EP1019633B1 - Schraubenverdichter - Google Patents

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EP1019633B1
EP1019633B1 EP98955416A EP98955416A EP1019633B1 EP 1019633 B1 EP1019633 B1 EP 1019633B1 EP 98955416 A EP98955416 A EP 98955416A EP 98955416 A EP98955416 A EP 98955416A EP 1019633 B1 EP1019633 B1 EP 1019633B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
screw
rotor
rotor assembly
axial
type
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP98955416A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1019633A1 (de
Inventor
Günter Kirsten
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KT Kirsten Technologie-Entwicklung GmbH
Original Assignee
KT Kirsten Technologie-Entwicklung GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by KT Kirsten Technologie-Entwicklung GmbH filed Critical KT Kirsten Technologie-Entwicklung GmbH
Publication of EP1019633A1 publication Critical patent/EP1019633A1/de
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Publication of EP1019633B1 publication Critical patent/EP1019633B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/02—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/02—Arrangements of bearings
    • 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
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/0021—Systems for the equilibration of forces acting on the pump
    • 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
    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/50—Bearings
    • F04C2240/56—Bearing bushings or details thereof

Definitions

  • the invention relates to a screw compressor a housing in which a main rotor and a secondary rotor are arranged, each a shaft and have a screw rotor.
  • Screw compressors are used to make a gaseous Compress substance, such as air, and to be made available as compressed gas.
  • a screw compressor is known in which a main rotor driven by a motor, a secondary rotor drives.
  • the waves of the main and secondary rotor are at both ends by roller bearings stored radially. Furthermore, the waves are both Runner at one end by several ball bearings axially supported.
  • These thrust bearings carry the through the Gas compression occurring between the screw rotors Forces in the axial direction of the main and secondary rotor.
  • the roller bearings develop heat during operation an inhomogeneous heat distribution and thus tension lead in the wave.
  • the object of the invention is the storage of the main and Simplify the secondary rotor in a screw compressor and improve.
  • Secondary rotor axially supported on the main rotor.
  • the main rotor has a thrust bearing part that an axial bearing part of the housing is supported.
  • the secondary runner is only direct through radial bearings supported on the housing.
  • the runner is however no longer with its own axial bearing directly on the Supported housing.
  • the axial forces of the secondary rotor through its screw rotor onto the screw rotor of the main runner.
  • the thrust bearing of the Main rotor formed by the thrust bearing parts of the Main rotor and housing, so it takes all axial Forces of the main rotor and the secondary rotor.
  • the main rotor expediently has the only thrust bearing on, since larger axial on the main rotor Forces act as on the secondary runner. With this configuration only have the relatively low axial forces of the secondary rotor over the screw rotor teeth on the Main runners are transferred. Basically, however also the secondary rotor with an axial bearing be supported on the housing while the main rotor axially supported on the secondary rotor via the screw rotors and is not a separate thrust bearing with the housing having.
  • this is of the Thrust bearing parts formed thrust bearings a plain bearing.
  • the radial bearings can also be designed as plain bearings his.
  • the axial plain bearing is structurally simpler as a roller bearing and thereby facilitates a cheaper one Manufacture of the screw compressor.
  • Have plain bearings also the advantage of not generating any significant heat, so that the rotor shafts even at high speeds stay tension-free.
  • the plain bearing can with the be lubricated with the same medium as Lubricant and sealant in the compressor room of the Screw compressor is used.
  • Lubricating and sealing fluids can serve oil or water. However, air can also be used as the sliding bearing fluid become.
  • the Drive side preferably a roller bearing as a radial bearing used because the slide bearing is extremely flexible high radial loads are not suitable.
  • the secondary runner exclusively via the meshing teeth of the screw rotors axially supported on the main rotor.
  • the teeth the screw rotors can be designed such that there is very little or none at all on the secondary runner axial forces occur so that these small axial Forces of the secondary rotor can be easily applied via the screw rotor teeth can be transferred to the main runner.
  • the secondary rotor preferably has an axial clamping device that axially preloads the secondary runner.
  • the axial clamping device has no stop, to which the secondary runner could be supported, but acts on the secondary runner, preferably the Secondary rotor shaft, with a constant preload force, the approximate expected axial load of the secondary runner due to the gas compression.
  • the tensioning device compensates approximately the axial forces occurring on the secondary rotor, so that only very little or no axial forces from that Secondary runner must be transferred to the main runner.
  • the axial Clamping device a hydraulic clamping device, on the shaft or the screw rotor of the secondary rotor acts.
  • the clamping device can also be used Be fed by air.
  • the axial bearing part of the main rotor is preferably on the screw rotor of the main rotor. Not the shaft of the main rotor, but the screw rotor the main rotor is supported on the housing.
