EP0959251B1 - Drehzahnverdichter und Verfahren zum Betrieb eines solchen - Google Patents

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EP0959251B1
EP0959251B1 EP99109591A EP99109591A EP0959251B1 EP 0959251 B1 EP0959251 B1 EP 0959251B1 EP 99109591 A EP99109591 A EP 99109591A EP 99109591 A EP99109591 A EP 99109591A EP 0959251 B1 EP0959251 B1 EP 0959251B1
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Heinrich Dipl.-Ing. Amlinger
Herbert Roth
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C27/00—Sealing arrangements in rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C27/008—Sealing arrangements in rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids for other than working fluid, i.e. the sealing arrangements are not between working chambers of the machine
    • F04C27/009—Shaft sealings specially adapted for pumps

Definitions

  • the invention relates to a rotary tooth compressor with a a gear room, a neutral room and a production room penetrating first pump shaft and one parallel second pump shaft, which from the gear chamber through the neutral space and the funding area leads, the two pump shafts each in the delivery chamber have a rotor and wherein the delivery chamber to carry out the two pump shafts a labyrinth seal sealed off from the neutral room is.
  • the invention further relates to a method for operating such a rotary tooth compressor.
  • Such rotary tooth compressors are called dry running machines for the compression of gas by a pressure difference of 2 bar and are therefore known.
  • Pressures as 3 bar (a) are suitable for rotary tooth compressors not because it will result in undesirable excessive wear the seals are coming.
  • the well-known rotary tooth compressors e.g. at GB 559 226 A, have on both sides of the funding area a neutral space that is connected to the atmosphere.
  • Piston compressor For gas compression, especially of oxygen absolute pressures of 5 to 6 bar have so far been oil-free Piston compressor is used, which is very complex and are therefore expensive. Furthermore, they require a high one Service requirements, as every 6,000 to 8,000 operating hours the piston rings and valves replaced Need to become.
  • the invention is based on the problem of a rotary tooth compressor of the type mentioned at the beginning, that it has higher pressure differentials and higher absolute pressures than previously can compress without its seals subject to high wear. Furthermore should a method for operating such a rotary compressor be created.
  • the first-mentioned problem is solved by that the gearbox and the neutral room are pressure-tight executed and each with a pressure medium connection are provided that the two pump shafts between the delivery room and the gear box and those from the Transmission space leading out to the pump shaft between the atmosphere and the gearbox a shaft seal are sealed, which one against the respective pump shaft to the delivery chamber has facing sealing lip.
  • the speed compressor according to the invention enables it in one-step execution up to to 3 bar (a) and in two stages up to 5 compress reliably up to 6 bar (a). at the same time is ensured by the pressure-tight neutral space, that no process gas is leaked into the environment of the rotary compressor.
  • a neutral room With a rotary tooth compressor in which the two pump shafts on the side opposite the gearbox of the delivery room each stored in a pedestal storage room are, between the pillow block and the delivery room a neutral room is also provided, one can also a long life of the to be arranged there Achieve shaft sealing ring if according to a training the invention of the pedestal storage room and the one between it and the neutral room located in the delivery chamber is pressure-tight and each with a pressure medium connection and if each pillow block is countered by one the pump shaft with a shaft sealing ring in contact with a sealing lip is sealed.
  • the desired, reduced compared to the funding area Pressure in the neutral rooms is inevitable if the two neutral rooms each with the Have suction connection of the rotary compressor.
  • the second problem namely the creation of a Method for operating the rotary tooth compressor according to the invention, is solved according to the invention in that the gearbox-side, neutral room with an under the pressure in the delivery chamber and the gearbox with one under pressure in the production rooms, however pressure above atmospheric pressure becomes.
  • the rotary tooth compressor according to the invention optimal with regard to the life of the shaft sealing rings used. Due to the graduated pressurization at the same time ensured that no gas from the neutral Space can get into the funding room.
  • the rotary tooth compressor shown as a whole in FIG. 1 has in a housing 1 a delivery chamber 2, in which two rotors 3, 4 are arranged. Each of these rotors 3, 4 is arranged on a pump shaft 5, 6. To both The side of the delivery chamber 2 is a pressure-tight, neutral one Room 7, 8 provided, each with a pressure medium connection 9, 10 has. Seen in Figure 1 to the left of the neutral Room 7 is located in the housing 1, a gear room 11, which is also pressure-tight and one Has pressure medium connection 12. Located in gearbox 11 there is a gear 13, which the two pump shafts 5, 6 gears together. The pump shaft 6 leads out of the gear chamber 11 and is with a motor 14 flanged to the outside of the housing 1 connected.
