FI74779C

FI74779C - Axeltaetningssystem foer skruvkompressor.

Info

Publication number: FI74779C
Application number: FI742569A
Authority: FI
Inventors: Lauritz Benedictus Schibbye
Original assignee: Svenska Rotor Maskiner Ab
Priority date: 1973-09-03
Filing date: 1974-09-03
Publication date: 1988-03-10
Also published as: US3975123A; SE7410347L; FI256974A7; SE399106B; BE819492A; JPS5053909A; JPS5712874B2; CA1012578A; DE2441520C2; GB1484994A; FR2242579B1; DE2441520A1; CS183758B2; FR2242579A1; FI74779B

Description

KUULUTUSJULKAISU

[β] (11) UTLÄGGNINQSSKRIFT 7 4 7 7 9 (51) Kv.lk.Vlnt.Cl.4 F 0½ C 2/16, 27/00

SUOMI-FINLAND

(Fl) (21) Patenttihakemus-Patentansökning 2569/7** (22) Hakemispäivä - Ansökningsdag 03.09.7**

Patentti-ja rekisterihallitus (23) Alkupäivä -Giltighetsdag 03.09.7**

Patent- och registersty releen (41) Tullut julkiseksi-Biivit offentiig 0*4.03.75 (44) Nähtäväksipanon ja kuul.julkaisun pvm. - 39 11 87

Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad (86) Kv. hakemus - Int. ansökan (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus - Begärd prioritet 03.09.73 I so-Bri tannia-Storbri tannien(GB) *+1266/73 (71) Svenska Rotor Maskiner AB, Nacka, Ruotsi-Sverige(SE) (72) Lauritz Benedictus Schibbye, Sa1tsjö-Duvnäs, Ruotsi-Sverige(SE) (7*+) Oy Kolster Ab (5**) Akselin tiivistysjärjestelmS ruuv ikompressor ia varten -Axeltätningssystem för skruvkompressor

Keksinnön kohteena on akselintiivistysjärjestelmä erityisesti vedeninjektiota käytettävää ruuvikompressoria varten, joka on varustettu kapasiteettia säätävällä venttiilillä sovitettuna kompressorin tulokanavaan, joka järjestelmä käsittää kolme eri lohkoa, joilla on positiivinen välys yhteisvaikuttavaan roottoriakseliin nähden, jolloin ensimmäinen lohko on sovitettu kompressorin työtilan ja ren-kaanmuotoisen välipainekammion väliin, toinen tiivistyslohko on sovitettu mainitun välipainekammion ja renkaanmuotoisen sulkupainekam-mion väliin, ja kolmas tiivistyslohko on sovitettu mainitun sulkupai-nekammion ja poistovuototilan väliin, ja jolloin mainittu sulkupaine-kammio on yhteydessä painekaasulähteeseen.

Tällaisissa kompressoreissa, jotka käyvät kuivina tai injektoitaessa vettä tai mitä tahansa muuta nestettä, jota ei saa sekoittua öljyyn, joka voitelee roottorin laakereita, on välttämätöntä järjestää vuotoalue kompressorin pääkotelon ja laakerin kotelon välillle, jolloin syntyy ongelma kuinka vältetään suodattamattoman ilman vuoto sisään kompressoriin osittaisen kuorman olosuhteissa, jolloin paine ainakin työtilan pienen paineen päässä on oleellisesti pienempi kuin 2 74779 ympäröivässä ilmakehässä. Nesteinjektiota käyttävissä kompressoreissa on lisäongelmana välttää tämän nesteen vuoto normaaleissa käyttöolosuhteissa akseleita pitkin vuotoalueelle.

Tähän mennessä on tällaiset tiivisteongelmat ratkaistu erityyppisillä koskettavilla mekaanisilla tiivisteillä. Tällaisilla tiivisteillä on kuitenkin useita haittapuolia. Eräs näistä on korkeat kitkahäviöt, jotka kun kyseessä on kompressori, jonka roottorin läpimitta on suuruusluokaltaan 100-250 mm, johtavat suuruusluokaltaan noin 0,5-1 hevosvoiman tehohäviöön kutakin tiivistettä kohden. Toinen haittapuoli on, että nämä mekaaniset tiivisteet ovat hyvin herkkiä, jolloin ne täytyy asentaa hyvin tarkasti, mikä on kallista ja aikaa vaativaa. Kolmas haittapuoli on, että mekaaniset tiivisteet käytön aikana ovat alttiina kulumiselle ja tämän johdosta ne vaativat jatkuvaa huoltoa tarkastamisen, säädön ja mahdollisesti kuluneiden osien uusilla korvaamisen muodossa.

