EP1447566A1 - Drehkolbenmaschine mit einem rotierenden Entöler - Google Patents

Drehkolbenmaschine mit einem rotierenden Entöler Download PDF

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EP1447566A1
EP1447566A1 EP04002066A EP04002066A EP1447566A1 EP 1447566 A1 EP1447566 A1 EP 1447566A1 EP 04002066 A EP04002066 A EP 04002066A EP 04002066 A EP04002066 A EP 04002066A EP 1447566 A1 EP1447566 A1 EP 1447566A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
centrifuge
oil
piston machine
rotary piston
rotary
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04002066A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Günter Dipl.-Ing. Seidel
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.)
Aerzener Maschinenfabrik GmbH
Original Assignee
Aerzener Maschinenfabrik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aerzener Maschinenfabrik GmbH filed Critical Aerzener Maschinenfabrik GmbH
Publication of EP1447566A1 publication Critical patent/EP1447566A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/02—Lubrication; Lubricant separation
    • F04C29/023—Lubricant distribution through a hollow driving shaft
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C18/08—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C18/12—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C18/126—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with radially from the rotor body extending elements, not necessarily co-operating with corresponding recesses in the other rotor, e.g. lobes, Roots type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C18/12—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C18/14—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F04C18/16—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04C23/00—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C23/005—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids of dissimilar working principle
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    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/0042—Driving elements, brakes, couplings, transmissions specially adapted for pumps

Definitions

  • the present invention relates to a Rotary lobe machine comprising at least two rotary lobes are each mounted on a shaft, at least of which one can be driven in the direction of rotation, a housing in which the Shafts are rotatably mounted and an oil space has, and a centrifuge for generating a negative pressure in the oil room.
  • Rotary piston machines of the type mentioned are in the state generally known in the art. With such Rotary lobe machines are the rotary lobes in a delivery chamber arranged, which must be sealed against an oil space. The shaft of a rotary piston is extended in such a way that it leads through the oil room to the atmosphere and the Drive of the rotary lobe machine is used.
  • Oil seals are usually located around a Prevent oil from entering the delivery chamber.
  • the Seals are especially for gaseous fluids mostly formed in a floating version because of the pressure of the pumping chamber in overpressure operation when the Counteracts oil from the oil room.
  • Another sealing point is located in the passage area the drive shaft from the oil room to the atmosphere where there is a leak must be prevented by oil. It should be noted that in Oil space usually a certain overpressure (compared to atmospheric pressure).
  • centrifuges carry the Release air from the oil space into the environment as a result of in the oil particles contained in the air to oil loss what on the one hand increases the maintenance effort of the rotary lobe machine and on the other hand affects the environment. Furthermore is the provision of a separate electric motor from constructive as well as undesirable from an economic perspective.
  • It is an object of the present invention Provide generic rotary lobe machine, the one Oil leaks from the oil room into other machine areas or the atmosphere in a simple and effective way prevented.
  • the present invention is based on the idea of a To achieve pressure drops towards the oil space by the Centrifuge to create a vacuum in the oil room by at least one of the shafts of the rotary lobe machine, especially the drive shaft, and not by one complex additional device or the like driven is.
  • centrifuges can be used significantly smaller diameter can be used, which the Construction of the machine further simplified. Not least result from all of these achieved with the invention Advantages also considerable economic advantages.
  • the centrifuge has at least one shaft for example by means of a gear or the like can be driven, according to a further development present invention preferred that the centrifuge on one of the shafts is mounted. This is due to the high Speeds of the shafts of the rotary piston machine enables and leads to a very simple and inexpensive Construction of the rotary lobe machine according to the invention. there it is particularly preferred that the centrifuge be on the shaft that is mounted with the highest speed rotates to make the centrifuge as effective as possible with the advantages mentioned above.
