SE465527B - Skruvrotormaskin med organ foer axialbalansering - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 465 527 Ändamålet med föreliggande uppfinning är att förbättra den kända axialbalanseringsanordningen i syfte att nå en sådan kraftfördelning på axiallagren att den resulterande kraften på vardera axiallager hamnar inom ett snävare intervall, för att därigenom öka möjligheten att möta kravet pà tillräcklig livslängd för vart och ett av axial- lagren.

Detta har enligt uppfinningen ernåtts genom att en anordning av detta slag är försedd med organ för reglering av den axiella riktningen hos den kraft som utövas av fluidumtryckorganen.

Varje axiallager måste belastas inom ett visst inter- vall, där den maximala kraften bestämmes av lagrets livs- längd, och minimikraften måste vara stor nog för att und- vika att lagrens kulor glider i ringarna. Med en balanse- ringsanordning enligt uppfinningen ökar möjligheterna att uppnå en sådan kraftfördelning på lagren att kraften på vardera lager hamnar inom detta intervall på grund av att kraften på axialbalanseringslagret kan utgöra endera summan av fluidumtryckkraften och fjäderkraften, enbart fjäder- kraften eller skillnaden mellan fluidumtryckkraften och fjäderkraften. Genom att man har dessa tre alternativ för belastning av axialbalanseringslagrets stillastående ring så är det möjligt att anpassa denna belastning till maskinens olika driftsförhàllanden; igångkörning, tomgångs- körning, arbete vid lågt tryck och arbete vid fullt tryck.

Under dessa olika driftsförhållanden är den yttre kraften på rotorerna, vilken i huvudsak är sammansatt av krafter från trycket från arbetsfluidet men även av krafter från driv- och synkroniseringskugghjul, av olika styrka.

Med den tidigare kända tekniken, där fluidumtryckkraften på den yttre ringen endera är noll eller verkar motsatt fjäderkraften så är möjligheten att anpassa belastningen på ringen till de olika driftsförhållandena mer begränsad och därmed möjligheten att hälla krafterna inom de föreskrivna intervallen. 10 15 20 25 30 35 465 '527 Fluidumtryckorganet är företrädesvis utformat som en tryckkammare, vars tryck verkar pà den stillastående ringen. Reglerorganet förbinder selektivt tryckkammaren med endera övertryck, atmosfärstryck eller undertryck. Maskinen är speciellt avsedd att användas som kompressor, i vilket fall övertryckskällan företrädesvis utgöres av dess ut- loppskanal och atmosfärstryckkällan liksom även under- tryckskällan utgöres av inloppskanalen.

De organ som selektivt förbinder tryckkammaren med en fluidumtryckkälla innefattar vid en föredragen utförings- form en av kompressorns utloppstryck reglerad tvávägsventil som förbinder kammaren med endera kompressorns utloppskanal eller inloppskanal. Dessa organ innefattar företrädesvis variabla stryporgan i kompressorns inloppskanal.

Det kan vara lämpligt att fästa den stillastående ringen i ett axiellt rörligt element genom vilket fjäderkraften och fluidumkraften överföres till ringen.

Uppfinningen kan med fördel tillämpas vid en flerstegs- kompressor, varvid högtryckskällan kan utgöras av arbets- fluidets flödesväg vid en punkt var som helst mellan det första stegets utloppsport och det sista stegets utlopps- port, företrädesvis i inloppskanalen hos något av stegen efter det första steget.

Uppfinningen förklaras närmare genom efterföljande detaljerade beskrivning av en föredragen utföringsform av densamma under hänvisning till den bifogade ritningen som visar ett schematiskt snitt genom hanrotorn hos en kompres- sor enligt uppfinningen. Detaljer hos kompressorn som ej är viktiga för förståelsen av uppfinningen har i förtydligande syfte utelämnats från ritningen.

