NO115174B

NO115174B -

Info

Publication number: NO115174B
Application number: NO15809765A
Authority: NO
Inventors: L Werwitzke
Original assignee: Kabel Metallwerke Ghh
Priority date: 1964-05-25
Filing date: 1965-05-15
Publication date: 1968-08-19
Also published as: DE1465671A1; BE663853A; AT251068B; NL6506567A; CH420304A; DK112253B

Description

Skruehjulsanordning for kompresjon eller ekspansjon av et gassformig medium. Screw-wheel device for compression or expansion of a gaseous medium.

Nærværende oppfinnelse gjelder en The present invention relates to a

rotoranordning bestående av et hus som rotor device consisting of a housing which

omslutter et sett rotorer som har samvirkende kammer og spor, hvilket hus med encloses a set of rotors having cooperating chambers and slots, which house with

en kapslingsdel omslutter rotorene og er a housing part encloses the rotors and is

forsynt med innløp og utløp. Den betrak-tede rotoranordning er beregnet for kompresjon eller eventuelt ekspansjon av et provided with inlet and outlet. The considered rotor device is intended for compression or possibly expansion of a

gassformig medium og er særlig tenkt anvendt i utførelser for å arbeide som en gaseous medium and is particularly intended to be used in embodiments to work as one

lavtrykkskompressor. low pressure compressor.

Ifølge den vanlige utførelse av rotoranordninger av dette slag fremstilles kapslingen og endeplatene for huset som adskilte deler. Når kapslingen og endeplatene sammenbygges med rotoren oppstår According to the usual design of rotor devices of this kind, the housing and the end plates for the housing are produced as separate parts. When the housing and end plates are assembled with the rotor occurs

betydelige vanskeligheter ved justeringen significant difficulties in the adjustment

av de forskjellige deler med tilstrekkelig of the various parts with sufficient

presisjon og til tross for den største nøy-aktighet ved fremstillingen er det meget precision and despite the greatest care in the production, there is a lot

vanskelig å oppnå nøyaktig sentrering av difficult to achieve accurate centering of

rotorene i boringene i kapslingen samt øn-skelig parallellitet mellom rotorakslene. the rotors in the bores in the housing as well as the desired parallelism between the rotor shafts.

Fremstillingen blir også meget komplisert, The production also becomes very complicated,

kostbar og tidsødende. costly and time-consuming.

Oppfinnelsen vedrører en forenkling The invention relates to a simplification

og derved en reduksjon av omkostningene and thereby a reduction in costs

ved de fremgangsmåter som hittil har vært by the methods that have been used so far

anvendt for fremstilling av rotormaskiner, used for the manufacture of rotor machines,

samtidig som der fåes en bedre presisjon at the same time as a better precision is obtained

ved sammenbyggingen av rotoranordnin-gens deler, slik at denne arbeider effektivt in the assembly of the rotor device's parts, so that it works efficiently

og sikkert. Dette oppnås først og fremst and for sure. This is primarily achieved

ved å anordne huset slik at det bare har by arranging the house so that it only has

en endeplate for understøttelse av rotorene bare ved disses ene ende. Kapslingen an end plate for supporting the rotors only at one end thereof. The enclosure

og denne endeplate kan da gjøres i ett and this end plate can then be made in one piece

stykke eller, hvis det av bestemte grunner piece or, if for certain reasons

enklere kan fremstilles i adskilte deler, kan de festes sammen til en enhet hvorpå utdreining av boringene i kapslingen og boringene i endeplaten for rotorene ut-føres i en og samme oppstilling, slik at en nøyaktig sentrering og parallellitet i akslene kan sikres. Da de ender av rotorene som ligger fjernet fra endeplaten således slutter fritt i en tilsvarende kaps-lingsboring vil der ikke forekomme noen sentreringsproblemer for denne ende. Vanskeligheter som ellers oppstår under koordinering av sentreringen ved den ene endeplate, og sentreringen ved den annen endeplate blir således eliminert. can more easily be produced in separate parts, they can be attached together to form a unit on which the drilling of the bores in the casing and the bores in the end plate for the rotors are carried out in one and the same arrangement, so that an exact centering and parallelism in the shafts can be ensured. Since the ends of the rotors which are removed from the end plate thus terminate freely in a corresponding casing bore, there will be no centering problems for this end. Difficulties that otherwise arise during coordination of the centering at one end plate, and the centering at the other end plate are thus eliminated.

