EP0404921B1

EP0404921B1 - Rotorpaar für hochdruckschraubenverdichter

Info

Publication number: EP0404921B1
Application number: EP90901801A
Authority: EP
Inventors: Dieter Mosemann; Hans-Ulrich Pews; Andreas c/o Kühlautomat Berlin GmbH RIETZKE; Horst Maier; Ottmar Neuwirth; Peter Kolberg
Original assignee: Bauer Kompressoren GmbH
Current assignee: Bauer Kompressoren GmbH
Priority date: 1989-01-17
Filing date: 1990-01-17
Publication date: 1993-11-10
Anticipated expiration: 2010-01-17
Also published as: JPH03503307A; EP0404921A1; WO1990008261A1; DD301062A7; JP2812797B2; US5096399A; DE59003410D1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rotorpaar für einen Hochdruckschraubenverdichter, der aus Haupt- und Nebenrotor besteht, wobei der Hauptrotor im wesentlichen konvexe außerhalb seines Teilkreises angeordnete Zähne aufweist und der Nebenrotor im wesentlichen konkave innerhalb seines Teilkreises angeordnete Zähne aufweist. Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß der Achsabstand, der die Größe der möglichen Lager begrenzt, nur durch Vergrößerung der Nebenrotorzähnezähl vergrößert wird.

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Rotorpaar für einen Hochdruckschraubenverdichter der im einleitenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben Art. Die Zahnlücken von Haupt- und Nebenrotor bilden kommunizierende V-förmige Arbeitskammern, in denen die Arbeitszyklen umfassend das Ansaugen, Verdichten und Ausschieben infolge der Drehung der Rotoren stattfindet und dadurch Druckdifferenzen an den Rotoren vorhanden sind, die zu Aktionskräften an den Lagern führen.
In US-A-4 619 596 ist ein Schraubenverdichter der vorstehend genannten Art angegeben, welcher derart ausgelegt werden soll, daß er unter Einsatz von billigen Werkzeug einfach herzustellen sein soll, so daß sich die Dimensionierungsabstimmungen genau, wirtschaftlich und einfach vornehmen lassen. In diesem Zusammenhang ist die Wahl des Profils des Hauptrotors und der beiden Flanken des Nebenrotors von Bedeutung, wobei der Grundkreis des Profils etwa um das Zweifache größer als der Teilkreis ist. Daher ergibt sich selbst dann, wenn der Nebenrotor eine größere Zähnezahl hat, daß dieser wesentlich kleiner im Durchmesser als der Hauptrotor ist.
In CH-A-255 202 ist ein Schraubenverdichter angegeben, welcher insgesamt wenigstens drei Rotoren umfaßt, d. h. einen mittleren Schraubenrotor, bei dem es sich um den angetriebenen Hauptrotor handelt, und beidseitig hiervon je einen Nebenrotor. Der Hauptrotor ist hierbei mit konkaven Zähnen versehen, während die beiden Nebenrotoren mit konvexen Zähnen versehen sind. Diese Bauform unterscheidet sich sowohl hinsichtlich der Anzahl von Rotoren als auch der Auslegung der Zähne an den Rotoren grundlegend von dem Schraubenverdichter der eingangs genannten Art.
An intern bekannten Rotorpaaren für Schraubenverdichter ist die Zähnezahl so festgelegt, daß der Nebenrotor steif genug gegen Biegung ist.
Verwendet werden Zähnezahlkombinationen mit einer Differenz Nebenrotorzähnezahl minus Hauptretorzähnezahl von -1 bis +2, wodurch infolge des kleinen Achsabstandes der Rotoren die Tragfähigkeit der Stützlager insbesondere des Nebenrotors relativ begrenzt ist.
Dadurch wird der Einsatzbereich bekannter Schraubenverdichter hinsichtlich seines maximal zulässigen Betriebsdruckes auf etwa 2,5 MPa begrenzt, und Hochdruckeinsatzfälle können nicht abgedeckt werden.
Die Vergrößerung der Zähnezahl an Haupt- und Nebenrotor an anderen bekannten Verdichtern führt zwar zu einer unbedeutenden Verbesserung der Tragfähigkeit, beeinflußt jedoch den Liefergrad durch Verschlechterung der inneren Dichtheit ungünstig, da mit zunehmender Zähnezahl des Hauptrotors bei einem vorgegebenen Förderstrom des Verdichters die Zahnlücken, die die V-förmigen Arbeitskammern bilden, stärker verkleinert werden als die wirksamen inneren Spalte zwischen Hauptrotor- und Nebenrotorzähnen und zwischen den Rotoren und dem Gehäuse.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schraubenverdichter der gattungsgemäßen Art auf konstruktiv einfache Weise derart weiterzuentwickeln, daß er ein wirtschaftliches Arbeiten auch bei höheren Betriebsdrücken gestattet, bei welchen Hochdruckschraubenverdichter arbeiten können.
Nach der Erfindung wird hierzu ein Rotorpaar für einen Hochdruckschraubenverdichter bereitgestellt, dessen nähere Einzelheiten im Patentanspruch 1 angegeben sind.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß der Achsabstand, der die Größe der möglichen Lager begrenzt, nur durch Vergrößerung der Nebenrotorzähnezahl vergrößert wird.
Erfindungsgemäß hat ein Rotorpaar für einen Hochdruckschraubenverdichter einen Nebenrotor, der mindestens 3 Zähne mehr als der Hauptrotor aufweist, wobei die Zähnezahldifferenz vom maximalen Betriebsdruck abhängt und so groß ist, daß durch die mit der Vergrößerung der Zännezahl des Nebenrotors verbundene vergrößerte Aktionskraft auf das druckseitige Stützlager des Nebenrotors kleiner ist als die Tragfähigkeit des größtmöglichen Stützlagers, das infolge der Vergrößerung des Achsabstandes durch die Größe der Nebenrotorzähnezahl bedingt ist.
Daraus ergibt sich eine Zähnezahl des Nebenrotors, bei der die Tragfähigkeit der haupt- und nebenrotorseitigen Stützlager und Spurlager größer ist als die auftretenden gaskraftbedingten Aktionskräfte an den Lagerstellen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 wiedergegeben.
Der Nebenrotor des Rotorpaars nach der Erfindung hat mindestens 3 Zähne mehr als der Hauptrotor, wobei die Zähnezahldifferenz vom maximalen Betriebsdruck abhängt und so groß ist, daß durch die mit der Vergrößerung der Zähnezahl des Nebenrotors verbundene vergrößerte Aktionskraft auf das druckseitige Stützlager des Nebenrotors kleiner ist als die Tragfähigkeit des größtmöglichen Stützlagers, das infolge der Vergrößerung des Achsabstandes durch die Größe der Nebenrotorzähnezahl einsetzbar ist.
Daraus ergibt sich eine Zähnezahl des Nebenrotors, bei der die Tragfähigkeit der haupt- und nebenrotorseitigen Stützlager und Spurlager größer ist als die auftretenden gaskraftbedingten Aktionskräfte an den Lagerstellen.
Durch die erfindungsgemäße Wahl der Zähnezahlen von Hauptrotor zu Nebenrotor von 4 zu 8 reduziert sich der Verschraubungswinkel des Nebenrotors auf 50 % des Hauptrotors, während der Achsabstand gegenüber einer Kombination von 4 zu 6 um 23 % zunimmt, so daß am Nebenrotorwellenende ein Wälzlager als Stützlager mit einer um 40 bis 50 % höheren Tragfähigkeit (Vergleichsbasis: Lageraußendurchmesser für den Nebenrotor gleich Achsabstand) eingesetzt werden kann, während die Aktionskraft an dieser Stelle bei einem maximalen Betriebsdruck von 3,5 MPa nur um 8 % ansteigt, wenn die Nebenrotorzähnezahl von 6 auf 8 erhöht wird. Die inneren Spalte wird durch die Vergrößerung der Nebenrotorzähnezahl positiv beeinflußt, da Lagerspiel und Wärmedehnung des Rotors gegenläufig sind.
Ferner wird die Größe es Verschraubungswinkels des Hauptrotors in Abhängigkeit von der Umfangsgeschwindigkeit festgelegt. Dabei besteht zwischen Verschraubungswinkel φ_HR und Umfangsgeschwindigkeit V_u die folgende Beziehung:

