Lagerkammer, wobei das Puffergas angrenzend
an die Nut einen niedrigen Druck hat, der größer ist als der niedrige Lagerkammerdruck,
wobei ein Teil des Niederdruck-Puffergases
in die erste Lagerkammer eintritt, Bereitstellen eines Puffergases für die Dichtungen
angrenzend an die zweite Lagerkammer, wobei das Puffergas angrenzend
an die Nut einen hohen Druck hat, der größer ist als der hohe Lagerkammerdruck,
wobei ein Teil des Hochdruck-Puffergases in die zweite Lagerkammer
eintritt,
Freisetzen des Öls
in der ersten Lagerkammer und des Teils des Niederdruck-Puffergases
aus der ersten Lagerkammer, um den niedrigen Lagerkammerdruck aufrechtzuerhalten,
und Freisetzen des Öls
in der zweiten Lagerkammer und des Teils des Hochdruck-Puffergases
aus der zweiten Lagerkammer, um den hohen Lagerkammerdruck aufrechtzuerhalten.
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Nach
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
bereitgestellt zum Schmieren und Abdichten der Lager und Zahnräder, die
einer Vielzahl von Rotoren eines Schraubenkompressors zugeordnet
sind, und Isolieren eines zu komprimierenden Prozeßfluids
von einem Schmiermittel für
die Lager und Zahnräder,
wobei der Kompressor ein Prozeßfluid
und die Rotoren in einer Arbeitskammer hat, die Rotoren Wellen haben,
die durch die Lager getragen werden, die Lager in einer Vielzahl
von Lagerkammern untergebracht werden, die Wellen von der Arbeitskammer
zu den Lagern in den Lagerkammern hindurchgehen, die Arbeitskammer
ein Niederdruck-Einlaßende
und ein Hochdruck-Auslaßende für das komprimierbare
Fluid hat, wobei das Verfahren folgendes umfaßt: Bereitstellen einer ersten
Lagerkammer angrenzend an das Niederdruck-Einlaßende der Arbeitskammer, Bereitstellen
einer zweiten Lagerkammer angrenzend an das Hochdruck-Auslaßende der
Arbeitskammer, Pumpen von Öl
unter Druck zu den Lagern in der Vielzahl von Lagerkammern, Abdichten
der ersten und der zweiten Lagerkammer gegenüber der Arbeitskammer durch
Dichtungen, die eine Bohrung um jede Rotorwelle haben, wobei die
Dichtungen einen Körper
umfassen, der ein erstes Ende angrenzend an die Arbeitskammer und
ein zweites Ende angrenzend an eine Lagerkammer und eine Innennut
in der Bohrung zwischen den Enden hat, wobei die Innennut jeder Dichtung
mit einer Quelle eines Puffergases verbunden wird, Zuführen eines
Niederdruck-Puffergases mit einer ersten vorher festgelegten Fließgeschwindigkeit
zu den Dichtungen angrenzend an die erste Lagerkammer, wobei ein
erster Teil des Niederdruck-Puffergases in die erste Lagerkammer
eintritt, Zuführen
eines Hochdruck-Puffergases mit einer zweiten vorher festgelegten
Fließgeschwindigkeit
zu den Dichtungen angrenzend an die zweite Lagerkammer, wobei ein
erster Teil des Hochdruck-Puffergases in die zweite Lagerkammer
eintritt, Freisetzen des Öls
in der ersten Lagerkammer und des ersten Teils des Niederdruck-Puffergases
aus der ersten Lagerkammer und Begrenzen des Fließens des
freigesetzten Niederdruck-Puffergases auf eine Geschwindigkeit,
die niedriger ist als die erste vorher festgelegte Geschwindigkeit,
um in der ersten Lagerkammer einen niedrigen Druck zu entwickeln
und einen zweiten Teil des Niederdruck-Puffergases zu zwingen, in die
Arbeitskammer einzutreten, und Freisetzen des Öls in der zweiten Lagerkammer
und des ersten Teils des Hochdruck-Puffergases aus der zweiten Lagerkammer
und Begrenzen des Fließens
des freigesetzten Hochdruck-Puffergases auf eine Geschwindigkeit,
die niedriger ist als die zweite vorher festgelegte Geschwindigkeit,
um in der zweiten Lagerkammer einen hohen Druck zu entwickeln und
einen zweiten Teil des Hochdruck-Puffergases zu zwingen, in die Arbeitskammer
einzutreten.
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Nach
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung
bereitgestellt zum Schmieren und Abdichten der Lager und Zahnräder, die
einer Vielzahl von Rotoren eines Schraubenkompressors zugeordnet
sind, und Isolieren eines zu komprimierenden Prozeßfluids
von einem Schmiermittel für
die Lager und Zahnräder,
wobei der Kompressor das Prozeßfluid
und die Rotoren in einer Arbeitskammer hat, die Rotoren Wellen haben,
die durch die Lager getragen werden, die Lager in einer Vielzahl
von Lagerkammern untergebracht werden, die Wellen von der Arbeitskammer
zu den Lagern in den Lagerkammern hindurchgehen, die Arbeitskammer
ein Niederdruck-Einlaßende
und ein Hochdruck-Auslaßende für das komprimierbare
Fluid hat, wobei die Vorrichtung folgendes umfaßt: eine erste Lagerkammer
angrenzend an das Niederdruck-Einlaßende der Arbeitskammer, Mittel
zum Bereitstellen eines niedrigen Lagerkammerdrucks für die erste
Lagerkammer, wobei der niedrige Lagerkammerdruck wenigstens etwa
90 % des Drucks am Niederdruck-Einlaßende der Arbeitskammer entspricht, eine
zweite Lagerkammer angrenzend an das Hochdruck-Auslaßende der
Arbeitskammer, Mittel zum Bereitstellen eines hohen Lagerkammerdrucks
für die
zweite Lagerkammer, wobei der hohe Lagerkammerdruck wenigstens etwa
90 % des Durchschnittsdrucks am Hochdruck-Auslaßende der Arbeitskammer entspricht,
eine Vielzahl von Dichtungen angrenzend an jede Lagerkammer und
an jeder Rotorwelle, um die erste und die zweite Lagerkammer gegenüber der
Arbeitskammer abzudichten, wobei die Dichtungen eine Bohrung um
jede Rotorwelle haben, wobei die Dichtungen einen Körper umfassen,
der ein erstes Ende angrenzend an die Arbeitskammer und ein zweites
Ende angrenzend an eine Lagerkammer und eine Innennut in der Bohrung
zwischen den Enden hat, wobei eine Quelle eines unter Druck gesetzten Puffergases
mit der Innennut jeder Dichtung verbunden wird, ein erstes Druckregelmittel
zwischen der Quelle und den Dichtungen der ersten Lagerkammer, um
einen niedrigen Puffergasdruck bereitzustellen, der größer ist
als der niedrige Lagerkammerdruck für die Nut in den Dichtungen
in der ersten Lagerkammer, wobei ein Teil des Niederdruck-Puffergases
in die erste Lagerkammer hindurchgeht, und ein zweites Druckregelmittel
zwischen der Quelle und den Dichtungen der zweiten Lagerkammer,
um einen hohen Puffergasdruck bereitzustellen, der größer ist
als der hohe Lagerkammerdruck für
die Nut in den Dichtungen in der zweiten Lagerkammer, wobei ein
Teil des Hochdruck-Puffergases in die zweite Lagerkammer hindurchgeht.