En spesiell hensikt med oppfinnelsen er å eliminere så langt som mulig risiko for fastkjøring av de to rotorer mot hverandre eller i kapslingen. A particular purpose of the invention is to eliminate as far as possible the risk of the two rotors jamming against each other or in the enclosure.

Ifølge den fortrukne utførelsesform av oppfinnelsen konstrueres rotorene i overensstemmelse med de prinsipper som er fremlagt i U. S. patent 2 622 787, ifølge hvilke kammene for den konveksgjengede rotor stort sett har konvekst tverrsnitt som ligger i det vesentlige utenfor den konveksgjengede rotors delingssirkel og hvor kammene for den konkavgjengede rotor stort sett har konkavt tverrsnitt som ligger i det vesentlige innenfor den konkavgjengede rotors delingssirkel. Profilen for nevnte kammer har en slik krumning at ved rota-sjon kommer toppen av hver konveks-gjenge på den konveksgjengede rotor i be-røring eller i tettende nærhet med veggene for det samvirkende spor i den konkavgjengede rotor på et sted innenfor delingssirkelen for den konkavgjengede rotor. Ifølge en modifisert utførelse som likeledes er beskrevet i nevnte patent ligger hoved-delen av kammene for den konveksgjengede rotor utenfor delingssirkelen for den konveksgjengede rotor og har stort sett symmetrisk konvekst krummet profil og de mindre partier ligger innenfor delingssirkelen for den konveksgjengede rotor og har stort sett symmetrisk konkavt krummet profil, og størsteparten av kammene for den konkavgjengede rotor ligger innenfor delingssirkelen for den konkavgjengede rotor og har stort sett symmetrisk krummet profil og de mindre partier av hvilken ligger utenfor delingssirkelen for den konkavgjengede rotor og har stort sett symmetrisk konvekst krummet profil. For de ytterligere detaljer vedrørende de omtalte profiler skal der henvises til nevnte patent. Anordnigen for profilene for kammene og sporene for rotorene som beskri-ves i nevnte patent er særlig egnet for nærværende type av rotoranordninger og 1 en viss utstrekning kan det sies at de er uunnværlige i den hensikt at de sikrer til-fredsstillende drift av rotoranordningen eller for å muliggjøre slik drift i det hele tatt. According to the preferred embodiment of the invention, the rotors are constructed in accordance with the principles set forth in U.S. patent 2,622,787, according to which the cams for the convex-threaded rotor generally have a convex cross-section that lies substantially outside the pitch circle of the convex-threaded rotor and where the cams for the concave-threaded rotor generally has a concave cross-section that lies essentially within the concave-threaded rotor's pitch circle. The profile of said chamber has such a curvature that, upon rotation, the top of each convex thread on the convex-threaded rotor comes into contact or in close proximity with the walls of the cooperating groove in the concave-threaded rotor at a location within the pitch circle of the concave-threaded rotor. According to a modified version which is also described in the said patent, the main part of the cams for the convex-threaded rotor lies outside the pitch circle for the convex-threaded rotor and has a largely symmetrical convex-curved profile and the smaller parts lie within the pitch circle for the convex-threaded rotor and have largely symmetrically concave curved profile, and the majority of the cams for the concavely tapered rotor lie within the pitch circle of the concavely tapered rotor and have a generally symmetrically curved profile and the smaller portions of which lie outside the pitched circle of the concavely tapered rotor and have a generally symmetrical convexly curved profile. For the further details regarding the mentioned profiles, reference should be made to the said patent. The device for the profiles for the cams and the grooves for the rotors described in the said patent is particularly suitable for the present type of rotor devices and to a certain extent it can be said that they are indispensable in that they ensure satisfactory operation of the rotor device or for to enable such operation at all.

Andre karakteristiske trekk og detaljer vedrørende oppfinnelsen vil fremgå av beskrivelsen av en utførelsesform vist på vedføyde tegning som illustrerer en rotoranordning egnet for drift som en lavtrykkskompressor. Other characteristic features and details regarding the invention will be apparent from the description of an embodiment shown in the attached drawing which illustrates a rotor device suitable for operation as a low-pressure compressor.

