WO2007065486A1 - Mehrstufiges schraubenkompressoraggregat - Google Patents

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WO2007065486A1
WO2007065486A1 PCT/EP2006/005558 EP2006005558W WO2007065486A1 WO 2007065486 A1 WO2007065486 A1 WO 2007065486A1 EP 2006005558 W EP2006005558 W EP 2006005558W WO 2007065486 A1 WO2007065486 A1 WO 2007065486A1
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WO
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gear
screw compressor
screw
drive
drive gear
Prior art date
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PCT/EP2006/005558
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English (en)
French (fr)
Inventor
Carsten Achtelik
Dieter HÜTTERMANN
Michael Besseling
Norbert Henning
Jürgen BRINGMANN
Robert Lewis Oppenheim
Original Assignee
Ghh Rand Schraubenkompressoren Gmbh
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Publication date
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Priority to CN200680045196XA priority patent/CN101321954B/zh
Priority to EP06754261.3A priority patent/EP1979618B1/de
Publication of WO2007065486A1 publication Critical patent/WO2007065486A1/de
Priority to HK09104996.7A priority patent/HK1127111A1/xx
Priority to US13/618,595 priority patent/US9091268B2/en

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/08—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C18/082—Details specially related to intermeshing engagement type pumps
    • F04C18/084—Toothed wheels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/08—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C18/12—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C18/14—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F04C18/16—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C23/00—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C23/001—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids of similar working principle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C29/04—Heating; Cooling; Heat insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2220/00—Application
    • F04C2220/40—Pumps with means for venting areas other than the working chamber, e.g. bearings, gear chambers, shaft seals

Definitions

  • the invention relates to a multi-stage screw compressor unit. It is preferably a dry-running screw compressor unit for high pressures, typically for 40 bar and more. A preferred area of application is the generation of compressed air for blow molding plastic bottles.
  • a two-stage screw compressor unit is known from US-A-3,407,996 (corresponding to DE-A-1628201). It has a gear housing with a vertical mounting wall, on which two compressor stages are fastened freely cantilevered parallel to each other. Each compressor stage comprises a screw compressor with two intermeshing screw rotors. In the gearbox there is a gearbox with a drive gearwheel which engages with two driven gearwheels for rotating the rotors of the two screw compressors.
  • the document also states that the invention described there can also be applied to multi-stage compressor units with more than two stages. How additional compressor stages can be arranged is not specified, however, and there is no space for further compressor stages in the construction specifically described.
  • a two-stage screw compressor unit of a similar type is also known from DE 299 22 878.9 U1.
  • the invention has for its object to provide a three-stage screw compressor unit that can deliver compressed gaseous fluid, in particular compressed air at a very high pressure, typically about 40 bar and more, and which is characterized by space-saving, simple and robust construction.
  • the three-stage screw compressor unit according to the invention a simple way to change the drive ratio and the speed ratio of the three compressor stages.
  • gaseous fluid in particular air
  • gaseous fluid can be used using only three compressor stages with a very high pressure ratio of e.g. 40: 1 compressed and thus compressed air under high pressure, as used for industrial production processes, e.g. the blow molding of plastic bottles is required.
  • the screw compressors forming the first and second stages are preferably arranged above the horizontal plane running through the axis of rotation of the drive gear, while the screw compressor of the third stage is arranged below the screw compressors of the first and second stages and below the horizontal plane running through the axis of rotation of the drive gear and its driven gear meshes with the drive gear near its lowest point.
  • Figure 1 is a perspective view of a three-stage compressor unit according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a perspective, partially sectioned view of the screw compressor that forms the third stage of the compressor unit according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a perspective, partially sectioned view of the transmission housing and transmission of the compressor unit according to FIG. 1, with the compressor stages omitted;
  • Figure 4 is a simplified representation of the gears that form the transmission of the compressor unit.
  • Fig. 5 is a view of the mounting wall of the gear housing, partially broken away to make the gear visible.
  • FIG. 1 shows in perspective a three-stage screw compressor unit with three screw compressors 60, 70, 80, which are flanged freely cantilevered parallel to one another on a gear housing 90, which essentially has the shape of a vertical disk.
  • the housing of each screw compressor 60, 70, 80 has at its end facing the gear housing 90 a flange 64, 74 and 84 which is connected by means of screws to a counter flange of the gear housing 90.