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Nach
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung
bereitgestellt zum Schmieren und Abdichten der Lager und Zahnräder, die
einer Vielzahl von Rotoren eines Schraubenkompressors zugeordnet
sind, und Isolieren eines zu komprimierenden Prozeßfluids
von einem Schmiermittel für
die Lager und Zahnräder,
wobei der Kompressor ein Prozeßfluid
und die Rotoren in einer Arbeitskammer hat, die Rotoren Wellen haben,
die durch die Lager getragen werden, die Lager in einer Vielzahl
von Lagerkammern untergebracht werden, die Wellen von der Arbeitskammer
zu den Lagern in den Lagerkammern hindurchgehen, die Arbeitskammer
ein Niederdruck-Einlaßende
und ein Hochdruck-Auslaßende für das komprimierbare
Fluid hat, wobei die Vorrichtung folgendes umfaßt: eine erste Lagerkammer
angrenzend an das Niederdruck-Einlaßende der Arbeitskammer, eine
zweite Lagerkammer angrenzend an das Hochdruck-Auslaßende der Arbeitskammer,
eine Vielzahl von Dichtungen angrenzend an jede Lagerkammer und
an jeder Rotorwelle, um die erste und die zweite Lagerkammer gegenüber der
Arbeitskammer abzudichten, wobei die Dichtungen eine Bohrung um
jede Rotorwelle haben, wobei die Dichtungen einen Körper umfassen,
der ein erstes Ende angrenzend an die Arbeitskammer und ein zweites
Ende angrenzend an eine Lagerkammer und eine Innennut in der Bohrung
zwischen den Enden hat, wobei eine Quelle eines unter Druck gesetzten
Puffergases mit der Innennut jeder Dichtung verbunden wird, ein
erstes Durchflußregelmittel
zwischen der Quelle und den Dichtungen der ersten Lagerkammer, das
einen vorher festgelegten Fluß von Niederdruck-Puffergas
zu der Nut in den Dichtungen in der ersten Lagerkammer bereitstellt,
wobei ein Teil des Niederdruck-Puffergases in die erste Lagerkammer
hindurchgeht, ein zweites Durchflußregelmittel zwischen der Quelle
und den Dichtungen der zweiten Lagerkammer, um einen vorher festgelegten
Fluß von
Hochdruck-Puffergas zu der Nut in den Dichtungen in der zweiten
Lagerkammer bereitzustellen, wobei ein Teil des Hochdruck-Puffergases
in die zweite Lagerkammer hindurchgeht, ein drittes Durchflußregelmittel,
das einen Fluß von
Niederdruck-Puffergas von der ersten Lagerkammer mit einer Geschwindigkeit
bereitstellt, die geringer ist als der vorher festgelegte Fluß des Niederdruck-Puffergases,
und ein viertes Durchflußregelmittel,
das einen Fluß von Hochdruck-Puffergas
von der zweiten Lagerkammer mit einer Geschwindigkeit bereitstellt,
die geringer ist als der vorher festgelegte Fluß des Hochdruck-Puffergases.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ABBILDUNGEN
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Andere
Merkmale der vorliegenden Erfindung werden offensichtlich im Fortgang
der folgenden Beschreibung und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen,
in denen:
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1A und 1B einen
Seitenaufriß und einen
Stirnaufriß eines
Schraubenkompressors zeigen,
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1C eine
teilweise Schnittansicht 1C-1C durch den Kompressor von 1A zeigt,
welche die ineinandergreifenden Nasen der Rotoren zeigt,
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2 eine
Schnittansicht 2-2 durch die Rotorachsen des Kompressors von 1B zeigt,
die Labyrinthdichtungen an den Rotorwellen und Durchgänge für Lagerdichtungsschmiermittel
und Puffergas zeigt,
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3 eine
vergrößerte Ansicht
einer der Labyrinthdichtungen von 2 zeigt,
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4 ein
Fluidschema für
die der Arbeitskammer, den Lagerkammern und den Dichtungen zugeführten Fluids
zeigt.
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Während die
vorliegende Erfindung in Verbindung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel derselben
beschrieben wird, wird es sich verstehen, daß nicht beabsichtigt ist, die
Erfindung auf dieses Ausführungsbeispiel
zu begrenzen. Im Gegenteil ist beabsichtigt, daß sie alle Alternativen, Modifikationen und Äquivalente
abdeckt, die innerhalb des Geistes und des Rahmens der Erfindung
eingeschlossen werden können,
wie sie durch die angefügten
Ansprüche
definiert werden.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es
wird nun Bezug genommen auf die Zeichnungen, in denen die Darstellungen
dem Zweck dienen, ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
zu illustrieren, und nicht dazu, dieselbe zu begrenzen.
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1A, 1B und 1C zeigen
einen Rotationsverdichter 20, der ein Gehäuse 22 umfaßt, das
wenigstens einen Vaterrotor 24 und wenigstens einen Mutterrotor 26 in
einer Arbeitskammer 28 (gezeigt in 1C, die
eine teilweise Schnittansicht 1C-1C von 1A ist)
und einen Einlaß 30 für ein komprimierbares
Prozeßfluid
und einen Auslaß 32 für ein komprimiertes
Prozeßfluid
enthält.
Der Vaterrotor wird über
eine Welle 34 angetrieben, die an einer Quelle einer Drehbewegung
(nicht gezeigt), wie beispielsweise einem elektrischen, dampfgetriebenen,
hydraulischen oder Verbrennungsmotor oder dergleichen, befestigt
würde.
Der Prozeßfluideinlaß 30 steht,
obwohl er angeordnet an der Seite der Rotoren gezeigt wird, in Verbindung
mit Durchgängen innerhalb
des Gehäuses,
die das Prozeßfluid,
wie es in 1A gezeigt wird, zum linken
Ende der Rotoren leiten. Das Prozeßfluid strömt längs der Länge der Rotoren von links nach
rechts und wird zwischen den Rotoren und gegen das rechte Ende der
Arbeitskammer verdichtet, bevor es zum Auslaß 32 geleitet und durch
denselben ausgestoßen
wird. Solche Kompressoren sind auf dem Gebiet bekannt und es wird angenommen,
daß keine
weitere Erläuterung
ihres Verdichtungsbetriebs erforderlich ist.
