EP2906828B1

EP2906828B1 - Seal of a compressor rotor

Info

Publication number: EP2906828B1
Application number: EP13811905.2A
Authority: EP
Inventors: Thomas MÖNK; Wolfgang Zacharias
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2033-12-18
Also published as: EP2906828A1; DE102012223830A1; CN104870824A; US9863426B2; CN104870824B; US20150330395A1; WO2014096036A1; RU2015129079A; RU2643269C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdichterrotor, insbesondere für einen Turboverdichter, wie einem Getriebeverdichter, mit einer mehrere axial hintereinander angeordnete, miteinander verbundene Segmente aufweisenden Ritzelwelle und mit einer die Ritzelwelle abdichtenden, mehrteiligen Dichtung.The invention relates to a compressor rotor, in particular for a turbocompressor, such as a gear compressor, with a plurality of axially successively arranged, interconnected segments having pinion shaft and a pinion shaft sealing, multi-part seal.

Verdichter bzw. fluidekomprimierende Vorrichtungen werden in verschiedenen Industriebereichen für verschiedene Anwendungen genutzt, bei denen es um eine Kompression oder Verdichtung von Fluiden, im Speziellen (Prozess-)Gasen, geht.Compressors or fluid compressing devices are used in various industries for various applications involving compression or compression of fluids, especially (process) gases.

Bekannte Beispiele hierfür sind Turboverdichter in mobilen industriellen Anwendungen, wie in Abgasturboladern oder in Strahltriebwerken, oder auch in stationären industriellen Anwendungen, wie Getriebe- bzw. Getriebeturboverdichter für eine Luftzerlegung.Well-known examples of this are turbo compressors in mobile industrial applications, such as in exhaust gas turbochargers or in jet engines, or even in stationary industrial applications, such as gearbox turbo compressors for air separation.

Bei einem solchen - in seiner Arbeitsweise kontinuierlich arbeitenden - Turboverdichter wird die Druckerhöhung (Verdichtung) des Fluids dadurch bewirkt, dass ein Drehimpuls des Fluids von Eintritt zu Austritt durch ein rotierendes, radial erstreckende Schaufeln aufweisendes, von einem Verdichterrotor getragenes Laufrad des Turboverdichters durch die Rotation von den Schaufeln erhöht wird. Hier, d.h. in einer solchen Verdichterstufe, steigen Druck und Temperatur des Fluids, während die relative (Strömungs-)Geschwindigkeit des Fluids im Laufrad bzw. Turbolaufrad sinkt.In such a turbocompressor, which operates continuously in its operation, the pressure increase (compression) of the fluid is effected by rotation of the fluid from inlet to outlet through a rotating impeller of the turbocompressor having radially extending blades carried by a compressor rotor is increased by the blades. Here, i. In such a compressor stage, pressure and temperature of the fluid increase while the relative (flow) velocity of the fluid in the impeller or turbocharger wheel decreases.

Um eine möglichst hohe Druckerhöhung bzw. Verdichtung des Fluids zu erreichen, können mehrere solcher Verdichterstufen hintereinander geschaltet werden.In order to achieve the highest possible pressure increase or compression of the fluid, a plurality of such compressor stages can be connected in series.

Als Bauformen von Turboverdichtern unterscheidet man zwischen Radial- und Axialverdichtern.As types of turbocompressors, a distinction is made between radial and axial compressors.

Bei dem Axialverdichter strömt das zu komprimierende Fluid, beispielsweise ein Prozessgas, beispielsweise Luft oder Kohlendioxid, in paralleler Richtung zur Achse (Axialrichtung) durch den Verdichter. Bei dem Radialverdichter strömt das Gas axial in das Laufrad der Verdichterstufe und wird dann nach außen (radial, Radialrichtung) abgelenkt. Bei mehrstufigen Radialverdichtern wird damit hinter jeder Stufe eine Strömungsumlenkung notwendig.In the axial compressor, the fluid to be compressed, for example a process gas, for example air or carbon dioxide, flows in a direction parallel to the axis (axial direction) through the compressor. In the radial compressor, the gas flows axially into the impeller of the compressor stage and is then deflected outwards (radially, radially). With multi-stage centrifugal compressors, a flow diversion becomes necessary behind each stage.

Kombinierte Bauarten von Axial- und Radialverdichtern saugen mit ihren Axialstufen große Volumenströme an, die in den anschließenden Radialstufen auf hohe Drücke komprimiert werden.Combined types of axial and radial compressors draw large volume flows with their axial stages, which are compressed to high pressures in the subsequent radial stages.

Während meist einwellige Maschinen (Einwellenturboverdichter) mit einer ein oder mehrere Laufräder tragenden (Ritzel-)Welle - als Verdichterrotoreinheit im Folgenden auch nur kurz Verdichterrotor bezeichnet - zum Einsatz kommen, sind bei (mehrstufigen) Getriebeturboverdichtern (kurz im Folgenden auch nur Getriebeverdichter) die einzelnen Verdichterstufen um ein Großrad herum gruppiert, wobei hier mehrere parallele (Ritzel-)Wellen, die jeweils ein oder zwei - in als Gehäuseanbauten realisierte, die Zu- und Abströmung zu den Verdichterstufen bewirkenden, drucktragenden Spiralgehäusen aufgenommene - Laufräder (an freien Wellenenden der Ritzelwellen angeordnete Turbolaufräder) tragen - als Verdichterrotoreinheit im Folgenden auch nur kurz Verdichterrotor bezeichnet -, von einem großen, im Gehäuse gelagerten Antriebszahnrad, einem Großrad, angetrieben werden.While mostly single-shaft machines (single-shaft turbo compressors) with a one or more wheels bearing (pinion) shaft - referred to as compressor rotor unit hereinafter also briefly compressor rotor - are used in (multi-stage) Getriebeturboverdichtern (shortly below only gear compressor), the individual Grouped around compressor stages around a large gear, here several parallel (pinion) shafts, each one or two - realized as housing structures, the inflow and outflow to the compressor stages causing, pressure-bearing volute housed - wheels (arranged at free shaft ends of the pinion shafts Turbocharged) carry - as a compressor rotor unit hereinafter also referred to only briefly compressor rotor -, are driven by a large, mounted in the housing drive gear, a large wheel.

In dem drucktragenden Spiralgehäuse, d.h. in einer zylindrischen Bohrung in dem Spiralgehäuse, ist - neben dem von der Ritzelwelle getragenen Laufrad bzw. dem Verdichterrotor - ein Spiraleinsatz derart eingesetzt, dass in der zylindrischen Bohrung des Spiralgehäuses axial stirnseitig dem Spiraleinsatz ein durch das Spiralgehäuse und dem Spiraleinsatz eingeschlossener Raum, ein sogenannter Ringraum, verbleibt, über welchen das Fluid - vom Laufrad kommend - radial über einen sich erweiternden Querschnitt abströmt.In the pressure-bearing volute casing, ie in a cylindrical bore in the volute, a spiral insert is used in such a way that in the cylindrical bore of the volute axially frontally the spiral insert a through the volute casing and the. - In addition to the carried by the pinion shaft impeller or the compressor rotor Spiral insert enclosed space, a so-called annulus, remains over which the fluid - coming from the impeller - flows radially over an expanding cross-section.

Über eine Anlagenverrohrung, wie ein am Spiralgehäuse bzw. am (Gehäuse-)Topf angeordnetes Druckstutzenrohr mit einem daran angeordneten Druckstutzenflansch, strömt das Fluid dann vom Ringraum weiter aus der Verdichterstufe ab.About a plant piping, such as a arranged on the volute casing or on (housing) pot pressure pipe with a Druckstutzenflansch arranged thereon, the fluid then flows from the annular space further from the compressor stage.

