EP0736692B1 - Abdichtung, Lagerung und Antrieb der Rotoren eines trockenlaufenden Schraubenrotorverdichters - Google Patents

Abdichtung, Lagerung und Antrieb der Rotoren eines trockenlaufenden Schraubenrotorverdichters Download PDF

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EP0736692B1
EP0736692B1 EP96101860A EP96101860A EP0736692B1 EP 0736692 B1 EP0736692 B1 EP 0736692B1 EP 96101860 A EP96101860 A EP 96101860A EP 96101860 A EP96101860 A EP 96101860A EP 0736692 B1 EP0736692 B1 EP 0736692B1
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rotor
pressure side
bearing housing
bearing
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Manfred Dipl.-Ing. Heinen
Hans-Hermann Dipl.-Ing. Reinersmann
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MAN Turbomaschinen AG GHH Borsig
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    • F04C29/00Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/0042Driving elements, brakes, couplings, transmissions specially adapted for pumps
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01CROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
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    • F04C2220/00Application
    • F04C2220/10Vacuum
    • F04C2220/12Dry running

Definitions

  • the invention relates to a dry-running rotor compressor with meshing between a screw-toothed rib rotor and a screw-toothed slot rotor with the features of The preamble of claim 1.
  • a screw rotor compressor transports as inevitable conveying displacement machine accordingly the medium not only from the suction to the pressure side, but also compresses it this way too, by reducing the size of the tooth spaces. If the rotors or rotors rotate in the housing, they arrive the suction-side control edge out of engagement, so that a Cross section and a volume for suction opens. With another The rotors at their control edges turn again Intervention. The cross section of the axial direction itself moving workspace is reduced to the control edge on the pressure side of the housing on which the compressed medium is pushed out.
  • Screw rotor compressors can be used directly with the Engine speed via a built-in or external gear drive.
  • Screw rotor compressors with small compression ratios (Final pressure / suction pressure) at which the pumped medium is not included a coolant may be contaminated as dry-running screw rotor compressors or as dry rotors designated and need to maintain the distance of A differential gear, which the rotors in front Touch protects.
  • the rotors of these screw rotor compressors have both sides arranged pegs in axial and radial bearings in the housing are stored.
  • a screw compressor is known from EP-A-0 101 345, at which the pressure-side ends of the rotors with an inner bearing are provided, while the suction-side rotor ends outside are stored, and the drive point outside the compressor lies.
  • the well-known screw compressor shows only in Area of the bearing of the rotors individual sealing sections Atmosphere side. These seals are located radially on the rotors on, which increases the bearing distances.
  • the known Screw compressor has a relatively large length on and its sealing is unsatisfactory.
  • the drive of the screw rotor compressor can be done on one the rotor ends on the suction or pressure side.
  • a torsion shaft is also possible, which is through a hole in the suction or pressure side bearing housing and in one of the four Cone is guided. Via a coupling at the outer end of the Torsion shaft drives the compressor.
  • the sealing washers consist of a sintered PTFE-mica mixture or of a material with similar properties.
  • the invention has for its object a dry-running screw rotor compressor with extremely short To create design and the shortest possible design to achieve the greatest possible tightness.
  • the screw rotor compressor internal rotor bearings are part of the suction side and of the pressure side bearing housing and consist of the same Material, e.g. B. Cast steel.
  • the pins protrude into the holes Rotors into it, which are used to support the rotors with sliding or Rolling bearings are equipped.
  • the drive of the screw rotor compressor can be on one of the rotor ends on the suction or pressure side. Between the pressure side ends of the rotors and the pressure side Bearing housings are each gear wheels Differential gear and a seal housing with Sealing washers and seals arranged. Between suction-side ends of the rotors and the suction-side Bearing housings are only seal housings, sealing washers and seals provided.
  • Sealing the compression space from the environment is achieved with seals that are on the pressure side in one Seal housing and suction side also in one Seal housing that in the suction side bearing housing is attached, attached and against the rotor end faces are directed.