  • Centrifuge formed by an impeller that is porous Has filter section the centrifuge fulfills a dual function by: on the one hand to create a negative pressure in the oil space and on the other hand for the conversion of those passing through the centrifuge Oil particles in oil droplets is used. More specifically, it sucks Centrifuge oil mist, i.e. an oil-air mixture from the oil room and pushes it after passing through the centrifuge out again. The oil mist passes through the porous structure of the filter section, which leads to the oil particles of the Oil mist can be deposited in the pores.
  • Centrifuge oil mist i.e. an oil-air mixture from the oil room and pushes it after passing through the centrifuge out again.
  • the oil mist passes through the porous structure of the filter section, which leads to the oil particles of the Oil mist can be deposited in the pores.
  • the filter section consists of metal foam, in particular on the material Nickel or alloys such as nickel / chrome or Nickel / chrome / aluminum based. So the inventors found that this material is highly effective for Is droplet formation, has a high durability and is economically applicable. Particularly cheap The inventors have properties in one Void fraction of the porous filter section of at least 95% found. In addition, it is according to the invention preferred that the porous filter section have a very high Has tensile strength, especially around a reliable one and ensure that the centrifuge operates continuously.
  • the porous Filter section is a filter ring that is on an outer Circumference of the impeller is arranged.
  • the rotary lobes in a delivery chamber are arranged, opposite the oil space and / or the Atmosphere using at least one labyrinth seal each Shaft is sealed.
  • a labyrinth seal i.e. a contactless seal
  • the at least one Shaft driven centrifuge has a sufficient pressure drop generated between the oil space and the delivery chamber.
  • hereby can on the contact seals of the prior art can be dispensed with, and it can be wear-resistant and permanent, non-contact labyrinth seals are used come. This not only improves the durability of the entire rotary piston machine improved, but it will be also significantly higher speeds than previous ones Rotary piston machines possible, for example in the Order of magnitude of 24,000 rpm or higher.
  • this concept also applies to this trained that the oil room versus the atmosphere is sealed by means of at least one labyrinth seal.
  • the housing appropriate facilities, in particular bores, which oil from the Centrifuge and / or the demister in the on the suction side of the Return the centrifuge to the oil chamber.
  • centrifuge according to the invention with any Speeds of the rotary lobe machine used advantageously , it has been shown that an operating speed of the Centrifuge of at least 6,000 rpm, preferably at least 10,000 rpm is particularly advantageous.
  • Fig. 1 shows a schematic sectional view of a first preferred embodiment of the invention Rotary engine.
  • the rotary lobe machine shown in Fig. 1 1 has two rotary pistons 2, 4, each on a shaft 2 ', 4' are mounted.
  • the Rotary piston machine 1 a housing 6, in which the shafts 2 ', 4 'are each rotatably supported by means of roller bearings 3.
  • both shafts 2 ', 4' are each with one Provide gear 28 which are engaged with each other so that a drive torque applied to the shaft 2 ' is transmitted to the shaft 4 '.
  • the rotary pistons 2, 4 are located together in one Delivery space 16, through which a medium during the Operation of the rotary lobe machine happens. Furthermore is an oil chamber 8 is provided in the housing 6, in which the gears 28 and the rolling bearings 3 for lubrication purposes are located.
  • the rotary piston machine 1 has a centrifuge 10 on, which is mounted on the shaft 2, on the Drive end opposite end of the shaft 2 '.
  • the Centrifuge 10 is formed by an impeller 12, which as Basic body has a disc with fan ribs.
  • the impeller 12 has a porous one Filter section 14 in the form of a filter ring on an outer periphery of the impeller 12 is arranged.
  • the Filter section 14 is in the present Embodiment made of metal foam, which has a void portion of at least 95% and has a high tensile strength.
  • Such metal foams preferably on the material Nickel or alloys such as nickel / chrome or Nickel / chrome / aluminum based, for example at Recemat International BV, 2920 AC Krimpen aan den Ijssel, Netherlands in various embodiments available.
  • Nickel or alloys such as nickel / chrome or Nickel / chrome / aluminum based, for example at Recemat International BV, 2920 AC Krimpen aan den Ijssel, Netherlands in various embodiments available.
  • metal foams have proven to be particularly advantageous, also other suitable materials than porous filter sections can be used.