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2 ist
eine Schnittansicht 2-2 von 1B und
zeigt weitere Aspekte des Rotationsverdichters. Ein Abschnitt des
Gehäuses
am Antriebswellenende ist der Klarheit wegen weggeschnitten worden. Durchgänge 36 und 38 verbinden
den Einlaß 30 mit dem
Einlaßende 40 des
Mutterrotors 26 bzw. mit dem Einlaßende 42 des Vaterrotors 24.
Das Gehäuse 22 schließt zusätzlich zur
Arbeitskammer 28 außerdem eine
Vielzahl von Lagerkammern, wie beispielsweise die Lager- und Zahnradkammer 44,
die Lagerkammer 46 und die Lagerkammer 48, ein.
Innerhalb der Lager- und Zahnradkammer 44 befinden sich
ein Kugellager 50 und ein Rollenlager 52, welche
die Antriebswelle 34 und ein daran befestigtes Antriebsrad 54 tragen.
Das Antriebsrad 54 greift mit einem Antriebsritzel 56 auf
einer Rotorwelle 58 des Vaterrotors 24 ineinander.
Ein Rollenlager 60 trägt
das Zahnradende der Rotorwelle 58. Eine Rotorwelle 62 des Mutterrotors 26 wird
durch ein Rollenlager 64 getragen. Die Rollenlager 60 und 64 befinden
sich ebenfalls innerhalb der Lager- und Zahnradkammer 44.
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Am
Auslaßende
des Vaterrotors 24 wird die Rotorwelle 58 durch
ein Paar von abgewinkelten Rollenlagern 66a und 66b getragen,
die in der Lagerkammer 46 angeordnet werden. Am Auslaßende des Mutterrotors 26 wird
die Rotorwelle 62 durch ein Paar von abgewinkelten Rollenlagern 68a und 68b getragen,
die in der Lagerkammer 48 angeordnet werden. Zusätzlich zum
Tragen von Radiallasten nehmen die abgewinkelten Rollenlager an
den jeweiligen Wellen die gesamte Axiallast auf den jeweiligen Wellen
auf um dadurch die Rotoren in Axialrichtung genau im Gehäuse zu positionieren.
Alle zuvor erwähnten Lager
werden durch herkömmliche
Mittel an den Wellen gehalten und werden durch das Gehäuse 22 getragen
und positioniert und werden durch herkömmliche Mittel an ihrem Platz
im Gehäuse
gehalten. Am Auslaßende 70 der
Arbeitskammer 28 ist eine dreieckig geformte Öffnung 72 wenigstens
teilweise in der Seitenwand der Arbeitskammer zu sehen, wobei diese Öffnung in
Fluidverbindung mit dem Auslaß 32 (gezeigt
in 1A und 1B) steht.
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Zwischen
dem Lager 60 in der Lager- und Zahnradkammer 44 und
der Arbeitskammer 28 befindet sich eine Labyrinthdichtung 74,
die im Gehäuse 22 angebracht
wird und die Vaterrotorwelle 58 umschließt. Zwischen
dem Lager 64 in der Lager- und Zahnradkammer 44 und
der Arbeitskammer 28 befindet sich eine Labyrinthdichtung 76,
die im Gehäuse 22 angebracht
wird und die Mutterrotorwelle 62 umschließt. Zwischen
dem Lager 66a in der Lagerkammer 46 und der Arbeitskammer 28 befindet
sich eine Labyrinthdichtung 78, die im Gehäuse 22 angebracht wird
und die Vaterrotorwelle 58 umschließt. Zwischen dem Lager 68a in
der Lagerkammer 48 und der Arbeitskammer 28 befindet
sich eine Labyrinthdichtung 80, die im Gehäuse 22 angebracht
wird und die Mutterrotorwelle 62 umschließt. Die
Labyrinthdichtungen 74 und 76 sind dafür vorgesehen,
das Strömen
eines Schmierfluids von der Lager- und Zahnradkammer 44 in
die Arbeitskammer 28 zu hemmen und das Strömen eines
Prozeßfluids
und eines beliebigen Rotor-Schmier- und Dichtfluids von der Arbeitskammer 28 in
die Lager- und Zahnradkammer 44 zu hemmen. Die Labyrinthdichtung 78 ist
dafür vorgesehen,
das Strömen
eines Schmierfluids von der Lagerkammer 46 in die Arbeitskammer 28 zu
hemmen und das Strömen
eines Prozeßfluids
und eines beliebigen Rotor-Schmier- und Dichtfluids von der Arbeitskammer 28 in
die Lagerkammer 46 zu hemmen. Die Labyrinthdichtung 80 ist
dafür vorgesehen,
das Strömen eines
Schmierfluids von der Lagerkammer 48 in die Arbeitskammer 28 zu
hemmen und das Strömen
eines Prozeßfluids
und eines beliebigen Rotor-Schmier-
und Dichtfluids von der Arbeitskammer 28 in die Lagerkammer 48 zu
hemmen.
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3 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
der Labyrinthdichtung 78 um die Welle 58, die
typisch für die
anderen Labyrinthdichtungen ist. Sie umfaßt einen hohlen zylindrischen
Körper 82 und
eine Vielzahl von kreisförmigen
Rippen 84, die eine Innenbohrung 86 bilden. Die
Rippen werden zur Arbeitskammer 28 hin, in welcher der
Vaterrotor 24 ruht, abgewinkelt. Die Rippen 84 werden
gleichmäßig von
einem Lagerkammerende 88 der Dichtung 78 zu einem
Arbeitskammerende 90 der Dichtung verteilt. Zwischen den Enden 88 und 90 befindet
sich eine umlaufende Nut 92, bei der eine der Rippen weggelassen
wird. Es gibt eine Vielzahl von in Radialrichtung ausgerichteten
Löchern,
wie beispielsweise Löchern 94 und 96, die
sich von der Nut 92 durch den Körper 82 erstrecken.
An der äußeren Zylinderfläche des
Körpers 82 befindet
sich eine umlaufende Nut 98, die in Axialrichtung mit einem
Durchgang 100 im Gehäuse 22 ausgerichtet
wird. Von der Nut 98 erstrecken sich zu jedem der Vielzahl
von Löchern,
wie beispielsweise den Löchern 94 und 96,
in Axialrichtung ausgerichtete Schlitze, wie beispielsweise ein
Schlitz 102, der mit dem Loch 94 verbunden wird,
und ein Schlitz 104, der mit dem Loch 96 verbunden
wird. Ebenfalls befinden sich auf der äußeren Zylinderfläche des
Körpers 82 zwei
O-Ring-Nuten, eine Nut 106 angrenzend an das Ende 88 und
eine Nut 108 angrenzend an das Ende 90. Sie werden
zum Halten von O-Ringen, wie beispielsweise eines O-Rings 110,
ausgelegt, die mit dem Gehäuse 22 zusammenwirken,
um die Nut 98 gegenüber
der Arbeitskammer 28 und der Lagerkammer 46 abzudichten.