  • Gas-sealed seals for example, can be used as seals are used, the particularly high sealing requirements fulfill.
  • sealing washers which are also on the seal housing are attached, the tooth gap spaces sealed against each other.
  • the gap between the Rotors and the sealing washers will be on during assembly 0 mm set.
  • the Sealing discs removed from the rotors as far as for the non-contact run between the sealing washer and rotor is required.
  • Dry-running screw rotor compressors resulting from the given pressure level and the specified speed, according to the calculated Bearing force and the required service life, with sliding or roller bearings.
  • gear wheels arranged on the pressure side, Seals and the bearing housing are the pressure conditions customized.
  • 1 is the suction-side bearing housing (3) on its inside with a pin (25) for Intervention in the bore in the fin rotor (1) and with a further pin (25) for engagement in the Grooved rotor (2).
  • the pressure-side bearing housing (5) has on it Also inside the pin (25). One of those cones engages in the hole in the rib rotor (1) and the other into the hole in the slot rotor (2). Both bearing housings (3, 5) are detachable on the compressor housing (4) attached.
  • the rotors (1, 2) exist within the Compressor housing (4) only from the screw-toothed Part of the rib rotor (1) and the screw-toothed Part of the slot rotor (2), in the end centric holes for receiving the pin (25) introduced are.
  • Fig. 1 is the Drive of the compressor on the pressure side on the rib rotor (1).
  • the bearings of the rotors (1, 2) on the pressure side Pin (25) is carried out by radial bearings and axial bearings (20, 22) held by spacer rings (21) and are secured by shaft nuts (23). Suction side are the rotors (1, 2) in radial bearings (12) on the Pin (25) stored.
  • the rib rotor (1) is driven on the pressure side with the help of a torsion shaft (9) with coupling flange.
  • This torsion shaft is through a hole in the pressure-side bearing housing (5) and the pin (25) led and has a thickening at the inside end (26), which is in a recess of the bore of the Rib rotor (1) is located. Between the torsion shaft (9) and the rib rotor (1) is thereby a positive Connected.
  • the seal between the spaces between the teeth Rotors (1, 2) are made using sealing disks (15, 16), the in the suction side seal housing (14) or in the pressure side seal housing (8) inserted and be attached.
  • This differential consists of a gear wheel (6) for the rib rotor (1) and a gear wheel (7) for the slot rotor (2) with the required pressure side bearing locks (19).
  • Fig. 2 shows the design of a screw rotor compressor with radial bearings (12) and (20) for one high bearing load is laid out.
  • this is pressure-side bearing housing (5) designed so that wider gear wheels (6 ') on the rib rotor (1) and also wider gear wheels (7 ') on the slot rotor (23) and larger radial and axial bearings (20, 22) be used.
  • the gear wheels (6 ', 7') are with spur tooth clutches (24, 27) via central screws (18) with the Rotors (1, 2) connected.

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Description

Die Erfindung betrifft einen trockenlaufenden Rotorverdichter mit Kämmeingriff zwischen einem schraubenverzahnten Rippenrotor und einem schraubenverzahnten Nutenrotor mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
Ein Schraubenrotorverdichter transportiert als zwangsläufig fördernde Verdrängermaschine dementsprechend das Fördermedium nicht nur von der Saug- zur Druckseite, sondern verdichtet es auch auf diesem Wege durch Verkleinerung der Zahnlückenräume. Drehen sich die Läufer bzw. Rotoren im Gehäuse, kommen sie an der saugseitigen Steuerkante außer Eingriff, so daß sich ein Querschnitt und ein Volumen zum Ansaugen öffnet. Bei weiterer Drehung kommen die Rotoren an ihren Steuerkanten wieder zum Eingriff. Der Querschnitt des in axialer Richtung sich bewegenden Arbeitsraumes verkleinert sich bis zur Steuerkante auf der Druckseite des Gehäuses, an der das komprimierte Medium ausgeschoben wird.