I figuren representerar 10 hanrotorn hos en skruvrotor- maskin. Hanrotorn samverkar på välkänt sätt med en (icke visad) honrotor genom spiralformade lober och spår pá rotorerna. Genom V-formiga arbetskamrar bildade av rotorer- na och det omgivande huset komprimeras ett gasformigt fluidum, exempelvis luft. Luften tillföres kompressorn fràn en inloppskanal 16 genom en inloppsport 12 och den kompri- merade luften lämnar kompressorn genom en utloppsport 14 till en utloppskanal 18. 10 15 20 25 30 35 465 527 Rotorn 10 är vid sina ändar försedd med axelförläng- ningar eller axeltappar 20, 22, genom vilka rotorn är lagrad i axiallager 24, 26. Normalt finns även element såsom radiallager, axeltätningar, drivförbindelse och synkroniseringskugghjul, men för att framhäva uppfinningen är dessa utelämnade från figuren.

Pilen F representerar den yttre kraft som verkar pà rotorn 10 under drift. Denna kraft är normalt riktad ät höger i figuren, d.v.s. i riktning mot kompressorns làgtrycksände, vilket definieras som positiv riktning.

Kraften Flär sammansatt av den kraft som verkar pá rotorn på grund av tryckskillnaden mellan kompressorns högtrycks- ände och dess làgtrycksände och av de krafter som härrör från driv- och synkroniseringskugghjulen. Kraften på grund av tryckskillnaden är normalt den dominerande och är alltid riktad i positiv riktning. Resultanten av krafterna fràn driv- och synkroniseringskugghjulen verkar i negativ rikt- ning, men eftersom denna kraft är mycket mindre så är den totala kraften F normalt positiv.

Den yttre kraften F tas upp av ett huvudaxiallager 24 vid högtrycksänden och ett axialbalanseringslager 26 vid làgtrycksänden. Huvudaxiallagret 24 anligger mot en del 32 av huset och kan uppta krafter riktade i positiv riktning.

Axialbalanseringslagret 26 har sin stillastående ring 30 fastsatt i ett axiellt rörligt element 38. Fastän visat som ett enda stycke är elementet 38 sammansatt av två delar för att möjliggöra monteringen. Fjädrar 36 stödda mot en del 34 av huset verkar pà elementet 38 med en kraft i positiv riktning. Pâ elementet 38 verkar också ett fluidumtryck i en avtätad kammare 44. Fluidumtrycket i denna kammare 44 verkar pà en tryckyta 40 pà elementet 38, och om trycket i kammaren 44 är över atmosfärstrycket uppträder en kraft i negativ riktning, vilken således motverkar kraften från fjädrarna 36. Om trycket i kammaren är under atmosfärs- trycket ástadkommes en sugeffekt på elementet 38 eftersom trycket pà dess andra sida alltid är kring atmosfärstryck. 10 20 25 30 35 465527 I detta fall kommer fluidumtryckkraften på elementet 38 att verka i positiv riktning, d.v.s. i samma riktning som kraften från fjädrarna 36. Om trycket i kammaren 44 är av atmosfärstryck kommer endast fjäderkraften att förbelasta den stillastående ringen 30. Genom en förbindelseledning 46 och en tvåvägsventil 48 kan kammaren 44 förbindas endera med utloppskanalen 18 genom en ledning 50 eller med inloppskanalen 16 genom en ledning 52. Tvåvägsventilens läge regleras av organ som avkänner utloppstrycket. Med hjälp av en strypventil 54 i inloppskanalen 16 kan den inkommande luften strypas, varvid undertryck utvecklas i inloppskanalen nedströms strypventilen 54.

För ett axialkullager finns en maximal kraft Fmax som kan tillåtas med hänsyn till dess livslängd. Det finns också en minsta kraft Fmin som krävs för att undvika att kulorna glider i kulbanorna. Intervallet Fmin till Fmax bestämmer således den tillåtna kraften på axiallagret.