På tegningen er: In the drawing are:

Fig. 1 et vertikalt lengdesnitt etter linjen 1—1 i fig. 2, gjennom en rotoranordning, fig. 2 et endeoppriss av samme rotor tatt i projeksjonen 2—2 i fig. 1, Fig. 3 er et horisontalt lengdesnitt gjennom den samme rotoranordning tatt etter linjen 3—3 i fig. 2. Fig. 4 er et sideoppriss av den samme rotoranordning delvis i snitt. Fig. 1 a vertical longitudinal section along the line 1—1 in fig. 2, through a rotor device, fig. 2 an end elevation of the same rotor taken in the projection 2-2 in fig. 1, Fig. 3 is a horizontal longitudinal section through the same rotor device taken along the line 3-3 in fig. 2. Fig. 4 is a side elevation of the same rotor device, partially in section.

Rotoranordningen ifølge tegningen har et hus 10 som består av en kapsling 12 og en endeplate 14 fremstilt i ett stykke. Yt-tersiden av kapslingen er forsynt med kjø-leribber 16. I kapslingen er der anordnet 2 boringer 18 og 20 som forløper som vist ved linjene 22 og 24 og som danner boringer for en konveksgjenget rotor 28 forsynt med fire skrueformete, stort sett konvekst forløpende kammer 26 samt en kon-kavgjenget. rotor 32 forsynt med seks skrueformete, i det vesentlige konkavt for-løpende kammer. Virkemåten for en slik skruerotor antas å være kjent for enhver fagmann slik at denne ikke skal nærmere omtales her. The rotor device according to the drawing has a housing 10 which consists of a housing 12 and an end plate 14 produced in one piece. The outer side of the housing is provided with cooling ribs 16. In the housing, there are arranged 2 bores 18 and 20 which extend as shown by the lines 22 and 24 and which form bores for a convexly threaded rotor 28 provided with four screw-shaped, largely convexly extending chamber 26 as well as a conically threaded. rotor 32 provided with six screw-shaped, essentially concavely running chambers. The operation of such a screw rotor is assumed to be known to any expert, so that this will not be described in more detail here.

De konveks- og konkavgjengede rotorer, henholdsvis 28 og 32, består av hylser 34 og 36 som er- lagt på hver sin spindel, henholdsvis 38 og 40, idet hver spindel med de ytre ender 42 er festet til endeplaten 14 i boringer 44 uttatt i denne. Endeplaten danner forsterkede partier 46 rundt spindelendene 42. Disse spindelender er gjenget og låses ved hjelp av muttere 48 ved gjenging mot de forsterkede partier 46 for endeplaten. Spindlene 38 og 40 danner på innsiden av boringene 44 i endeplaten et anlegg 50. The convex and concave-threaded rotors, respectively 28 and 32, consist of sleeves 34 and 36 which are laid on each of their spindles, respectively 38 and 40, each spindle with its outer ends 42 being attached to the end plate 14 in bores 44 tapped in this. The end plate forms reinforced parts 46 around the spindle ends 42. These spindle ends are threaded and are locked by means of nuts 48 by threading against the reinforced parts 46 for the end plate. The spindles 38 and 40 form a facility 50 on the inside of the bores 44 in the end plate.

Rotorhylsene 34 og 36 er lagret på la-gerringer som er montert på spindlene 38 og 40, og kan f. eks. bestå av kulelagre eller som i det nærværende eksempel et kulelager 52 og et rullelager 54, idet det første er anbragt ved lavtrykksenden og det sistnevnte ved høytrykksenden for rotoren. Lagerringene 42 og 54 adskilles ved hjelp av en distansehylse 56. For å låse rotorhylsene 34, 36 til spindlene 38, 40 slik at de ikke kan gli, er låsmuttere 8 gjenget på de ytre ender 60 av spindlene og ligger an mot kulelagrene 52, og låseringer 62 av stål eller lignende materiale er anbragt i fordypninger i de ender av rotorhylsene 34, 36 som vender mot endeplaten 14. Låseringen 62 for den konveksgjengede rotorhylse og låseringen for den konkavgjengede rotorhylse festes ved hjelp av skruer 66. Låseringene 62 tjener også som endel av en tetningskonstruksjon og mellom dem og endeplaten 14 er der montert en tetningsring 68. The rotor sleeves 34 and 36 are stored on bearing rings which are mounted on the spindles 38 and 40, and can e.g. consist of ball bearings or, as in the present example, a ball bearing 52 and a roller bearing 54, the former being placed at the low-pressure end and the latter at the high-pressure end of the rotor. The bearing rings 42 and 54 are separated by means of a spacer sleeve 56. To lock the rotor sleeves 34, 36 to the spindles 38, 40 so that they cannot slide, lock nuts 8 are threaded on the outer ends 60 of the spindles and rest against the ball bearings 52, and locking rings 62 made of steel or similar material are placed in recesses in the ends of the rotor sleeves 34, 36 that face the end plate 14. The locking ring 62 for the convexly threaded rotor sleeve and the locking ring for the concavely threaded rotor sleeve are attached by means of screws 66. The locking rings 62 also serve as end parts of a sealing structure and between them and the end plate 14 a sealing ring 68 is mounted there.