Esimerkkeinä toisenlaisista tiivistysratkaisuista voidaan mainita GB-patenttijulkaisussa 1 164 201 esitetty rakenne. Tässä julkaisussa on esitetty kaasuväliainetta käyttävän ydinreaktorin kompressori-turbiini yhdistelmän akselin tiivistäminen labyrintti-tiivisteitä käyttämällä. Väliaineen radioaktiivisuus asettaa tiiviydelle erittäin suuria vaatimuksia. Tiivistyksen aikaansaamiseksi on kompressorin väliotoista johdettu eri painekammioihin eripaineista väliainetta, jolloin aikaansaadaan hyvä tiivistys. Tällainen rakenne sopii hyvin kuvattuun laitokseen, sillä painemuutokset ovat hyvin tarkasti tietyllä alueella. Kompressorin toimiessa osakuormituksella saattaa kuitenkin paine sisääntulokanavassa kuristavan säätövent-tiilin jälkeen pudota huomattavasti alle ilmakehän paineen, josta on seurauksena, että mahdollinen vuotosuunta voi muuttua, koska paineet muuttuvat tiivistyskammioissa. Em. syystä ei GB-julkaisussa esitetty järjestely toimi luotettavasti kompressorin yhteydessä.

Toinen tunnettu rakenne on kuvattu DE-patenttijulkaisussa 483397. Tämäkin järjestelmä toimii luotettavasti jos paine tiivistettävässä tilassa pysyy tietyissä rajoissa. Kompressorin toimiessa osakuormalla ei tällä tunnetulla järjestelmällä aikaansaada luotettavaa tiivistystä.

Näitä em. ratkaisuja voidaan pitää periaatteeltaan lähtökohtana hakemuksessa kuvatun kompressorin tiivistämiseksi, jolloin on havaittu, että kompressorin yhteydessä nämä tunnetut ratkaisut eivät toimi. Tämä on seurauksena nimenomaan osakuormitustilanteissa esiintyvistä erittäin poikkeavista paineolosuhteista.

Il 74779 3

Muina esimerkkeinä tunnetuista rakenteista voidaan vielä mainita US-patenttijulkaisut 1188189 ja 3556697.

Nyt kyseessä olevan keksinnön pääasiallisena tarkoituksena on aikaansaada tiivistysjärjestelmä, jolla ratkaistaan yllämääritel-lyt ongelmat. Tämän järjestelmän tehohäviöt eivät ole korkeampia kuin aikaisemmin käytetyissä mekaanisissa tiivisteissä ja järjestelmä voidaan asentaa erittäin helposti em. mekaanisiin tiivisteisiin verrattuna. Järjestelmä ei ole käytössä alttiina kulumiselle, joten huoltoa ei tarvita juuri ollenkaan. Keksinnön mukainen järjestelmä toimii myös erittäin luotettavasti kompressorin osakuormitustilan-teissa, joten laitteen joustavuus käytössä muodostuu huomattavan suureksi.

Huoltotarpeen väheneminen on erityisen edullista kun tiiviste asennetaan laakereiden sisäpuolelle ja useissa tapauksissa myös synkronisointivaihteistojen sisäpuolelle roottoreissa. Tällöin vältytään hankalilta vaihteistoasennuksilta, jotka yleensä vaativat erikoismiestä.

Keksinnölle on tunnusomaista, että välipainekammio on yksi-tieventtiilillä varustetun kanavan kautta yhteydessä tulokanavaan ennen kapasiteetinsäätöventtiiliä.