Genom efterföljande exempel förklaras hur den beskrivna anordningen gör det möjligt att fördela axialkrafterna på huvudaxiallagret 24 och axialbalanseringslagret 26 så att kraften på vart och ett av dem bibehålles inom det tillåtna intervallet under olika driftsförhållanden.

Lagret som används för huvudaxiallagret 24 har Fmin = 1100 N och Fmax = 1800 N, och motsvarande siffror för axialbalanseringslagret är 300 N respektive 800 N.

Huvudaxiallagret 24 kan ta upp krafter i positiv riktning medan axialbalanseringslagret är av ett slag som tillåter belastning i endera riktningen. Den totala fjäderkraften är 400 N.

Vid tomgång är strypventilen i sitt stängda läge (visat med streckade linjer i figuren) så att undertryck bildas vid inloppet. Trycket vid utloppet är kring atmosfärs- trycket. Vid detta driftsförhållande uppgick den yttre kraften på rotorn till 422 N i positiv riktning. Tvåvägs- ventilen 48 är i ett läge där den avtätade kammaren 44 är förbunden med inloppskanalen nedströms strypventilen 54. 10 15 20 25 30 465 527 Eftersom undertrycket i inloppskanalen därvid överföres till den avtätade kammaren 44 uppträder en sugkraft på det rörliga elementet 38, vilket innebär att kraftens riktning är positiv. Denna kraft FB uppgår till 316 N. Den totala axialbelastningen på axialbalanseringslagret 26, FTB som härrör från fjäderkraften och från undertrycket blir såle- des 400 + 316 = 716 N. Belastningen på huvudaxiallagret 24, FT blir summan av den yttre kraften och den resul- terande kraften på axialbalanseringslagret 26, vilka båda är positiva. Således, FT = 422 + 716 = 1138 N.

Då kompressorn belastas försättes strypventilen 54 i sitt öppna läge. Under drift vid ett visst lågt levererat tryck befanns den yttre kraften F uppgå till 1280 N. Även vid detta driftsförhållande förbinder ventilen 48 den avtätade kammaren 44 med inloppskanalen 16. Då trycket i inloppskanalen 16 nu är kring atmosfärstrycket kommer varken över- eller undertryck att verka på det rörliga elementets 38 tryckyta 40.

Följaktligen kommer den enda kraft som verkar på axialbalanseringslagret 26 att vara den från fjädrarna 36, FS = 400 N. Belastningen på huvudaxiallagret blir således 1280 + 400 = 1680 N.

Under arbete vid fullt leveranstryck befanns den yttre kraften F uppgå till 2248 N. I detta fall är tvåvägs- ventilen i ett läge där den förbinder den avtätade kammaren 44 med utloppskanalen 18 så att övertryck kommer att råda i den avtätade kammaren. Detta åstadkommer en kraft uppgående till 892 N i negativ riktning på elementet 38, vilken mot- verkar kraften från fjädrarna 36. Följaktligen blir det en belastning på axialbalanseringslagret 26 i negativ riktning som uppgår till FB - FS = 892 - 400 = 492 N. Belast- ningen på huvudaxiallagret 24 blir därför 2242 - 492 = 1750 N.

I) 465 '527 De olika krafter som uppträder i det ovan beskrivna exemplet är sammanställda i tabellen nedan: lågt fullt 5 _ leverans- leverans- tomgång tryck tryck F 422 1280 2242 FB 316 0 - 892 P5 400 4oo 400' 10 FTB 716 400 - 492 FT - 1138 - 1680 - 1750 Som framgår av tabellen kommer krafterna på axiallagren FTB och FT hela tiden att ligga inom det tillåtna intervallet 15 300-800 N respektive 1100-1800 N. Detta är en direkt följd av uppfinningen som gör det möjligt att åstadkomma en kraft från fluidumtryckorganen som kan vara inte endast noll eller riktad i en första riktning utan även riktad i en andra riktning. Utan införande av det sistnämnda särdraget hade detta ej kunnat 20 uppnås.

