NO314465B1 - Fremgangsmåte for tetning av en rotoraksel samt anvendelse av en slik anordning - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for tetning av en rotoraksel, samt anvendelse av en slik anordning, ifølge kravinnledningene.

Det er klart at en lekkasje i rotorakselen reduserer maskinens effektivitet, men i noen tilfeller kan smøremiddel for lagrene, vanligvis olje, som ender opp i fluidet i maskinen eller fluidet i maskinen ender opp i smøremiddelet for lagrene, representere en enda større ulempe.

Dette er f.eks. tilfellet med kompressorer hvor lagrene blir surt med olje hvis man trenger oljefri komprimert luft.

Med væskeinjiserte kompressorer blir et smøremiddel sprayet på rotoren, som for å oppnå slik oljefri komprimert gass, ikke er olje, men f.eks. vann. Dessuten er det mulig at dette smøremiddel ikke kommer i kontakt med lagrene eller oljen for å smøre disse lagrene. Dette er grunnen til at bl.a. i kompressorer, det er påført anordninger for å tette en rotoraksel som består av flere pakninger for å garantere en optimal tetning mellom en rotor og et lager på rotorakselen både når rotoren er i hvile og når den roterer.

Publikasjonene SE 361 080, NO 147 927 og WO 94/27050 belyser fagområdet

En skruekompressor er beskrevet i WO 94/15100 som er utstyrt med en anordning for å tette rotorakslene, hvor de fleste anordninger består av tre blanke kontaktpakninger med et ringformet kammer mellom første og andre pakning som av rotoren som forbinder en utgang og et ringformet kammer mellom den andre og den tredje pakning, med hvilken en ledning for komprimert luft er forbundet.

Denne kjente tetningsanordning gir imidlertid ikke en perfekt tetning.

Foreliggende oppfinnelse frembringer en anordning for å tette en rotoraksel med en relativt enkel og kompakt konstruksjon, og er billig, men som først og fremst frembringer en god tetning, også i tilfeller med store trykkforskjeller, og både når rotorakselen er i hvile og når den roterer.

De foran nevnte mål oppnås med anordningen og en anvendelse ifølge oppfinnelsen som definert med de i kravene anførte trekk.

Dette målet er nådd ifølge oppfinnelsen idet tetningsanordningen suksessivt inneholder en første blank kontaktpakning mellom rotoren og lageret, en dobbelt, reversert leppepakning med to lepper, delvis rettet mot hverandre og delvis rettet mot rotorakselen med sine baksider, og med en inngang for fluid under trykk som er åpen mellom disse lepper, slik at leppene, avhengig av trykket mellom dem, er forbundet med rotorakselen eller blir løftet fra rotorakselen, og en annen blank kontaktpakning.

En revers leppepakning i hvilken den ubelastede leppe er i elastisk kontakt med rotorakselen, men på hvilken et større totalt trykk blir utøvet på baksiden ved fluidet fra kompressoren under rotasjon av rotorakselen enn på den annen side, slik at leppen blir løftet, er beskrevet i DE 3 616 689.

Når leppen blir løftet, blir friksjonen av leppen av rotorakselen eliminert. Leppen vil da tillate en begrenset lekkasje av fluid under trykk.

Dette er således det motsatte av en normal leppepakning hvor trykket på kompressoren blir utover på forsiden, og hvor leppen blir presset sterkere mot rotorakselen når rotorakselen begynner å dreie seg hurtigere og trykket på kompressoren øker, hvilket resulterer i større slitasje.

I en kompressor kommer dette fluid fortrinnsvis fra selve kompressoren, og den ovennevnte inngang for fluid under trykk blir da forbundet med høytrykksiden på kompressoren eller et utløp derfra, f.eks. en separator forbundet med kompressoren.

Hver av de blanke kontaktpakninger kan være en labyrintpakning eller en viscopakning, f.eks. en spiralpakning.

Tetningsanordningen kan plasseres rundt rotorakselen på høytrykksiden av rotoren, i hvilket tilfelle den kan ha et utløp i huset mellom den første blanke kontaktpakning og den dobbelte, reverserte leppepakning for å tømme ut luften som kommer fra rundt rotoren og lekker gjennom den første pakning.

Tetningsanordningen kan plasseres rundt rotorakselen på lavtrykksiden av rotoren, i hvilket tilfelle den kan ha en inngang i huset mellom den første blanke kontaktpakning og den dobbelte, reverserte leppepakning for å levere fluid som er identisk med eller kompatibelt med smøremidlet som injiseres i huset.