  • the thrust bearing part of the main rotor an axial end wall of the screw rotor.
  • the thrust bearing part of the housing is one washer-like tread, both axial bearing parts together form the plain bearing.
  • the front wall of the The main rotor screw rotor therefore forms a bearing surface, the on the ring-like tread of the housing outsourced.
  • the main runner on an axial end face of the screw rotor as Axial bearing part on a plain bearing disc, which with a Thrust bearing tread of the housing the plain bearing forms.
  • an annular slide bearing washer is provided, which forms a closed radial tread.
  • the screw rotor end wall or the plain bearing disc is essentially radial Grooves for a sliding fluid.
  • This Grooves can be the sliding fluid that is close to the shaft or on the base of the screw rotor is introduced by the centripetal forces continue to reach the outside. On this way, over the entire radius and perimeter of the screw rotor creates a sliding film.
  • the grooves an arcuate course, the radially outer End of each groove opposite to the direction of rotation of the rotor is bent. This results in very even results Sliding fluid distributions over the entire radius and Scope of the screw rotor.
  • the grooves preferably have a T-shaped course, the vertical part being radial and the horizontal part Part arranged tangentially in the circumferential direction are.
  • the T-shaped grooves allow a good one Plain bearing lubrication in both directions of the Main rotor.
  • the screw rotor, the shaft and the plain bearing washer of the main rotor integrally formed with each other.
  • the main runner can be cast from a composite material, Syringes etc. be made in a negative form.
  • the plain bearing disc can be formed separately and with the shaft and / or the screw rotor of the Main rotor cast, screwed or on others Be attached way.
  • the plain bearing disc and the main rotor can be different Materials for shaft, rotor and plain bearing disc can be chosen that correspond to the respective physical Requirements of the respective component better adapted can be.
  • the screw rotor can for example in a conventional manner, for example Composite, be milled and the metal plain bearing washer then screwed to the screw rotor become.
  • the shaft a special radial bearing running layer of the main and the secondary rotor applied.
  • the main runner can for example, be made in one piece, and on the Shaft then a super sliding material for the Radial bearings are applied.
  • the screw compressor 10 from a housing 12 in which axially parallel to each other a main rotor 14 and a secondary rotor 16 are arranged are.
  • the main rotor 14 consists essentially of a shaft 18, a screw rotor 20 and one Plain bearing washer 22, which acts as a thrust bearing part of the main rotor 14 serves.
  • the secondary runner 16 is in turn essentially from a shaft 24 and the Screw rotor 26. Both the shaft 24 and the Screw rotor 26 of the secondary rotor are in diameter each smaller than the shaft 18 and the screw rotor 20 of the main runner 14.
  • Both the main runner 14 and the secondary rotor 16 are also made in one piece from a composite material manufactured.
  • the main rotor 14 is a shaft extension 28, the is led out of the housing 12, driven. This drive is preferably carried out directly via a axially aligned with the main rotor longitudinal axis Electric motor.
  • the main rotor shaft 18 with two Radial bearings 30,32 stored in the housing 12. Also the Secondary rotor 16 is in the with two radial bearings 34,36 Housing 12 stored. All radial bearings are 30,32,34,36 designed as a plain bearing.
  • the one enclosed by the housing 12 Space in which the main rotor screw rotor 20 and the secondary rotor screw rotor 26 are arranged are, the compression space 27 of the screw compressor 10, in which the gas is compressed.
  • the housing 12 does not have one on the side of the shaft extension 28 shown gas opening into which to be compressed Gas can flow into the compression chamber 27.
  • the radial bearings 30, 32 and 36 are in principle all built up the same. Via a sliding fluid inlet 38, 39, 41 a sliding fluid, namely water, runs into an annular groove 44. Sits on the shaft 18, 24, each from the annular groove 44 surround a bearing bush 46, each three radial Has holes 48 through which the sliding fluid reach the outer circumference of the respective shaft 18, 24 can.
  • Secondary rotor 16 runs the sliding fluid through an axial Shaft bore 62 and three arranged at 120 ° to each other radial bores 64 of the shaft 24 to the shaft circumference or to the bearing bush 47. From there it runs Sliding fluid on the shaft circumference in the direction of the compression space 27th
  • the main rotor 14 has a thrust bearing 15, which as Plain bearing is formed.
  • the one axial bearing part of the Axial bearing 15 is formed by the plain bearing disc 22, which are arranged on the end face of the screw rotor 20 and axially closes it.
  • the other Axial bearing part is from an annular disk-like tread 66 of the housing 12 is formed.
  • the washer-like Running surfaces 66,68 of the plain bearing disc 22 and the housing 12 together form a plain bearing, which Screw rotor 20 of the main rotor 18 directly on the housing 12 supports.