Schraubenrotorverdichter lassen sich direkt mit der Motordrehzahl über ein eingebautes oder externes Getriebe antreiben.
Schraubenrotorverdichter mit kleinen Kompressionsverhältnissen (Enddruck/Saugdruck), bei denen das geförderte Medium nicht mit einer Kühlflüssigkeit verunreinigt werden darf, werden als trockenlaufende Schraubenrotorverdichter bzw. als Trockenläufer bezeichnet und benötigen zur Wahrung des Abstandes der Rotorflächen ein Ausgleichsgetriebe, welches die Rotoren vor Berührung schützt.
Die Rotoren dieser Schraubenrotorverdichter besitzen beidseitig angeordnete Zapfen, die in Axial- und Radiallagern im Gehäuse gelagert sind.
Nachteilig ist bei dieser Ausführung die hohe Durchbiegung der Rotoren und das gleichzeitige Auftreten von hohen Torsions- und Biegespannungen an dem angetriebenen Rotorzapfen. Um den Rotoren eine möglichst hohe Steifigkeit zu verleihen bzw. um die erforderlichen Drehmomente übertragen zu können, führt man die Lagerzapfen möglichst groß aus. Dies hat zur Folge, daß der Lagerdurchmesser und der Lagerabstand auch entsprechend groß gewählt werden muß.
Aus der EP-A-0 101 345 ist ein Schraubenkompressor bekannt, bei dem die druckseitigen Enden der Rotoren mit einer Innenlagerung versehen sind, während die saugseitigen Rotorenden außen gelagert sind, und der Antriebspunkt außerhalb des Kompressors liegt. Der bekannte Schraubenkompressor zeigt lediglich im Bereich der Lagerung der Rotoren einzelne Dichtungspartien zur Atmosphärenseite. Diese Dichtungen liegen radial an den Rotoren an, wodurch sich die Lagerabstände vergrößern. Der bekannte Schraubenkompressor weist eine verhältnismäßig große Baulänge auf und seine Abdichtung ist unbefriedigend.
Aus der bisher nichtveröffentlichten DE-A-4 4 03 649.3 ist ein Schraubenrotorverdichter mit einer Öleinspritzung bekannt, der innenliegende Rotorenlagerungen aufweist. Die Lagerzapfen für den Haupt- und Nebenrotor sind jeweils Teile des saugseitigen bzw. des druckseitigen Lagergehäuses und bestehen daher aus dem gleichen Material, z. B. Stahlguß. Die Zapfen ragen in Bohrungen der Rotoren hinein, die zur Lagerung der Zapfen mit Gleit- oder Wälzlagern ausgerüstet sind.
Ein besonderer wirtschaftlicher Vorteil dieser Lagerkonstruktion ist darin zu sehen, daß der so konstruierte Schraubenrotorverdichter gegenüber Verdichtern, bei denen die Rotoren beidseitig angeordnete Zapfen aufweisen, eine extrem kurze Bauform aufweist.
Es können für die Lagerung wahlweise saugseitig Axial- und Radiallager und druckseitig Radiallager oder aber saugseitig Radiallager und druckseitig Axial- und Radiallager verwendet werden.
Der Antrieb des Schraubenrotorverdichters läßt sich an einem der saug- oder druckseitigen Rotorenden anordnen.
Für den Antrieb ist neben Kupplungen beliebiger Bauart u. a. auch eine Torsionswelle möglich, die durch eine Bohrung im saug- oder druckseitigen Lagergehäuse und in einen der vier Zapfen geführt ist. Über eine Kupplung am äußeren Ende der Torsionswelle erfolgt der Antrieb des Verdichters.
Aus der bisher nichtveröffentlichten DE-A-4 4 03 648.5 sowie aus der DE-A-3 609 996 ist darüber hinaus die Abdichtung der Stirnflächen der Rotoren eines Schraubenrotorverdichtes mit einer Öleinspritzung gegenüber dem Gehäuse mittels Dichtscheiben bekannt, um die Abdichtung des Wirkraumes zwischen einem schraubenverzahnten Rippenrotor und einem schraubenverzahnten Nutenrotor zu erreichen.