  • the three screw compressors 60, 70, 80 are driven together by a drive gear mounted in the gear housing 90 and driven by a motor, as will be explained in more detail.
  • the screw compressor 60 is the input stage (low pressure stage) with suction opening 61 and outlet opening 63
  • the screw compressor 70 is the second stage or intermediate pressure stage with inlet opening 71 and outlet opening 73
  • the screw compressor 80 is the final stage or high pressure stage with inlet opening 81 and an outlet opening not visible in FIG. 1 on the side facing away from the inlet opening 81.
  • FIG. 1 also shows an oil sump housing 76 flanged to the foot of the gearbox housing 90, which is connected to the synchronized gearboxes by oil lines 77 - A - the screw compressors 60, 70, 80 and with the drive gear arranged in the gear housing 90 is connected.
  • FIG. 1 Not shown in FIG. 1 are the connecting lines connecting the inlets and outlets of the three screw compressors 60, 70, 80 for the medium to be compressed, in particular air. These are designed in a manner known to the person skilled in the art and can be e.g. B. be equipped with filters, intercoolers and / or silencers.
  • the screw compressors 60, 70 of the first and second stages are arranged horizontally next to one another, while the screw compressor 80 of the third stage is arranged below the screw compressors of the first and second stages.
  • the oil sump housing 76 has a recess 79 on its upper side, which creates additional space for accommodating the screw compressor of the third stage.
  • Each of the three screw compressors 60, 70, 80 of FIG. 1 has two rotors in the usual way, which are rotatably mounted in a rotor housing with parallel axes and which engage with one another with helical ribs and grooves.
  • FIG. 2 shows the screw compressor 80 which forms the third stage of the three-stage compressor unit of FIG. 1 and which is designed for particularly high pressures of preferably approximately 40 bar and more.
  • the screw compressor shown in FIG. 2 has a rotor housing 1 (shown in longitudinal section), in which two rotors 3 and 5 are rotatably mounted in parallel axes.
  • the axes of rotation of the rotors 3, 5 lie in a common vertical plane.
  • Each rotor 3, 5 has a profile section 7 or 9, which has a profile with helically extending ribs or grooves, the ribs and grooves of the two profile sections 7, 9 intermeshing and sealingly.
  • Shaft journals 7a, 7b, 9a, 9b adjoin the profile sections 7, 9 on both sides, with their peripheral surface sealing arrangements 11, 12 cooperating to seal the rotor in the rotor housing 1.
  • the shaft journals 7a, 7b, 9a, 9b are also rotatably supported in the rotor housing 1 by bearings 13, 15.
  • the upper rotor 3 in FIG. 2 is the main rotor and has at its left end in FIG. 2 an elongated shaft journal 7c which projects into the gear housing 90 (FIG. 1) and carries a gear 85 there, which has a drive gear arranged in the gear housing is engaged to drive the rotor 3 to rotate.
  • the two rotors 3, 5 have two intermeshing gear wheels 17, 19, which form a synchronizing gear (synchronous gear) which rotates from the upper rotor 3 to the lower rotor 5, which is the secondary rotor. transmits in the desired speed ratio, and ensures that the profile sections 7, 9 of the rotors 3, 5 intermesh without contact.
  • the rotor housing 1 is surrounded by a cooling jacket or cooling housing 21, which is predominantly formed in one piece with the rotor housing 1 and surrounds it at a distance.
  • the cooling housing 21 has large openings at the top and bottom, which are closed by means of a cover plate 23 and a base plate 25 which are fastened by screws.
  • a cooling space 27 which surrounds the rotor housing 1 in a ring and in which a liquid coolant, e.g. Water circulating.
  • the third stage screw compressor shown in Figure 2 like the screw compressors 60, 70 of the first and second stages, is a so-called dry runner, i.e. its compression chamber is kept oil-free. Oil from the oil sump 76, which is circulated by an oil pump (not shown), is used only for the lubrication of the drive gear (gears 65, 75, 85, 95) and the bearings 13, 15 and the synchronous gear (17, 19) of each of the Screw compressors 60, 70, 80 (see 17, 19 in FIG. 2) are used, but do not get into the compression space of the screw compressors.