  • the sliding fluid for the thrust bearing 15 is a Inlet 70 fed to an annular groove 72 of the main rotor shaft 18, which extends axially up to the slide bearing washer 22 extends.
  • the sliding fluid is at a pressure of approximately 10 bar supplied, which is approximately the gas pressure of the compressed gas corresponds.
  • the plain bearing disc 22 a plurality of radially and arched outwards, tapered grooves 23, due to the the centripetal forces occurring when the main rotor 14 rotates the sliding fluid comes out.
  • the sliding fluid emerges from the grooves 23 of the plain bearing disc 22 out and forms between the treads 66,68 of the thrust bearing 15, a fluid film for the sliding storage ensures.
  • the lubricating fluid continues to flow to the outside and finally gets into the compression space 27th
  • the secondary rotor 16 is with the teeth 25 of its screw rotor 26 with the teeth 21 of the screw rotor 20 of the main rotor 14 meshing. Over the tooth flanks the teeth 21 and 25 are axial forces of the Secondary rotor 16 on the teeth 21 of the main rotor 14 transfer.
  • a fluid space 76 is covered by a cover 78 of the Enclosed housing 12 in which the sliding fluid for Radial bearing 34 is introduced through the inlet 40.
  • the Lubricant works with its fluid pressure of approximately 10 bar on the end face 74 of the shaft 24 and generated therefore a force on the secondary rotor in the axial direction 16, which on the secondary runner 16 through the Counteracts gas pressure acting axial force.
  • This arrangement thus acts as a pneumatic clamping device, which axially cushions the secondary rotor 16, however no stop for fixing the secondary rotor 16 in a certain axial position.
  • Fig. 3 is a second embodiment of a plain bearing disc 22 'shown in the sliding fluid grooves 84 are arranged in a T-shape. It is the vertical groove 85 radial and the horizontal groove arranged tangentially. With this configuration the Grooves 84 can be the main rotor 14 'in both directions of rotation are operated, in both directions adequate lubrication is guaranteed.
  • a main rotor 90 is shown, the consists essentially of two parts: the shaft 92, which are made in one piece with the screw rotor 94 is, for example made of a composite material or Metal, and the slide bearing disc 22 ', which consists of a Material with good sliding properties is made.
  • the plain bearing disc 22 has four axial driver pins 95 on the corresponding holes in the Screw rotor 94 fit.
  • the plain bearing disc can be separated first manufactured and then when casting the main rotor 90 can be cast in.
  • FIG. 7 shows the main rotor 14 of FIG. 1.
  • a main rotor is shown in the the shaft 18 on both sides of the screw rotor 26 one radial bearing running layer 102 is applied in each case is, the better sliding properties than the shaft material has, and consist of so-called super sliding materials can.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Schraubenverdichter mit einem Gehäuse, in dem ein Hauptläufer und ein Nebenläufer angeordnet sind, die jeweils eine Welle und einen Schraubenrotor aufweisen.
Schraubenverdichter werden verwendet, um einen gasförmigen Stoff, beispielsweise Luft, zu verdichten und als Druckgas zur Verfügung zu stellen. Aus DE-A-42 27 332 ist ein Schraubenverdichter bekannt, bei dem ein durch einen Motor angetriebener Hauptläufer einen Nebenläufer antreibt. Die Wellen des Haupt- und Nebenläufers sind an beiden Enden jeweils durch Rollenlager radial gelagert. Darüberhinaus sind die Wellen beider Läufer an jeweils einem Ende durch mehrere Kugellager axial gelagert. Diese Axiallager tragen die durch die Gasverdichtung zwischen den Schraubenrotoren auftretenden Kräfte in axialer Richtung des Haupt- und Nebenläufers. Die Wälzlager entwickeln im Betrieb Wärme, die zu einer inhomogenen Wärmeverteilung und damit zu Spannungen in der Welle führen. Aus DD-PS 84 891 und US-A-38 11 805 sind Verdichter bekannt, bei denen Haupt- und Nebenläufer jeweils Axiallager aufweisen, die als Gleitlager ausgebildet sind und daher weniger Wärme erzeugen. In US 32 75 226 ist ein Schraubenverdichter dargestellt, bei dem Haupt- und Nebenrotor axial durch Wälzlager abgestützt sind, wobei der Hauptrotor zusätzlich durch eine Scheibe axial gelagert ist. Durch die vielen Lager für den Haupt- und Nebenläufer sind die Konstruktionen der bekannten Schraubenverdichter aufwendig und ihre Herstellung dadurch kostspielig.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Lagerung des Hauptund Nebenläufers in einem Schraubenverdichter zu vereinfachen und zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Schraubenverdichter ist der Nebenläufer axial an dem Hauptläufer abgestützt. Nur der Hauptläufer weist ein Axiallagerteil auf, das an einem Axiallagerteil des Gehäuses abgestützt ist. Der Nebenläufer ist also nur noch durch Radiallager direkt an dem Gehäuse abgestützt. Der Nebenläufer ist jedoch nicht mehr durch ein eigenes Axiallager direkt an dem Gehäuse abgestützt. Die axialen Kräfte des Nebenläufers werden durch seinen Schraubenrotor auf den Schraubenrotor des Hauptläufers übertragen. Das Axiallager des Hauptläufers, gebildet von den Axiallagerteilen des Hauptläufers und des Gehäuses, nimmt also alle axialen Kräfte des Hauptläufers und des Nebenläufers auf.