Zwischen den Stirnflächen der Rotoren und dem Gehäuse befinden sich auf den saug- und druckseitigen Gehäuseteilen Dichtscheiben, die an diese Gehäuseteile angeschraubt, angeklebt oder formschlüssig eingelegt sind. Die Dichtscheiben bestehen aus einem gesinterten PTFE-Glimmer-Gemisch oder aus einem Werkstoff mit ähnlichen Eigenschaften.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen trockenlaufenden Schraubenrotorverdichter mit extrem kurzer Bauform zu schaffen und bei kürzest möglicher Bauform die größtmögliche Dichtigkeit zu erreichen.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Schraubenverdichter erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.
Nach der Erfindung weist der Schraubenrotorverdichter innenliegende Rotorenlagerungen auf. Die Lagerzapfen für den Haupt- und Nebenrotor sind jeweils Teil des saugseitigen bzw. des druckseitigen Lagergehäuses und bestehen aus dem gleichen Material, z. B. Stahlguß. Die Zapfen ragen in Bohrungen der Rotoren hinein, die zur Lagerung der Rotoren mit Gleit- oder Wälzlagern ausgerüstet sind.
Auch hier werden für die Lagerung wahlweise saugseitig Axial- und Radiallager und druckseitig Radiallager oder aber saugseitig Radiallager und druckseitig Axial- und Radiallager verwendet.
Der Antrieb des Schraubenrotorverdichters kann an einem der saug- oder druckseitigen Rotorenden angeordnet werden. Zwischen den druckseitigen Enden der Rotoren und dem druckseitigen Lagergehäuse werden jeweils Getrieberäder eines Ausgleichsgetriebes sowie ein Dichtungsgehäuse mit Dichtscheiben und Dichtungen angeordnet. Zwischen den saugseitigen Enden der Rotoren und dem saugseitigen Lagergehäuse werden lediglich Dichtungsgehäuse, Dichtscheiben und Dichtungen vorgesehen.
Die Abdichtung des Kompressionsraumes gegenüber der Umgebung wird mit Dichtungen erreicht, die druckseitig in einem Dichtungsgehäuse und saugseitig ebenfalls in einem Dichtungsgehäuse, das in dem saugseitigen Lagergehäuse befestigt ist, angebracht und gegen die Rotorstirnflächen gerichtet sind.
Entsprechend dem Druckniveau und der Art des zu fördernden Mediums können an den vier Rotorenden gleiche oder unterschiedliche Dichtungen eingesetzt werden.
Als Dichtungen können zum Beispiel gasgesperrte Dichtungen eingesetzt werden, die besonders hohe Dichtansprüche erfüllen.
Mittels Dichtscheiben, die ebenfalls am Dichtungsgehäuse angebracht sind, werden die Zahnlückenräume gegeneinander abgedichtet. Der Spalt zwischen den Rotoren und den Dichtscheiben wird bei der Montage auf 0 mm eingestellt. Während des Betriebes werden die Dichtscheiben von den Rotoren so weit abgetragen wie das für den berührungslosen Lauf zwischen Dichtscheibe und Rotor erforderlich ist.
Trockenlaufende Schraubenrotorverdichter werden, resultierend aus dem gegebenen Druckniveau und der vorgegebenen Drehzahl, entsprechend der errechneten Lagerkraft und der verlangten Lebensdauer, mit Gleit- oder Wälzlagern versehen.
Auch die auf der Druckseite angeordneten Getrieberäder, Dichtungen sowie das Lagergehäuse werden den Druckverhältnissen angepaßt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1
einen Längsschnitt durch einen Schraubenrotorverdichter mit Torsionswelle und Wälzlagern bzw. Gleitlagern für geringe Lagerbelastung,
Fig. 2
einen Längsschnitt durch einen Schraubenrotorverdichter mit Torsionswelle und Gleitlagern für hohe Lagerbelastungen.
