DE7625526U1

DE7625526U1 - Rotorverdraengermaschine

Info

Publication number: DE7625526U1
Application number: DE7625526U
Authority: DE
Original assignee: Monovis Bv Amsterdam
Current assignee: Monovis Bv Amsterdam
Priority date: 1975-08-18
Filing date: 1976-08-14
Publication date: 1976-12-16
Also published as: JPS5224302A; JPS6344957B2; FR2321615B1; FR2321615A1; US4105378A; GB1548390A; DE2636686A1

Description

Dr. Hans-Heinrich Willrath d-62 Wiesbaden ι Dr. Dieter Weber v/b J"** ⁶¹" Dipl.-Phys. Klaus Seiffert ?£"7"^m _mUKmn

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PATENTANWALTS Trtei <-1M£47

12. August 1976

Monovis B. V., Kelzersgracht 253, Amsterdam

Dichtungsanordnung

Priorität; 18. August 1975 in Großbritannien, Britische Patn.Anm. Nr. ?4 215/75

Die Erfindunq bezieht sich auf die Verbesserung einer bekannten Fließmittelarbeitsmaschine, namentlich eine Einzelschnecke oder Gatterrotor- bzw. Schieberotormaschine, die als Kompressor, Motor oder Pumpe verwendet werden kann.

Das Hauptinteresse richtet sichaif die Gatterrotormaschinen mit Einzelschnecke,wenn sie als Kompressoren (d. h. zum Komprimieren von Luft oder einem Kältemitteldampf oder Gas) benutzt werden, und zur Vereinfachung bezieht sich die folgende Beschreibung auf diejenige Betriebsart, bei welcher kompressibles Fließmittel der Maschine über eine Niederdrückeinlaßöffnung zugeführt und aus der Maschine über eine Auslaßöffnung

Postscheck: Frankfurt/Main 67 63-402 Bank: Dresdner Bank AG. Wiesbaden. Konto-Nr. £76807

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mit höherem Druck abgesaugt wird. Es versteht sich jedoch die Annahme, daß die Erfindung auch auf andere Betriebsarten Anwendung findet, bei welchen die Maschine verwendet wird, um kinetische Energie aus einem Fließmittel zu erzeugen, welches bei Hochdruck zugeführt wird (d. h. der Betrieb als Motor).

Die Erfindunq betrifft mit einem Fließmittel arbeitende Maschinen, die eine um eine Achse drehbare Schnecke aufweisen, welche in ihrer Oberfläche Nuten gebildet haben, die relativ zu dieser Achse geneigt sind, wobei die Stege zum Trennen der Nuten voneinander dienen und einen Dichteingriff mit einem umgebenden Gehäuse schaffen, wobei jede Nut mindestens während eines Teils der Drehung der Schnecke λ -η s3f»w> ^ahSt<na *>4»\£ä VaTnTnAT- KI lHof . unViol itH nA ocfan α ein Caf-

terrotor Zähne aufweist, die mit den Nuten der Schnecke kämmen, jeder Zahn mit Erfolg in Dichtlage mit der Nute steht, wenn sich der bzw. die miteinander kämmenden Schnecke/Rotor (Schnecken/Rotoren) drehen, wobei das Volumen jeder Kammer, das von einer Nut gebildet und von einem Rotorzahn begrenzt ist, sich von einem Maximum zu einem Minimum verändert, wenn sich Schnecke und Rotor (Schnecken und Rotoren) drehen, und wobei mindestens eine Hochdrucköffnung im Gehäuse neben dem Hochdruckende der Schnecke vorgesehen i_st und mit jeder Kammer kommuniziert bzw. in Verbindung gelangt, wenn ihr Volumen an ihrem Minimumwert oder in der Nähe desselben ist, und wobei eine Niederdrucköffnung mindestens an einem Nieder-

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druckende der Schnecke vorgesehen ist. In der Beschreibung wird eine mit einem Fließmittel arbeitende Maschine der vorstehend beschriebenen Art als "die spezielle Fließmittelarbeitsmaschine" bezeichnet.

Bei der speziellen Fließmittelarbeitsraaschine gibt es Vorteile beim Betrieb der Maschine, so daß gegenüberliegende Enden der Schnecke sich unter dem gleichen Betriebsdruck befinden, weil diesdie Schubkraft auf den Lagern der Schnekke minimal macht.

im Falle eines Kompreseors sind beide Enden der Schnecke auf Saugdruck, und Leckage des verarbeite&Len Fließmittels nei&t am Hochdruckende der Schraube aufzutreten,- und zwar

den nuten bei aem tiocnaruck zu dem Endraum Ober den Abstand oder Spielraum zwischen der Schnecke und dem Gehäuse. Wenn Wasser oder öl in die Kompressoren eingespritzt wird, kann genug Flüssigkeit verwendet werden, um sicherzustellen, daß der Abstand oder Spielraum bespült ist und somit der Verlust an komprimiertem, gasförmigem Betriebsfließmittel minimal gehalten ist.