Die Zuströmung des Fluids ins Spiralgehäuse erfolgt über einen als (axial-stirnseitigen) Gehäusedeckel ausgebildeten Spiralansaugflansch, welcher das Spiralgehäuse axial abschließt.The inflow of the fluid into the volute casing takes place via a spiral intake flange which is designed as an (axially front-side) housing cover and closes off the volute casing axially.

Ein solcher Getriebeverdichter, ein Getriebeverdichter der Firma Siemens mit der Bezeichnung STC-GC bzw. STC-GV, eingesetzt für die Luftzerlegung, ist aus http://www.energy.siemens.com/hq/de/verdichtung-expansion-ventilation/turboverdichter/getriebeturboverdichter/stc-gc.htm bzw. http://www.energy.siemens.com/hq/de/verdichtung-expansion-ventilation/turboverdichter/getriebeturboverdichter/stc-gv.htm (erhältlich am 18.12.2012) bekannt.Such a gear compressor, a gear compressor from Siemens called STC-GC or STC-GV, used for air separation, is from http://www.energy.siemens.com/hq/en/verdichtung-expansion-ventilation/ turbocompressor / gearbox turbocompressor / stc-gc.htm or http://www.energy.siemens.com/hq/en/compaction-expansion-ventilation/turbocompressor/transmissionurbo- compressor/stc-gv.htm (available on 18.12.2012) ,

Aus der US 2011/262284 A1 und der US3680979A1 sind jeweils gebaute Rotoren von Radialverdichtern bekannt.From the US 2011/262284 A1 and the US3680979A1 Each built rotors of radial compressors are known.

Die das Laufrad tragende Ritzelwelle bzw. der Verdichterrotor eines solchen Turboverdichters benötigt - zur Vermeidung/Reduktion von Druckverlusten in der Verdichterstufe und/oder zur Verhinderung von einem Ausströmen von (gegebenenfalls gefährlichem) Prozessgas aus der Verdichterstufe (Leckage) - zwischen dem zu verdichtenden Prozessgas (im Inneren der Verdichterstufe) und einer Umgebung außerhalb eine Abdichtung, die je nach Art des Prozessgases und des Druck des Prozessgases (Abdichtdruck) unterschiedlichen Anforderungen genügen muss.The pinion shaft carrying the impeller or the compressor rotor of such a turbocompressor requires - between the process gas to be compressed - to prevent / reduce pressure losses in the compressor stage and / or to prevent the outflow of (possibly dangerous) process gas from the compressor stage (leakage). inside the compressor stage) and an environment outside a seal, which must meet different requirements depending on the nature of the process gas and the pressure of the process gas (sealing pressure).

Es ist bekannt, für eine solche Abdichtung auf der Ritzelwelle angeordnete - mit der Ritzelwelle mitrotierende und/oder nicht-rotierende/feststehende Dichtungselemente aufweisende -Dichtungen, wie Labyrinthdichtungen oder Gasdichtungen, zu verwenden. Ein solcher Getriebeverdichter mit einer Labyrinthdichtung ist aus dem DE 10 2009 015 862 A1 bekannt.It is known for such a seal arranged on the pinion shaft - with the pinion shaft co-rotating and / or non-rotating / fixed sealing elements having Seals, such as labyrinth seals or gas seals. Such a gear compressor with a labyrinth seal is from the DE 10 2009 015 862 A1 known.

Labyrinthdichtungen und Gasdichtungen, in einfacher oder doppelter Ausführung, sind hinreichend bekannt.Labyrinth seals and gas seals, in single or double design, are well known.

Im Speziellen bei Verdichterrotorkonstruktionen mit überhängenden Laufradmassen bzw. bei fliegend gelagerten Laufrädern, wie insbesondere bei Getriebeverdichtern, ist zur Verminderung Unwucht bedingter Belastungen, insbesondere bei hoher Rotordrehzahl, und daraus resultierbarer Schädigungen (insbesondere bei hochdrehenden Verdichterstufen) eine möglichst spielfreie Zentrierung aller - mit den Verdichterrotoren - mitrotierender Bauteile ausgeführt, lassen sich dadurch (Betriebs-) Unwuchten hervorrufende Verlagerungen der mitrotierenden Bauteile zur Drehachse der Verdichterrotoren bzw. eine Verlagerung der Drehachse der rotierenden Bauteile vermeiden.In particular, in compressor rotor designs with overhanging impeller masses or at overhung impellers, in particular at transmission compressors, to reduce unbalance conditional loads, especially at high rotor speed, and resulting damage (especially at high-speed compressor stages) a possible backlash centering all - with the compressor rotors - Running mitrotierender components, thereby (operating) imbalances inducing displacements of co-rotating components to the axis of rotation of the compressor rotors or a displacement of the axis of rotation of the rotating components can be avoided.

Dieses gilt insbesondere auch für mitrotierende Dichtungselemente, insbesondere auch von Gasdichtungen, deren (mitrotierende) Massen insbesondere auch zu Laufradmassen relevante Größenordnungen einnehmen können.This also applies in particular to co-rotating sealing elements, in particular also of gas seals, whose (co-rotating) masses can also assume orders of magnitude that are relevant in particular to impeller masses.

Insbesondere bei Gasdichtungen mit rotierenden Dichtungselementen ist aber eine Zentrierung der rotierenden Dichtungselemente nur durch enge Toleranzen und/oder zusätzlichen Zentrierelementen möglich. Auch kann dort die Verbindung rotierender Dichtungselementen mit deren Trägerelementen meist nicht spielfrei ausgeführt werden, wodurch eine Verlagerung der Drehachse der rotierenden Dichtungselemente bedingt möglich ist (Betriebsunwucht).In particular, in gas seals with rotating sealing elements but a centering of the rotating sealing elements only by tight tolerances and / or additional centering is possible. Also, the connection of rotating sealing elements with their support elements can usually not be executed without clearance, whereby a shift of the axis of rotation of the rotating sealing elements is conditionally possible (operating imbalance).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abdichtung eines Verdichterrotors anzugeben, welche eine sichere Abdichtung des Verdichterrotors gewährleistet, konstruktiv einfach und kostengünstig ausführbar und auch einfach zu montieren ist. Weiterhin soll die Abdichtung es auch ermöglichen,The invention has for its object to provide a seal of a compressor rotor, which ensures a secure seal of the compressor rotor, structurally simple and inexpensive executable and also easy to assemble. Furthermore, the seal should also allow

Verdichterrotoren, insbesondere hochdrehende Verdichterrotoren, möglichst ohne Betriebsunwuchten zu realisieren.Compressor rotors, in particular high-speed compressor rotors, if possible to realize without Betriebsunwuchten.

Diese Aufgaben werden durch eine Verdichterrotoreinheit, im Folgenden nur kurz als Verdichterrotor bezeichnet, mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst.These objects are achieved by a compressor rotor unit, hereinafter referred to only briefly as a compressor rotor, having the features according to the independent claim.

Der Verdichterrotor weist eine mehrere axial hintereinander angeordnete, miteinander verbundene Segmente aufweisende Ritzelwelle sowie eine die Ritzelwelle abdichtende, mehrteilige Dichtung, insbesondere eine Gasdichtung, auf.The compressor rotor has a pinion shaft which has a plurality of axially successively arranged segments connected to one another and a multi-part seal which seals the pinion shaft, in particular a gas seal.

Hierbei meint die Erfindung mit "axial hintereinander" bzw. mit "axial hintereinander angeordnete Ritzelwellensegmente", dass diese Ritzelwellesegmente - in Bezug auf eine Drehachse der Ritzelwelle bzw. des Verdichterrotors - in axialer Richtung der Drehachse in - unmittelbarer oder auch mittelbarer - axialer Abfolge zueinander angeordnet sind.Here, the invention means "axially behind one another" or "axially successively arranged pinion shaft segments" that these pinion shaft segments - in relation to a rotation axis of the pinion shaft and the compressor rotor - in the axial direction of the axis of rotation in - direct or indirect - axial sequence to each other are arranged.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Ritzelwelle ein ein Laufrad aufweisbares bzw. tragbares Laufradsegment, ein Anschlusssegment und ein axial zwischen dem Laufradsegment und dem Anschlusssegment angeordnetes Verzahnungssegment aufweist.According to the invention, it is provided that the pinion shaft has an impeller segment, which can be shown or worn as an impeller, a connection segment and a toothed segment arranged axially between the impeller segment and the connection segment.