  • the oil space 8 is relative to the atmosphere sealed at least one labyrinth seal, which in the Area of the drive shaft 2 ′ emerging from the housing 6 faces the shaft 2 ', so that the oil leaks out the oil space 8 is avoided in the atmosphere.
  • the Rotary piston machine 1 On the exit side of the centrifuge 10, the Rotary piston machine 1 also has a demister 24.
  • Fig. 2 shows a partial sectional view of a Centrifuge 10 according to the invention, which compared to that in Fig. 1st centrifuge shown is slightly modified.
  • the centrifuge 10 in a separate housing section 6 'mounted next to the Centrifuge 10 also receives the demister 24.
  • the Demister 24 is arranged in Fig. 2 immediately after the centrifuge 10, and enclosed by two grids 24 '. Below the Centrifuge 10 and the demister 24 are each a bore 26 provided for the return of condensed oil particles serves in the oil space 8, for example not in Fig. 2 shown lines or channels.
  • the operation of the rotary lobe machine according to the invention takes place as follows.
  • the centrifuge also rotates together with the shaft 2 ' 10 and continuously sucks oil mist out of the oil space 8, i.e. an air-oil mixture. Due to the suction effect of the Centrifuge 10 is in the oil chamber 8 compared to Atmosphere creates a vacuum that works in conjunction with the labyrinth seals 18, 20 and 22 leak oil from the oil chamber 8 into the delivery chamber 16 or the atmosphere prevented.
  • the oil mist entering the centrifuge 10 is due to radial centrifugal force in the centrifuge flung outward to then pass through the porous Section 14 of the impeller 10 to pass.
  • the Oil mist in the pores of the porous section 14 dejected.
  • the downed fog is through the Centrifugal force led outward, being in the pores Form drops on the outer diameter of the centrifuge 10 or the porous filter section 14 are thrown off.
  • the droplets thrown off the centrifuge can then for example using gravity in the oil space 8 are returned, for example through the bores 26 and corresponding lines.

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Abstract

Um bei einer Drehkolbenmaschine ein Austreten von Öl aus dem Ölraum in andere Maschinenbereiche oder die Atmosphäre auf einfache und wirksame Weise zu verhindern, stellt die vorliegende Erfindung eine Drehkolbenmaschine (1) mit mindestens zwei Drehkolben (2, 4), die jeweils auf einer Welle (2', 4') montiert sind, bereit, bei der die Zentrifuge (10) in Drehrichtung durch mindestens eine der Wellen (2, 4), insbesondere eine Antriebswelle (2), angetrieben ist. Auf diese Weise wird ohne den Einsatz zusätzlicher Antriebe ein Druckgefälle zum Ölraum erzielt, was nicht nur das Austreten von Öl aus dem Ölraum verhindert, sondern auch den Einsatz berührungsloser Dichtungen und somit sehr hoher Drehzahlen möglich macht. <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolbenmaschine, umfassend mindestens zwei Drehkolben, die jeweils auf einer Welle montiert sind, von denen zumindest eine in Drehrichtung antreibbar ist, ein Gehäuse, in dem die Wellen jeweils drehbar gelagert sind und das einen Ölraum aufweist, und eine Zentrifuge zur Erzeugung eines Unterdrucks in dem Ölraum.
Stand der Technik
Drehkolbenmaschinen der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik allgemein bekannt. Bei derartigen Drehkolbenmaschinen sind die Drehkolben in einem Förderraum angeordnet, der gegenüber einem Ölraum abgedichtet sein muss. Die Welle eines Drehkolbens ist dabei derart verlängert, dass sie durch den Ölraum hindurch an die Atmosphäre führt und dem Antrieb der Drehkolbenmaschine dient.
An den Durchtrittsstellen der Wellen vom Förderraum in den Ölraum befinden sich üblicherweise Dichtungen, um ein Eindringen von Öl in den Förderraum zu verhindern. Die Dichtungen sind insbesondere für gasförmige Fördermedien meist in einer schwimmenden Ausführung gebildet, da der Druck des Förderraumes im Überdruckbetrieb einem Übertreten des Öles aus dem Ölraum entgegenwirkt.