Durch den Wegfall des Axiallagers zwischen Nebenläufer und Gehäuse ist der Gesamtaufwand für die Lagerung des Haupt- und Nebenläufers um mindestens ein (Axial-)Lager verringert.
Ein an dem Gehäuse abgestütztes Axiallager ist nur noch für den Hauptläufer vorgesehen, auf das ohnehin der größte Teil der bei der Gaskompression auftretenden Axialkräfte wirkt. Der Nebenläufer, auf den erheblich geringere axiale Kräfte durch die Gaskompression einwirken, ist über die Zahnflanken seines Schraubenrotors an dem Schraubenrotor des Hauptläufers abgestützt.
Sinnvollerweise weist der Hauptläufer das einzige Axiallager auf, da auf den Hauptläufer größere axiale Kräfte wirken als auf den Nebenläufer. Bei dieser Konfiguration müssen nur die relativ geringen Axialkräfte des Nebenläufers über die Schraubenrotorzähne auf den Hauptläufer übertragen werden. Grundsätzlich kann jedoch auch der Nebenläufer mit einem Axiallager axial an dem Gehäuse abgestützt sein, während der Hauptläufer über die Schraubenrotoren an dem Nebenläufer axial abgestützt ist und kein eigenes Axiallager mit dem Gehäuse aufweist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das von den Axiallagerteilen gebildete Axiallager ein Gleitlager. Auch die Radiallager können als Gleitlager ausgebildet sein. Das Axial-Gleitlager ist konstruktiv einfacher als Wälzlager und erleichtert dadurch eine preiswertere Herstellung des Schraubenverdichters. Gleitlager haben ferner den Vorteil, keine nennenswerte Wärme zu erzeugen, so daß die Läuferwellen auch bei hohen Drehzahlen spannungsfrei bleiben. Das Gleitlager kann mit dem gleichen Medium geschmiert werden, das auch als Schmier- und Dichtmittel in dem Verdichterraum des Schraubenverdichters verwendet wird. Als Gleit-, Schmier- und Dichtfluid können Öl oder Wasser dienen. Als Gleitlagerfluid kann jedoch auch Luft eingesetzt werden.
Bei einem Riemenantrieb des Hauptläufers wird an der Antriebsseite vorzugsweise ein Wälzlager als Radiallager eingesetzt, da Gleitlager zur Aufnahme extrem hoher radialer Belastungen nicht geeignet sind.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Nebenläufer ausschließlich über die kämmenden Zähne der Schraubenrotoren axial an dem Hauptläufer abgestützt. Die Zähne der Schraubenrotoren können derart ausgebildet sein, daß an dem Nebenläufer nur sehr geringe oder gar keine axiale Kräfte auftreten, so daß diese geringen axialen Kräfte des Nebenläufers problemlos über die Schraubenrotor-Zähne auf den Hauptläufer übertragen werden können. Eine weitere Vorrichtung zur Übertragung der Axialkräfte von dem Nebenläufer auf den Hauptläufer entfällt.
Vorzugsweise weist der Nebenläufer eine axiale Spannvorrichtung auf, die den Nebenläufer axial vorspannt. Die axiale Spannvorrichtung weist keinen Anschlag auf, an den der Nebenläufer abgestützt werden könnte, sondern beaufschlagt den Nebenläufer, vorzugsweise die Nebenläuferwelle, mit einer konstanten Vorspannungskraft, die ungefähr der zu erwartenden axialen Belastung des Nebenläufers durch die Gaskompression entspricht. Die Spannvorrichtung kompensiert also ungefähr die an dem Nebenläufer auftretenden axialen Kräfte, so daß nur sehr geringe oder gar keine Axialkräfte von dem Nebenläufer auf den Hauptläufer übertragen werden müssen. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die axiale Spannvorrichtung eine hydraulische Spannvorrichtung, die auf die Welle oder den Schraubenrotor des Nebenläufers wirkt. Die Spannvorrichtung kann aber auch mit Luft gespeist sein.