Wenn der Abstand oder Spielraum jedoch mit Flüssigkeit bespült ist, wandert die Flüssigkeit statt des gasförmige Arbeitsfließmittels zu de» Miederdruckbereich. Diese Flüssigkeit wird warm, wenn sie eine« Teil der Korapresslonswärme absorbiert hat, und neigt dazu, das hereinkommende BetriebsflieBraittel zu er-

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wärmen und somit den Kompressordurchsatz zu vermindern. Aus diesem Grunde bleibt es noch wichtig, die Leckage auf einem Minimum zu halten.

Wenn das gasförmige BetriebsflieBmittel in beträchtlichem MaB in der Flüssigkeit löslich ist, entsteht ein zusätzlicher Verlust, wenn diese Flüssigkeit durch den Abstand bzw. Toleranzspielraum leckt. Sobald der Druck fällt, wird das Gas aus der Flüssigkeit freigegeben, und dies trägt zu einem zusätzlichen volumetrisehen Verlust bei. Ein Beispiel dieser Situation ist ein Kompressor mit ölinjektion mit dem Normkältemittel R 22 oder R 12 als das BetriebsflieBmittel.

Eine ernstere Situation entsteht, wenn die Injizierte Flüs-

komprimierte BetriebsflieBmittel dient. Ein System dieser

Art ist in den britischen Patentanmeldungen Nr. 1 352 698 und 1 352 699 sowie in der britischen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 53 666/73 gezeigt. In diesem Falle verdampft ein gewisser Prozentsatz des Dampfes bei fallendem Druck, und es ist unbedingt wesentlich, den Verlust von der Speisung oder Lieferung zu den Saugdrücken minimal zu gestalten.

Bekannte, auf den speziellen BetriebsflieBmittelmaschinen basierte Kompressoren si&d darauf abgestellt, eine kleine

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radiale Spielraumtoleranz zwischen einem ebenen Teil der Schnecke am Zulieferende und dom Gehäuse zu halten. Diese Toleranz unterliegt jedoch Veränderungen innerhalb der Grenzen des Schneckendurchmessers, Bohrungsdurchmessers, Innentoleranzlager, Konzentrizität von Schneckenbohrung und Lagerbohrung und der Welle und Schnecke. Die Toleranz bei dem Spielraum ist somit die Summe all dieser Toleranzen.

Diese Toleranz kann zwar durch eine größere Genauigkeit beim Bau der Maschine verkleinert werden, hierdurch entstehen aber erhebliche Produktionskosten.

Die Erfindung bezieht sich auf einen verbesserten Aufbau der speziellen Betriebsfließmittelmaschine, wodurch es möglich ist, die Toleranz bei dem kritischen Spielraum ohne die Notwendigkeit einer größeren Genauigkeit beim Bau der Maschine zu vermindern.

Gemäß der Erfindung ist die spezielle Betriebsfließmittelmaschine dadurchgekennzelchnet, daß die wirksame Dichtung zwischen der Schnecke und dem Gehäuse an einem Ende der Schnecke, über welchem eine Druckdifferenz auftritt, in einem zwischen dem Gehäuse oder einem mit dem Gehäuse stationären Teil und einer im allgemeinen radial sich erstreckenden Oberfläche der Schnecke dicht neben dieser geformten Spielraum angeordnet ist.

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In zweckmäßiger Weise kann die sich im allgemeinen radial erstreckende Oberfläche eine Endfläche der Schnecke sein. Wo die Druckdifferenz am Hochdruckende der Schnecke auftritt, kann der Dichtspielraum zwischen einem Endteil des Gehäuses, in welchem das Schneckenlager eingeschlossen ist, und der Hochdruckendfläche der Schnecke sein.

Bei dieser Anordnung ist gerade die axiale Stellung der Schnecke in dem Gehäuse für die wirksame Steuerung des Dichtspielraumes kritisch. Die axiale Stellung der Schraube ist jedoch auch wichtig, um ein hinreichendes Kämmen zwischen der Schnecke und dem Gatterrotor (den Gatterrotoren) vorzusehen, ein Zustand, der wesentlich ist, um kleine Dichtspielräume zwischen der Schnecke und dem Gatterrotor (den Gatterrotoren) aufrechtzuerhalten.