  • a flange plate 84 is detachably fastened by means of screws, which serves to fasten the screw compressor to the mounting wall 91 of the gear housing and for this purpose has holes for fastening screws.
  • air drawn in at the inlet 61 of the first compressor stage 60 is compressed by the latter to a pressure in the range from 3 to 6 bar, preferably approximately 3.5 bar, and then by the second compressor stage 70 to one Intermediate pressure in the range of 10 to 15 bar, preferably about 12 bar, compressed.
  • This pre-compressed air passes from the outlet 73 of the second stage 70 via a connection line (not shown) to the inlet 81 of the third compressor stage 80 and is compressed therein to a final pressure in the range from 30 to 50 bar, preferably approximately 40 bar.
  • the pressure ratios in each of the three screw compressors 60, 70, 80 are approximately the same.
  • Fig. 3 shows a perspective, partially in section, the gear housing 90 with the gear arranged therein for driving the three screw compressors 60, 70, 80.
  • the gear housing 90 has on one side a vertical mounting wall 91 on which the housing of the three compressor screws the compressors 60, 70, 80 (not shown in FIG. 3) are fastened with flange screw connections.
  • the gear housing 90 is closed by a bearing cover 92, in which a drive shaft 94, which carries a drive gear 95, is mounted by means of a bearing ring 93.
  • the end of the drive shaft 94 protruding beyond the drive gear 95 is mounted in a bearing pot (see FIG. 5) inserted in the mounting wall 91.
  • the drive gear 95 is in engagement with three driven gears 65, 75, 85, which are arranged distributed around the circumference of the drive gear 95 and are assigned to the three screw compressors 60, 70 in order to drive them.
  • Each of the driven gear wheels 65, 75, 85 is seated on a rotor shaft journal of one of the three screw compressors 60, 70, 80, which projects into the transmission housing 90 through a corresponding opening in the mounting wall 91.
  • the driven gears 65, 75 of the screw Compressors 60 or 70 of the first and second stages are located above the horizontal plane BB running through the axis of rotation A of the drive gear 95.
  • the driven gear 85 of the screw compressor 80 of the third stage is located clearly below the horizontal plane BB extending through the axis A, preferably in the vicinity of the lowest point T of the drive gear 95.
  • the drive gear 65 for the first compressor stage is preferably arranged in such a way that that a straight line C connecting its axis 65 'to the axis A of the drive gear 95 forms an angle ⁇ of not more than 30 ° with the horizontal straight line BB running through the axis A of the drive gear 95.
  • the corresponding angle ⁇ is preferably not more than 20 °.
  • the driven gear 85 of the third compressor stage 80 is arranged so close to the lowest point T of the drive gear 95 that a straight line D connecting the axis of the driven gear 85 with the axis of rotation A of the drive gear 95 has the vertical plane running through the axis A of the drive gear 95 includes an angle ⁇ of no more than 20 °.
  • Fig. 5 shows a view of the mounting wall 91 of the gear housing 90. This is shown cut out in the upper area to show the drive gear 95 arranged behind it, which with the driven gear wheels 65, 75, 85 of the three screw compressors 60, 70, 80 (in 5 omitted) is engaged.
  • the mounting wall 91 has openings 68, 78, 88 through which the shaft journals (see 7b in FIG. 2) carrying the gear wheels 65, 75, 85 of the screw compressors 60, 70, 80 can enter the gear housing 90.
  • the mounting wall 91 has rib-like raised counter flanges 69, 79, 89 surrounding the openings 68, 78, 88, on which the flanges 64, 74, 84 of the compressors 60, 70, 80 (see FIG. 1) by means of screws and over suitable seals are attached.
  • a bearing cup 97 is inserted, in which the end of the drive shaft 94 carrying the drive gear 95 (see FIG. 3) is mounted. Both the bearing cup 97 and the bearing ring 93 shown in FIG. 3 for mounting the drive shaft 94 are eccentric. By replacing the bearing ring 93 and the bearing cup 97 with those with different eccentricity The position of the drive gear 95 can be changed in the horizontal direction, as indicated by the horizontal double arrow 98 in FIG. 5.