Vorzugsweise ist das Axiallagerteil des Hauptläufers an dem Schraubenrotor des Hauptläufers angeordnet. Nicht die Welle des Hauptläufers, sondern der Schraubenrotor des Hauptläufers wird an dem Gehäuse abgestützt. Der Schraubenrotor, an dem die axialen Kräfte durch die Druckerzeugung sowie die von dem Nebenläufer übertragenen axialen Kräfte auftreten, wird also direkt an dem Gehäuse gelagert, so daß die axialen Kräfte ohne eine Übertragung durch ein weiteres Bauteil abgestützt werden. Dadurch entfällt die axiale Belastung der Welle durch die axialen Belastungskräfte des Hauptläufers, so daß die Welle weniger durch entsprechende Drehmomente und Schubkräfte beansprucht wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Axiallagerteil des Hauptläufers eine axiale Stirnwand des Schraubenrotors. Das Axiallagerteil des Gehäuses ist eine ringscheibenartige Lauffläche, wobei beide Axiallagerteile zusammen das Gleitlager bilden. Die Stirnwand des Hauptläufer-Schraubenrotors bildet also eine Lagerfläche, die auf der ringartigen Lauffläche des Gehäuses lagert. Bei dieser Konstruktion müssen keine lagerspezifischen Teile an dem Hauptläufer vorgesehen werden. Die Herstellung des Hauptläufers ist bei dieser Konfiguration also wenig aufwendig.
In einer alternativen Ausgestaltung weist der Hauptläufer an einer axialen Stirnseite des Schraubenrotors als Axiallagerteil eine Gleitlagerscheibe auf, die mit einer Axiallagerteil-Lauffläche des Gehäuses das Gleitlager bildet. An einer Stirnseite des Hauptläuferrotors ist also eine ringartige Gleitlagerscheibe vorgesehen, die eine geschlossene radiale Lauffläche bildet.
Vorzugsweise weist die Schraubenrotor-Stirnwand bzw. die Gleitlagerscheibe im wesentlichen radial verlaufende Nuten für ein Gleitfluid auf. Durch diese Nuten kann das Gleitfluid, das in Wellennähe bzw. an der Basis des Schraubenrotors eingeleitet wird, durch die Zentripedalkräfte weiter nach außen gelangen. Auf diese Weise wird über den gesamten Radius und Umfang des Schraubenrotors ein Gleitfilm erzeugt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung haben die Nuten einen bogenartigen Verlauf, wobei das radial äußere Ende jeder Nut der Rotordrehrichtung entgegengesetzt gebogen ist. Dadurch ergeben sich sehr gleichmäßige Gleitfluidverteilungen über den gesamten Radius und Umfang des Schraubenrotors.
Vorzugsweise haben die Nuten einen T-förmigen Verlauf, wobei der senkrechte Teil radial und der waagerechte Teil tangential in Umfangsrichtung verlaufend angeordnet sind. Die T-förmigen Nuten ermöglichen eine gute Gleitlagerschmierung in beiden Laufrichtungen des Hauptläufers.
In einer bevorzugten Ausgestaltung liegt eine Stirnfläche des Nebenläufer-Schraubenrotors axial abstützend an der Gleitlagerscheibe des Hauptläufers an. Die Stirnfläche der Rotorzähne des Nebenläufers schlagen also an der rotorseitigen Seite der Gleitlagerscheibe an. Dadurch ist mit einfachen Mitteln eine axiale Lagerung des Nebenläufers realisiert, durch die auch größere Axialkräfte übertragen werden können.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind der Schraubenrotor, die Welle und die Gleitlagerscheibe des Hauptläufers einstückig miteinander ausgebildet. Der Hauptläufer kann aus einem Verbundwerkstoff durch Gießen, Spritzen u.ä. in einer Negativform hergestellt sein.
Alternativ kann die Gleitlagerscheibe separat ausgebildet und mit der Welle und/oder dem Schraubenrotor des Hauptläufers vergossen, verschraubt oder auf andere Weise befestigt sein. Bei dieser getrennten Herstellung der Gleitlagerscheibe und des Hauptläufers können verschiedene Materialien für Welle, Rotor und Gleitlagerscheibe gewählt werden, die den jeweiligen physikalischen Anforderungen des jeweiligen Bauteils besser angepaßt werden können. Der Schraubenrotor kann beispielsweise auf herkömmliche Weise, beispielsweise aus Verbundwerkstoff, gefräst werden und die Metall-Gleitlagerscheibe anschließend mit dem Schraubenrotor verschraubt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird auf die Welle des Haupt- bzw. des Nebenläufers eine spezielle Radiallager-Laufschicht aufgebracht. Der Hauptläufer kann beispielsweise einstückig hergestellt sein, und auf die Welle anschließend ein Supergleitwerkstoff für das Radiallager aufgetragen werden.