Die Verwendung der axialen Dichtanordnung erfordert deshalb nicht zusätzliche genaue Elemente am Bau der Maschine.

In zweckmäßiger Weise werden der Ort der Axiallager, welche die Schneckenstellung steuern, und des Enddichtkörpers von derselben Grundfläche gesteuert. Somit ist die Toleranz des Dichtspielraumes nur die Toleranz der Beilegscheibendicke (oder einer anderen axialen Einstellvorrichtung) plus der LagerinnenSpielraum, und ist deshalb sehr klein.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungemöglichkeiten der

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vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung Im Zusammenhang mit den Selchnungen. Es zeigen:

Flg. 1 Im Längsschnitt eine schematische Darstellung des Hochdruckendes der speziellen Arbeit^sfließmittelmaschine und Darstellung des Ortes des Dichtspielraumes und

Fig. 2 in einer zu der für den Schnitt der Figur 1 verwendeten Ebene normalen Ebene einen mehr ins Einzelne gehender Längsschnitt unter Darstellung der Steuereinrichtung für den Spielraum in gröfierer Einzelheit«

In? Figur 1 sind die Schnecke der Maschine mit 1 und das Gehäuse mit 11 bezeichnet. Die Schnecke 1 ist auf einer Welle 12 drehbar im Gehäuse 11 fest unter anderem durch ein Axiallager 2 angeordnet (welches hier als ein Winkelkontakt-Kugellager gezeigt ist). Die Stellung des Axiallagers 2 wird in Beziehung zu einer Grundfläche 3 des Gehäuses 11 durch eine Packunqs-Beilegscheibe 4 gesteuert. In diesem Fall kann man sehen, daß bei flacher bzw. ebener Bearbeitung der Fläche 3 und bei ebenfalls ebener Endfläche 5 der Schnekke 1 der Spielraumspalt 6 (der zwecks Klarheit in Figur 1 stark vergrößert gezeiat ist) im Maß gleich der Dicke der Packungsbellegscheib» 4 ist. Die gestrichelte Linie 7 stellt schematisch die Position der Nuten in der Schnecke 1 dar, und 8 stellt schematisch den Zahn eines Gatterrotors dar,

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welchernit der Schnecke 1 zusammenwirkt (was nicht weiter gezeigt ist). Das Hochdruckende der Nuten steht somit über den Spielraumspalt 6 mit einem Niederdruckbereich 9 des Gehäuses 11 in Verbindung.

Die Toleranz des Spaltes 6 hängt deshalb nur von der Toleranz der Beilegscheibendicke und der Axialbewegung im Lager 2 ab. Die Position der Welle 12 wird von einer Schulter 10 festgelegt, und ihre Position ist bei Abhängigkeit von der Länge der schnecke 1 weniger genau definiert.

Figur 2 zeigt eine praktische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine,aus der die Nuten in der Schnecke 1 deutlich zu sehen sind. Figur 2 zeigt auch die Lager für die Welle 12 und die Verbindung zwischen den zwei Abschnitten 9 niedrigen Druckes.

Der Ort der wirksamen Dichtunq an der Endfläche der Schnecke 1 hat die fügenden zusätzlichen Vorteile:

1. In einer Maschine, bei welcher der in dem Gehäuse erhaltene Druck (Saugdruck) von der Umgebunq abweicht, wird eine Schubbelastuna infolqe der aus dem Gehäuse ragenden Welle auf die Welle eingeführt. Hierbei kann die Maschine so ausgestaltet werden, daß dies durch die Schubbelastung ausgeglichen wird, die am Umfang der Schnecke infolqe des Druckes im Spielraumspalt erzeugt wird (was'zwischen Saug- und Abgabedrücken

über dem Spalt variiert).

2. Temperaturdifferenzen zwischen der Schnecke und dem Gehäuse beeinträchtigen den Spielraumspalt nicht, und somit muß man keine Wärmeexpanslonsmögllchkelt schaffen. Dies 1st eine weitere Unsicherheit im Spaltmaß bei bekannten Maschinen, die erfindungsgemäß ausgeschaltet werden kann, so daß es möglich wird, einen engeren oder schmaleren Spalt anzugeben .

3. Wenn Flüssigkeit in Dichtspalt zugegen ist, versucht diese, in Drehung zu gelangen, insbesondere die neben der sich bewegenden Schnecke befindliche Flüssigkeit. Wenn gleiche Gewichtsbedingungen erreicht sind, besteht eine Neigung zu einem geringeren Fluß radial innen duch den Spalt, weil der Druckgradient teilweise von der durch die rotierende Flüssigkeit eingeführten Zentrifugalkraft ausgeglichen ist. Auf der Endfläche der Schnecke können Ventile vorgesehen sein, um eine größere Drehung als die der Flüssigkeit einzuführen. Solche Ventwile könnten radial sein und können, wenn sie dünn sind, anfänglich mit dem Gehäuseteil in Berührunq sein und sich abreiben, um die dichtest mögliche Passung zu ergeben.