Eine weitere Dichtstelle befindet sich im Durchtrittsbereich der Antriebswelle vom Ölraum zur Atmosphäre, wo ein Austreten von Öl verhindert werden muss. Dabei ist zu beachten, dass im Ölraum üblicherweise ein gewisser Überdruck (im Vergleich zum atmosphärischen Druck) herrscht.
Die eingesetzten berührenden Dichtungen sind aufgrund der Rotation der Drehkolbenwellen einem erheblichen Verschleiß ausgesetzt, insbesondere bei hohen Drehzahlen. Dies führt dazu, dass die mögliche Betriebsdauer der Drehkolbenmaschine durch die Dauerhaftigkeit der Wellendichtungen begrenzt wird.
Darüber hinaus ist es im Stand der Technik bekannt, zur Entlastung der Wellendichtungen ein Druckgefälle hin zu dem Ölraum zu erzeugen, so dass das Öl infolge des Druckgefälles weniger dazu neigt, aus dem Ölraum in die Atmosphäre oder den Förderraum auszutreten. Zu diesem Zweck wird üblicherweise an dem Gehäuse der Drehkolbenmaschine ein zusätzlicher, separat gespeister Elektromotor angebracht, der eine Zentrifuge zur Erzeugung eines Unterdrucks in dem Ölraum antreibt. Der Wirkungsgrad derartiger Zentrifugen ist jedoch begrenzt, da die Betriebsdrehzahl geeigneter Elektromotoren beschränkt ist und ohne Getriebe üblicherweise nicht mehr als 3000 U/min beträgt, so dass das Druckgefälle zum Ölraum hin nicht ausreichend ist. Darüber hinaus führen die Zentrifugen, die Luft aus dem Ölraum in die Umgebung abgeben, infolge von in der Luft enthaltenen Ölpartikeln zu Ölverlusten, was einerseits den Wartungsaufwand der Drehkolbenmaschine erhöht und andererseits die Umgebung beeinträchtigt. Weiterhin ist das Vorsehen eines separaten Elektromotors aus konstruktiver wie auch aus wirtschaftlicher Sicht unerwünscht.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Drehkolbenmaschine bereitzustellen, die ein Austreten von Öl aus dem Ölraum in andere Maschinenbereiche oder die Atmosphäre auf einfache und wirksame Weise verhindert.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1 gelöst.
Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, ein Druckgefälle zum Ölraum hin dadurch zu erzielen, dass die Zentrifuge zur Erzeugung eines Unterdrucks in dem Ölraum durch mindestens eine der Wellen der Drehkolbenmaschine, insbesondere die Antriebswelle, und nicht durch eine aufwändige Zusatzvorrichtung oder dergleichen angetrieben ist.
Dementsprechend bestehen die mit der vorliegenden Erfindung erzielten Vorteile insbesondere darin, dass die Konstruktion der Drehkolbenmaschine erheblich vereinfacht wird und die Maschine kompakter ausgeführt werden kann. Gleichzeitig wird jedoch mittels der vorliegenden Erfindung auch ein erheblich größeres Druckgefälle zwischen dem Ölraum und dem Förderraum bzw. der Atmosphäre erzielt, da die Wellen von Drehkolbenmaschinen mit erheblich höheren Drehzahlen rotieren als die bisher eingesetzten Zusatzantriebe, wie beispielsweise Elektromotoren. Daher wird ein Austreten von Öl aus dem Ölraum in andere Maschinenbereiche, insbesondere den Förderraum, auf besonders einfache und wirksame Weise verhindert.
Hierdurch wird nicht nur eine Beeinträchtigung des Förderraumes durch Öl wirkungsvoll ausgeschlossen, sondern es werden auch erheblich geringere Anforderungen an die Abdichtung zwischen Ölraum und Förderraum bzw. Atmosphäre gestellt. Auf diese Weise wird die Konstruktion der Drehkolbenmaschine weiter vereinfacht, die im Hinblick auf die Abdichtung maximal möglichen Drehzahlen der Drehkolbenmaschine werden erhöht und die mögliche Betriebsdauer wird verlängert.