  • the pump shafts 5, 6 penetrate with their respective right end the right, neutral room 8 and are each stored in a pedestal storage room 15, 16, which is hermetically sealed from the outside.
  • the pump shafts 5, 6 are between the delivery chamber 2 and the respective neutral room 8 each with a labyrinth seal 17, 18, 19, 20 sealed.
  • Shaft seals 21, 22 seal the plummer block 15, 16 compared to the neutral Room 8 onwards.
  • Corresponding shaft sealing rings 23, 24 seal the neutral space 7 with respect to the gear space 11 and a shaft seal 25 opposite the gear chamber 11 the atmosphere.
  • a purge gas source 31 enables the gear chamber 11 and defined the two neutral rooms 7, 8 with a purge gas To apply pressure.
  • This purge gas can the neutral spaces 7, 8 via an overflow valve 32 leave. This way you can go into the neutral Evacuate rooms 7, 8 penetrating process gas continuously.
  • FIG. 1 This shows compared to FIG. 1 greatly increases the shaft seals located on the pump shaft 6 22, 24, 25. All three shaft seals 22, 24, 25 have one against the pump shaft 6 Sealing lip 26, 27, 28.
  • the sealing lip 28 of the Shaft sealing ring 22 points away from the delivery chamber 2.
  • Figure 2 also shows that the pillow block 16 has a pressure medium connection 30 and this Pressure medium connection 30 through a line 29 to the Pressure medium connection 10 of the right neutral room 8 connected is. The left one is also connected to this line 29 neutral room 7 connected. She is connected to the Suction side of the machine stage.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehzahnverdichter mit einer einen Getrieberaum, einen neutralen Raum und einen Förderraum durchdringenden ersten Pumpenwelle und einer hierzu parallelen zweiten Pumpenwelle, welche von dem Getrieberaum durch den neutralen Raum und den Förderraum führt, wobei die beiden Pumpenwellen jeweils in dem Förderraum einen Rotor aufweisen und wobei der Förderraum zur Durchführung der beiden Pumpenwellen jeweils durch eine Labyrinthabdichtung gegenüber dem neutralen Raum abgedichtet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Drehzahnverdichters.
Solche Drehzahnverdichter werden als trocken laufende Maschinen für die Verdichtung von Gas um eine Druckdifferenz von 2 bar eingesetzt und sind daher bekannt. Für höhere Drücke als 3 bar (a) eignen sich Drehzahnverdichter nicht, weil es dann zu einem unerwünscht starken Verschleiß der Dichtungen kommt. Die bekannten Drehzahnverdichter, z.B. bei GB 559 226 A, haben zu beiden Seiten des Förderraumes jeweils einen neutralen Raum, der Verbindung zur Atmosphäre hat.
Für die Gasverdichtung, insbesondere von Sauerstoff, auf absolute Drücke von 5 bis 6 bar wurden bis jetzt ölfreie Kolbenverdichter verwendet, die sehr aufwendig aufgebaut und deshalb teuer sind. Weiterhin erfordern sie einen hohen Serviceaufwand, da etwa alle 6.000 bis 8.000 Betriebsstunden die Kolbenringe und Ventile ausgewechselt werden müssen.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Drehzahnverdichter der eingangs genannten Art so umzugestalten, dass er auf höhere Druckdifferenzen und höhere Absolutdrücke als bisher verdichten kann, ohne dass seine Dichtungen einem hohen Verschleiß unterliegen. Weiterhin soll ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Drehzahnverdichters geschaffen werden.
Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Getrieberaum und der neutrale Raum druckdicht ausgeführt und jeweils mit einem Druckmittelanschluss versehen sind, dass die beiden Pumpenwellen zwischen dem Förderraum und dem Getrieberaum und die aus dem Getrieberaum nach außen herausführende Pumpenwelle zwischen der Atmosphäre und dem Getrieberaum jeweils durch einen Wellendichtring abgedichtet sind, welcher eine gegen die jeweilige Pumpenwelle anliegende, zum Förderraum hin gerichtete Dichtlippe aufweist.