Die Segmente können im Wesentlichen zylindrische und/oder - bezüglich der Verdichterrotordrehachse/Ritzelwellendrehachse - rotationssymmetrische Körper sein. Insbesondere das Verzahnungssegment kann als im Wesentlichen zylindrischer, rotationssymmetrischer Hohlkörper ausgebildet sein.The segments may be substantially cylindrical and / or rotationally symmetrical with respect to the compressor rotor axis of rotation / pinion shaft axis of rotation. In particular, the toothed segment may be formed as a substantially cylindrical, rotationally symmetrical hollow body.

Erfindungsgemäß weist das Verzahnungssegment an seinen beiden (axialen) Enden jeweils eine Verzahnung auf, worüber das Verzahnungssegment über entsprechende Gegenverzahnungen an (axialen) Enden des Laufradsegments und des Anschlusssegments axial zwischen dem Laufradsegment und dem Anschlusssegment gehalten wird.According to the invention, the toothed segment has toothing at its two (axial) ends, by which the toothed segment is held axially between the impeller segment and the connection segment via corresponding counter toothings at (axial) ends of the impeller segment and the terminal segment.

Dabei meint die Erfindung mit "über" - zu der Verzahnung - "entsprechende Gegenverzahnung gehalten", dass die Verzahnung (am axialen Ende eines Segments) und die Gegenverzahnung (am axialen Ende des anderen Segments) miteinander im Eingriff stehen, wodurch sich eine formschlüssige Verbindung zur Kraft- und Bewegungsübertragung zwischen den beiden Segmenten ergibt.In this case, the invention means with "about" - to the toothing - "held corresponding counter teeth" that the toothing (at the axial end of a segment) and the counter-toothing (at the axial end of the other segment) are engaged, creating a positive connection for power and motion transmission between the two segments results.

Ist die Verzahnung und die Gegenverzahnung beispielsweise als Hirth-Verzahnung bzw. als Hirth-Verbindung vorgesehen, so kann dadurch das Verzahnungssegment axial, spielfrei zentriert zwischen dem Laufradsegment und dem Anschlusssegment gehalten werden.If the toothing and the counter toothing are provided, for example, as a Hirth toothing or as a Hirth connection, the toothed segment can thereby be held axially, without play, centered between the wheel segment and the terminal segment.

Weiter ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass auf dem Verzahnungssegment ein mit dem Verzahnungssegment zumindest kraftschlüssig verbundenes Dichtungselement der mehrteiligen Dichtung, beispielsweise der Gasdichtung, angeordnet ist.Further, the invention provides that on the toothed segment with the toothed segment at least non-positively connected sealing element of the multi-part seal, for example, the gas seal, is arranged.

Vereinfacht und anschaulich ausgedrückt, das mit dem Verzahnungssegment zumindest kraftschlüssig verbundene Dichtungselement ist ein bzw. der Teil der Dichtung, welcher (im Betriebszustand) mit der Ritzelwelle bzw. mit dem Verdichterrotor mitrotiert.Put simply and vividly, the sealing element which is at least frictionally connected with the toothed segment is one or the part of the seal which rotates (in the operating state) with the pinion shaft or with the compressor rotor.

Anschaulich und vereinfacht ausgedrückt, erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das/ein rotierende/-s Teil/Element der mehrteiligen Dichtung - durch die zumindest kraftschlüssige Verbindung - so ein "Bestandteil" der Ritzelwelle wird, worüber dann - über das mittels der (beidseitigen) Verzahnung gehaltene, insbesondere durch die Verzahnung, im Speziellen durch die Hirth-Verzahnung, spielfrei zentriert haltbare, Verzahnungssegment - eine spielfreie Zentrierung des rotierenden Teils/Elements der Dichtung möglich ist.To put it simply and simply, according to the invention, it is provided that the / a part / element of the multi-part seal becomes such a "component" of the pinion shaft through which the at least one positive connection becomes, via which by means of the (two-sided) toothing held, in particular by the teeth, in particular by the Hirth toothing, centered durable play, toothed segment - a backlash-free centering of the rotating part / element of the seal is possible.

Zusätzliche Zentrierelemente und/oder enge Toleranzen, wie sonst üblich, können so durch die Erfindung eingespart werden bzw. sind nicht mehr notwendig. (Bauteil-)Kosten, Gewicht und/oder zusätzliche Montageschritte und/oder Bearbeitungsschritte werden ebenfalls so durch die Erfindung eingespart bzw. sind nicht mehr notwendig.Additional centering and / or narrow tolerances, as usual, can be saved by the invention or are no longer necessary. (Component) costs, weight and / or additional assembly steps and / or processing steps are also saved by the invention or are no longer necessary.

Die Erfindung stellt so eine sichere, konstruktiv einfache und kostengünstig ausführbare sowie einfach zu montierende Abdichtung eines Verdichterrotors zur Verfügung.The invention thus provides a safe, structurally simple and inexpensive executable and easy to install seal a compressor rotor.

Auch können durch die - durch die Erfindung mögliche - einfach realisierte, spielfreie Zentrierung (mit-)rotierender Dichtungselemente Betriebsunwuchten vermieden werden, ist eine Drehachsenverlagerung nicht bzw. weitgehend nicht mehr möglich.Also can be avoided by - possible by the invention - simply realized, backlash-centering (co-) rotating sealing elements Betriebsunwuchten, a rotational axis displacement is not or largely impossible.

Auch lassen sich so durch die Erfindung höhere Drehzahlen bei dem Verdichterrotor bzw. bei einem einen solchen Verdichterrotor aufweisenden Turboverdichter realisieren. Leistungsfähigere Turboverdichter können so auch verwirklicht werden.Also can be realized by the invention higher speeds in the compressor rotor or in such a compressor rotor having turbo compressor. More efficient turbocompressors can be realized as well.

Auch kleinere Außendurchmesser bei dem (rotierenden) Dichtungselement (so auch bei der Dichtung bzw. deren Elemente insgesamt) können durch die Erfindung realisiert werden. Diese führt zu geringerer Umfangsgeschwindigkeit am Dichtungselement. Dadurch lassen sich wiederum höhere Drehzahlen bei dem Verdichterrotor realisieren.Also, smaller outer diameter in the (rotating) sealing element (as well as in the seal or their elements in total) can be realized by the invention. This leads to lower circumferential speed on the sealing element. This in turn allows higher speeds to be realized in the compressor rotor.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.Preferred developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist bzw. sind die Verzahnung und/oder die Gegenverzahnung als Hirth-Verzahnung bzw. Hirth-Verbindung ausgebildet. Eine solche Hirth-Verzahnung/-Verbindung ist einfach zu fertigen, baut klein und ermöglicht - bei Lösbarkeit der beiden über/dadurch verbundenen Elemente - eine spielfrei zentrierte Verbindung der Elemente.According to a preferred development, the toothing and / or the counter-toothing is or are designed as a Hirth toothing or Hirth joint. Such a Hirth toothing / connection is easy to manufacture, builds small and allows - with solvability of the two over / connected elements - a backlash centered connection of the elements.

Besonderes bevorzugt ist die die Ritzelwelle abdichtende, mehrteilige Dichtung eine Gasdichtung, beispielsweise eine einfache oder doppelte Gasdichtung.More preferably, the pinion shaft sealing, multi-part seal is a gas seal, for example, a single or double gas seal.

Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist eine weitere - zu der die Ritzelwelle abdichtende, mehrteilige Dichtung zusätzliche - Dichtung, beispielsweise eine Labyrinthdichtung, die an dem Verzahnungssegment angeordnet ist, vorgesehen. Dadurch kann die Dichtwirkung bzw. die Abdichtung des Verdichterrotors weiter erhöht werden.According to a further preferred development, a further - to the the pinion shaft sealing, multi-part seal additional - seal, for example, a labyrinth seal, which is arranged on the toothed segment, is provided. As a result, the sealing effect or the sealing of the compressor rotor can be further increased.

Ausgestaltung der Gasdichtung und Art und Ausgestaltung der weiteren Dichtung können in Abhängigkeit des Prozessmediums und/oder des Abdichtdrucks gewählt sein.Design of the gas seal and the nature and design of the further seal may be selected depending on the process medium and / or the sealing pressure.

Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das mit dem Verzahnungssegment zumindest kraftschlüssig verbundene Dichtungselement der mehrteiligen Dichtung formschlüssig oder einstückig mit dem Verzahnungssegment ausgebildet ist.According to a further preferred development, it is provided that the sealing element, which is at least positively connected to the toothed segment, of the multi-part seal is formed in a form-fitting manner or in one piece with the toothed segment.

Insbesondere bei einer einstückigen Ausbildung des Dichtungselements mit dem Verzahnungselement kann ein sonst notwendiges separates Bauteil eingespart werden. Sonst auch notwendige Passungen und/oder Zentrierungen bei separater Ausführung des Dichtungselements sind nicht mehr notwendig. Die Montage des Verdichterrotors vereinfacht sich.In particular, in a one-piece design of the sealing element with the toothing element, an otherwise necessary separate component can be saved. Otherwise also necessary fits and / or centering with separate execution of the sealing element are no longer necessary. The installation of the compressor rotor is simplified.

Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das zumindest kraftschlüssig mit dem Verzahnungssegment verbundene Dichtungselement der mehrteiligen Dichtung eine - in Bezug auf die Drehachse des Verdichterrotors bzw. der Ritzelwelle - im Wesentlichen radiale Dichtungsfläche aufweist.According to a further preferred development, it is provided that the sealing element of the multi-part seal connected at least in a force-locking manner with the toothed segment has a substantially radial sealing surface with respect to the axis of rotation of the compressor rotor or the pinion shaft.

Weiterhin kann hier ein weiteres, in einem, insbesondere an einem Gehäuseelement angeordneten, Stator, insbesondere über eine Feder, im Wesentlichen axial verschieblich angeordnetes Dichtungselement der mehrteiligen Dichtung vorgesehen sein.Furthermore, here another, arranged in a, in particular on a housing element, stator, in particular via a spring, substantially axially displaceably arranged sealing element of the multi-part seal can be provided.

Dieses nicht-rotierende Dichtungselement kann (ebenfalls) eine im Wesentlichen radiale Dichtungsfläche aufweisen, welche der im Wesentlichen radialen Dichtungsfläche des zumindest kraftschlüssig mit dem Verzahnungssegment verbundenen bzw. des mitrotierenden Dichtungselements der mehrteiligen Dichtung axial gegenüberliegt.This non-rotating sealing element may (also) have a substantially radial sealing surface, which axially opposite the substantially radial sealing surface of at least frictionally connected with the toothed segment or the co-rotating seal member of the multi-part seal.

Vereinfacht ausgedrückt, die -im Wesentlichen - radiale Dichtungsfläche des rotierenden Dichtungselements und die - im Wesentlichen - radiale Dichtungsfläche des nicht-rotierenden Dichtungselements liegen - durch die durch die Feder bewirkte axiale Verschiebung des nicht-rotierenden Dichtungselements - im Dichtkontakt aneinander an oder bilden - insbesondere im Falle einer Gasdichtung - einen radialen Dichtspalt, in welchem sich ein Gaspolster aufbaut, aus - und dichten hierdurch ab.In simple terms, the substantially radial sealing surface of the rotating sealing element and the substantially radial sealing surface of the non-rotating sealing element are in contact with each other in sealing contact with each other, in particular due to the axial displacement of the non-rotating sealing element caused by the spring in the case of a gas seal - a radial sealing gap, in which a gas cushion builds up, and - dense thereby.

Bei so radialer Ausrichtung der Dichtungsflächen bei den Dichtungselementen der mehrteiligen Dichtung kann so auch ein kleiner bzw. noch kleinerer Außendurchmesser bei dem (rotierenden) Dichtungselement (so auch bei der Dichtung bzw. deren Elemente insgesamt) realisiert werden. Diese führt zu geringerer Umfangsgeschwindigkeit am Dichtungselement. Dadurch lassen sich wiederum höhere Drehzahlen bei dem Verdichterrotor realisieren. Darüber hinaus kann dadurch auch eine Zentrierung bzw. Zentrierelemente - wie sonst bei Dichtungselementen mit zueinander axialen Dichtungsflächen nötig - eingespart werden; Toleranzen können weiter sein. Die Dichtung wird konstruktiv einfacher, kostengünstiger und lässt sich einfacher montieren.With such a radial alignment of the sealing surfaces in the sealing elements of the multi-part seal, a smaller or even smaller outside diameter can thus be realized in the (rotating) sealing element (as in the case of the seal or its elements as a whole). This leads to lower circumferential speed on the sealing element. This in turn allows higher speeds to be realized in the compressor rotor. In addition, thereby also a centering or centering - as otherwise necessary for sealing elements with mutually axial sealing surfaces - can be saved; Tolerances can be further. The seal is structurally simpler, cheaper and easier to assemble.

Nach einer weitern bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Verzahnungssegment - insbesondere ausgebildet als im Wesentlichen zylindrischer, rotationssymmetrischer Hohlkörper - auf einer, insbesondere gegen das Verzahnungssegment abgedichteten, (zylindrischen) Hülse angeordnet ist.According to a further preferred development it is provided that the toothed segment - in particular formed as a substantially cylindrical, rotationally symmetrical hollow body - Is arranged on a, in particular against the toothed segment sealed, (cylindrical) sleeve.

Diese Hülse kann - an einem axialen Ende - einen axialen Zentrierungsfortsatz aufweisen, welcher die Hülse - zur leichteren Montage des Verzahnungssegments bzw. der Ritzelwelle/des Verdichterrotors - gegenüber einem anderen Ritzelwellensegment, insbesondere gegenüber dem Anschlusssegment, zentriert.This sleeve may have - at one axial end - an axial Zentrierungsfortsatz, which the sleeve - for ease of assembly of the toothed segment or the pinion shaft / the compressor rotor - relative to another pinion shaft segment, in particular with respect to the terminal segment, centered.

Hierzu kann das andere Ritzelwellensegment bzw. das Anschlusssegment - an seinem der Hülse zugewandten axialen Ende - ebenfalls einen entsprechenden, axialen Zentrierungsfortsatz aufweisen, worüber sich die Zentrierung von Hülse und Ritzelwellensegment bzw. Anschlusssegment bewerkstelligen lässt.For this purpose, the other pinion shaft segment or the terminal segment - at its axial end facing the sleeve - also have a corresponding, axial centering extension, about which the centering of sleeve and pinion shaft segment or terminal segment can accomplish.

Um ein Abströmen von (Prozess-)Gas über die Verzahnungen des Verzahnungssegments sowie über durch die Hülse entstehende Kontaktflächen (zum Verzahnungssegment und/oder zum anderem Ritzelwellen-/Anschlusssegment) zu verhindern, ist es zweckmäßig, die Hülse gegen das Verzahnungssegment und/oder die Hülse gegen das andere Ritzelwellen-(Anschlusssegment) abzudichten.In order to prevent outflow of (process) gas via the teeth of the toothed segment as well as contact surfaces formed by the sleeve (for the toothed segment and / or the other pinion shaft / connecting segment), it is expedient to place the sleeve against the toothed segment and / or the Seal sleeve against the other pinion shaft (terminal segment).