Claims (10)

10 15 20 25 30 465 527 PATENTKRAV

1. Skruvrotormaskin med åtminstone ett rotorpar som påverkas av krafter (F) från arbetsfluidet i en första axiell riktning, av vilka rotorer åtminstone en är försedd med axeltappar (20, 22) uppburna i lagringsorgan, innefattande huvudaxiallager (24) och axialbalanserings- lagringsorgan (26) som har en roterande ring (28) och en stillastående ring (30) och som är försedda med axialbalan- seringsorgan, vilka axialbalanseringsorgan innefattar fjäderorgan (36) verkande på nämnda stillastående ring (30) i nämnda första riktning och fluidumtryckorgan (40, 44) verkande axiellt på nämnda stillastående ring (30), k ä n n e t e c k n a d a v reglerorgan (48, 54) för reglering av den axiella riktningen hos den kraft som utövas av nämnda fluidumtryckorgan (40, 44).

2. Maskin enligt krav 1, vid vilken nämnda fluidumtryck- organ (40, 44) innefattar en avtätad kammare (44) och en yta (40) på nämnda stillastående ring (30) eller på ett med denna stelt förbundet element (38), vilken yta (40) vetter mot nämnda avtätade kammare (44) och vid vilken nämnda reglerorgan (48, 54) innefattar organ (48) för selektiv förbindning av nämnda kammare (44) med en fluidumtryckkälla (16, 18).

3. Maskin enligt krav 2, vid vilken nämnda organ (48) för selektiv förbindning av nämnda kammare (44) med en fluidum- tryckkälla innefattar organ för förbindning av nämnda kammare (44) med endera en fluidumtryckkälla av ett tryck över atmosfärstrycket (18), av ett tryck vid atmosfärstryck eller av ett tryck under atmosfärstrycket (16). 10 15 465 527

4. Maskin enligt krav 3 arbetande som kompressor, vid vilken nämnda fluidumtryckkälla av ett tryck över atmos- färstrycket är kompressorns utloppskanal (18), nämnda fluidumtryckkälla av ett tryck vid atmosfärstryck är kompressorns inloppskanal (16) och nämnda fluidumtryckkälla av ett tryck under atmosfärstrycket är kompressorns in- loppskanal (16).

5. Maskin enligt krav 4, vid vilken nämnda organ för selek- tiv förbindning av nämnda kammare (44) med en fluidumtryck- källa innefattar en tvàvägsventil (48) reglerad av kompres- sorns utloppstryck och förbindande nämnda kammare (44) med endera kompressorns utloppskanal (18) eller med kompres- sorns inloppskanal (16).

6. Maskin enligt krav 4 eller 5, vid vilken nämnda organ för selektiv förbindning av nämnda kammare (44) med en fluidumtryckkälla innefattar variabla stryporgan (54) i kompressorns inloppskanal (16).

7. Maskin enligt något av kraven 2 till 5, vid vilken nämnda stillastående ring (30) är fäst i ett axiellt rörligt element (38), nämnda fjäderorgan verkar pà nämnda stillastående ring (30) genom nämnda element (38) och nämnda yta är en yta (40) pà nämnda rörliga element (38).

8. Maskin enligt krav 3 arbetande som en flerstegskompres- sor, där varje steg innehåller ett rotorpar, vid vilken nämnda fluidumtryckkälla av ett tryck över atmosfärstrycket är arbetsfluidets flödesväg vid en punkt var som helst mellan det första stegets utloppsport (14) och det sista stegets utloppsport. 465 527 10

9. Maskin enligt krav 8, vid vilken nämnda punkt är belä- gen i inloppskanalen hos något av stegen efter det första Stêget.

10. Maskin enligt krav 8 eller 9, vid vilken nämnda organ för selektiv förbindning av nämnda kammare (44) med en fluidumtryckkälla innefattar en tvàvägsventil (48) reglerad av det första kompressorstegets utloppstryck och innefattar variabla stryporgan (54) i kompressorns inloppskanal (16).