4. Manchmal ist es erwünscht, die freilaufenden Eigenschaften der Shnecke bei ihren Lagern zu prüfen, wobei die Spielraumdichtung auf die erforderlichen Grenzen eingestellt ist.

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Im Falle einer radialenSpielraumdichtung kann dar Dichtungspielraum nur eingestellt werden, wenn die Schnecke im Gehäuse angeordnet ist. Wenn bei dieser Anordnung die erforderliche Freilaufmaßnähme bzw. das Merkmal des freien Laufens der Schnecke nicht erhalten ist, ist nicht bekannt, ob dies an der schlechten Einstellung der Dichtoberflächen liegt oder andere Gründe hat. Im Falle der Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Maschine kann der Spielraum zwischen dem Ende der Schnecke und dem stationären Gehäuseteil, bei welchem die effektive Dichtung erfolgt, eingestellt werden, um den korrekten Spielraum und das freie Laufen der Schnecke sicherzustellen,bevor di&se in das Gehäuse eingeführt wird.

5. "eil der ^tüt ioT*^3T*^e fiehSneot.eii. welcher zur BildunQ der Dichtung beiträgt, nur zu diesem Zweck zugegen sein kann, kann er aus Kunststoff hergestellt sein (d. h. einem Plastikmaterial mit niedriger Reibung, wie z. B. Polytetrafluorethylen) . wobei eine Oberfläche dieses Kunststoff materials anfänglich eine leichte Störberührung mit den Spitzen einer Labyrinth- oder Spiraldiehtung vornehmen kann, die auf einer Radialfläche des Schneckenendes gebildet ist.

Selbst wenn Figur 2 zeigt, daß die Böden oder der Grund in den Nuten im Querschnitt der Schnecke in einem Kreis liegen, was der Fall ist, wenn man flache Gatterrotoren,

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verwendet, deren Zähne in einer Ebene liegen, welche durch die Schneckenachse gehen, bezieht sich die Erfindung doch auch auf Fälle, wo die Zähne auf verschiedenen Oberflächen angeordnet sind, wie z. B. auf einem Kegel oder einem Zylinder, wobei der Grund der Nuten in einem Querschnitt durch die Schnecke nicht mehr auf einem Kreis liegt»

Auch die Fläche 5 der Schnecke 1 und das mit dem Gehäuse stationäre Teil 3 sind so dargestellt, als wirkten sie entlang einer ebenen Oberfläche zusammen; die Fläche kann aber offensichtlich auch andere Gestalt haben, wie z. B. konisch sein, ohne daß das Wesen der Erfindung hierdurch geändert wird.

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Claims

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Schutzanspruch

<^Rotorverdrängermaschine/mit einer Schnecke, die drehbar um eine Achse angeordnet ist, und mit darin gebildeten Oberflächennuten, die relativ zu der Achse geneigt sind, wobei die Stege zur Trennung der Nuten voneinander vorgesehen sind und einen Dichteingriff mit dem umgebenden Gehäuse schaffen, wodurch jede Nut mindestens während eines Teils der Drehung der Schnecke im Gehäuse eine Kammer bildet, mindestens ein Gatterrotor Zähne aufweist, die mit den Nuten der Schnecke kämmen, jeder Zahn nacheinander in Dichtlage mit einer Nut gelangt, wenn die miteinander kämmenden Schnecke/Rotor (/Rotoren), drehen, das Volumen in jeder Kammer, welches von einer Nut gebildet und von einem Rotorzahn begrenzt ist, sich vom Maximum zum Minimum ändert, wenn Schnecke und Rotor (Rotoren) drehen, und mit mindestens einer Hochdrucköffnung im Gehäuse neben einem Hochdruckende der Schnecke und in Verbindung mit jeder Kammer, wenn das Volumen derselben seinen Maximalwert hat oder in dessen Nachbarschaft ist, und mit mindestens einer Niederdrucköffnung am Niederdruckende der Schnecke, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (4) zwischen der Schnecke (1) und dem Gehäuse (11) an einem Ende der Schnecke, über welchem eine Druckdifferenz auftritt, in einem Spielraum angeordnet 1st, der zwischen dem Gehäuse (11) oder einem stationären Teil bei dem Gehäuse und einer sich im allgemeinen radial erstrekkenden Oberfläche (5) der Schnecke (1) dicht neben dieser gebildet ist.

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