Ferner können dank der erhöhten Drehzahlen Zentrifugen mit erheblich geringerem Durchmesser eingesetzt werden, was die Konstruktion der Maschine weiter vereinfacht. Nicht zuletzt ergeben sich aus all diesen mit der Erfindung erzielten Vorteilen auch erhebliche wirtschaftliche Vorteile.
Obgleich die Zentrifuge durch die mindestens eine Welle beispielsweise mittels eines Getriebes oder dergleichen angetrieben sein kann, ist gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die Zentrifuge auf einer der Wellen montiert ist. Dies wird durch die hohen Drehzahlen der Wellen der Drehkolbenmaschine ermöglicht und führt zu einer sehr einfachen und kostengünstigen Konstruktion der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass die Zentrifuge auf derjenigen Welle montiert ist, die mit der höchsten Drehzahl rotiert, um eine möglichst hohe Wirksamkeit der Zentrifuge mit den oben genannten Vorteilen sicherzustellen.
Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist die Zentrifuge durch ein Laufrad gebildet, das einen porösen Filterabschnitt aufweist. Dank des porösen Filterabschnitts erfüllt die Zentrifuge eine Doppelfunktion, indem sie einerseits zur Erzeugung eines Unterdrucks in dem Ölraum und andererseits zur Umwandlung von die Zentrifuge passierenden Ölpartikeln in Öltröpfchen dient. Genauer gesagt saugt die Zentrifuge Ölnebel, d.h. ein Öl-Luft-Gemisch, aus dem Ölraum an und stößt diesen nach dem Passieren durch die Zentrifuge wieder aus. Dabei passiert der Ölnebel die poröse Struktur des Filterabschnitts, was dazu führt, dass die Ölpartikel des Ölnebels in den Poren niedergeschlagen werden. Durch die Zentrifugalkraft der Zentrifuge wird der niedergeschlagene Nebel nach außen geführt, wobei sich in den Poren Öltropfen bilden, die schließlich am Ausgang der Zentrifuge abgeschleudert werden und nun in den Ölraum zurückgeführt werden können. Auf diese Weise wird nicht nur der Ölbestand der Drehkolbenmaschine erhalten, sondern auch die Atmosphäre vor Ölverschmutzungen geschützt.
Dabei ist es besonders bevorzugt, dass der Filterabschnitt aus Metallschaum besteht, der insbesondere auf dem Werkstoff Nickel oder Legierungen wie Nickel/Chrom bzw. Nickel/Chrom/Aluminium basiert. So haben die Erfinder festgestellt, dass dieses Material hochwirksam zur Tröpfchenbildung ist, eine hohe Dauerhaftigkeit besitzt und wirtschaftlich einsetzbar ist. Besonders günstige Eigenschaften haben die Erfinder dabei bei einem Hohlraumanteil des porösen Filterabschnitts von mindestens 95% festgestellt. Darüber hinaus ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass der poröse Filterabschnitt eine sehr hohe Zugfestigkeit besitzt, insbesondere um einen zuverlässigen und dauerhaften Betrieb der Zentrifuge sicherzustellen.
Im Hinblick auf eine vorteilhafte konstruktive Ausbildung der Zentrifuge ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass der poröse Filterabschnitt ein Filterring ist, der auf einem äußeren Umfang des Laufrades angeordnet ist. Bei dieser Konfiguration wird der Ölnebel aus dem Ölraum durch die Zentrifuge angesaugt und anschließend durch die in der rotierenden Zentrifuge wirkende Zentrifugalkraft durch den Filterabschnitt hindurch ausgestoßen.
Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Drehkolben in einem Förderraum angeordnet sind, der gegenüber dem Ölraum und/oder der Atmosphäre mittels mindestens einer Labyrinthdichtung je Welle abgedichtet ist. Der Einsatz einer Labyrinthdichtung, d.h. einer berührungslosen Dichtung, ist bei der Drehkolbenmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung überraschenderweise möglich, da die durch mindestens eine Welle angetriebene Zentrifuge ein ausreichendes Druckgefälle zwischen dem Ölraum und dem Förderraum erzeugt. Hierdurch kann auf die berührenden Dichtungen des Standes der Technik verzichtet werden, und es können verschleißarme und dauerhafte, berührungslose Labyrinthdichtungen zum Einsatz kommen. Hierdurch wird nicht nur die Dauerhaftigkeit der gesamten Drehkolbenmaschine verbessert, sondern es werden auch deutlich höhere Drehzahlen als bei bisherigen Drehkolbenmaschinen möglich, die beispielsweise in der Größenordnung von 24.000 U/min oder höher liegen können.
Dieses Konzept wird erfindungsgemäß auch dahingehend fortgebildet, dass der Ölraum gegenüber der Atmosphäre mittels mindestens einer Labyrinthdichtung abgedichtet ist.
Um ein mögliches Austreten von Ölpartikeln aus der Drehkolbenmaschine weiter zu minimieren, ist gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass die Drehkolbenmaschine auf der Ausgangsseite der Zentrifuge einen Demister aufweist. Hierdurch werden etwaige Restölpartikel, die in dem aus der Zentrifuge austretenden Ölnebel noch enthalten sein können, wirksam ausgefiltert und können ebenfalls in den Ölraum zurückgeführt werden. Dabei hat sich gezeigt, dass sich der Demister und die erfindungsgemäße Zentrifuge vorteilhaft ergänzen, sodass sich eine sehr weitreichende Beseitigung der Ölpartikel aus dem die Zentrifuge passierenden Ölnebel mit den entsprechenden wirtschaftlichen und ökologischen Vorteilen erzielen lässt.
Zur einfachen und zügigen Zurückführung von Öl in den Ölraum ist gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass das Gehäuse entsprechende Einrichtungen, insbesondere Bohrungen, aufweist, welche Öl von der Zentrifuge und/oder dem Demister in den auf der Saugseite der Zentrifuge liegenden Ölraum zurückführen.
Obgleich die erfindungsgemäße Zentrifuge bei beliebigen Drehzahlen der Drehkolbenmaschine vorteilhaft eingesetzt werden kann, hat sich gezeigt, dass eine Betriebsdrehzahl der Zentrifuge von mindestens 6.000 U/min, bevorzugt mindestens 10.000 U/min besonders vorteilhaft ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1
zeigt eine schematische Schnittansicht einer Drehkolbenmaschine gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2
zeigt eine teilweise Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Zentrifuge als Teil einer Drehkolbenmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend ausführlich unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine. Die in Fig. 1 gezeigte Drehkolbenmaschine 1 besitzt zwei Drehkolben 2, 4, die jeweils auf einer Welle 2', 4' montiert sind. Darüber hinaus besitzt die Drehkolbenmaschine 1 ein Gehäuse 6, in welchem die Wellen 2', 4' jeweils mittels Wälzlagern 3 drehbar gelagert sind. Ein freies Ende der Welle 2' durchdringt die Wandung des Gehäuses 6 und ragt nach außerhalb des Gehäuses 6 hervor, um dort mit einem geeigneten Drehantrieb in Eingriff gebracht zu werden. Darüber hinaus sind beide Wellen 2', 4' jeweils mit einem Zahnrad 28 versehen, die miteinander in Eingriff sind, sodass ein auf die Welle 2' aufgebrachtes Antriebsdrehmoment auch auf die Welle 4' übertragen wird.
Die Drehkolben 2, 4 befinden sich gemeinsam in einem Förderraum 16, durch welchen ein Fördermedium während des Betriebes der Drehkolbenmaschine passiert. Ferner ist innerhalb des Gehäuses 6 ein Ölraum 8 vorgesehen, in welchem sich die Zahnräder 28 und die Wälzlager 3 zu Schmierzwecken befinden.