Dazu können insbesondere O-Ringe vorgesehen sein. Hierzu können entsprechende Umfangsnuten am Außenumfang der Hülse (dort in den entsprechenden Kontaktbereichen von Hülse und Verzahnungssegment bzw. Hülse und anderes Ritzelwellen-/Anschlusssegment) vorgesehen sein, in welchen die Dichtelemente bzw. die O-Ringe eingelegt sind.For this purpose, in particular O-rings may be provided. For this purpose, corresponding circumferential grooves can be provided on the outer circumference of the sleeve (there in the corresponding contact regions of sleeve and toothed segment or sleeve and other pinion shaft / connecting segment) in which the sealing elements or the O-rings are inserted.

Auch kann vorgesehen sein, dass die Segmente der mehrere axial hintereinander angeordnete, miteinander verbundene Segmente aufweisenden Ritzelwelle mittels einer Dehnschraube verspannt sind, wodurch das Verzahnungssegment axial zwischen dem Laufradsegment und dem Anschlusssegment - spielfrei und zentriert - verspannt gehalten wird.It can also be provided that the segments of the plurality of axially successively arranged, interconnected segments having pinion shaft are clamped by means of an expansion screw, whereby the toothed segment axially between the impeller segment and the connection segment - play and centered - is held clamped.

Ist als die mehrteilige Dichtung eine Gasdichtung vorgesehen, so kann die Gasdichtung für einen Gasdruck in etwa von 3 bar - 5 bar, aber auch für höhere Gasdrücke von ca. 200 bar - 250 bar, wie beispielsweise bei Kohlendioxidanwendungen, ausgelegt sein.If a gas seal is provided as the multi-part seal, the gas seal can be designed for a gas pressure of approximately 3 bar-5 bar, but also for higher gas pressures of approximately 200 bar-250 bar, such as in carbon dioxide applications.

Nach einer weiteren Weiterbildung ist das Laufrad fliegend gelagert. D.h., die Lagerung der Ritzelwelle bzw. des Verdichterrotors erfolgt einseitig des Laufrads, wodurch sich das auf dem Laufradsegment angeordnete Laufrad an einem freien Ritzelwellenende befindet.According to a further development, the impeller is mounted on the fly. That is, the storage of the pinion shaft or the compressor rotor takes place on one side of the impeller, whereby the arranged on the impeller segment impeller is located on a free pinion shaft end.

Derartige Lagerungen sind in der Regel für die Verdichterrotoren von Verdichterstufen bei Getriebeverdichtern vorgesehen (Überhangstufe).Such bearings are usually provided for the compressor rotors of compressor stages in transmission compressors (overhang stage).

Weiterhin kann bevorzugt vorgesehen sein, dass der Verdichterrotor bei einem Turboverdichter, insbesondere einem hochdrehenden Verdichter, eingesetzt wird. Hierbei kann unter "hochdrehend" verstanden werden, dass eine Rotordrehzahl in etwa in einem Bereich von 20.000 U/min - 40.000 U/min oder auch darüber liegt.Furthermore, it can preferably be provided that the compressor rotor is used in a turbocompressor, in particular a high-speed compressor. Here, by "high-revving", it can be understood that a rotor speed is approximately in a range of 20,000 rpm - 40,000 rpm or even higher.

Der Turboverdichter kann dabei ein Einwellenverdichter, sein.The turbocompressor can be a single-shaft compressor.

Erfindungsgemäß ist der Turboverdichter ein Getriebeverdichter. Anders ausgedrückt, ist der Verdichterrotor in einer Verdichterstufe bei einem Getriebeturboverdichter verbaut.According to the invention, the turbocompressor is a transmission compressor. In other words, the compressor rotor is installed in a compressor stage in a transmission turbo compressor.

Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale wird der Fachmann jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.The previously given description of advantageous embodiments of the invention contains numerous features, which are given in the individual subclaims partially summarized in several. However, those skilled in the art will conveniently consider these features individually and summarize them to meaningful further combinations.

In einer Figur ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, welches im Weiteren näher erläutert wird.In one figure, an embodiment of the invention is shown, which will be explained in more detail below.

Es zeigt:

FIG 1: einen Längsschnitt durch einen Abschnitt eines Getriebeverdichterrotors 1 (Teil einer Überhangstufe) mit einer mehrteiligen Ritzelwelle 2.

It shows:

FIG. 1: a longitudinal section through a portion of a gear compressor rotor 1 (part of an overhang stage) with a multi-part pinion shaft second

Sealing of a compressor rotor of a gear compressor

FIG. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Abschnitt eines Getriebeverdichterrotors 1 (kurz im Folgenden nur Verdichterrotor 1) eines Getriebeverdichters 30 mit einer mehrteiligen Ritzelwelle 2. FIG. 1 shows a longitudinal section through a portion of a gear compressor rotor 1 (in the following only compressor rotor 1) of a gear compressor 30 with a multi-part pinion shaft second

Der Verdichterrotor 1 kann sowohl mit einem fliegend gelagerten, auf der Ritzelwelle 2 angeordneten Laufrad (Laufrad nicht dargestellt) (eine Überhangstufe des Getriebeverdichters) als auch mit zwei fliegend gelagerten, auf der Ritzelwelle 2 angeordneten Laufrädern (Laufräder nicht dargestellt) (zwei Überhangstufen) ausgeführt sein.The compressor rotor 1 can be designed both with a cantilevered impeller (impeller not shown) arranged on the pinion shaft 2 (an overhang stage of the transmission compressor) and with two impellers mounted on the pinion shaft 2 (impellers not shown) (two overhang stages) be.

Bei einem Design mit zwei, an den jeweiligen axialen Endbereichen der Ritzelwelle 2 angeordneten Laufrädern kann Fig. 1 als halbe Darstellung mit nur einem axialen Endbereich der Ritzelwelle 2 - mit einer nicht gezeigten, spiegelverkehrten entsprechenden Darstellung für den anderen axialen Endbereich der Ritzelwelle 2 - gesehen werden.In a design with two, arranged at the respective axial end portions of the pinion shaft 2 wheels can Fig. 1 as a half view with only one axial end portion of the pinion shaft 2 - with a not shown, mirror-inverted representation corresponding to the other axial end portion of the pinion shaft 2 - seen.

Der Antrieb/die Rotation des Verdichterrotors 1 erfolgt über ein Getriebe (nicht dargestellt), das durch eine Verzahnung (nicht dargestellt) eine Antriebseinheit, beispielsweise eine Dampfturbine oder einen Elektromotor, zur Kraftübertragung mit der Ritzelwelle 2 verbindet.The drive / the rotation of the compressor rotor 1 via a transmission (not shown) which connects by a toothing (not shown), a drive unit, such as a steam turbine or an electric motor, for transmitting power to the pinion shaft 2.

Ein direkter Antrieb des Verdichterrotors 1 wäre alternativ ebenfalls möglich.A direct drive of the compressor rotor 1 would be alternative also possible.

Im vorliegenden Fall sei von einem hochdrehenden Verdichterrotor 1 bzw. einer hochdrehenden Ritzelwelle 2 mit Drehzahlen im Bereich von ca. 20.000 U/min - 40.000 Um/min ausgegangen.In the present case, it was assumed that a high-speed compressor rotor 1 or a high-speed pinion shaft 2 with speeds in the range of approximately 20,000 rpm - 40,000 rpm.