Es können
bei der Erfindung auch andere Arten von Dichtungen, wie beispielsweise
eine eng passende gerade gebohrte Dichtung ohne Rippen, verwendet
werden, obwohl Labyrinthdichtungen bevorzugt werden. Es wird angenommen,
daß die Labyrinthdichtungen
die Aufgabe besser erfüllen,
eine Dochtwirkung für Öl durch
die Dichtungen längs
der Rotorwellen zu verhindern, da die Geschwindigkeit eines längs einer
Welle strömenden Puffergases
gesteigert wird, wenn es jede Rippe in der Dichtung passiert. Die
hohe Geschwindigkeit stoppt das Vordringen von Öl längs einer Welle.
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Unter
Bezugnahme auf 2 gibt es eine Vielzahl von
Fluiddurchgängen
im Gehäuse 22,
um Öl zu
den Lagern und Zahnrädern
zu leiten und um ein Puffergas zu den Dichtungen zu leiten. Ein
Durchgang 112 leitet frisch gefiltertes Öl zu den
Zahnrädern 54 und 56 und
zu den Lagern 50 und 60 in der Kammer 44.
Ein Durchgang 114 leitet frisch gefiltertes Öl zu den
Lagern 52 und 64 in der Kammer 44. Ein Durchgang 116 leitet
frisch gefiltertes Öl
zu den Lagern 66a und 66b in der Kammer 46.
Ein Durchgang 118 leitet frisch gefiltertes Öl zu den
Lagern 68a und 68b in der Kammer 48.
Ein Durchgang 120 leitet ein Puffergas zur Dichtung 74,
und ein Durchgang 122 leitet ein Puffergas zur Dichtung 76.
Ein Teil des Puffergases von den Dichtungen 74 und 76 leckt
zur Arbeitskammer 28 aus, und ein Teil davon leckt zur Kammer 44 aus.
Ein Durchgang 100 leitet ein Puffergas zur Dichtung 78,
und ein Durchgang 124 leitet ein Puffergas zur Dichtung 80.
Ein Teil des Puffergases von der Dichtung 78 leckt zur
Arbeitskammer 28 aus, und ein Teil davon leckt zur Kammer 46 aus.
Ein Teil des Puffergases von der Dichtung 80 leckt zur
Arbeitskammer 28 aus, und ein Teil davon leckt zur Kammer 48 aus.
Ein Durchgang 126 leitet einen großen Prozentsatz des Puffergases
von dem Abschnitt der Kammer 46 zwischen der Dichtung 78 und
dem Lager 66a zu einem Ort außerhalb des Gehäuses 22. Dies
hat den Zweck, das Puffergas ausströmen zu lassen, so daß es nicht
durch die Lager 66a und 66b gehen muß, bevor
es aus der Kammer 46 entfernt werden kann. Ähnlich leitet
ein Durchgang 128 einen großen Prozentsatz des Puffergases
von dem Abschnitt der Kammer 48 zwischen der Dichtung 80 und dem
Lager 68a zu einem Ort außerhalb des Gehäuses 22.
Ein Durchgang 130 leitet Öl und etwas Puffergas von der
Kammer 46 zu einem Ort außerhalb des Gehäuses 22.
Ein Durchgang 132 leitet Öl und etwas Puffergas von der
Kammer 48 zu einem Ort außerhalb des Gehäuses 22.
Ein Durchgang 134 leitet Öl und etwas Puffergas von der
Kammer 44 zu einem Ort außerhalb des Gehäuses 22.
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Es
wird nun Bezug auf 4 genommen, um das Öl- und Puffergassystem
zu beschreiben. Zum leichteren Verständnis der Arbeitsweise des
Systems werden in der Abbildung einige typische Drücke und Durchflußmengen
illustriert, aber es versteht sich, daß diese Werte die Erfindung
nicht eingrenzen und für
unterschiedliche Anwendungen unterschiedlich sein werden. Es wird
gezeigt, daß das
Prozeßgas durch
den Einlaß 30 mit
einem Druck von etwa 13,79~20,68 kPa (2–3 Pfund/Quadratzoll) von einer Prozeßgasquelle 136 durch
eine Einlaßleitung 137 in die
Arbeitskammer eintritt. Das Prozeßgas wird in der Arbeitskammer 28 auf
einen Druck von etwa 689,5 kPa (100 Pfund/Quadratzoll) verdichtet
und wird durch den Auslaß 32 ausgestoßen. Dieser
Maximaldruck wird an den Enden der Nasen an dem Vater- und dem Mutterrotor
erreicht, die an der dreieckig geformten Öffnung 72 (2)
in der Seite der Kammer 28 vorbeigehen. Der Druck an anderen
Nasen ist in diesem Augenblick etwas niedriger, und so wird der Durchschnittsdruck
um jede Rotorwelle etwas niedriger sein. Im Fall eines Tauchschraubenkompressors kann über eine
Leitung 135 ein Schmiermittel in den Einlaß 30 eingespritzt
werden (oder es kann unmittelbar in die Arbeitskammer 28 eingespritzt
werden), und das Prozeßgas
und das Schmiermittel können durch
einen Ölabscheider 138 hindurchgehen,
der ebenfalls als Ölbehälter dient. Öl aus dem
Abscheider kann in einem Behälter 140 gesammelt
und durch eine Pumpeneinheit 142 zurück zum Einlaß gepumpt werden,
um wiederverwendet zu werden. Die Pumpeneinheit 142 kann
solche Zubehörteile
wie einen Filter, einen Kühler,
einen Druckregler und dergleichen einschließen.
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Um
den Lagern sowohl an der Niederdruck-Einlaßseite des Verdichters als
auch an der Hochdruck-Auslaßseite Öl zuzuführen, wird
ein erster, vom Behälter 140 gesonderter, Ölbehälter 144 mit
einer Pumpeneinheit 146 versehen, die einen Druckregler 150 einschließt. Dieser
erste Ölbehälter kann
ebenfalls als Öl-/Gasabscheider
dienen, wenn Öl
und Gas in ihn eingeleitet werden. Die Pumpeneinheit 146 kann
solche Zubehörteile
wie einen Filter, einen Kühler
und dergleichen einschließen.
Von einer Hauptöldruckleitung 152 weg
führen
Zweigleitungen 154, 156 zur Hochdruckseite und
Zweigleitungen 158 und 160 zur Niederdruckseite.