Bei einem solchen Drehzahlverdichter kann man den neutralen Raum und den Getrieberaum so abgestuft druckbeaufschlagen, dass die Wellendichtringe jeweils nur einem Teil der Druckdifferenz zwischen dem Druck im Förderraum und dem Atmosphärendruck ausgesetzt sind. Man kann zum Beispiel bei einem absoluten Druck im Förderraum von 5 bar, so dass ein mittlerer Druck in den Labyrinthabdichtungen von 4 bar ansteht, im neutralen Raum einen absoluten Druck von 3 bar und im Getrieberaum einen absoluten Druck von 2 bar einstellen. Die Wellendichtringe zwischen dem neutralen Raum und dem Getrieberaum und der Wellendichtring zwischen dem Getrieberaum und der Atmosphäre werden dann jeweils nur mit einer Druckdifferenz von 1 bar beansprucht, was zu einer langen Lebensdauer dieser Dichtungen führt. Der erfindungsgemäße Drehzahlverdichter ermöglicht es in einstufiger Ausführung bis auf 3 bar (a) und in zweistufiger Ausführung bis auf 5 bis 6 bar (a) betriebssicher zu komprimieren. Zugleich wird durch den druckdichten neutralen Raum sichergestellt, dass kein Prozessgas als Leckgas in die Umgebung des Drehzahnverdichters gelangen kann.
Bei einem Drehzahnverdichter, bei dem die beiden Pumpenwellen an der dem Getrieberaum gegenüberliegenden Seite des Förderraumes jeweils in einem Stehlagerraum gelagert sind, wobei zwischen dem Stehlagerraum und dem Förderraum ebenfalls ein neutraler Raum vorgesehen ist, kann man ebenfalls eine lange Lebensdauer des dort anzuordnenden Wellendichtringes erreichen, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung der Stehlagerraum und der zwischen ihm und dem Förderraum liegende neutrale Raum druckdicht ausgeführt und jeweils mit einem Druckmittelanschluss versehen sind und wenn jeder Stehlagerraum durch einen gegen die Pumpenwelle mit einer Dichtlippe anliegenden Wellendichtring abgedichtet ist.
Der gewünschte, gegenüber dem Förderraum verringerte Druck in den neutralen Räumen stellt sich zwangsläufig ein, wenn die beiden neutralen Räume jeweils mit der Saugseite des Drehzahnverdichters Verbindung haben.
Das zweitgenannte Problem, nämlich die Schaffung eines Verfahrens zum Betrieb des erfindungsgemäßen Drehzahnverdichters, wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass der getrieberaumseitige, neutrale Raum mit einem unter dem Druck im Förderraum liegenden Druck und der Getrieberaum mit einem unter dem Druck in den Förderräumen jedoch über dem Atmosphärendruck liegenden Druck beaufschlagt wird.
Hierdurch wird der erfindungsgemäße Drehzahnverdichter bezüglich der Lebensdauer der Wellendichtringe optimal eingesetzt. Durch die abgestufte Druckbeaufschlagung wird zugleich sichergestellt, dass kein Gas aus dem neutralen Raum in den Förderraum gelangen kann.
Ein Eindringen von Fett von den Stehlagern in den Förderraum lässt sich auf einfache Weise dadurch vermeiden, dass auch der stehlagerraumseitige, neutrale Raum mit einem unter dem Druck im Förderraum liegenden Druck beaufschlagt wird.
Günstig ist es auch, wenn der Stehlagerraum und der ihn vom Förderraum trennende neutrale Raum an eine gemeinsame Druckmittelquelle angeschlossen sind. Hierdurch wird eine Belastung des Wellendichtringes des Stehlagers durch eine Druckdifferenz gänzlich ausgeschlossen. Auch beim Anfahren und Stillsetzen des Drehzahnverdichters können durch diese Druckmittelverbindung keine Druckdifferenzen auf den Wellendichtring des Stehlagers wirken.
Aus dem Förderraum in die neutralen Räume einsickerndes Prozessgas kann aus den neutralen Räumen kontinuierlich entfernt werden, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung die neutralen Räume zur Druckbeaufschlagung mit einer Spülgasquelle verbunden sind und jeweils einen durch ein Überströmventil geregelten Spülgasauslass aufweisen. Ein solcher kontinuierlicher Spülgasstrom führt zugleich zu einer Temperaturabsenkung an den Wellendichtringen und dadurch zu einer Erhöhung ihrer Standzeit. Außerdem werden Getriebeölansammlungen im neutralen Raum bei Undichtigkeit am Wellendichtring vermieden.
Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind zwei davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
Fig.1
einen Längsschnitt durch einen Drehzahnverdichter nach der Erfindung,
Fig.2
eine Prinzipskizze, welche im Schnitt die Anordnung und Gestaltung der Wellendichtringe des Drehzahnverdichters und ihre Druckmittelversorgung sowie eine gegenüber Figur 1 geänderte Gasbeaufschlagung zeigt.
Der in Figur 1 als Ganzes dargestellte Drehzahnverdichter hat in einem Gehäuse 1 einen Förderraum 2, in welchem zwei Rotoren 3, 4 angeordnet sind. Jeder dieser Rotoren 3, 4 ist auf einer Pumpenwelle 5, 6 angeordnet. Zu beiden Seiten des Förderraumes 2 ist ein druckdichter, neutraler Raum 7, 8 vorgesehen, der jeweils einen Druckmittelanschluss 9, 10 hat. In Figur 1 gesehen links von dem neutralen Raum 7 befindet sich im Gehäuse 1 ein Getrieberaum 11, der ebenfalls druckdicht ausgeführt ist und einen Druckmittelanschluss 12 aufweist. Im Getrieberaum 11 befindet sich ein Getriebe 13, welches die beiden Pumpenwellen 5, 6 getrieblich miteinander verbindet. Die Pumpenwelle 6 führt aus dem Getrieberaum 11 heraus und ist mit einem außen an dem Gehäuse 1 angeflanschten Motor 14 verbunden.
Die Pumpenwellen 5, 6 durchdringen mit ihrem jeweils rechten Ende den rechten, neutralen Raum 8 und sind jeweils in einem Stehlagerraum 15, 16 gelagert, welcher nach außen hin hermetisch verschlossen ist. Die Pumpenwellen 5, 6 sind zwischen dem Förderraum 2 und dem jeweiligen neutralen Raum 8 jeweils durch eine Labyrinthabdichtung 17, 18, 19, 20 abgedichtet. Wellendichtringe 21, 22 dichten die Stehlagerräume 15, 16 gegenüber dem neutralen Raum 8 ab. Entsprechende Wellendichtringe 23, 24 dichten den neutralen Raum 7 gegenüber dem Getrieberaum 11 und ein Wellendichtring 25 den Getrieberaum 11 gegenüber der Atmosphäre ab.
Eine Spülgasquelle 31 ermöglicht es, den Getrieberaum 11 und die beiden neutralen Räume 7, 8 mit einem Spülgas definierten Druck zu beaufschlagen. Dieses Spülgas vermag über ein Überströmventil 32 die neutralen Räume 7, 8 zu verlassen. Auf diese Weise kann man in die neutralen Räume 7, 8 eindringendes Prozessgas kontinuierlich abführen.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nunmehr auf die Figur 2 Bezug genommen. Diese zeigt gegenüber Figur 1 stark vergrößert die auf der Pumpenwelle 6 sitzenden Wellendichtringe 22, 24, 25. Alle drei Wellendichtringe 22, 24, 25 haben eine gegen die Pumpenwelle 6 anliegende Dichtlippe 26, 27, 28. Die Dichtlippen 26, 27 der Wellendichtringe 24, 25, welche den Getrieberaum 11 zur Atmosphäre und zu dem neutralen Raum 7 hin abdichten, weisen in Richtung des Förderraumes 2. Die Dichtlippe 28 des Wellendichtringes 22 weist vom Förderraum 2 weg.
Die Figur 2 lässt weiterhin erkennen, dass der Stehlagerraum 16 einen Druckmittelanschluss 30 hat und dieser Druckmittelanschluss 30 durch eine Leitung 29 mit dem Druckmittelanschluss 10 des rechten neutralen Raumes 8 verbunden ist. An diese Leitung 29 ist auch der linke neutrale Raum 7 angeschlossen. Sie hat Verbindung mit der Saugseite der Maschinenstufe.