Anordningen kan ha en utgang for smøremidlet for lagrene mellom den tredje pakning og lageret i huset, mens den kan ha en forbindelse til atmosfæren mellom leppepakningen og den tredje pakning.

Oppfinnelsen angår også en skruekompressor inneholdende to rotorer i form av skruer som har en rotoraksel i begge ender som er lagermontert i huset, og de fleste slike skruekompressorer i hvilke vann eller annet smøremiddel unntatt olje blir sprayet på rotorene, karakterisert ved at den inneholder minst en anordning for å tette rotorakselen ifølge en av de ovenstående utførelser.

For bedre å forklare karakteristikken med oppfinnelsen, er den følgende foretrukne utførelse av en skruekompressor utstyrt med en anordning for tetning av rotorakselen ifølge oppfinnelsen, beskrevet bare som et eksempel, uten å være begrensende på noen måte, under henvisning til tegningene, hvor figur 1 viser skjematisk et snitt av en skruekompressor ifølge oppfinnelsen, figur 2 viser den del som er indikert med F2 på figur 1, i større målestokk, og figur 3 viser den del som er indikert med F3 på figur 1 i større målestokk.

Figur 1 viser en skruekompressor med vanninjeksjon som hovedsakelig består av et hus 1 i hvilket to samvirkende spiralrotorer 2 er lagermontert.

Foran dette lageret er de to rotorene 2 hver utstyrt med en aksialt rettet rotoraksel 4 som er lagermontert i et dobbelt kulelager 5 i huset 1 på høytrykkssiden av rotorene 2, dvs på siden med kompressorutgangen 3.

Mellom rotoren 2 og kulelageret 5, er det en tetningsanordning 6 rundt rotorakselen 4.

På lavtrykkssiden av rotorene 2 og således på siden med kompressorens inngang 7, er hver rotor 2 også utstyrt med en aksial rotoraksel 8 eller 9, hvor disse rotoraksler 8 og 9 re lagermontert i et rullelager 10 anordnet i huset 1.

Mellom en rotor 2 og rullelageret 10 er rotorakselen 8 eller 9 omgitt av en tetningsanordning 11.

Rotorakselen 9 er noe lengre enn rotorakselen 8, og har et girhjul 12 på dens ende, som stikker utenfor rullelageret 10 som en del av en girhjultransmisjon som ikke er representert i figurene og som er montert i en girkasse utformet ved en del av huset 1 og forbundet med en drivmotor.

Hver anordning 6 for å danne en tetning rundt en rotoraksel 4 inneholder, som representert i detaljene på figur 2, tre pakninger 13,14 og 15 med ringformede kammere 16 og 17 mellom dem, inn i hvilke hhv et utløp 18 og en forbindelse 19 til atmosfæren er koplet, mens et tredje utløp 20 er forbundet med kulelageret 5 på den tredje pakning 15.

Pakningen 13 på siden av rotoren 2 er en blank kontakt dynamisk pakning som i dette eksempel er utformet av en spiralpakning og består av en spiralgjenge 21 som er anordnet på utsiden av rotorakselen 4 og som når nesten opp til veveggen av akselåpningen 22 i huset 1. Skrueretningen på denne gjengen 21 er slik at gjengen 21 i normal rotasjonsretning for rotorakselen, bærer et fluid til rotoren 2.

Utløpet 18 er et utløp for injisert fluid, nemlig vann og luft, og består av en kanal som forbinder kammeret 16 rundt rotorakselen 4 med kompressorinnløpet 7.

Forbindelsen 19 er en kanal som gir forbindelse mellom kammeret 17 rundt rotorakselen 4 og atmosfæren.

Leppepakningen 14 som er plassert mellom disse to kamrene 16 og 17 er en dobbelt, revers leppepakning som inneholder to lepper 23 og en inngang 24 for komprimert luft som åpner mellom de to leppene 23.

I akselåpningen 22 er disse to leppene 23 delvis rettet mot hverandre og delvis rettet mot rotorakselen 4 med sine baksider. I hvilestilling er de fleksible endene på disse leppene 23 forbundet med rotorakselen 24 med sine baksider.

Forsidene av leppene 23 åpner inn i kamrene hhv 16 og 17, mens inngangen 24 for komprimert luft er en kanal som åpner inn i rommet mellom de to leppene 23 på en side og som er forbundet med en separator 25 forbundet med kompressorutløpet 3 via en trykkreduseringsventil 25A på den andre siden. Denne luftbarriere har et lite overtrykk, som f.eks. kan være 1 bar.

Leppene 23 er laget av elastisk, deformerbart materiale så som gummi, og er festet i en understøttelse slik at bøying av den ovennevnte fleksible ende ikke blir hindret.