Tätä keksintöä tullaan nyt kuvaamaan yksityiskohtaisemmin viitaten edullisena pidettyyn suoritusmuotoon veden injektiota käyttävästä ilmakompressorista, joka on esitettynä oheisissa piirustuksissa, joissa kuvio 1 esittää pitkittäissuuntaista leikkausta kompressorin lävitse, kuvio 2 esittää yksityiskohtakuvantoa, joka on kuvion 1 kaltainen jonkin verran muunnetusta kompressorista, kuvio 3 esittää pitkittäissuuntaista leikkausta kolmannesta suoritusmuodosta ja kuvio 4 esittää pitkittäissuuntaista leikkausta neljännestä suoritusmuodosta.

Kompressori muodostuu kotelosta, joka muodostuu vaippaosasta 10, pienen paineen päädystä 12 sekä suuren paineen päädystä 14 sekä kahdesta keskenään tartunnassa olevasta ruuviroottorista, jotka ovat istukka- ja pistoketyyppisiä ja joista ainoastaan pistoketyyppinen roottori 16 on esitetty.

*

Kotelo ympäröi roottoreiden tilaa 18, tulokanavaa 20 ja poistokanavaa 22. Tulokanavassa on asennettuna sarja ilmasuotimia 24 74779 4 sekä säädettävissä oleva kuristusventtiili 26, jolla muutellaan kompressorin kapasiteettia. Poistokanava on kytketty vedenerotti-meen 28, joka on varustettu paineilman poistokanavalla 30. Poisto-kanavan 22 ja myös painekaasulähteenä toimivan vedenerottimen 28 väliin on asennettu yksitieventtiili 32, joka sallii ilman virtauksen pelkästään vedenerottimeen päin.

Pistoketyyppinen roottori 16 on asennettu molemmista päistään laakereiden varaan. Toiset laakerit 34 ovat rullalaakerityyp-pisiä ja ne on asennettu laakerikammioon 36 suuren paineen päätyyn 14. Toiset laakerit ovat sensijaan yhdistettyjä aksiaali- ja säteit-täislaakereita 38, jotka ovat kuulalaakerityyppisiä ja jotka on asennettu laakerikoteloon 40, joka sijaitsee pienen paineen päädyssä 12. Tässä laakerikammiossa 40 on edelleen pistoketyyppiselle roottorille 16 asennettu synkronointivälitys 42, joka on yhteistoiminnassa istukkatyyppiselle roottorille asennetun synkronointivälityksen 44 kanssa. Pistoketyyppinen roottori on edelleen varustettu akselilla, joka työntyy esiin kotelosta mekaanisen tiivisteen 46 lävitse.

Kumpikin päätyosista 12 ja 14 sijaitsee työtilan 18 ja vastaavasti laakerikammion 40 ja 36 välissä, ja tämän sisään on sijoitettuna holkki 48 ja vastaavasti 50, jotka muodostavat neljä laby-rinttitiivisteen lohkoa 52, 54, 56 ja 58, jotka ovat erillään toisistaan kolmella rengasmaisella kammiolla 60, 62 ja 64. Nämä kaksi hoikkia esitetyssä kompressorissa ovat muodoltaan identtisiä ja selvyyden vuoksi käytetään samoja viitenumerolta hoikkien 48 ja 50 vastaavissa yksityiskohdissa. Rengasmainen kammio 60 laakerikammion 36 ja 40 vieressä on yhteydessä päädyssä 12 tai 14 olevan poisto-reiän eli poistovuototilan 66 ja 68 kanssa, josta viedään pois kaikki se öljy, joka kulkee laakerikammiosta labyrinttilohkon 52 läpi, ja kaikki se ilma, joka siirtyy labyrinttilohkon 54 läpi. Tämän pois-tokammion 60 sisällä on roottorin läpikulkeva akseli, joka on varustettu sinkoajaosalla 70, jotta varmistettaisiin, että kaikki öljy sinkoaisi pois akselin pinnalta. Keskimmäinen rengasmainen kammio eli sulkupainekammio 62 on yhteydessä putkien 72 ja 74 kautta vedenerottimen 28 kaasupuolen kanssa paineilman syöttämiseksi kammioon 62. Kummassakin putkessa 72 ja 74 on kuristusventtiili 76 tai 78 kammioon 62 syötettävän ilman paineen säätämiseksi myöhemmin kuvattavalla tavalla. Rengasmainen kammio eli välipainekammio 64, joka sijaitsee työtilan 18 vieressä on kanavan 80 tai 82 kautta yhteydessä kompressorin tulokanavaan 20 kohdassa, joka sijaitsee ilman

II

5 74779 suotimen 24 ja kapasiteettia säätävän kuristusventtiilin 26 välillä. Kumpaankin näistä kanavista 80 ja 82 on asennettu yksitieventtiili 84 tai 86, joka sallii virtauksen vain tulokanavasta 20 em. rengasmaiseen kammioon 64.