Nicht dargestellt ist eine Ausführungsform, bei der die Pumpenwellen 5, 6 die Stehlagerräume 15, 16 durchdringen und dann mit entsprechenden Pumpenwellen eines zweiten Drehzahnverdichters verbunden sind. Bei einer solchen Ausführungsform empfiehlt sich wiederum die zuvor für den Getrieberaum und den neutralen Raum beschriebene, abgestufte Druckbeaufschlagung.
Bezugszeichenliste
1
Gehäuse
2
Förderraum
3
Rotor
4
Rotor
5
Pumpenwelle
6
Pumpenwelle
7
neutraler Raum
8
neutraler Raum
9
Druckmittelanschluss
10
Druckmittelanschluss
11
Getrieberaum
12
Druckmittelanschluss
13
Getriebe
14
Motor
15
Stehlagerraum
16
Stehlagerraum
17
Labyrinthabdichtung
18
Labyrinthabdichtung
19
Labyrinthabdichtung
20
Labyrinthabdichtung
21
Wellendichtring
22
Wellendichtring
23
Wellendichtring
24
Wellendichtring
25
Wellendichtring
26
Dichtlippe
27
Dichtlippe
28
Dichtlippe
29
Leitung
30
Druckmittelanschluss
31
Spülgasquelle
32
Überströmventil

Claims (7)

  1. Drehzahnverdichter mit einer einen Getrieberaum (11), einen neutralen Raum (7) und einen Förderraum (2) durchdringenden ersten Pumpenwelle (6) und einer hierzu parallelen zweiten Pumpenwelle (5), welche von dem Getrieberaum (11) durch den neutralen Raum (7) und den Förderraum (2) führt, wobei die beiden Pumpenwellen (5, 6) jeweils in dem Förderraum (2) einen Rotor (3, 4) aufweisen und wobei der Förderraum (2) zur Durchführung der beiden Pumpenwellen (5, 6) jeweils durch eine Labyrinthabdichtung (17, 18, 19, 20) gegenüber dem neutralen Raum (7, 8) abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Getrieberaum (11) und der neutrale Raum (7) druckdicht ausgeführt und jeweils mit einem Druckmittelanschluss (9, 12) versehen sind, dass die beiden Pumpenwellen (5, 6) zwischen dem Förderraum (2) und dem Getrieberaum (11) und die aus dem Getrieberaum (11) nach außen herausführende Pumpenwelle (6) zwischen der Atmosphäre und dem Getrieberaum (11) jeweils durch einen Wellendichtring (24, 25) abgedichtet sind, welcher eine gegen die jeweilige Pumpenwelle (5, 6) anliegende, zum Förderraum (2) hin gerichtete Dichtlippe (27, 26) aufweist.
  2. Drehzahnverdichter nach Anspruch 1, bei dem die beiden Pumpenwellen (5, 6) an der dem Getrieberaum (11) gegenüberliegenden Seite des Förderraumes (2) jeweils in einem Stehlagerraum (16) gelagert sind, wobei zwischen dem Stehlagerraum (16) und dem Förderraum (2) ebenfalls ein neutraler Raum (8) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stehlagerraum (15, 16) und der zwischen ihm und dem Förderraum (2) liegende neutrale Raum (8) druckdicht ausgeführt und jeweils mit einem Druckmittelanschluss (10, 30) versehen sind und dass jeder Stehlagerraum (15, 16) durch eine gegen die Pumpenwelle (5, 6) mit einer Dichtlippe anliegende Wellendichtring abgedichtet ist.
  3. Drehzahnverdichter nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden neutralen Räume (7, 8) jeweils mit der Saugseite des Drehzahnverdichters Verbindung haben.
  4. Verfahren zum Betrieb eines Drehzahnverdichters nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der getrieberaumseitige, neutrale Raum mit einem unter dem Druck im Förderraum liegenden Druck und der Getrieberaum mit einem unter dem Druck in den Förderräumen jedoch über dem Atmosphärendruck liegenden Druck beaufschlagt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auch der stehlagerraumseitige, neutrale Raum mit einem unter dem Druck im Förderraum liegenden Druck beaufschlagt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stehlagerraum und der ihn vom Förderraum trennende neutrale Raum an eine gemeinsame Druckmittelquelle angeschlossen sind.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die neutralen Räume zur Druckbeaufschlagung mit einer Spülgasquelle verbunden sind und jeweils einen durch ein Überströmventil geregelten Spülgasauslass aufweisen.
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