Den tredje pakning 15 er en dynamisk blank kontaktpakning, og i det viste eksempel er den en spiralpakning bestående av et spiralspor 26 anordnet rundt rotorakselen 4, og hvis skrueretning er motsatt skrueretningen for gjengen 21, nemlig slik at når rotorakselen 4 roterer i normal retning, blir fluid presset tilbake til kulelageret 10.

Virkemåten for tetningsanordningen 6 er som følger. Under kompressorens normale arbeidsforhold, er det et større trykk på den enden av hver motoraksel 4 som er forbundet med rotoren 2, slik at smøremiddel som injiseres på denne rotor 2, f.eks. vann, vil lekke under trykk via rotorakselen 4.

Takket være den blanke kontaktpakning 13 vil det meste av lekkasjevannet bli båret tilbake til rotoren 2. Det som blir igjen av lekkasjestrømmen flyter tilbake til kompressoirnnløpet 7 via utløpet 18. Dobbeltleppepakningen 14 gir den egentlige separasjon av vannet og oljen med hvilken kulelageret 5 blir smurt.

Barriereluften som kommer fra separatoren 25 og som blir tilført mellom leppene 23 via inngangen 24 har et større trykk enn trykket av oljen og trykket av vannet, og som en følge av dette blir de fleksible ender på leppene 23 løftet, og gjør således ikke lenger kontakt med rotorakselen 4. På siden av kulelageret 5, på grunn av forbindelsen 19 av kammeret 17 med atmosfæren, er trykket praktisk talt likt det atmosfæriske trykk.

Som en følge er det ingen friksjon mellom leppene 23 og rotorakselen 4, men en liten lekkasje av barriereluft blir skapt. Denne luftlekkasjen blir delvis eliminert via utløpet 18 til kompressoirnnløpet 7, og delvis via utløpet 19 til atmosfæren.

På siden av kulelageret 5 på leppepakningen 14 hersker det atmosfæriske trykk siden kammeret 17 er i forbindelse med atmosfæren via utløpet 19. Den andre side av leppepakningen 14 er forbundet med kompressoirnnløpet 7, hvor det også kan herske et atmosfærisk trykk.

Den tredje pakningen 15 sikrer at oljen som lekker fra kulelageret 5 via rotorakselen 4 blir båret tilbake til kulelageret 5.

Olje som muligens kunne komme forbi pakningen 15 blir i alle tilfelle stoppet av den lekkende komprimerte luft ved leppepakningen 14, på samme måte som vann som kunne komme forbi pakningen 13.

Når kompressoren er i hvile, er trykket i separatoren 25 praktisk talt lik det atmosfæriske trykk, og overtrykket i barriereluften faller også ut. Overtrykket av komprimert luft mellom leppene 23 faller ut og som en følge av dette blir leppene 23 forbundet med rotorakselen 4, slik at den dobbelte reverserte leppepakning 14 virker statisk som en konvensjonell revers leppepakning.

Når kompressoren er ubelastet, er det skapt et stort undertrykk ved kompressoirnnløpet 7. For å hindre at dette undertrykk blir overført via utløpet 18 opp til anordningen 6, må det anordnes en pakning 27 i dette utløpet 18 som blir lukket ved null belastning av kompressoren.

Anordningen 11 for å frembringe en tetning rundt rotorakslene 8 og 9 som er representert i detalj på figur 3, er forskjellig fra den ovenfor beskrevne tetningsanordning 6 ved at utløpet 18 for vann som er forbundet med kammeret 16 mellom pakningene 13 og 14 er erstattet med et innløp 28 for vann, og er således forbundet med en vannkilde under et lite overtrykk av f.eks. 0,1 bar i forhold til trykket i kompressoirnnløpet 7.

Virkemåten for denne tetningsanordning 11 tilsvarer virkemåten for tetningsanordningen 6, med den forskjell at det ikke vil lekke noe vann fra siden av rotoren 2 og at på grunn av den blanke kontaktpakning 13, blir vann som tilføres via innløpet 28 båret til rotoren 2 under et lett overtrykk.

Det vann som blir tilført under lett overtrykk via innløpet 28 har ingen som helst påvirkning på virkemåten for pakningen 14, siden trykket i vannet er betydelig lavere enn trykket av barriereluften som tilføres pakningen 14.

De ovenfor beskrevne tetningsanordninger 6 og 11 danner en ypperlig tetning og perfekt separasjon mellom smøremiddelet for rotorene 2 og for lagrene 5 og 10.