Keksinnön mukainen tiivistysjärjestelmä toimii seuraavalla tavalla.

Normaalissa täydellä kapasiteetilla tapahtuvassa käytössä kompressorin työtilan 18 paine on niin korkea sen molemmissa päissä, että paine rengasmaisissa kammioissa 64 tiivistelohkojen 58 yli tapahtuvan vuodon johdosta on korkeampi kuin tulokanavassa 20, mikä on oleellisesti sama kuin ilmakehän paine. Yksitieventtiilit 84 ja 86 ovat tämän johdosta suljettuina, niin että yhtään ilmaa ei pysty kulkemaan kanavien 80 ja 82 kautta. Jotta voitaisiin välttää vuoto työtilasta roottorin akseleita pitkin poistokammioihin 60 täytyy välissä olevien kammioiden 62 paineen, joissa kammioissa on sisällä sulkuilmaa, olla korkeampi kuin viereisessä välipainekammiossa 64. Tämän sulkuilman paine määräytyy siitä asennosta, johon vastaava kuristusventtiili 76 tai 78 on asetettuna. Tämän sulkuilman paineen tulisi olla riittävän korkea taatakseen tietyn virtauksen tiiviste-lohkon 56 yli välissä olevasta kammiosta 62 välipainekammioon 64 ja edelleen kammiosta 64 tiivistelohkon 58 yli työtilaan 18, niin että veden vuotamista ei pysty tapahtumaan työtilasta ulos. Samanaikaisesti sulkuilmaa virtaa tiivistelohkon 54 yli kammiosta 62 poisto-kammioon 60. Jotta sulkuilman häviöt voitaisiin saada minimiinsä, jotka häviöt merkitsevät kompressorilaitoksen tehohäviöitä, sillä puristettua ilmaa käytetään tähän tarkoitukseen, tulisi kuristus-venttiilit 76 ja 78 asettaa sellaisiin asentoihin, joilla aikaansaadaan riittävä sulkuilman paine ylläkuvattujen toimintojen takaamiseksi. Normaalisti on riittävää säätää sulkuilman paine siten, että paine-ero välipainekammion 64 paineeseen verrattuna, jos mitään sulkuilmaa ei olisi käytettävissä, on määrältään vain noin 10 % normaalista ilmakehän paineesta.

Kun kompressori toimii osakuormitettuna säätävän kuristusventtiilin 26 ollessa suljettuna, ovat olosuhteet täysin erilaiset. Paine tulokanavassa 20 kuristusventtiilin 26 jälkeen saattaa olla niinkin pieni kuin 10 % ilmakehän paineesta, mistä on seurauksena alipaine työtilan 18 molemmissa päissä, erityisesti pienen paineen päädyssä. Vuoto tapahtuu tällöin poistokammiosta 60 työtilaan 18, josta on seurauksena suodattamattoman ilman pääsy kompressoriin, mitä ei voida sallia. Sulkuilman syöttö kammioon 62 paineessa, joka 74779 6 on vain hieman korkeampi kuin painepoistokammiossa 60 ei tällöin ole riittävä, koska virtauksen nopeus tiivistelohkojen 56 ja 58 yli olisi niin korkea, että todellinen paine em. sulkupainekammiossa 62 olisi alhaisempi kuin poistokammiossa 60, mikä myös johtaisi suodat-tamattoman ilman virtaamiseen poistokammiosta 60 kammioon 62 ja sieltä edelleen työtilaan 18. Tämä toiminta on keksinnön mukaan vältettävissä välipäinekammion 64 ja sen kanavien 80 ja 82 kautta tuloka-navaan toteutetun yhteyden avulla. Kun paine tässä kammiossa 64 laskee tulokanavan 20 paineen alapuolelle aukeavat venttiilit 84, 86 aikaansaaden yhteyden kanavasta 80, 82 läpi niin että paine väli-painekammiossa 64 on käytännöllisesti katsoen sama kuin tulokanavas-sa 20 ja tämän johdosta käytännöllisesti katsoen myös sama kuin poistokammiossa 60. Virtauksen nopeus tiivistelohkon 56 yli pienenee sellaiseen arvoon, että paine sulkupainekammiossa 62 pidetään aina jonkin verran korkeampana kuin poistokammion 60 paine, jolloin aina esiintyy tiettyä positiivistä virtausta tiivistelohkon 54 yli sulkupa inekammio s ta 62 poistokammioon 60, minkä johdosta suodattamattoman ilman kulkeutuminen työtilaan 18 saadaan varmasti vältettyä. Tietyissä sovellutuksissa ainakin toinen yksitieventtiileistä 84 ja 86 voidaan jättää pois, jotta pienennettäisiin sulkuilman painetta ja tämän johdosta myös sitä ilman vuotamista, joka tapahtuu tiiviste-lohkon 54 yli poistokammioon 60.