De ender av rotorhylsene 34, 36 som ligger fjernt fra endeplaten 14 er dekket med kapsler 70 og 72, idet kapselen 70 for den konveksgjengede rotor er festet ved hjelp av bolter 64 og kapselen for den konkavgjengede rotor er festet ved hjelp av bolter 74. Kapselen 70 for den konveksgjengede rotor er gjort i ett med en aksel 76 som går gjennom en sentral boring 78 i spindelen 38 som bærer den konveksgjengede rotor og tjener som en drivaksel for den konveksgjengede rotor. The ends of the rotor sleeves 34, 36 which are distant from the end plate 14 are covered with caps 70 and 72, the cap 70 for the convex-threaded rotor being fixed by means of bolts 64 and the cap for the concave-threaded rotor being fixed by means of bolts 74. The cap 70 for the convex-threaded rotor is integral with a shaft 76 passing through a central bore 78 in the spindle 38 which carries the convex-threaded rotor and serves as a drive shaft for the convex-threaded rotor.

Ifølge oppfinnelsen kan en rotoranordning av det slag som her betraktes for-enkles m. h. t. konstruksjon og fremstilling. Den konkavgjengede rotor som vist i eksempelet drives således av den konveksgjengede rotor bare ved inngrepet mellom den konveksgjengede rotors kammer og den konkavgjengede rotors spor. According to the invention, a rotor device of the kind considered here can be simplified in terms of construction and manufacture. The concave-threaded rotor as shown in the example is thus driven by the convex-threaded rotor only by the engagement between the convex-threaded rotor's chamber and the concave-threaded rotor's groove.

Derved kan synkroniseringstannhju-lene unnværes, hvilket ellers ville være nødvendig for å bringe den konkavgjengede rotor til å løpe langs den konveksgjengede rotor uten risiko for fastskjæring. Forenklingen av konstruksjonen ifølge oppfinnelsen oppnåes for det første derved at det sentreringsproblem som var til stede ved de tidligere kjente konstruksjo-ner har fått en forenklet løsning samtidig som sentreringen og parallelliteten for rotorene er blitt forbedret. Thereby, the synchronizing gears can be dispensed with, which would otherwise be necessary to bring the concave-threaded rotor to run along the convex-threaded rotor without the risk of jamming. The simplification of the construction according to the invention is achieved, firstly, by the fact that the centering problem that was present in the previously known constructions has been given a simplified solution, while the centering and parallelism of the rotors have been improved.

Som en ytterligere forholdsregel for å sikre at ikke rotorene skjærer seg fast foreslåes ifølge oppfinnelsen å gjøre rotorhylsene av innnbyrdes forskjellig materiale. Hylsen 34 for den konveksgjengede rotor lages følgelig av presset fibermate-riale bundet sammen av et passende bin-demiddel, f. eks. asbest presset sammen med hensiktsmessig kunstharpiks, som f. eks. en silikonharpiks, mens hylsen 36 for den konkavgjengede rotor er av stål eller lignende materiale. Hylsen for den konveksgjengede rotor kan også bestå bare av plast eller lignende materiale. As a further precaution to ensure that the rotors do not cut into each other, it is proposed according to the invention to make the rotor sleeves of mutually different materials. The sleeve 34 for the convex threaded rotor is consequently made of pressed fiber material bound together by a suitable binder, e.g. asbestos pressed together with suitable synthetic resin, such as e.g. a silicone resin, while the sleeve 36 for the concave rotor is made of steel or similar material. The sleeve for the convex threaded rotor can also consist only of plastic or similar material.