Unter Bezugnahme auf 2 (welche die Durchgänge zeigt)
und 4 würde
die Zweigleitung 154 mit dem Durchgang 116 im
Gehäuse 22 (2)
verbunden, die Leitung 156 mit dem Durchgang 118,
die Leitung 158 mit dem Durchgang 114 und die
Leitung 160 mit dem Durchgang 112. Jede Zweigleitung,
wie beispielsweise die Leitung 154, enthält ein Nadelventil,
wie beispielsweise das Ventil 162, und einen Durchflußanzeiger,
wie beispielsweise den Anzeiger 164, um den Durchfluß zwischen
dem Hochdruck der Hauptleitung und dem Druck der betreffenden Lagerkammer zu
kontrollieren, Kammer 46 für Leitung 154, Kammer 48 für Leitung 156 und
Kammer 44 für
die Leitungen 158 und 160. Auf der Niederdruckseite
des Verdichters würde
der Druck in der Lager- und Zahnradkammer 44 so geregelt
werden, daß er
etwa der gleiche ist wie der Einlaßdruck der Arbeitskammer 28 oder
etwa 20,68 kPa (3 Pfund/Quadratzoll) beträgt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
würde der
Druck in der Lager- und Zahnradkammer 44 so geregelt werden,
daß er
wenigstens 90 % des Einlaßdrucks
der Arbeitskammer 28 beträgt. Dies könnte durch ein Meßgerät 161 in
Fluidverbindung mit der Lagerkammer 44 überwacht werden. Auf der Hochdruckseite
des Verdichters würde
der Druck in den Lagerkammern 46 und 48 so geregelt
werden, daß er etwa
der gleiche ist wie der Durchschnittsdruck um die Rotorwellen am
Auslaßende 70 (siehe 2)
der Arbeitskammer oder etwa 448,17 kPa (65 Pfund/Quadratzoll) für einen
maximalen Auslaßdruck von
689,5 kPa (100 Pfund/Quadratzoll) beträgt. Dies könnte durch ein Meßgerät 157 in
Fluidverbindung mit der Lagerkammer 46 und durch ein Meßgerät 159 in
Fluidverbindung mit der Lagerkammer 48 überwacht werden. Die Durchflußgeschwindigkeiten
für das Öl in den
Zweigleitungen zu den Lagern würden etwa
3,03 l/min (0,8 Gallonen pro Minute) betragen. Dadurch, daß der Druck
des Öls
in den Lagerkammern bei einem Niveau gehalten wird, das an jedem Ende
der Arbeitskammer etwa dem Druck des Prozeßfluids entspricht, gibt es
eine kleine oder keine Triebkraft, die ein Vermischen des Lageröls und des Prozeßfluids
(und eines beliebigen Schmiermittels in der Arbeitskammer) fördert.
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Um
allen Dichtungen sowohl für
die Niederdruckseite als auch für
die Hochdruckseite des Verdichters ein Puffergas zuzuführen, werden
von einer einzigen Quelle eines Puffergases 163, wie beispielsweise
Luft oder Stickstoff oder dergleichen, zwei Puffergas-Hauptzufuhrleitungen
bereitgestellt. Eine Niederdruck-Hauptzufuhrleitung 165 wird
mit einem Niederdruckregler 166 versehen, der einen Druck
von etwa 689,5 kPa (100 Pfund/Quadratzoll) bei 198,1 l/min [7 Normalkubikfuß pro Minute
(scfm)] bereitstellt, der zwei Zweigleitungen 168 und 170 versorgt. Eine
Hochdruck-Hauptzufuhrleitung 172 wird mit einem Hochdruckregler 174 versehen,
der einen Druck von etwa 723,97 kPa (105 Pfund/Quadratzoll) bei 283
l/min (10 scfm) bereitstellt, der zwei Zweigleitungen 176 und 178 versorgt.
Jede Zweigleitung, wie beispielsweise die Leitung 168,
hat einen Rota-Durchflußmesser,
wie beispielsweise den Rota-Durchflußmesser 180,
der ein Nadelventil und einen Durchflußanzeiger einschließt, um den
Durchfluß zwischen
dem Druck der betreffenden Hauptleitung und dem Druck der betreffenden
Lagerkammer zu kontrollieren, Kammer 44 für die Leitungen 168 und 170,
Kammer 46 für
die Leitung 176 und Kammer 48 für die Leitung 178.
Der in jeder Dichtung entwickelte Puffergasdruck sollte geringfügig über dem Druck
sowohl im Arbeitskammerende als auch in den Lagerkammern, die an
die Enden jeder Dichtung angrenzen, liegen. Idealerweise wäre der „Dichtungsdruck" derjenige in der
Nut 92 (3). Praktisch gesprochen wäre dieser
Dichtungsdruck jedoch etwa der gleiche wie der Druck am Beginn des
Durchgangs, der den Dichtungen Puffergas zuführt, wie beispielsweise, unter
Bezugnahme auf 2, dem Eingang 101,
an dem der Durchgang 100 in das Gehäuse 22 eintritt. Unter
Bezugnahme auf 4 könnte nun ein Meßgerät, wie beispielsweise
das Meßgerät 179,
zweckmäßigerweise
hier eingebaut werden, um den Dichtungsdruck zu überwachen. Der Druckabfall
in Axialrichtung in der Dichtung von der Nut 92 (3)
bis zur Arbeitskammer oder zur Lagerkammer betrüge, in Abhängigkeit von so gut bekannten Faktoren
wie der Gasdurchflußmenge,
der Rippenzahl, dem Sitz der Rippen an der Rotorwelle, den Dichtungs-
und Wellendurchmessern und anderen solchen Faktoren, typischerweise
20,68~68,95 kPa (3–10
Pfund/Quadratzoll). Die Durchflußmenge in den Durchgang 100 (2)
ist ebenfalls ein guter Indikator eines ausreichend erhöhten Drucks,
und kann verwendet werden, um den richtigen Betrieb des Systems
zu eichen. Falls der Druck zu niedrig ist, wird es keinen Durchfluß durch
den Rota-Durchflußmesser
geben, falls der Druck zu hoch ist, wird ein übermäßiger Durchfluß vorhanden
sein, der eine Verschwendung von Puffergas darstellt. Ein Durchfluß von 84,9~141,5
l/min (3–5
scfm) in eine Dichtung ist ausreichend für einen richtigen Betrieb der
Dichtungen. Wie es in Bezug auf das Ölsystem erwähnt würde, würde auf der Niederdruckseite
des Verdichters der Druck in der Lager- und Zahnradkammer 44 so
kontrolliert werden, daß er
etwa der gleiche ist wie der Einlaßdruck der Arbeitskammer 28 oder
etwa 20,68 kPa (3 Pfund/Quadratzoll) beträgt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
würde der
Druck in der Lager- und Zahnradkammer so geregelt werden, daß er wenigstens
90 % des Einlaßdrucks
der Arbeitskammer beträgt.
Die Durchflußmenge
zu jeder der Dichtungen 74 und 76 betrüge etwa
56,6~84,9 l/min (2–3
scfm) bei einem Dichtungsdruck, von dem angenommen wird, daß er etwa
34,47 kPa (5 Pfund/Quadratzoll) über
dem Lagerkammer-Einlaßdruck
liegt oder etwa 55,16 kPa (8 Pfund/Quadratzoll) beträgt. Auf
der Hochdruckseite des Verdichters würde der Druck in den Lagerkammern 46 und 48 etwa
der gleiche sein wie der Durchschnittsdruck um die Rotorwellen am
Auslaßende 70 (siehe 2)
der Arbeitskammer oder zum Beispiel etwa 448,17 kPa (65 Pfund/Quadratzoll)
für einen
maximalen Auslaßdruck
von 689,5 kPa (100 Pfund/Quadratzoll) betragen. Bei einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel würde der
Lagerkammerdruck so geregelt werden, daß er wenigstens 90 % des Durchschnittsdrucks
am Auslaßende
der Arbeitskammer beträgt.