  • the flange plate 84 (see also FIG. 2) of the screw compressor 80 forming the third stage, which is to be screwed onto the counter flange 89 of the transmission housing, is detachably connected to its rotor housing 21 by means of screws and can be exchanged for a flange plate with a changed hole pattern, as a result of which the position of the screw compressor 80 and thus its driven gear 85 can be changed in the vertical direction, as indicated by the vertical double arrow 86 in FIG. 5.
  • This possibility of adjusting the drive gear 95 in the horizontal direction 98 and the driven gear of the third stage in the vertical direction 86 enables the use of different gear sets of the gearwheels 95, 65, 75, 85 forming the transmission, the drive ratio as a whole and also due to different, mutually adapted diameters the relative rotational speeds of the three compressor stages 60, 70, 80 can be changed. All four gears 65, 75, 85, 95 forming the transmission can be exchanged for such other diameters, with an adjustment of only two of these elements in two mutually perpendicular directions, namely the drive gear 95 in the horizontal direction 98 and the gear 85 of the third stage in the vertical direction 86, is sufficient to ensure the proper engagement of the gears even with changed diameter ratios.

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Abstract

Ein mehrstufiges Schraubenkompressoraggregat bestehend aus einem Getriebegehäuse (90) , an dem ein erster, zweiter und dritter Schraubenkompresssor (60, 70, 80) parallel zueinander auskragend befestigt und gemeinsam von einem Antriebszahnrad im Getriebegehäuse angetrieben werden. Ein gasförmiges Fluid wird von dem ersten Schraubenkompressor (60) auf einen ersten Zwischendruck von ca. 3,5 bar, einem zweiten Schraubenkompressor (70) auf einen zweiten Zwischendruck von ca. 12 bar und von dem dritten Schraubenkompressor (80) auf einen Enddruck von ca. 40 bar verdichtet. Angetriebene Zahnräder (65, 75) des ersten und zweiten Schraubenkompressors sind mit dem Antriebszahnrad (95) oberhalb von dessen Achse in Eingriff, während das angetriebene Zahnrad (85) des dritten Schraubenkompressors (80) mit dem Antriebszahnrad (95) in der Nähe von dessen tiefstem Punkt T in Eingriff ist. Die Position der Achse des Antriebszahnrades (95) ist in Horizontalrichtung, und die Position des angetriebenen Zahnrades (85) des dritten Schraubenkompressors (80) in Vertikalrichtung veränderbar, um Radsätze mit unterschiedlichen Durchmesserverhältnissen einbauen zu können.

Description

Mehrstufiges Schraubenkompressoraggregat
Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges Schraubenkompressoraggregat. Es handelt sich vorzugsweise um ein trockenlaufendes Schraubenkompressoraggregat für hohe Drücke, typischerweise für 40 bar und mehr. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Erzeugung von Druckluft für das Blasformen von Kunststoffflaschen.
Aus US-A-3,407,996 (entsprechend DE-A-1628201) ist ein zweistufiges Schraubenkompressoraggregat bekannt. Es weist ein Getriebegehäuse mit einer lotrechten Montagewand auf, an der nebeneinander zwei Kompressorstufen parallel zueinander frei auskragend befestigt sind. Jede Kompressorstufe umfasst einen Schraubenkompressor mit zwei miteinander kämmenden Schraubenrotoren. In dem Getriebegehäuse befindet sich ein Getriebe mit einem Antriebszahnrad, das mit zwei angetriebenen Zahnrädern für die Drehung der Rotoren der beiden Schraubenkompressoren in Eingriff ist. In dem Dokument ist auch angegeben, dass die dort beschriebene Erfindung auch bei mehrstufigen Kompressoraggregaten mit mehr als zwei Stufen angewendet werden kann. Auf welche Weise weitere Kompressorstufen angeordnet werden können, ist aber nicht angegeben, und bei der konkret beschriebenen Konstruktion ist für weitere Kompressorstufen kein Platz.
Ein zweistufiges Schraubenkompressoraggregat ähnlicher Art ist auch aus DE 299 22 878.9 Ul bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein dreistufiges Schraubenkompressoraggregat zu schaffen, das komprimiertes gasförmiges Fluid, insbesondere Druckluft bei einem sehr hohen Druck, typischerweise ca. 40 bar und mehr, liefern kann und das sich durch platzsparende, einfache und robuste Bauweise auszeichnet. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll das dreistufige Schraubenkompressoraggregat gemäß der Erfin- dung auf einfache Weise eine Änderung der Antriebsübersetzung und des Drehzahlverhältnisses der drei Kompressorstufen ermöglichen.