I det viste eksempel på rotoranordningen anvendt som en lavtrykkskompressor danner huset også et radialt-aksialt forlø-pende avløp 80. Innløpet for rotoranordningen dannes av den åpne ende 82 for kapslingen 14 og for å hindre direkte forbindelse mellom innløps- og utløpsåpnin-gene er en dekkplate 84 ved hjelp av bolter 86 festet til den åpne kapselende, hvilken plate følgelig dekker kapslingens åpning i det minste så meget at innløps- og utløpsåpningene avstenges fra direkte forbindelse med hverandre, men ikke mer enn at en aksial åpning blir igjen ved innløps- eller lavtrykkssiden. Innløpet 82 blir følgelig begrenset av den indre kontur av rotorboringene 18 og 20 og kantprofil-ene 88, 90 og 92 for dekkplaten. In the shown example of the rotor arrangement used as a low-pressure compressor, the housing also forms a radially-axially extending drain 80. The inlet for the rotor arrangement is formed by the open end 82 of the enclosure 14 and to prevent direct connection between the inlet and outlet openings is a cover plate 84 by means of bolts 86 attached to the open capsule end, which plate consequently covers the opening of the enclosure at least so much that the inlet and outlet openings are closed off from direct connection with each other, but no more than that an axial opening remains at the inlet or the low pressure side. The inlet 82 is consequently limited by the inner contour of the rotor bores 18 and 20 and the edge profiles 88, 90 and 92 for the cover plate.

Mellomrommet mellom hver rotorhylse og tilsvarende lagerspindel tilføres et smø-remiddel utenfra ved endeplateenden for anordningen gjennom en tilførselsnippel 94 som er forbundet med en kanal 96 i nevnte spindel. Overskudd av smøremid-del utslipper ved hjelp av sentrifugalvirk-ningen gjennom en spalte mellom rotorhylsen og lagerspindelen for denne. I det nærværende tilfelle er rotorhylsen i den ende som vender mot endeplaten for huset festet til låseringen 62 som er tettende anbragt mot endeplaten for huset ved hjelp av en tetningsring anbragt i en fordypning i endeplaten for huset. Mellom låseringen 62 og et forstørret parti av spindelen er der anordnet en klaring for at overskytende smøremiddel skal kunne sentrifugeres bort fra mellomrommet mellom rotorhylsen og lagerspindelen. Nevnte overskudd av smøremiddel utslipper til slutt gjennom utløpskanalen i endeplaten. Den viste anordning for smøringen mulig-gjør en rikelig smøring uten risiko for var-meledning fra rotorhylsen til hylsespinde-len ved hjelp av smøremiddel som fyller hele rommet mellom disse deler. Anordningen sikrer videre tilstrekkelig smøring av lagrene for rotorhylsene. The space between each rotor sleeve and corresponding bearing spindle is supplied with a lubricant from the outside at the end plate end of the device through a supply nipple 94 which is connected to a channel 96 in said spindle. Excess lubricant part discharges with the help of centrifugal action through a gap between the rotor sleeve and the bearing spindle for this. In the present case, the rotor sleeve at the end facing the end plate for the housing is attached to the locking ring 62 which is sealingly arranged against the end plate for the housing by means of a sealing ring placed in a recess in the end plate for the housing. Between the locking ring 62 and an enlarged part of the spindle, a clearance is arranged so that excess lubricant can be centrifuged away from the space between the rotor sleeve and the bearing spindle. Said surplus of lubricant finally discharges through the outlet channel in the end plate. The device shown for the lubrication enables ample lubrication without the risk of heat conduction from the rotor sleeve to the sleeve spindle by means of lubricant that fills the entire space between these parts. The device also ensures sufficient lubrication of the bearings for the rotor sleeves.