Die Durchflußmenge
zu jeder der Dichtungen 78 und 80 betrüge etwa
113,2~141,5 l/min (4–5
scfm) bei einem Dichtungsdruck, von dem angenommen wird, daß er etwa
48,26 kPa (7 Pfund/Quadratzoll) über
dem durchschnittlichen Arbeitskammer-Auslaßdruck liegt oder etwa 496,4
kPa (72 Pfund/Quadratzoll) beträgt. Unter
Bezugnahme auf 2 (welche die Durchgänge zeigt)
und 4 würde
die Zweigleitung 168 mit dem Durchgang 120 im
Gehäuse 22 verbunden (2),
die Leitung 170 mit dem Durchgang 122, die Leitung 176 mit
dem Durchgang 100 und die Leitung 178 mit dem
Durchgang 124.
-
Da
die Dichtungen vom Labyrinthtyp sind (obwohl bei der vorliegenden
Erfindung andere Dichtungen verwendet werden können), wird ein gewisser Leckverlust
des Puffergases auftreten. Unter Bezugnahme auf 3 wird
das Puffergas für
die typische Dichtung 78 durch den Durchgang 100 zur
Nut 98, längs
des Schlitzes 102 zu den Löchern 94 und 96 zur
umlaufenden Nut 92 geleitet, die zwischen den Enden des
Dichtungskörpers 82 liegt.
Da das Puffergas dadurch zwischen die Enden des Dichtungskörpers 82 eingeleitet
wird, wird ein erster Teil des Durchflusses zu jeder Dichtung zu
der betreffenden Lagerkammer hin strömen, und der verbleibende zweite
Teil wird zur Arbeitskammer hin strömen. In 3 hat die
gezeigte Dichtung den Durchgang 92 außermittig, mit drei (3) Rippen
auf der Arbeitskammerseite und elf (11) Rippen auf der Lagerkammerseite.
Es wird angenommen, daß dies
einen höheren Durchfluß von Gas
zur Arbeitskammer hin gewährleisten
wird, was besser als ein ausgeglichener Durchfluß funktionieren wird, um korrodierendes
Prozeßfluid
davon abzuhalten, in die Dichtung einzutreten und zu den Lagern
zu gelangen. In der Lagerkammer 44 führt eine Rückleitung 182 das Öl und Puffergas
von der Kammer 44 zum ersten Behälter 144 zurück. Die
Leitung 182 ist eine Schwerkraft-Rückleitung und muß zum ersten
Behälter
nach unten geneigt werden, weil die Drücke in der Kammer 44 und
im ersten Behälter 144 etwa
gleich sind. In der Lagerkammer 46 befördert eine Rückleitung 184 das meiste
des durch die Leitung 176 eingeleiteten Puffergases aus
dem Gehäuse 22 (2),
und eine Rückleitung 186 befördert das
durch die Leitung 154 eingeleitete Öl und etwas durch die Leitung 176 eingeleitetes
Puffergas. In der Lagerkammer 48 befördert eine Rückleitung 188 das
durch die Leitung 156 eingeleitete Öl und etwas durch die Leitung 178 eingeleitetes
Puffergas aus dem Gehäuse 22 (2), und
eine Rückleitung 190 befördert das
meiste des durch die Leitung 178 eingeleiteten Puffergases
aus dem Gehäuse.
Außerhalb
des Gehäuses 22 werden die
Rückleitungen 184, 186, 188 und 190 zusammengeführt und
verbinden sich mit einer Hauptrückleitung 192,
die das Öl
und etwas Puffergas zu einem zweiten Behälter 194 (der ebenfalls
als Öl/Gasabscheider
dient) befördert,
der bei etwa dem gleichen Druck gehalten wird wie die Lagerkammern 46 und 48.
Die Rückleitung 192 ist
eine Schwerkraft-Rückleitung
und muß zum
zweiten Behälter 194 nach
unten geneigt werden. Im zweiten Behälter werden das Öl und das
Puffergas abgeschieden, und das Öl
wird über
eine Leitung 196 und durch ein Schwimmerventil 198,
das den Öldruck
absenkt und den Ölstand
im zweiten Behälter
bei einem gleichbleibenden Stand hält, zum ersten Behälter 144 zurückgeführt. Das Puffergas
wird über
eine Leitung 200 aus dem zweiten Behälter entfernt, und der Druck
wird durch einen Rota-Durchflußmesser 202 mit
einer Geschwindigkeit von etwa 141,3 l/min (5 scfm) (für die erörterten Dichtungsbedingungen)
abgesenkt, bevor das Gas zu einem Abgasbearbeitungssystem geleitet
oder an der Leitung 137 zur Einlaßseite des Verdichters zurückgeführt und
mit dem Prozeßgas
vermischt wird. Das aus dem zweiten Behälter entfernte Puffergas kann
als Alternative dazu in den ersten Behälter eintreten und der gestrichelten
Leitung 203 folgend, die eine Kostenersparnis beim Rohrnetz
schaffen kann, in den Luftraum des ersten Behälters 144 eintreten. Das
Nadelventil, das ein Teil des Rota-Durchflußmessers 202 ist,
ist das Hauptelement, das den Gegendruck im zweiten Behälter 194 steuert,
der den Druck in den Lagerkammern 46 und 48 steuert.
Alles unter dem Hochdruck in dem Öl in Lösung gezwungene Puffergas kann
unter dem niedrigen Druck im ersten Behälter 144 „abkochen". Das Puffergas wird über eine
Ablaßleitung 204 aus
dem ersten Behälter 144 entfernt,
kontrolliert durch einen Rota-Durchflußmesser 206 bei einer
Geschwindigkeit von etwa 84,9 l/min (3 scfm) (für die erörterten
Dichtungsbedingungen). Das Nadelventil, das ein Teil des Rota-Durchflußmessers 206 ist,
ist das Hauptelement, das den Gegendruck im ersten Behälter 144 steuert,
der den Druck in der Lagerkammer 44 steuert. Das so über eine
Leitung 204 abgelassene Puffergas kann zu einem Abgasbearbeitungssystem
geleitet oder, wie im gezeigten Fall, an der Leitung 137 zur
Einlaßseite des
Verdichters zurückgeführt und
mit dem Prozeßgas
vermischt werden. Es ist vorzuziehen, das Puffergas nicht wiederzuverwenden
und es wieder zur Puffergasquelle zurückzuführen, weil der Verdichter für die Puffergasquelle
entfernt angeordnet sein kann und der Aufwand des Zurückführens des
Niederdruckgases die Einsparungen nicht aufwiegt, die erreichbar
sein könnten.