Weiterhin weist die Drehkolbenmaschine 1 eine Zentrifuge 10 auf, die auf der Welle 2 angebracht ist, und zwar auf dem dem Antriebsende gegenüberliegenden Ende der Welle 2'. Die Zentrifuge 10 ist durch ein Laufrad 12 gebildet, das als Grundkörper eine Scheibe mit Ventilatorrippen besitzt. Darüber hinaus weist das Laufrad 12 einen porösen Filterabschnitt 14 in Form eines Filterringes auf, der auf einem äußeren Umfang des Laufrades 12 angeordnet ist. Der Filterabschnitt 14 besteht in der vorliegenden Ausführungsform aus Metallschaum, der einen Hohlraumanteil von mindestens 95% und eine hohe Zugfestigkeit besitzt. Derartige Metallschäume, die bevorzugt auf dem Werkstoff Nickel oder Legierungen wie Nickel/Chrom bzw. Nickel/Chrom/Aluminium basieren können, sind beispielsweise bei der Fa. Recemat International BV, 2920 AC Krimpen aan den Ijssel, Niederlande in verschiedenen Ausführungsformen erhältlich. Es ist jedoch selbstverständlich, dass obwohl sich Metallschäume als besonders vorteilhaft erwiesen haben, auch andere geeignete Werkstoffe als poröse Filterabschnitte zum Einsatz kommen können.
Zwischen dem Förderraum 16 und dem Ölraum 8 sind für jede Welle 2', 4' auf beiden Seiten der Drehkolben 2, 4 eine erste Labyrinthdichtung 18 und eine zweite Labyrinthdichtung 20 vorgesehen, die mit ihrem inneren Umfang dem äußeren Umfang der Wellen 2', 4' zugewandt sind. Bei den Labyrinthdichtungen 18, 20 handelt es sich somit um berührungslose Dichtungen.
Sie stellen sicher, dass ein Eindringen von Öl aus dem Ölraum 8 in den Förderraum 16 sicher vermieden wird. Darüber hinaus ist zwischen den Labyrinthdichtungen 18 und 20 jeweils ein sogenannter neutraler Raum vorgesehen, der mit der Atmosphäre kommuniziert.
Weiterhin ist der Ölraum 8 gegenüber der Atmosphäre mittels mindestens einer Labyrinthdichtung abgedichtet, die im Bereich des Austretens der Antriebswelle 2' aus dem Gehäuse 6 der Welle 2' zugewandt ist, sodass das Austreten von Öl aus dem Ölraum 8 in die Atmosphäre vermieden wird.
Auf der Ausgangsseite der Zentrifuge 10 weist die Drehkolbenmaschine 1 ferner einen Demister 24 auf.
Fig. 2 zeigt eine teilweise Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Zentrifuge 10, die gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Zentrifuge geringfügig abgewandelt ist. In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist die Zentrifuge 10 in einem eigenen Gehäuseabschnitt 6' montiert, der neben der Zentrifuge 10 auch den Demister 24 aufnimmt. Der Demister 24 ist in Fig. 2 unmittelbar nach der Zentrifuge 10 angeordnet, und durch zwei Gitter 24' eingeschlossen. Unterhalb der Zentrifuge 10 und des Demisters 24 ist jeweils eine Bohrung 26 vorgesehen, die zum Zurückführen kondensierter Ölpartikel in den Ölraum 8 dient, beispielsweise über in Fig. 2 nicht dargestellte Leitungen oder Kanäle.
Der Betrieb der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine vollzieht sich wie folgt. Bei Aufbringen eines Antriebsdrehmoments auf die Antriebswelle 2' rotieren die Drehkolben 2, 4 synchron mit einer bestimmten Drehzahl, die beispielsweise im Bereich von 6.000 bis 24.000 U/min liegen kann. Gemeinsam mit der Welle 2' rotiert auch die Zentrifuge 10 und saugt dabei aus dem Ölraum 8 kontinuierlich Ölnebel, d.h. ein Luft-Öl-Gemisch, an. Durch die Saugwirkung der Zentrifuge 10 wird in dem Ölraum 8 im Vergleich zur Atmosphäre ein Unterdruck erzeugt, der in Zusammenwirken mit den Labyrinthdichtungen 18, 20 und 22 ein Austreten von Öl aus dem Ölraum 8 in den Förderraum 16 oder die Atmosphäre verhindert.