Kuviossa 2 esitetty muunnettu kompressori eroaa kuviossa 1 esitetystä vain korkeapainepäädyn ja erityisesti siihen sovitettujen akselitiivisteiden osalta.

Kotelo-osa on varustettu korkeapainepäädyllä 88, jossa on laakerikammio 36, jonka sisällä on säteettäiset laakerit 34 samalla tavoin kuin on esitetty kuviossa 1. Kuvion 1 holkki 50 on korvattu hoikilla 90, jossa on tiivistelohko 52 sekä poistokammio 60, joka on yhteydessä poistoreiän 68 kanssa samalla tavoin kuin kuviossa 1, sekä mekaaninen kosketustiiviste 92. Mekaanisen tiivisteen 92 ja työtilan 18 välissä oleva tila on yhteydessä putken 94 kautta veden-erottimen 28 vesipuolen kanssa. Tässä putkessa 94 on kuristusvent-tiili 96, joka pienentää painetta ja virtauksen nopeutta sopivalla tavalla. Tätä muunnosta voidaan käyttää kun dynaamisessa tiivistys-järjestelmässä syntyvät paineilmahäviöistä johtuvat tehohäviöt tulisivat oleellisesti ylittämään ne tehohäviöt, joita syntyy vastaavassa mekaanisessa tiivistämisessä.

Kuviossa 3 esitetty kompressori eroaa kuviossa 1 esitetystä siinä suhteessa, että työtila 18 on varustettu vielä yhdellä aukoi-

II

7 74779 la 98, joka on sijoitettu työskentelytilan siihen osaan, jossa paine täyden kuormituksen aikana on noin 1,2 at. Tämä lisäaukko 98 on yhteydessä myös painekaasulähteenä toimivaan toiseen vedenerottimeen 100, josta vettä johdetaan kompressorin sisääntuloon kanavan 102 kautta. Toisen vesierottimen kaasupuoli on yhteydessä kuristusvent-tiilillä 106 varustetun kanavan 104 kautta putkessa 72 kuristusvent-tiilin 76 ja rengasmaisen, kammion 62 välissä olevaan kolmitievent-tiiliin 108. Toisen vesierottimen 100 kaasupuoli on yhteydessä kanavan 110 kautta korkeapainepäädyssä olevaan rengasmaiseen kammioon 64 kun taas putki 82 ja yksitieventtiili 96 on jätetty pois.

Toiminta eroaa kuviossa 1 esitetystä seuraavalla tavalla.

Normaalissa täydellä kapasiteetilla tapahtuvan käytön tilanteessa otetaan sulkuilma rengasmaiseen pienen paineen puolella olevaan kammioon 62 toisesta vesierottimesta 100, jonka paine on ainoastaan noin 1,2 at sen sijaan että se otettaisiin vesierottimesta 28, jossa paine on noin 7-8 at, josta on seurauksena, että tarvittava teho sulkuilman kokoonpuristamiseksi oleellisesti pienentyy. Korkeapainepuolella tyhjennetään rengasmainen kammio 64 toiseen vesi-erottimeen 100 niin, että paine tässä rengasmaisessa kammiossa ei ylitä 1,2 at määrää, josta on seurauksena, että painetta rengasmaisessa kammiossa 62 voidaan pienentää ja tämän johdosta myös vuoto rengasmaisesta kammiosta 62 poistokammioon 60 vähenee, mistä seuraa pienemmät puristetun kaasun häviöt, eli toisinsanoen pienemmät teho-häviöt .