Zur Lösung der Aufgabe ist erfϊndungsgemäß ein dreistufiges Schraubenkompressorag- gregat mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung.
Mit dem erfindungsgemäßen Schraubenkompressoraggregat kann gasförmiges Fluid, insbesondere Luft, unter Verwendung von nur drei Verdichterstufen mit einem sehr hohen Druckverhältnis von z.B. 40:1 komprimiert werden und damit Druckluft unter hohem Druck, wie sie für industrielle Fertigungsvorgänge, z.B. das Blasformen von Kunsstoffflaschen, benötigt wird, geliefert werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Schraubenkompressoraggregat sind vorzugsweise die die erste und zweite Stufe bildenden Schraubenkompressoren oberhalb der durch die Drehachse des Antriebszahnrades verlaufende Horizontalebene angeordnet, während der Schraubenkompressor der dritten Stufe unterhalb der Schraubenkompressoren der ersten und zweiten Stufe und unterhalb der durch die Drehachse des Antriebszahnrades verlaufenden Horizontalebene angeordnet ist und sein angetriebenes Zahnrad mit dem Antriebszahnrad in der Nähe von dessen tiefsten Punkt in Eingriff steht. Hierdurch ergibt sich eine besonders vorteilhafte Ausnutzung der vorhandenen Platzverhältnisse und eine platzsparende, kompakte Bauweise des Kompressoraggregats. Durch Verwendung unterschiedlicher austauschbarer Lager- und Flanschteile kann die Position der Antriebswelle in Horizontalrichtung und die Position der dritten Kompressorstufe in Vertikalrichtung verändert werden, um die Getriebekonfiguration an unterschiedliche Durchmesser der Zahnräder und damit an unterschiedliche Drehzahlverhältnisse der Kompressorstufen anzupassen.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines dreistufigen Kompressoraggregates gemäß einer Ausfuhrungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht des Schraubenkompressors, der die dritte Stufe, des Kompressoraggregats gemäß Fig. 1 bildet;
Fig. 3 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht des Getriebegehäuses und Getriebes des Kompressoraggregats gemäß Fig. 1, bei weggelassenen Kompressorstufen;
Fig. 4 eine vereinfachte Darstellung der Zahnräder, die das Getriebe des Kompressoraggregates bilden;
Fig. 5 eine Ansicht der Montagewand des Getriebegehäuses, teilweise weggebrochen, um das Getriebe sichtbar zu machen.
Figur 1 zeigt perspektivisch ein dreistufiges Schraubenkompressoraggregat mit drei Schraubenkompressoren 60, 70, 80, die an einem Getriebegehäuse 90, das im wesentlichen die Form einer lotrechten Scheibe hat, parallel zueinander frei auskragend angeflanscht sind. Zu diesem Zweck hat das Gehäuse jedes Schraubenkompressors 60, 70, 80 an seinem dem Getriebegehäuse 90 zugewandten Ende einen Flansch 64, 74 bzw. 84, der mittels Schrauben mit einem Gegenflansch des Getriebegehäuses 90 verbunden wird. Die drei Schraubenkompressoren 60, 70, 80 werden gemeinsam von einem im Getriebegehäuse 90 gelagerten und durch einen Motor angetriebenen Antriebszahnrad angetrieben, wie dies noch näher erläutert wird. In dem dargestellten Kompressoraggregat ist der Schraubenkompressor 60 die Eingangsstufe (Niederdruckstufe) mit Ansaug- öffnung 61 und Auslassöffnung 63, der Schraubenkompressor 70 ist die zweite Stufe oder Zwischendruckstufe mit Einlassöffnung 71 und Auslassöffhung 73, und der Schraubenkompressor 80 ist die Endstufe oder Hochdruckstufe mit Einlassöffhung 81 und einer in Figur 1 nicht sichtbaren Auslassöffnung auf der von der Einlassöffnung 81 abgewandten Seite. Figur 1 zeigt ferner eine an den Fuß des Getriebegehäuses 90 angeflanschtes Ölsumpfgehäuse 76, das durch Ölleitungen 77 mit den Gleichlaufgetrieben - A - der Schraubenkompressoren 60, 70, 80 sowie mit dem im Getriebegehäuse 90 angeordneten Antriebsgetriebe verbunden ist.