Wie Fig. 1 zeigt weist die Ritzelwelle 2 drei, entlang ihrer Dreh-/Rotationsachse 25 axial hintereinander angeordnete Segmente 3, 4 und 5 auf, wobei antriebsseitig ein Anschlusssegment 4 der Ritzelwelle 2 und laufradseitig ein das (die Überhangstufe ausbildende) Laufrad (nicht dargestellt) tragende Laufradsegment 5 bei der Ritzelwelle 2 angeordnet sind.As Fig. 1 1, the pinion shaft 2 has three segments 3, 4 and 5 arranged axially one behind the other along its rotation / rotation axis 25, on the drive side a connection segment 4 of the pinion shaft 2 and on the impeller side an impeller segment (not shown) carrying the impeller (not shown) are arranged at the pinion shaft 2.

Axial zwischen dem Laufradsegment 5 und dem Anschlusssegment 4 - und mit diesen drehfest miteinander verbunden - ist ein weiteres Segment 3 der Ritzelwelle 2, das Verzahnungssegment 3 der Ritzelwelle 2, angeordnet.Axially between the impeller segment 5 and the terminal segment 4 - and rotatably connected to these with each other - another segment 3 of the pinion shaft 2, the toothed segment 3 of the pinion shaft 2, is arranged.

Wohingegen das Anschlusssegment 4 als im Wesentlichen zylindrischer, rotationssymmetrischer Vollkörper ausgebildet ist, sind das (das Laufrad (nicht dargestellt) tragende) Laufradsegment 5 und das Verzahnungssegment 3 als im Wesentlichen zylindrische, rotationssymmetrische Hohlkörper (Hülsen) realisiert.Whereas the connection segment 4 is designed as a substantially cylindrical, rotationally symmetrical solid body, the impeller segment (which carries the impeller (not shown) and the toothed segment 3 are realized as essentially cylindrical, rotationally symmetrical hollow bodies (sleeves).

Die Verbindungen zwischen dem Verzahnungssegment 3 und dem Laufradsegment 5 (axial) einerseits und dem Verzahnungssegment 3 und dem Anschlusssegment 4 (axial) andererseits sind als Hirth-Verbindungen ausgebildet, wobei an den jeweiligen axialen Enden 7 und 11 des Verzahnungssegments 3 und des Laufradsegments 5 bzw. 8 und 12 des Verzahnungssegments 3 und des Anschlusssegments 4 eine Hirth-Verzahnung 9 bzw. die entsprechende Hirth-Gegenverzahnung 10 eingebracht ist.The connections between the toothed segment 3 and the impeller segment 5 (axially) on the one hand and the toothed segment 3 and the terminal segment 4 (axially) on the other hand are formed as Hirth connections, wherein at the respective axial ends 7 and 11 of the toothed segment 3 and the impeller segment 5 and 8 and 12 of the toothed segment 3 and the terminal segment 4 a Hirth toothing 9 or the corresponding Hirth counter toothing 10 is introduced.

Innerhalb der (Durchgangs-)Bohrung 35 im hohlzylindrischen Verzahnungssegment 3 ist eine das Verzahnungssegment tragende/abstützende und das Verzahnungssegment 3 zentrierende (Zentrier-)Hülse 21 angeordnet.Within the (through) bore 35 in the hollow cylindrical toothed segment 3 is a toothed segment supporting / supporting and the gear segment 3 centering (centering) sleeve 21 is arranged.

Die Abstützung der Hülse 21 gegen das Verzahnungssegment 3 erfolgt über zwei am Außenumfang der Hülse 21, mit der Hülse 21 einstückige Fortsätze 38, 39, welche den Innenumfang des Verzahnungssegments 3 in dessen zylindrischen Durchgangsbohrung 35 kontaktieren.The support of the sleeve 21 against the toothed segment 3 via two on the outer circumference of the sleeve 21, integral with the sleeve 21 extensions 38, 39 which contact the inner periphery of the toothed segment 3 in the cylindrical through hole 35.

Über einen axialen, hohlzylindrischen Zentrierungsfortsatz 27 am dem Anschlusssegment 4 zugewandeten axialen Ende der Hülse 21 - einerseits - und einem entsprechenden, hohlzylindrischen, den hohlzylindrischen Zentrierungsfortsatz 27 der Hülse 21 - im montierten Zustand - radial (mit Passung 31) umfassenden, axialen Zentrierungsfortsatz 28 am dem Verzahnungssegment 2 zugewandten axialen Ende des Anschlusssegments 4 - andererseits - erfolgt (bei der Montage des Verdichterrotors) die Zentrierung des Verzahnungssegments durch Einführen/-schieben der Hülse 21 bzw. deren Zentrierungsfortsatzes 27 in den Zentrierungsfortsatz 28 des Anschlusssegments 4 solange bis das axiale Ende der Hülse 21 den axialen Grund des Zentrierungsfortsatzes 28 des Anschlusssegments 4 kontaktiert - und dann durch ein Aufschieben des Verzahnungssegments 3 auf die Hülse 21 solange bis die Hirth-Verzahnung 9 am Verzahnungssegment 3 in die Gegenverzahnung 10 am Anschlusssegment 4 greift.About an axial, hollow cylindrical Zentrierungsfortsatz 27 on the terminal segment 4 facing axial end of the sleeve 21 - on the one hand - and a corresponding hollow cylindrical, the hollow cylindrical Zentrierungsfortsatz 27 of the sleeve 21 - in the assembled state - radial (with fit 31) comprising axial Zentrierungsfortsatz 28 am the toothed segment 2 facing axial end of the terminal segment 4 - on the other hand - takes place (during assembly of the compressor rotor) the centering of the toothed segment by inserting / pushing the sleeve 21 and the centering 27 in the centering extension 28 of the terminal segment 4 until the axial end of the Sleeve 21 contacted the axial base of the centering extension 28 of the terminal segment 4 - and then by pushing the toothed segment 3 on the sleeve 21 until the Hirth toothing 9 engages the toothed segment 3 in the counter toothing 10 on the terminal segment 4.

Um ein Abströmen von (Prozess-)Gas über die Hirth-Verbindungen bzw. die Hirth-Verzahnungen 9, 10 sowie über die Kontaktflächen von Hülse 21 zu Verzahnungssegment 3 sowie von Hülse 21 zu Anschlusssegment 4 zu verhindern, ist die Hülse 21 gegen das Verzahnungssegment 3 und gegen das Anschlusssegment 4 abgedichtet.In order to prevent outflow of (process) gas via the Hirth connections or the Hirth toothings 9, 10 as well as over the contact surfaces of sleeve 21 to tooth segment 3 and sleeve 21 to terminal segment 4, the sleeve 21 is against the toothed segment 3 and sealed against the terminal segment 4.

Dazu weist die Hülse 21 - im Abstützfortsatz 38 sowie im Zentrierungsfortsatz 27 - zwei umlaufende Nuten 23 auf, in welchen Dichtelemente 24, in diesem Fall O-Ringe 24, eingelegt sind.For this purpose, the sleeve 21 - in the supporting extension 38 and in the centering 27 - two circumferential grooves 23, in which sealing elements 24, in this case, O-rings 24, are inserted.

Mittels einer Dehnschraube 22 - einerseits eingeschraubt (Verschraubung 33) in einer (axialen) Gewindebohrung 34 im Anschlusssegment 4, durchgeführt durch zylindrische Ausnehmungen/Bohrungen 35, 36 und 37 in dem hülsenartigen Verzahnungssegment 3, der (hülsenartigen) Zentrierungshülse 21 und dem hülsenartigen Laufradsegment 5, andererseits gesichert mittels einer auf die Dehnschraube 22 aufgeschraubten und sich gegen einen Absatz (nicht dargestellt) in dem hülsenartigen Laufradsegment 5 abstützenden Sicherungsmutter (nicht dargestellt) - sind die drei Segmente , d.h. das Anschlusssegment 4, das Verzahnungssegment 3 und das Laufradsegment 5, gegeneinander verspannt, wodurch das Verzahnungssegment 3 axial zwischen dem Laufradsegment 5 und dem Anschlusssegment 4 gehalten wird.By means of an expansion screw 22 - on the one hand screwed (screw 33) in an (axial) threaded bore 34 in the connection segment 4, performed by cylindrical recesses / bores 35, 36 and 37 in the sleeve-like toothed segment 3, the (sleeve-like) centering sleeve 21 and the sleeve-like impeller segment fifth on the other hand secured by means of a screwed onto the expansion screw 22 and against a shoulder (not shown) in the sleeve-like impeller segment 5 supporting locking nut (not shown) - are the three segments, ie the connection segment 4, the toothed segment 3 and the impeller segment 5, braced against each other, whereby the toothed segment 3 is held axially between the impeller segment 5 and the terminal segment 4.