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Abbildungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1
einen Schraubenverdichter mit einem Hauptläufer mit einem axialen Gleitlager und einem Nebenläufer, der an dem Hauptläufer axial abgestützt ist,
Fig. 2
eine erste Ausführungsform des Axiallagerteils des Hauptläufers,
Fig. 3
eine zweite Ausführungsform eines Axiallagerteils des Hauptläufers,
Fig. 4
eine dritte Ausführungsform eines Axiallagerteils des Hauptläufers,
Fig. 5
eine erste Ausführungsform eines Hauptläufers mit einer separaten Gleitlagerscheibe,
Fig. 6
der Hauptläufer und die montierte Gleitlagerscheibe der Fig. 5,
Fig. 7
eine zweite Ausführungsform des Hauptläufers, der einstückig ausgebildet ist, und
Fig. 8
eine dritte Ausführungsform eines Hauptläufers, auf dessen Welle eine Radiallager-Laufschicht aufgebracht ist.
In Fig. 1 ist ein Schraubenverdichter 10 dargestellt, der der Erzeugung eines ölfreien Druckgases, beispielsweise Luft dient. Der Schraubenverdichter 10. besteht aus einem Gehäuse 12, in dem achsparallel zueinander ein Hauptläufer 14 und ein Nebenläufer 16 angeordnet sind. Der Hauptläufer 14 besteht im wesentlichen aus einer Welle 18, einem Schraubenrotor 20 und einer Gleitlagerscheibe 22, die als Axiallagerteil des Hauptläufers 14 dient. Der Nebenläufer 16 besteht seinerseits im wesentlichen aus einer Welle 24 und dem Schraubenrotor 26. Sowohl die Welle 24 als auch der Schraubenrotor 26 des Nebenläufers sind im Durchmesser jeweils kleiner als die Welle 18 und der Schraubenrotor 20 des Hauptläufers 14. Sowohl der Hauptläufer 14 als auch der Nebenläufer 16 sind einstückig aus einem Verbundwerkstoff hergestellt.
Der Hauptläufer 14 ist über einen Wellenansatz 28, der aus dem Gehäuse 12 herausgeführt ist, antreibbar. Dieser Antrieb erfolgt vorzugsweise direkt über einen axial mit der Hauptläufer-Längsachse ausgerichteten Elektromotor.
Zur Aufnahme der radialen Kräfte, die auf den Hauptläufer 14 wirken, ist die Hauptläufer-Welle 18 mit zwei Radiallagern 30,32 in dem Gehäuse 12 gelagert. Auch der Nebenläufer 16 ist mit zwei Radiallagern 34,36 in dem Gehäuse 12 gelagert. Alle Radiallager 30,32,34,36 sind als Gleitlager ausgebildet. Der von dem Gehäuse 12 umschlossene Raum, in dem der Hauptläufer-Schraubenrotor 20 und der Nebenläufer-Schraubenrotor 26 angeordnet sind, ist der Verdichtungsraum 27 des Schraubenverdichters 10, in dem das Gas verdichtet wird. Das Gehäuse 12 weist an der Seite des Wellenansatzes 28 eine nicht dargestellte Gasöffnung auf, in die das zu komprimierende Gas in den Verdichtungsraum 27 einströmen kann. In den durch die Zähne 21,25 der Schraubenrotoren 20,26 gebildeten Räume wird das Gas in dem Verdichtungsraum 27 komprimiert und am gegenüberliegenden axialen Ende des Verdichtungsraums 27 durch eine nicht dargestellte Gehäuseöffnung komprimiert ausgelassen. Diese Auslaßseite des Schraubenverdichters bzw. des Haupt- und Nebenläufers 14,16 wird als Druckseite bezeichnet.
Die Radiallager 30, 32 und 36 sind prinzipiell alle gleich aufgebaut. Über ein Gleitfluid-Zulauf 38,39,41 läuft ein Gleitfluid, nämlich Wasser, in eine Ringnut 44. Auf der Welle 18,24 sitzt, jeweils von der Ringnut 44 umgeben, eine Lagerbüchse 46, die jeweils drei radiale Bohrungen 48 aufweist, durch die das Gleitfluid auf den Außenumfang der jeweiligen Welle 18,24 gelangen kann.
Bei den beiden druckseitigen Radiallagern 32,36 wird das Gleitfluid entlang der Welle 18,24 axial verteilt, wobei das in Richtung Verdichtungsraum 27 fließende Gleitfluid über eine Ringnut 50 und Sammelkanäle 52,54 in einen Gleitfluidsammelraum 57 gelangt. Über zwei Bohrungen 56,58 wird das Gleitfluid in den Verdichtungsraum 27 eingespritzt.