-
Vom
Standpunkt des Drucks aus ist es beim Betreiben des Systems wichtig,
die bevorzugten Betriebsdrücke
zu bestimmen. Auf der Niederdruckseite ist es einfach, durch Anbringen
eines Meßgeräts 208 (4)
am Einlaß der
Arbeitskammer das Druckniveau am Niederdruck-Einlaßende des
Verdichters zu bestimmen. Es wird angenommen, daß der Druck um die Rotorwellen
am Ende 90 (3) der Dichtungen 74 und 76 etwa
der gleiche sein wird wie dieser Druck. Die Rota-Durchflußmesser 180 und 180' für das Puffergas
zu jeder Niederdruckdichtung 74 und 76 können so
eingestellt werden, daß sie
einen niedrigen Durchfluß von
Gas zu den Dichtungen gewährleisten,
und der Rota-Durchflußmesser 206 kann
so eingestellt werden, daß er
einen Druck für
die erste Lagerkammer 44 gewährleistet, der wenigstens etwa 90
% des am Einlaßende
der Arbeitskammer 28 gemessenen Drucks entspricht. Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
kann dieser niedrige Lagerkammerdruck auch der gleiche sein wie
der Arbeitskammerdruck am Einlaßende
oder kann um bis zu 30 % größer sein
als dieser Druck. Falls der Lagerkammerdruck zu viel größer ist,
wird ein übermäßiger Puffergas-Durchfluß erfordert,
um zu verhindern, daß Lageröl in die
Arbeitskammer gedrückt
wird. Es wird angenommen, daß bei
hohem Puffergas-Durchfluß ein Zerstäuben des Öls auftreten
kann und Lageröl
im Puffergas-Abgasstrom in der Leitung 204 nach außen getragen
werden kann. Dies kann durch Überwachen
des Ölstands
im Behälter 144 bestimmt
werden, der konstant bleiben sollte. Der Dichtungsdruck ist immer
höher als
der Lagerkammerdruck, um einen zwangsläufigen Durchfluß von Puffergas
in die Lagerkammer zu sichern, um Lagerkammeröl aus der Dichtung fernzuhalten.
Der Dichtungsdruck wird einfach derjenige sein, der erforderlich
ist, um bei dem gewählten
Lagerkammerdruck den gewünschten zwangsläufigen Dichtungsdurchfluß zu gewährleisten,
der Dichtungsdurchfluß ist
der entscheidende Parameter beim Bestimmen der oberen Dichtungsdruckgrenze.
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Auf
der Hochdruckseite der Arbeitskammer müssen andere Mittel als eine
unmittelbare Messung in der Arbeitskammer eingesetzt werden, um
die Anfangsdrücke
zum Beginn des Betriebs zu bestimmen, weil der durchschnittliche
Hochdruck um die Rotorwellen und Dichtungen schwierig zu messen
ist. Zum Beispiel können
die Leitung 172 von der Puffergasquelle mit einem Sperrventil 210 abgesperrt
und die Leitung 192 mit einem Sperrventil 212 abgesperrt und
die Leitungen 154 und 156 an den Ventilen 162 und 162' abgesperrt
werden. Danach kann der Verdichter kurz in Gang gesetzt werden,
um zu ermöglichen,
daß der
Arbeitskammerdruck durch die Dichtungen 78 und 80 in
die Lagerkammer 46 und (beziehungsweise) 48 ohne
jeden wahrnehmbaren Durchfluß durch
die Dichtungen „leerfährt". Der Druck in den
Lagerkammern 46 und 48, wie er an den Meßgeräten 157 bzw. 159 zu
sehen ist, wird dem durchschnittlichen Arbeitskammer-Hochdruck entsprechen.
Dieser Druckwert kann verwendet werden, um den Druck im zweiten
Behälter 194 einzustellen.
Dieser hohe Lagerkammerdruck und der zweite Behälterdruck können vorzugsweise ebenfalls
der gleiche sein wie der durchschnittliche Lagerkammerdruck am Hochdruck-Auslaßende oder
können
um bis zu 30 % größer sein
als dieser Druck. Wie es in Bezug auf den niedrigen Druck erklärt wurde,
kann ein Betrieb bei einem zu hohen Lagerkammerdruck zu einem Verlust
von Öl
im Behälter
führen.
Einige wichtige Überlegungen
zum Bewerten der Betriebsbedingungen sind:
- 1)
Der Ölstand
im ersten Behälter 144 sollte über die
Zeit wesentlich konstant bleiben und falls ein Tauchschraubenkompressor
verwendet wird, sollte der Ölstand
im Behälter 140 ebenfalls über die Zeit
wesentlich konstant bleiben.
- 2) Die Durchflußmenge
zu den Dichtungen 74, 76, 78 und 80 sollte
auf einem annehmbaren Niveau bleiben bei dem kein Puffergas verschwendet wird
und keine Bedingungen geschaffen werden unter denen ein Zerstäuben von Öl auftreten kann,
das zu einem Ölverlust
aus dem ersten Behälter 144 führen wird.
- 3) Es sollte keine merkliche Wanderung von korrodierenden Prozeßfluids
in das Lagerölsystem geben,
die sich als eine Zunahme von Verunreinigungen im Lageröl zeigen
würde.
-
Der
Betrieb des Systems ist in Bezug auf Drücke zum Einrichten und Steuern
des Systems erörtert
worden. Weil Durchflußmengen
und Drücke miteinander
verbunden sind, kann auch die Verwendung von Durchflußmengen
benutzt werden, um die Erfindung und den Betrieb des Systems zu
beschreiben. Zum Beispiel kann das System unter Verwendung von Durchflußmengen
eingerichtet und erfolgreich betrieben werden ohne genau zu wissen
welche Drücke
im System herrschen. Zum Beispiel kann bei laufendem Verdichter
der Puffergasdurchfluß zu den
Dichtungen 74 und 76 durch die Rota-Durchflußmesser 180 und 180' auf jeweils
84,9 l/m (3 scfm) [für eine
Summe von 169,8 l/min (6 scfm)] eingestellt werden. Der Durchfluß aus der
Lagerkammer 44 und dem ersten Behälter 144 würde durch
den Rota-Durchflußmesser 206 auf
84,9 l/m (3 scfm) eingestellt werden. Dies wird bewirken, daß sich in
der Lagerkammer 44 ein Druck aufbaut, der 42,45 l/min (1,5 scfm)
an Puffergas aus jeder Dichtung [84,9 l/min (3 scim) insgesamt]
zwingen wird, in das Niederdruck-Einlaßende der Arbeitskammer 28 zu
strömen. Dies
würde ein
richtiges Gleichgewicht von Puffergas-Durchfluß aus den Dichtungen 74 und 76 und
einen richtigen Druck in der Niederdruck-Lagerkammer 44 gewährleisten,
um ein Vermischen von Prozeßfluid
und Lageröl
zu verhindern. Am Hochdruckende des Verdichters kann der Puffergasdurchfluß zu den Dichtungen 78 und 80 durch
die Rota-Durchflußmesser 180" und 180''' auf
jeweils 141,5 l/m (5 scfm) [für eine
Summe von 283 l/min (10 scfm)] eingestellt werden. Der Durchfluß aus den
Lagerkammern 46 und 48 und dem zweiten Behälter 194 würde durch
den Rota-Durchflußmesser 206 auf
141,5 l/m (5 scfm) eingestellt werden. Dies wird bewirken, daß sich in den
Lagerkammern 46 und 48 ein Druck aufbaut, der 70,75
l/min (2,5 scfm) an Puffergas aus jeder Dichtung [141,5 l/min (5 scfm)
insgesamt] zwingen wird, in das Hochdruck-Auslaßende der Arbeitskammer 28 zu
strömen.