Entsprechend Fig. 1 ist das saugseitige Lagergehäuse (3) an seiner Innenseite mit einem Zapfen (25) zum Eingriff in die Bohrung im Rippenrotor (1) und mit einem weiteren Zapfen (25) zum Eingriff in den Nutenrotor (2) ausgestattet.
Das druckseitige Lagergehäuse (5) besitzt an seiner Innenseite ebenfalls Zapfen (25). Einer dieser Zapfen greift in die Bohrung im Rippenrotor (1) und der andere in die Bohrung im Nutenrotor (2) ein. Beide Lagergehäuse (3, 5) sind an dem Kompressorgehäuse (4) lösbar befestigt.
Demnach bestehen die Rotoren (1, 2) innerhalb des Kompressorgehäuses (4) nur noch aus dem schraubenverzahnten Teil des Rippenrotors (1) und dem schraubenverzahnten Teil des Nutenrotors (2), in deren Ende zentrische Bohrungen zur Aufnahme der Zapfen (25) eingebracht sind.
Im Ausführungsbeispiel gem. Fig. 1 befindet sich der Antrieb des Verdichters druckseitig am Rippenrotor (1).
Die Lagerung der Rotoren (1, 2) auf den druckseitigen Zapfen (25) erfolgt durch Radiallager und Axiallager (20, 22), die durch Distanzringe (21) gehalten und durch Wellenmuttern (23) gesichert sind. Saugseitig sind die Rotoren (1, 2) in Radiallagern (12) auf den Zapfen (25) gelagert.
Auf der Saugseite sind innerhalb der Bohrungen der Rotoren (1, 2) und zwischen den Enden der Zapfen (25) Ölabstreifer (13) mit einem Abführkanal durch das Lagergehäuse (3) angeordnet.
Der Antrieb des Rippenrotors (1) erfolgt auf der Druckseite mit Hilfe einer Torsionswelle (9) mit Kupplungsflansch. Diese Torsionswelle ist durch eine Bohrung im druckseitigen Lagergehäuse (5) und den Zapfen (25) geführt und weist am innenseitigen Ende eine Verdickung (26) auf, die sich in einer Ausnehmung der Bohrung des Rippenrotors (1) befindet. Zwischen der Torsionswelle (9) und dem Rippenrotor (1) wird dadurch eine formschlüssige Verbindung hergestellt.
Als Abdichtung des Kompressionsraumes gegenüber der Atmosphärenseite befinden sich auf der Druckseite und der Saugseite der Stirnflächen der Rotoren Gasdichtungen (10, 17).
Die Abdichtung zwischen den Zahnlückenräumen der Rotoren (1, 2) erfolgt mittels Dichtscheiben (15, 16), die in das saugseitige Dichtungsgehäuse (14) bzw. in das druckseitige Dichtungsgehäuse (8) eingelegt und befestigt werden.
Zur Einhaltung des Abstandes der Rotorflächen des Rippenrotors (1) und des Nutenrotors (2) wird ein Ausgleichsgetriebe zwischen druckseitigem Dichtungsgehäuse (8) und Lagergehäuse (5) eingesetzt.
Dieses Ausgleichsgetriebe besteht aus einem Getrieberad (6) für den Rippenrotor (1) und einem Getrieberad (7) für den Nutenrotor (2) mit den erforderlichen druckseitigen Lagersicherungen (19).
Fig. 2 zeigt die Ausführung eines Schraubenrotorverdichters mit Radiallagern (12) und (20), der für eine hohe Lagerbelastung augelegt ist.
Gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist das druckseitige Lagergehäuse (5) so gestaltet, daß breitere Getrieberäder (6') am Rippenrotor (1) und ebenfalls breitere Getrieberäder (7') am Nutenrotor (23) sowie größere Radial- und Axiallager (20, 22) verwendet werden.