Bei dem antriebsseitigen Radiallager 30 des Hauptläufers 14 fließt das Gleitfluid entlang der Lagerbüchse 46 in beide axiale Richtungen, nämlich in Richtung eines Gleitfluidablaufes 60 und in Richtung der Gleitlagerscheibe 22.
Bei dem der Druckseite abgewandten Radiallager 34 des Nebenläufers 16 läuft das Gleitfluid durch eine axiale Wellenbohrung 62 und drei in 120° zueinander angeordnete radiale Bohrungen 64 der Welle 24 zum Wellenumfang bzw. zu der Lagerbüchse 47. Von dort läuft das Gleitfluid auf dem Wellenumfang in Richtung Verdichtungsraum 27.
Der Hauptläufer 14 weist ein Axiallager 15 auf, das als Gleitlager ausgebildet ist. Das eine Axiallagerteil des Axiallagers 15 wird von der Gleitlagerscheibe 22 gebildet, die an der Stirnseite des Schraubenrotors 20 angeordnet ist und diesen axial abschließt. Das andere Axiallagerteil wird von einer ringscheibenartigen Lauffläche 66 des Gehäuses 12 gebildet. Die ringscheibenartigen Laufflächen 66,68 der Gleitlagerscheibe 22 und des Gehäuses 12 bilden zusammen ein Gleitlager, das den Schraubenrotor 20 des Hauptläufers 18 direkt an dem Gehäuse 12 abstützt.
Das Gleitfluid für das Axiallager 15 wird über einen Zulauf 70 einer Ringnut 72 der Hauptläuferwelle 18 zugeführt, die sich bis zur Gleitlagerscheibe 22 axial erstreckt. Das Gleitfluid wird mit einem Druck von ungefähr 10 bar zugeführt, der ungefähr dem Gasdruck des komprimierten Gases entspricht.
Wie in Fig. 2 dargestellt, weist die Gleitlagerscheibe 22 mehrere radial und bogenartig nach außen verlaufende, spitz zulaufende Nuten 23 auf, durch die aufgrund der bei Rotation des Hauptläufers 14 auftretenden Zentripedalkräfte das Gleitfluid nach außen gelangt.
Das Gleitfluid tritt aus den Nuten 23 der Gleitlagerscheibe 22 heraus und bildet zwischen den Laufflächen 66,68 des Axiallagers 15 einen Fluidfilm, der für die gleitende Lagerung sorgt. Das Gleitfluid fließt weiter nach außen und gelangt schließlich in den Verdichtungsraum 27.
Der Nebenläufer 16 ist mit den Zähnen 25 seines Schraubenrotors 26 mit den Zähnen 21 des Schraubenrotors 20 des Hauptläufers 14 kämmend in Eingriff. Über die Zahnflanken der Zähne 21 und 25 werden axiale Kräfte des Nebenläufers 16 auf die Zähne 21 des Hauptläufers 14 übertragen.
Im Bereich der Stirnseite 74 der Welle 24 des Nebenläufers 16 wird ein Fluidraum 76 von einem Deckel 78 des Gehäuses 12 umschlossen, in den das Gleitfluid für das Radiallager 34 durch den Zulauf 40 eingeführt wird. Das Gleitfluid wirkt mit seinem Fluiddruck von ungefähr 10 bar auf die Stirnfläche 74 der Welle 24 und erzeugt dadurch in axialer Richtung eine Kraft auf den Nebenläufer 16, die der auf den Nebenläufer 16 durch die Gasdruckerzeugung wirkenden Axialkraft entgegenwirkt. Diese Anordnung wirkt also als pneumatische Spannvorrichtung, die den Nebenläufer 16 axial abfedert, jedoch keinen Anschlag zum Fixieren des Nebenläufers 16 in einer bestimmten axialen Position aufweist.
Neben der axialen Spannvorrichtung 80 und der axialen Abstützung des Nebenläufers über die Schraubenrotoren 20,26 wird der Nebenläufer außerdem von der Rückseite 82 der Gleitlagerscheibe 22 abgestützt, an die sich Stirnseiten 83 der Zähne 25 des Nebenläufer-Schraubenrotors 26 abstützen.
In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform einer Gleitlagerscheibe 22' dargestellt, in der die Gleitfluid-Nuten 84 T-förmig verlaufend angeordnet sind. Dabei ist die senkrechte Nut 85 radial und die waagerechte Nut tangential angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung der Nuten 84 kann der Hauptläufer 14' in beiden Drehrrichtungen betrieben werden, wobei in beiden Drehrichtungen eine ausreichende Gleitschmierung gewährleistet ist.
In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform des Hauptläufers 14" dargestellt, bei dem jedoch keine Gleitlagerscheibe vorgesehen ist, sondern die Stirnseite 88 der Zähne 25 als Gleitlagerfläche dient. Zur besseren Verteilung des Gleitfluids sind auch in der Stirnfläche 88 bogenartig angeordnete Nuten 89 vorgesehen.