Durch die Hirth-Verbindungen können - einerseits - hohe Kräfte und Drehmomente über die/in der Ritzelwelle 2 übertragen werden, - andererseits - kann durch diese eine spielfreie Zentrierung 26 des Verzahnungssegments 3 (axial zwischen dem Laufradsegment 5 und dem Anschlusssegment 4) realisiert werden.By Hirth connections can - on the one hand - high forces and torques on the / in the pinion shaft 2 are transmitted, on the other hand - can be realized by this a play-free centering 26 of the toothed segment 3 (axially between the impeller segment 5 and the terminal segment 4).

Zusätzliche Zentrierungselemente, wie auch enge Toleranzen bei den Bauteilen sind nicht mehr notwendig. Auch eine rotationsbedingte (Fliehkraft) Verlagerung der Drehachse des Verzahnungssegments 3 bzw. der Drehachse 25 der Ritzelwelle 2/des Verdichterrotors 1, welche zu einer Betriebsunwucht führen würde, wird verhindert.Additional centering elements, as well as tight tolerances on the components are no longer necessary. A rotation-related (centrifugal) displacement of the axis of rotation of the toothed segment 3 or the axis of rotation 25 of the pinion shaft 2 / of the compressor rotor 1, which would lead to an operational imbalance, is prevented.

Wie FIG. 1 weiter zeigt, erfolgt die Abdichtung des Verdichterrotors 1 bzw. der Ritzelwelle 2 - zur Verhinderung von Leckage von Prozessgas aus der Verdichterstufe - mittels einer einfachen, mehrere (rotierende wie feststehende/nicht-rotierende) Dichtungselemente 13, 17, 18, 19, 23, 24 aufweisenden Gasdichtung 6 in Verbindung mit einer Labyrinthdichtung 15.As FIG. 1 shows, the sealing of the compressor rotor 1 and the pinion shaft 2 - to prevent leakage of process gas from the compressor stage - by means of a simple, several (rotating as fixed / non-rotating) sealing elements 13, 17, 18, 19, 23, 24 having gas seal 6 in conjunction with a labyrinth seal 15th

Diese Gasdichtung 6 wird - abhängig von der Anwendung - mit unter Druck stehendem Dichtgas, beispielsweise von 3 bar - 5 bar oder auch von 200 bar - 250 bar, betrieben.This gas seal 6 is - depending on the application - with pressurized sealing gas, for example, from 3 bar - 5 bar or 200 bar - 250 bar, operated.

Entsprechend dieser einfachen Gasdichtung 6 können auch andere Ausgestaltungen oder Formen von Dichtungen bzw. Gasdichtungen, beispielsweise eine doppelte Gasdichtung, vorgesehen werden.According to this simple gas seal 6, other embodiments or forms of seals or gas seals, for example, a double gas seal, can be provided.

Ein erstes (- mit der Ritzelwelle 2 bzw. mit dem Verdichterrotor 1 mitrotierendes -) Dichtungselement 13 der Gasdichtung 6 ist - in Form eines einstückig mit dem Verzahnungssegment 3 verbundenen, ringförmig umlaufenden, radial nach außen verlaufenden Fortsatzes 13 - auf dem Verzahnungssegment 3 angeordnet.A first (- with the pinion shaft 2 or with the compressor rotor 1 mitrotierendes -) sealing element 13 of the gas seal 6 is - in the form of an integrally connected to the toothed segment 3, annular circumferential, radially outwardly extending extension 13 - arranged on the toothed segment 3.

Das so mit dem Verzahnungssegment 3 einstückig verbundene erste Dichtungselement 13 der Gasdichtung 6 wird damit integraler Bestandteil des Verzahnungssegments 3 - und damit auch Bestandteil der Ritzelwelle 2 bzw. des Verdichterrotors 1 - und rotiert mit dem Verzahnungssegment 3 bzw. der Ritzelwelle 2 bzw. dem Verdichterrotor 1 mit.The first sealing element 13 of the gas seal 6 integrally connected to the toothed segment 3 thus becomes an integral part of the toothed segment 3 - and thus also part of the pinion shaft 2 or the compressor rotor 1 - and rotates with the toothed segment 3 or the pinion shaft 2 or the compressor rotor 1 with.

Die Hülse 21 ist im (axialen) Bereich dieses ersten Dichtungselements 13 mit einem sehr leichten Schrumpf versehen, der ein Aufweiten unter Betriebsbedingungen nicht zulässt. Die auftretende Fliehkraft unterstützt diesen Effekt.The sleeve 21 is provided in the (axial) region of this first sealing element 13 with a very slight shrinkage, which does not allow expansion under operating conditions. The occurring centrifugal force supports this effect.

In einem Gehäuseteil 16 der Verdichterstufe des Getriebeverdichters 30 ist über eine Passung 31 ein - als feststehendes, nicht-rotierendes Bauteil 17 der Gasdichtung 6 - Stator 17 aufgenommen. Über eine Bohrung 32 in dem Gehäuseteil 16 sowie über diesen Stator 17 strömt das Dichtgas - unter Druck - in einen Hohlraum 41 der Gasdichtung 6 bzw. über die Bohrung 32 in dem Gehäuseteil 16 sowie über diesen Stator 17 wird die Gasdichtung 6 mit dem Dichtgas versorgt.In a housing part 16 of the compressor stage of the gear compressor 30 is on a fit 31 a - as a fixed, non-rotating component 17 of the gas seal 6 - Stator 17 added. Via a bore 32 in the housing part 16 and via this stator 17, the sealing gas flows - under pressure - into a cavity 41 of the gas seal 6 or via the bore 32 in the housing part 16 and via this stator 17, the gas seal 6 is supplied with the sealing gas ,

In einer axialen, in etwa der radialen Höhe des ringförmig umlaufenden, radial nach außen verlaufenden Fortsatzes 13 am Verzahnungssegment 3 (rotierendes Bauteil 13/erstes Dichtungselement 13 der Gasdichtung 6) angeordneten, ringförmigen Ausnehmung 40 des Stators 17 ist - über eine Feder 19 axial verschieblich - ein weiteres nicht-rotierendes, damit ebenfalls in etwa der radialen Höhe des ringförmig umlaufenden, radial nach außen verlaufenden Fortsatzes 13 am Verzahnungssegment 3 angeordnetes Bauteil 18 der Gasdichtung, ein ringförmiger Dichtungskörper 18, angeordnet.In an axial, approximately the radial height of the annular circumferential, radially outwardly extending projection 13 on the toothed segment 3 (rotating member 13 / first seal member 13 of the gas seal 6) arranged annular recess 40 of the stator 17 is - axially displaceable by a spring 19 - Another non-rotating, thus also approximately in the radial height of the annular circumferential, radially outwardly extending projection 13 arranged on the toothed segment 3 component 18 of the gas seal, an annular sealing body 18, respectively.