Die Getrieberäder (6', 7') werden mit Stirnzahnkupplungen (24, 27) über Zentralschrauben (18) mit den Rotoren (1, 2) verbunden.
Bezugsziffernliste:
1
Rippenrotor
2
Nutenrotor
3
Lagergehäuse Saugseite
4
Kompressorgehäuse
5
Lagergehäuse Druckseite
6,6'
Getrieberad Rippenrotor
7,7'
Getrieberad Nutenrotor
8
Dichtungsgehäuse Druckseite
9
Torsionswelle mit Kupplungsflansch
10
Gasdichtung Saugseite
11
Lagersicherung Saugseite
12
Radiallager Saugseite
13
Ölabstreifer
14
Dichtungsgehäuse Saugseite
15
Dichtscheibe Saugseite
16
Dichtscheibe Druckseite
17
Gasdichtung Druckseite
18
Zentralschraube
19
Lagersicherung Druckseite
20
Radiallager Druckseite
21
Distanzring
22
Axiallager
23
Wellenmutter
24
Stirnzahn-Kupplung Getrieberadseite
25
Lagerzapfen
26
Mitnehmer Torsionswelle
27
Stirnzahn-Kupplung Rotorseite

Claims (4)

  1. Trockenlaufender Rotorverdichter
    mit Kämmeingriff zwischen einem schraubenverzahnten Rippenrotor (1) und einem schraubenverzahnten Nutenrotor (2),
    mit einem saugseitigen und einem druckseitigen Lagergehäuse (3, 5), wobei das druckseitigen Lagergehäuse (5) Zapfen aufweist, die in Bohrungen innerhalb der Rotoren (1, 2) hineinragen und mit Gleit- oder Wälzlagern versehen sind,
    mit an den Lagergehäusen (3, 5) und den Rotorenden angeordneten Dichtungen (17)
    und mit Getrieberädern (6, 7 bzw. 6', 7') eines Synchronisiergetriebes zwischen den einen Enden der Rotoren (1, 2) und dem Lagergehäuse (5),
    dadurch gekennzeichnet, daß auch das saugseitige Lagergehäuse (3) Zapfen aufweist, die in Bohrungen innerhalb der Rotoren (1, 2) hineinragen und mit Gleit- oder Wälzlagern versehen sind,
    daß eine Torsionswelle (9) einer Kupplungshälfte für den Verdichterantrieb durch eine Bohrung im saug- oder druckseitigen Lagergehäuse und durch einen der Zapfen geführt ist
    und daß zwischen den druckseitigen und den saugseitigen Enden der Rotoren (1, 2) und dem Lagergehäuse (5) jeweils ein Dichtungsgehäuse (8, 14) angeordnet ist, in dem die Dichtungen (17, 10) und Dichtscheiben (16, 15) angebracht und gegen die Stirnflächen der Rotoren (1, 2) gerichtet sind.
  2. Rotorverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den druckseitigen Enden der Rotoren (1, 2) und den Getrieberädern (6', 71) mit größerer Zahneingriffsbreite Stirnzahnkupplungen (24, 27) angeordnet sind, die mittels einer Zentralschraube (18) an den druckseitigen Enden der Rotoren (1, 2) lösbar befestigt werden.
  3. Rotorverdichter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Dichtungen (10, 17) gasgesperrte Dichtungen statischer oder dynamischer Bauart oder eine Kombination beider Bauarten eingesetzt sind.
  4. Rotorverdichter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtscheiben (15, 16) in bekannter Art aus einem gesinterten PTFE-Glimmer-Gemisch oder aus einem Werkstoff mit ähnlichen Eigenschaften hergestellt sind.
EP96101860A 1995-04-08 1996-02-09 Abdichtung, Lagerung und Antrieb der Rotoren eines trockenlaufenden Schraubenrotorverdichters Expired - Lifetime EP0736692B1 (de)

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