In der Fig. 5 ist ein Hauptläufer 90 dargestellt, der im wesentlichen aus zwei Teilen besteht: Der Welle 92, die einstückig mit dem Schraubenrotor 94 hergestellt ist, beispielsweise aus einem Verbundwerkstoff oder Metall, und der Gleitlagerscheibe 22', die aus einem Material mit guten Gleiteigenschaften hergestellt ist. Die Gleitlagerscheibe 22 weist vier axiale Mitnehmerzapfen 95 auf, die in entsprechende Bohrungen des Schraubenrotors 94 passen.
Wie in Fig. 6 dargestellt, wird die Gleitlagerscheibe 22' auf die Welle 92 aufgeschoben und die Mitnahmezapfen 95 in die entsprechenden Öffnungen des Schraubenrotors 94 eingesteckt. Die Gleitlagerscheibe 22' wird dann mit dem Schraubenrotor 94 verschraubt.
Alternativ kann die Gleitlagerscheibe zunächst getrennt hergestellt und anschließend beim Gießen des Hauptläufers 90 miteingegossen werden.
Fig. 7 zeigt den Hauptläufer 14 der Fig. 1.
In Fig. 8 ist ein Hauptläufer dargestellt, bei dem auf die Welle 18 zu beiden Seiten des Schraubenrotors 26 jeweils eine Radiallagerlaufschicht 102 aufgebracht ist, die bessere Gleiteigenschaften als das Wellenmaterial hat, und aus sog. Supergleitwerkstoffen bestehen kann.

Claims (15)

  1. Schraubenverdichter mit einem Gehäuse (12), in dem ein Hauptläufer (14) und ein Nebenläufer (16) angeordnet sind, die jeweils eine Welle (18,24) und einen Schraubenrotor (20,26) aufweisen,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenläufer (16) axial an dem Hauptläufer (14) abgestützt ist, und
    daß nur der Hauptläufer (14) ein rotierendes Axiallagerteil (22) aufweist, das an einem feststehenden Axiallagerteil (66) des Gehäuses (12) abgestützt ist.
  2. Schraubenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von den Axiallagerteilen (22,66) gebildete Axiallager (15) ein Gleitlager ist.
  3. Schraubenverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenläufer (16) ausschließlich über die kämmenden Zähne (21,25) der Schraubenrotoren (20,26) axial an dem Hauptläufer (14) abgestützt ist.
  4. Schraubenverdickter nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß eine axiale Spannvorrichtung (80) vorgesehen ist, die den Nebenläufer (16) zur Auslaßseite hin axial vorspannt.
  5. Schraubenverdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Spannvorrichtung (80) eine hydraulische Spannvorrichtung ist, die auf die Welle (24) oder den Schraubenrotor (26) des Nebenläufers (16) wirkt.
  6. Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Axiallagerteil (22) des Hauptläufers (14) an dem Schraubenrotor (20) angeordnet ist.
  7. Schraubenverdichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Axiallagerteil des Hauptläufers (14") eine axiale Stirnwand (88) des Schraubenrotors (20') vorgesehen ist und als Axiallagerteil des Gehäuses (12) eine ringartige Lauffläche (66) vorgesehen ist, wobei beide Axiallagerteile das Gleitlager (88,66) bilden.
  8. Schraubenverdichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptläufer (14) an der saugseitigen axialen Stirnseite des Schraubenrotors (20) als Axiallagerteil eine Gleitlagerscheibe (22) aufweist, die mit einer Axiallagerteil-Lauffläche (66) des Gehäuses (12) das Gleitlager bildet.
  9. Schraubenverdichter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenrotor-Stirnwand (88) bzw. die Gleitlagerscheibe (22) im wesentlichen radial verlaufende Nuten (23,89) für ein Gleitfluid aufweist.
  10. Schraubenverdichter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (23,99) einen bogenartigen Verlauf haben.
  11. Schraubenverdichter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (84) einen T-förmigen Verlauf haben.
  12. Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stirnfläche des Nebenläufer-Schraubenrotors (26) axial abstützend an der Gleitlagerscheibe (22) des Hauptläufers (14) anliegt.
  13. Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubenrotor (20), die Welle (18) und die Gleitlagerscheibe (22) des Hauptläufers (14) einstückig miteinander ausgebildet sind.
  14. Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitlagerscheibe (22') mit der Welle (92) oder dem Schraubenrotor (94) des Hauptläufers (90) vergossen, verschraubt oder auf andere Weise verbunden ist.
  15. Schraubenverdichter nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Welle (18) des Haupt- und/oder Nebenläufers (14,16) eine Radiallager-Laufschicht (102) aufgebracht ist.
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