$φ_{HR} {= V}_{u} · K$

wobei
K = 14 bis 18 und
V_u in Meter je Sekunde
Durch Reduzierung des Verschraubungswinkels bei kleinen Umfangsgeschwindigkeiten werden die inneren Spaltverluste insbesondere bei kleinen Schraubenverdichtern gesenkt, da der Verdichtungsvorgang schneller abläuft als bei den bisher üblichen Verschraubungswinkeln von 300 bis 325°.

Ausführungsbeispiel

Bei einem Beispiel wird der Abstand der Rotoren eines Schraubenverdichters, der die Größe der möglichen Lager bestimmt, durch die Vergrößerung der Nebenrotorzähnezahl erreicht. Der Nebenrotor hat mindestens 3 Zähne mehr als der Hauptrotor. Bei der Wahl der Zähnezahlen für Hauptrotor zu Nebenrotor von 4 zu 8 reduziert sich der Verschraubungswinkel des Nebenrotors auf 50 Prozent des Hauptrotors.

Claims

Rotorpaar für einen Hochdruckschraubenverdichter, umfassend einen Hauptrotor mit im wesentlichen konvexen, außerhalb seines Teilkreises angeordneten Zähnen und einen Nebenrotor mit im wesentlichen konkaven, innerhalb seines Teilkreises angeordneten Zähnen, welche gegensinnig mit einem auf die gegenüberliegenden Stirnflächen von Hauptrotor zu Nebenrotor bezogenen Verschraubungswinkel verschraubt sind, wobei die Rotoren koaxial in Stütz- und Spurlagern im Achsabstand ihrer Drehachsen gelagert sind, welche die beim Arbeitszyklus umfassend das Ansaugen, Verdichten und Ausschieben auftretenden Aktionskräfte in radialer und axialer Richtung aufnehmen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergrößerung des Achsabstandes zwischen den Rotoren der Nebenrotor wenigstens drei Zähne mehr als der Hauptrotor derart hat, daß die Tragfähigkeit des druckseitigen Stützlagers des Nebenrotors mehr als die Zunahme der durch die größere Zähnezahl des Nebenrotors hierauf einwirkenden Aktionskraft bei den Arbeitszyklen vergrößert wird.
Rotorpaar für einen Hochdruckschraubenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschraubungswinkel des Hauptrotors in Grad gemessen 14 bis 18 mal so groß wie der Zahlenwert der Umfangsgeschwindigkeit des Hauptrotors in Meter pro Sekunde ist.
Rotorpar für einen Hochdruckschraubenverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für einen maximalen Betriebsdruck von 3,5 MPa der Hauptrotor vier Zähne und der Nebenrotor acht Zähne aufweist.