Die einander axial gegenüberliegenden, radial ausgerichteten (Dichtungs-)Flächen 14 und 20 des ringförmig umlaufenden, radial nach außen verlaufenden Fortsatzes 13 am Verzahnungssegment 3 bzw. des ersten Dichtungselements 13 und des Dichtungskörpers 18 sind als radiale Dichtungsflächen (mit entsprechend ausgewählten Materialien) ausgebildet.The axially opposing, radially aligned (sealing) surfaces 14 and 20 of the annular circumferential, radially outwardly extending projection 13 on the toothed segment 3 and the first seal member 13 and the seal body 18 are formed as radial sealing surfaces (with appropriately selected materials).

Über die Feder 19 axial in Richtung des ersten Dichtungselements 13 verschoben - stehen sich die radialen Dichtungsflächen 14 und 20 des ringförmig umlaufenden, radial nach außen verlaufenden Fortsatzes 13 am Verzahnungssegment 3 bzw. des ersten Dichtungselements 13 und des Dichtungskörpers 18 im Dichtkontakt axial gegenüber, wobei sich im radialen Dichtspalt (zwischen den radialen Dichtungsflächen 14 und 20) ein Gaspolster 29 aufbaut.Axially displaced in the direction of the first sealing element 13 via the spring 19 - the radial sealing surfaces 14 and 20 of the annular circumferential, radially outwardly extending projection 13 on the toothed segment 3 or of the first sealing element 13 and of the sealing body 18 are axially opposite each other in the sealing contact in the radial sealing gap (between the radial sealing surfaces 14 and 20), a gas cushion 29 builds up.

Die Abdichtung des im Stator 17 verschieblichen Dichtungskörpers 18 gegenüber dem Stator 17 erfolgt über ein in einer (umlaufenden) Innenumfangsnut 23 des Dichtungskörpers 18 eingelegtes Dichtungselement 24, hier ein O-Ring 24.The sealing of the sliding in the stator 17 seal body 18 relative to the stator 17 via a in a (circumferential) Innenumfangsnut 23 of the seal body 18 inserted seal member 24, here an O-ring 24th

Den Hohlraum 41 axial auch begrenzend sitzt die Labyrinthdichtung 15 zentriert und passungsgenau auf einer stufenförmigen Ausnehmung 42 im Gehäuseteil 16 - und dichtet über ihre Labyrinthspitzen 43 die Ritzelwelle 2 bzw. den Verdichterrotor 1 ab. Aufgabe der Labyrinthdichtung 15 ist die Trennung der Gasdichtung 6 von verunreinigtem Prozessgas.The labyrinth seal 15 is centered and accurately fitting on a step-shaped recess 42 in the housing part 16 - and also seals the pinion shaft 2 or the compressor rotor 1 via its labyrinth tips 43. Task of the labyrinth seal 15 is the separation of the gas seal 6 of contaminated process gas.

Im Normalfall wird der Hohlraum 41 mit gereinigtem gas (Prozessgas) beaufschlagt.Normally, the cavity 41 is supplied with purified gas (process gas).

Bei so radialer Ausrichtung der Dichtungsflächen 14 und 20 bzw. des radialen Dichtkontakts kann - durch kleinere Außendurchmesser der Bauteile der Gasdichtung 6 - die Gasdichtung 6 kleiner bauen.In the case of radial alignment of the sealing surfaces 14 and 20 or of the radial sealing contact, the gas seal 6 can be smaller due to the smaller outer diameter of the components of the gas seal 6.

Dadurch treten geringere Umfangsgeschwindigkeit am rotierenden ersten Dichtungselement 13 auf, wodurch wiederum höhere Drehzahlen bei dem Verdichterrotor 1 realisierbar sind.As a result, lower circumferential speed occur on the rotating first sealing element 13, as a result of which, in turn, higher rotational speeds can be achieved in the compressor rotor 1.

Über die spielfreie Zentrierung 26 des durch die Hirth-Verbindungen spielfrei, zentriert verspannten Verzahnungssegments 3 - wird so auch das rotierende - einstückig mit dem Verzahnungssegment 3 verbundene - Dichtungselement 13 der Gasdichtung 6 spielfrei zentriert.About the play-free centering 26 of the Hirth connections backlash centered strained toothed segment 3 - so the rotating - integrally connected to the toothed segment 3 - sealing element 13 of the gas seal 6 is centered without play.

Zusätzliche Zentrierungselemente, wie auch enge Toleranzen bei den Bauteilen sind auch hier nicht mehr notwendig. Auch eine rotationsbedingte (Fliehkraft) Verlagerung der Drehachse des rotierenden ersten Dichtungselements 13, welche zu einer Betriebsunwucht führen würde, wird verhindert. (Bauteil-)Kosten, Gewicht und/oder zusätzliche Montageschritte und/oder Bearbeitungsschritte werden ebenfalls so durch die Erfindung eingespart bzw. sind nicht mehr notwendig.Additional centering elements, as well as tight tolerances in the components are no longer necessary here. Also a rotationally induced (centrifugal) displacement of the axis of rotation of the rotating first sealing element 13, which would lead to an operational imbalance, is prevented. (Component) costs, weight and / or additional assembly steps and / or processing steps are also saved by the invention or are no longer necessary.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung , wie in den Ansprüchen definiert, zu verlassen.Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention as defined in the claims.

Claims

Compressor rotor (1) used in a geared turbocompressor (30), having a pinion shaft (2), which has a plurality of interconnected segments (3, 4, 5) that are arranged axially in series, and having a multipart seal (6), which seals the pinion shaft (2),
characterized in that
the pinion shaft (2) has an impeller segment (5), which carries an impeller, a connection segment (4), and a toothed segment (3) arranged axially between the impeller segment (5) and the connection segment (4), which toothed segment (3) has toothing (9) at each of the two ends (7, 8) thereof, whereby the toothed segment (3) is held axially between the impeller segment (5) and the connection segment (4) by means of corresponding mating toothing (10) at ends (11, 12) of the impeller segment (5) and of the connection segment (4), and on which toothed segment (3) a seal element (13) of the multipart seal (6) is arranged, said seal element being connected at least nonpositively to the toothed segment (3).
Compressor rotor (1) according to claim 1,
characterized in that
the toothing (9) and/or the mating toothing (10) is/are designed as serrated toothing.
Compressor rotor (1) according to at least one of the preceding claims,
characterized in that
the multipart seal (6) sealing the pinion shaft (2) is a gas seal (6), in particular a single or double gas seal.
Compressor rotor (1) according to at least one of the preceding claims,
characterized by
a labyrinth seal (15), which is arranged on the toothed segment (3).
Compressor rotor (1) according to at least one of the preceding claims,
characterized in that
the seal element (13) of the multipart seal (6), said seal element being connected at least nonpositively to the toothed segment (3), is formed in positive engagement or integrally with the toothed segment (3).
Compressor rotor (1) according to at least one of the preceding claims,
characterized in that
the seal element (13) of the multipart seal (6), said seal element being connected at least nonpositively to the toothed segment (3), has a substantially radial sealing surface (14).
Compressor rotor (1) according to at least one of the preceding claims,
characterized by
a further seal element (18) of the multipart seal (6), which seal element is arranged in a manner which allows substantially axial movement, in particular by means of a spring (19), in a stator (17), in particular a stator arranged on a housing element (16), and which has a substantially radial sealing surface (20), which lies axially opposite the substantially radial sealing surface (14) of the seal element (13) of the multipart seal (6), said seal element being connected at least nonpositively to the toothed segment (3).
Compressor rotor (1) according to at least one of the preceding claims,
characterized in that
the toothed segment (3) is arranged on a sleeve (21), which is sealed with respect to the toothed segment (3), in particular.
Compressor rotor (1) according to at least one of the preceding claims,
characterized in that
the segments (3, 4, 5) of the pinion shaft (2), which has a plurality of interconnected segments (3, 4, 5) arranged axially in series, are clamped by means of a reduced-shank bolt (22), whereby the toothed segment (3) is held clamped axially between the impeller segment (5) and the connection segment (4).