Dies würde
ein richtiges Gleichgewicht von Puffergas-Durchfluß aus den
Dichtungen 78 und 80 und einen richtigen Druck
in den Lagerkammern 46 und 48 gewährleisten,
um ein Vermischen von Prozeßfluid
und Lageröl
zu verhindern. Bei dieser Erörterung
einer Steuerung des Systems durch Durchflußmengen wird der Durchfluß zu jeder
Dichtung in zwei Teile aufgeteilt, wobei ein erster Teil zur Lagerkammer
strömt
und ein zweiter Teil zur Arbeitskammer strömt. Um die richtigen Bedingungen
in den Lagerkammern aufrechtzuerhalten, wird so gesteuert, daß das eine
Lagerkammer verlassende Puffergas weniger ist als die Summe des
für diese
Lagerkammer in die Dichtungen strömenden Puffergases. Dies wird
einen Teil des Puffergases in den Dichtungen für diese Lagerkammer zwingen,
zur Arbeitskammer zu strömen.
-
Es
ist vorgesehen, daß die
Drücke
und Durchflüsse
in dem System beim Startbetrieb des Systems manuell eingestellt
werden und das System einen stabilen Betrieb aufrechterhalten wird.
Falls bekannt ist, daß Schwankungen
in Drücken
und Durchflüssen
möglich
sein werden, kann es wünschenswert
sein, die Steuerung der Drücke
und Durchflüsse zu
automatisieren. Dies kann erreicht werden durch automatisiertes Überwachen
des Drucks in der Lagerkammer 44 oder dem ersten Behälter 144 für niedrige
Drücke
und Überwachen
des Drucks in den Lagerkammern 46 und 48 oder
dem zweiten Behälter 194 für hohe Drücke und
Vergleichen dieser mit gewünschten
Werten. Falls Nachstellungen erforderlich sind, wenn die überwachten
Drücke
abweichen, kann eine automatisierte Steuerung des Rota-Durchflußmessers 202 den
hohen Druck steuern, und eine automatisierte Steuerung des Rota-Durchflußmessers 206 kann
den niedrigen Druck steuern. Als Alternative dazu kann eine automatisierte Überwachung
des Puffergas-Durchflusses
zu den Dichtungen und eine Steuerung der Rota-Durchflußmesser
der Dichtungen, wie beispielsweise des Rota-Durchflußmessers 180,
gewünscht
werden, und eine automatisierte Überwachung
der Puffergas-Durchflüsse
von dem ersten und dem zweiten Behälter 144 und 194 und eine
Steuerung der Rota-Durchflußmesser 202 und 206 wären erforderlich,
um während
Prozeßschwankungen
vorgeschriebene Durchflußwerte
aufrechtzuerhalten. Bekannte industrielle Rechnersteuerungssysteme
wären für eine solche
automatisierte Regelung anwendbar.
-
Das
beschriebene System stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Schmieren und Abdichten der Lager und Zahnräder, die einer Vielzahl von Rotoren
eines Schraubenkompressors zugeordnet sind, und Trennen eines zu
komprimierenden Prozeßfluids
von einem Schmiermittel für
Lager und Zahnräder
bereit, um einen Kontakt mit einem Prozeßfluid zu vermeiden, daß korrodierend
für die
Lager und Zahnräder
wäre. Es
wird vorgezogen, das System auf einen Tauchschraubenkompressor anzuwenden,
weil angenommen wird, daß das Öl in der Arbeitskammer
in gewissem Maß im
Arbeitskammerende 90 der Dichtungen vorhanden ist, was
dazu beiträgt,
den Puffergas-Durchfluß für einen
gegebenen Dichtungsdruck auf einem niedrigen Niveau zu halten. Dies
ermöglicht
die Verwendung einer kürzeren
Dichtung als sie in einem Kompressortyp mit trockener Schraube unter
Verwendung des gleichen Durchflusses an Puffergas erforderlich wäre. Eine kürzere Dichtung
ermöglicht
eine kürzere
Rotorwelle, was eine Rotorwelle mit kleinerem Durchmesser ermöglicht,
was zu einem Verdichter zu niedrigeren Kosten beiträgt. Obwohl
das system unter Bezugnahme auf einen Schraubenkompressor mit nur
zwei Rotoren erörtert
wurde, wären
die Unterrichtungen der Erfindung anwendbar auf Kompressoren mit mehr
als zwei Rotoren, wie sie auf dem Gebiet bekannt sind. Obwohl das
illustrierte System drei Lagerkammern, eine Niederdruck- und zwei
Hochdruck-, hatte, würde
der illustrierte Kompressor ebensogut arbeiten, wenn es nur zwei
Lagerkammern (eine Niederdruck- und eine Hochdruck-) oder vier Lagerkammern
(zwei Niederdruck- und zwei Hochdruck-) gäbe. Selbst mehr als vier Lagerkammern
können
vorhanden sein, falls mehr als zwei Rotoren vorhanden sind. In allen
Fällen
wird eine Vielzahl von Lagerkammern vorhanden sein, wobei wenigstens
eine eine Niederdruck-Lagerkammer (eine erste Kammer) und wenigstens
eine eine Hochdruck-Lagerkammer
(eine zweite Kammer) ist.
-
Es
ist daher offensichtlich, daß nach
der vorliegenden Erfindung ein Schraubenkompressor-Verfahren und eine
-vorrichtung zum Verdichten von Prozeßfluids in einer Arbeitskammer
bereitgestellt worden sind, welche die hierin zuvor dargelegten
Ziele und Vorteile vollständig
erfüllt.
Während
diese Erfindung in Verbindung mit einem spezifischen Ausführungsbeispiel
derselben beschrieben worden ist, ist es offensichtlich, daß Fachleuten
auf dem Gebiet viele Alternativen, Modifikationen und Variationen
offenkundig sein werden. Dementsprechend ist beabsichtigt, alle
solchen Alternativen, Modifikationen und Variationen einzuschließen, die
in den Rahmen der angefügten
Ansprüche
fallen.