Käytettäessä laitetta osakuormituksella tiivistysjärjestelmä toimii periaatteessa samaan tapaan kuin kuvion 1 suoritusmuoto. Kuitenkin, kuten yllä on jo todettu, pidetään sulkukaasunpaine pai-nepuolella alempana ja tämän johdosta myöskin tällaisessa käytössä tehohäviöitä saadaan pienentymään.

Kuviossa 4 esitetty kompressori eroaa kuviossa 3 esitetystä siinä, että putki 74 kuristusventtiileineen 78 ja kanava 110 on jätetty pois, että putki 82 yksitieventtiileineen 86 kuvion 1 mukaisesti on jälleen otettu mukaan ja että putki 72 kolmitieventtii-lin 108 ja rengasmaisen kammion 62 välillä on kanavan 112 kautta yhteydessä rengasmaiseen korkeapainepuolella olevaan kammioon 62. Korkeapainepäädyn hoikin 50 se puoli, joka on työtilaa 18 kohden, on edelleen kanavan 114 välityksellä yhteydessä kompressorin pien-painepuolen kanssa.

Mitä tulee toimintaan on seuraavat yksityiskohdat todettava.

8 74779

Pienpainepuolella toiminta on täsmälleen sama kuin kuvion 3 mukaisessa tapauksessa sekä normaalissa täydellä kuormituksella tapahtuvassa käytössä että myös osakuormituksella tapahtuvassa käytössä.

Mitä korkeapainepuolen toimintaan tulee, voidaan todeta, että se on käytännöllisesti katsoen sama kuin pienpainepuolella, josta on seurauksena, että sulkukaasun paine pienenee edelleen kuviossa 3 esitettyyn verrattuna, mikä johtaa edelleen tehohäviöiden pienenemiseen .

Claims

9 74779 Patenttivaatimus: Akselintiivistysjärjestelmä erityisesti vedeninjektiota käyttävää ruuvikompressoria varten, joka on varustettu kapasiteettia säätävällä venttiilillä (26) sovitettuna kompressorin tulokana-vaan (20), joka järjestelmä käsittää kolme eri lohkoa (58, 56, 54), joilla on positiivinen välys yhteisvaikuttavaan roottoriakseliin nähden, jolloin ensimmäinen lohko (58) on sovitettu kompressorin työtilan (18) ja renkaanmuotoisen välipainekammion (64) väliin, toinen tiivistyslohko (56) on sovitettu mainitun välipainekammion (64) ja renkaanmuotoisen sulkupainekammion (62) väliin, ja kolmas tiivistyslohko on sovitettu mainitun sulkupainekammion (62) ja poisto-vuototilan (66) väliin, ja jolloin mainittu sulkupainekammio (62) on yhteydessä painekaasulähteeseen (28, 100), tunnettu siitä, että välipäinekammio (64) on yksitieventtiilillä (84, 86) varustetun kanavan (80, 82) kautta yhteydessä tulokanavaan (20) ennen kapasi-teetinsäätöventtiiliä (26). Axeltätningssystem för en skruvkompressor, speciellt med vatteninsprutning, och försedd med en kapacitetsreglerande ventil (26) anordnad i kompressorns inloppskanal (20), innefattande tre skilda sektioner (58, 56, 54) med positivt spel relativt den sam-verkande rotoraxeln, varvid en första sektion (58) är anordnad mellan kompressorns arbetsrum (18) och en ringformad mellantrycks-kammare (64), en andra tätningssektion (56) är anordnad mellan nämnda mellantryckskammare (64) och en ringformad spärrtryckskam-mare (62), och den tredje tätningssektionen är anordnad mellan nämnda spärrtryckskammare (62) och ett dräneringsrum (66), varjämte nämnda spärrtryckskammare (62) star i kommunikation med en tryck-gaskälla (28, 100), kännetecknat därav, att mellan-tryckskammaren (64) genom en med en envägsventil (84, 86) försedd kanal (80, 82) stär i kommunikation med inloppskanalen (20) före kapacitetsregleringsventilen (26).