I disse tetningsanordninger 6 og 11 kan andre blanke kontaktpakninger enn dem som er beskrevet ovenfor brukes, så som andre viscopakninger eller labyrintpakninger.

Også et annet smøremiddel enn vann kan injiseres i kompressoren.

Inngangen 24 for pakningene 14 trenger ikke nødvendigvis å være forbundet til en kilde av barriereluft under trykk. I stedet for barriereluft kan andre fluida under trykk brukes.

Tetningsanordningene 6 og 11 kan også anvendes på andre typer kompressorer, og også på andre maskiner for komprimering eller ekspandering av fluida, så som rørekspandere og pumper.

Claims (11)

1. Anordning for tetning av en rotoraksel (4, 8,9) som er understøttet på et lager (5,10) og montert i et hus (1) til en maskin for komprimering eller ekspandering av et fluid, inneholdende ved siden av huset (1), minst en rotor (2) montert i dette, hvorved tetningsanordningen er plassert mellom rotoren (2) og lagrene (5,10) rundt rotorakselen (5, 8,9), og inneholdende minst to blanke kontakter for friksjonsfrie pakninger (13,15), karakterisert ved at denne tetningsanordning suksessivt inneholder en første blank kontaktpakning (13) mellom rotoren (2) og lagrene (4,8,9), en dobbelt revers leppepakning (14) med to lepper (23), delvis rettet mot hverandre og delvis rettet mot rotorakselen (4, 8,9) med sine baksider, og med en inngang (24) for fluid under trykk som åpner mellom disse lepper (23), hvorved disse leppene (23), avhengig av trykket mellom dem, blir forbundet med rotorakselen (4,8,9) eller blir løftet fra rotorakselen (4, 8,9), og en annen blank kontaktpakning (15), og at anordningen er montert rundt en rotoraksel (4,8,9) av en kompressor og ved at inngangen (24) for fluid under trykk er forbundet med høytrykksiden av kompressoren eller med en linje forbundet med en utløper fra denne via en trykkreduseringsanordning (25A).

2. Tetningsanordning ifølge foregående krav, karakterisert ved at minst en av de blanke kontaktpakninger (13,15) er en labyrintpakning eller en viscopakning, f.eks.enspiralpakning.

3. Tetningsanordning ifølge foregående krav, karakterisert ved at den er plassert rundt en rotoraksel (4) på høytrykksiden av rotoren (2) og ved at den har et utløp (18) i huset (1) mellom den første blanke kontaktpakning (13) og den dobbelte reversleppepakning (14) for å tømme ut fluid som lekker gjennom den første pakning (13) fra rundt rotoren (2).

4. Tetningsanordning ifølge foregående krav, karakterisert ved at den er plassert rundt rotorakselen (8,9) på lavtrykksiden av rotoren (2) og ved at den har et innløp (28) i huset (1) for å tilføre fluid mellom den første blanke kontaktpakning (13) og den dobbelte reversleppepakning (14).

5. Tetningsanordning ifølge foregående krav, karakterisert ved at den har en forbindelse (19) til atmosfæren mellom leppepakningene (14) og den tredje pakning (15).

6. Tetningsanordning ifølge foregående krav, karakterisert ved at den har et utløp (20) for smøremiddel for lageret (5, 10) i huset (1), mellom den tredje pakning (15) og lageret (5,10).

7. Tetningsanordning ifølge krav 3-5, karakterisert ved at det har et ringformet kammer (16,17) rundt rotorakselen (4, 8,9) mellom minst to av pakningene (13,14,15) på hvilket et utløp (18), et innløp (28) eller en forbindelse (19) til atmosfæren er forbundet.

8. Anvendelse av en skruekompressor som omfatter to spiralrotorer (2) som har en rotoraksel (4, 8,9) på begge ender som er lagermontert i et hus (1), og minst en anordning for tetning av en rotoraksel (4, 8, 9) ifølge foregående krav.

9. Anvendelse av en skruekompressor, ifølge krav 8, hvor anordningen for tetning av minst en av rotorakslene (8,9) er plassert på høytrykksiden av utløpssiden inneholder et utløp (18) mellom den første pakning (13) og leppepakningen (14), som er forbundet med kompressoirnnløpet (7).

10. Anvendelse av en skruekompressor, ifølge krav 8-9, hvor anordningen for tetning av minst en av rotorakslene (4) er plassert på lavtrykksiden eller innløpssiden inneholder et innløp (28) mellom den første pakning (13) og leppepakningen (14) som er forbundet med en fluidkilde.

11. Anvendelse av en skruekompressor, ifølge krav 9-10, hvor kompressoren er en væskeinjisert kompressor.