Der in die Zentrifuge 10 eintretende Ölnebel wird aufgrund der in der Zentrifuge vorherrschenden Zentrifugalkraft radial nach außen geschleudert, um anschließend durch den porösen Abschnitt 14 des Laufrades 10 zu passieren. Dabei wird der Ölnebel in den Poren des porösen Abschnitt 14 niedergeschlagen. Der niedergeschlagene Nebel wird durch die Zentrifugalkraft nach außen geführt, wobei sich in den Poren Tropfen bilden, die am Außendurchmesser der Zentrifuge 10 bzw. des porösen Filterabschnitts 14 abgeschleudert werden. Die von der Zentrifuge abgeschleuderten Tropfen können dann beispielsweise unter Ausnutzung der Schwerkraft in den Ölraum 8 zurückgeführt werden, beispielsweise durch die Bohrungen 26 und entsprechende Leitungen hindurch.
Der aus der Zentrifuge austretende Fluidstrom tritt anschließend in den Demister 24 ein, wo etwaige Restanteile von Ölpartikeln weiter vermindert und ebenfalls über die Bohrungen 26 oder dergleichen in den Ölraum zurückgeführt werden können.

Claims (12)

  1. Drehkolbenmaschine (1), umfassend:
    mindestens zwei Drehkolben (2, 4), die jeweils auf einer Welle (2', 4') montiert sind, von denen zumindest eine (2') in Drehrichtung antreibbar ist,
    ein Gehäuse (6), in dem die Wellen (2', 4') jeweils drehbar gelagert sind und das einen Ölraum (8) aufweist,
    eine Zentrifuge (10) zur Erzeugung eines Unterdrucks in dem Ölraum (8),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Zentrifuge (10) in Drehrichtung durch mindestens eine der Wellen (2', 4'), insbesondere eine Antriebswelle (2'), angetrieben ist.
  2. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifuge (10) auf einer der Wellen (2', 4') montiert ist, insbesondere auf derjenigen Welle, die mit der höchsten Drehzahl rotiert.
  3. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifuge (10) durch ein Laufrad (12) gebildet ist, das einen porösen Filterabschnitt (14) aufweist.
  4. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Filterabschnitt (14) aus Metallschaum besteht, der bevorzugt auf Nickel oder Legierungen wie Nickel/Chrom oder Nickel/Chrom/Aluminium basiert.
  5. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Filterabschnitt (14) einen Hohlraumanteil von mindestens 95% besitzt.
  6. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Filterabschnitt (14) eine sehr hohe Zugfestigkeit besitzt.
  7. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Filterabschnitt (14) ein Filterring ist, der auf einem äußeren Umfang des Laufrades (12) angeordnet ist.
  8. Drehkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehkolben (2, 4) in einem Förderraum (16) angeordnet sind, der gegenüber dem Ölraum (8) und/oder der Atmosphäre mittels mindestens einer Labyrinthdichtung (18, 20) je Welle abgedichtet ist.
  9. Drehkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölraum (8) gegenüber der Atmosphäre mittels mindestens einer Labyrinthdichtung (22) abgedichtet ist.
  10. Drehkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf der Ausgangsseite der Zentrifuge (10) einen Demister (24) aufweist.
  11. Drehkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6) Einrichtungen, insbesondere Bohrungen (26), zum Rückführen von Öl von der Zentrifuge (10) und/oder dem Demister (24) in den auf der Saugseite der Zentrifuge (10) liegenden Ölraum (8) aufweist.
  12. Drehkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsdrehzahl der Zentrifuge (10) mindestens 6.000 U/min, bevorzugt mindestens 10.000 U/min beträgt.
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