På drivakselen 76 for den konveksgjengede rotor kan der være anordnet et overføringshjul. I det viste eksempel består dette av en remskive 98 som er lagret på en kulelagerring og en rullelagerring, henholdsvis 100 og 102, montert på den ytre ende 104 av spindelen 38 som under-støtter den konveksgjengede rotor. En låsemutter 106 fester lagrene 100 og 102 som er anordnet med en mellomliggende distan-sering 108. Remskiven 98 har i den indre ende et anlegg 110 som hviler mot rulle-lageret 102 og er i den ytre ende ved hjelp av bolter 112 festet til en flens 114 for en hylse 116 montert på den ytre sylindriske ende 118 for drivakselen. A transfer wheel can be arranged on the drive shaft 76 for the convex-threaded rotor. In the example shown, this consists of a pulley 98 which is supported on a ball bearing ring and a roller bearing ring, respectively 100 and 102, mounted on the outer end 104 of the spindle 38 which supports the convexly threaded rotor. A locking nut 106 secures the bearings 100 and 102, which are arranged with an intermediate spacer 108. The pulley 98 has at the inner end a device 110 which rests against the roller bearing 102 and is at the outer end by means of bolts 112 attached to a flange 114 for a sleeve 116 mounted on the outer cylindrical end 118 of the drive shaft.

Konstruksjon av en ny maskin kan varieres uten derfor å fravike oppfinnel-sesideen. Følgelig kan f. eks. antall rotorer varieres, likeledes antall gjenger på disse. Den metalliske rotor kan ha en herdet overflate, f. eks. krombelagt. Construction of a new machine can be varied without therefore deviating from the inventive idea. Consequently, e.g. the number of rotors is varied, as are the number of threads on these. The metallic rotor may have a hardened surface, e.g. chrome plated.

Claims

1. Screw wheel device which works with a gas medium comprising a housing which has an inlet and an outlet opening and surrounds a set of rotors which have interacting convex chambers and concave grooves, characterized in that said housing is provided with only a single end plate at the high-pressure end, the end of the rotors at the low-pressure end of the housing is freely terminated in an open end of the housing, and said rotors are suspended on said end plate, being stored as sleeves on spindles attached to said end plate.

2. Device as mentioned in claim 1, characterized in that the opening of the house is covered by a plate which, at least to a certain extent, causes the inlet and outlet openings to be closed off from direct interconnection, but no more than that an axial opening at the low pressure end.

3. Device as mentioned in claim 1, comprising at least one convex-threaded rotor and at least one concave-threaded rotor, characterized in that the concave-threaded rotor is driven by the convex-threaded rotor, only by engagement between the cams for the convex-threaded rotor and the grooves for the concave rotor.

4. Device as mentioned in claim 1, characterized by a space between the rotor sleeve and the rotor spindle, the lubricant is supplied from the outside at the end which is close to the end plate, a channel for the lubricant formed in the spindle, with a clearance arranged between the rotor sleeve and the rotor spindle to allow excess lubricant - the remedy must be able to escape by being centrifuged away from this space.

5. Device as mentioned in claim 4, characterized by a drain channel in the end plate for the centrifuged away lubricant part.

6. Device as mentioned in claim 1, characterized in that the spindle which supports the sleeve for the convex-threaded rotor is hollow and receives a drive shaft for the sleeve for the convex-threaded rotor.

7. Device as mentioned in claim 1 in which the rotor sleeves are supported on the spindles by means of a ball bearing at the low-pressure end and a roller bearing at the high-pressure end, characterized in that means (56') are arranged to hold the bearings (52, 54) in the correct distance from each other, and that the end of the rotor sleeve (34 or 36) in the vicinity of the end plate is provided with a ring (62) in a sealing position in relation to the end plate by means of a seal (68) which lies in a recess in the end plate (14), clearance being provided between said ring and a thickened part of the spindle to allow excess lubricant to drain out by centrifugation from the space between the rotor sleeve and the spindle.

8. Device as mentioned in claim 1, characterized in that the rotor sleeve is attached to the spindles by means of a locking ring on the end of the rotor sleeve facing the end plate and by a locking nut at the free end of the spindles.

9. Device as mentioned in claim 8, characterized in that the rotor sleeves at the free ends of the spindles are covered by capsules attached to the ends of the respective sleeves.

10. Device as mentioned in claim 9, characterized in that the capsules for the convex threaded rotor are made in one with the drive shaft for said rotor, or are attached to this.

11. Device as mentioned in claim 1, characterized by a transfer disc attached to the drive shaft for the convex-threaded rotor and stored on the spindle for the convex-threaded rotor sleeve.