In Figur 1 nicht dargestellt sind die die Ein- und Auslässe der drei Schraubenkompressoren 60, 70, 80 miteinander verbindenden Verbindungsleitungen für das zu komprimierende Medium, insbesondere Luft. Diese sind in dem Fachmann bekannter Weise ausgebildet und können z. B. mit Filtern, Zwischenkühlern und/oder Schalldämpfern ausgestattet sein.
Die Schraubenkompressoren 60, 70 der ersten und zweiten Stufe sind horizontal nebeneinander angeordnet, während der Schraubenkompressor 80 der dritten Stufe unterhalb der Schraubenkompressoren der ersten und zweiten Stufe angeordnet ist. Das Ölsumpf- gehäuse 76 hat an seiner Oberseite eine Vertiefung 79, die zusätzlichen Platz für die Unterbringung des Schraubenkompressors der dritten Stufe schafft.
Jeder der drei Schraubenkompressoren 60, 70, 80 von Fig. 1 weist in üblicher Weise zwei Rotoren auf, die in einem Rotorgehäuse parallelachsig drehbar gelagert sind und mit schraubenförmigen Rippen und Nuten ineinander greifen. Als Beispiel zeigt Fig. 2 den die dritte Stufe des dreistufigen Kompressoraggregats von Fig. 1 bildenden Schraubenkompressor 80, der für besonders hohe Drücke von vorzugsweise ca. 40 bar und mehr ausgelegt ist.
Der in Figur 2 gezeigte Schraubenkompressor hat ein (im Längsschnitt dargestelltes) Rotorgehäuse 1 , in welchem zwei Rotoren 3 und 5 parallelachsig drehbar gelagert sind. Die Drehachsen der Rotoren 3, 5 liegen in einer gemeinsamen vertikalen Ebene. Jeder Rotor 3, 5 hat einen Profilabschnitt 7 bzw. 9, der ein Profil mit schraubenförmig verlaufenden Rippen bzw. Nuten aufweist, wobei die Rippen und Nuten der beiden Profilabschnitte 7, 9 kämmend und abdichtend ineinander greifen. An die Profilabschnitte 7, 9 schließen sich beiderseits Wellenzapfen 7a, 7b, 9a, 9b an, mit deren Umfangsfläche Dichtungsanordnungen 1 1, 12 zusammenwirken, um den Rotor im Rotorgehäuse 1 abzudichten. Die Wellenzapfen 7a, 7b, 9a, 9b sind ferner durch Lager 13, 15 in dem Rotorgehäuse 1 drehbar gelagert. Der in Figur 2 obere Rotor 3 ist der Hauptläufer und weist an seinem in Figur 2 linken Ende einen verlängerten Wellenzapfen 7c auf, der in das Getriebegehäuse 90 (Fig. 1) hineinragt und dort ein Zahnrad 85 trägt, das mit einem im Getriebegehäuse angeordneten Antriebszahnrad in Eingriff ist, um den Rotor 3 zur Drehung anzutreiben. An dem in Figur 2 rechten Ende weisen die beiden Rotoren 3, 5 zwei miteinander kämmende Zahnräder 17, 19 auf, die ein Synchronisiergetriebe (Gleichlaufgetriebe) bilden, das die Drehung von dem oberen Rotor 3 auf den unteren Rotor 5, der der Nebenläufer ist, im gewünschten Drehzahlverhältnis überträgt, und dafür sorgt, dass die Profilabschnitte 7, 9 der Rotoren 3, 5 berührungsfrei ineinandergreifen.
Das Rotorgehäuse 1 ist von einem Kühlmantel oder Kühlgehäuse 21 umgeben, das ü- berwiegend einstückig mit dem Rotorgehäuse 1 ausgebildet ist und dieses mit Abstand umgibt. Oben und unten hat das Kühlgehäuse 21 großflächige Öffnungen, die mittels einer Deckelplatte 23 bzw. einer Bodenplatte 25, die durch Schrauben befestigt sind, verschlossen sind. Zwischen dem Rotorgehäuse 1 und dem Kühlgehäuse 21, 23, 25 befindet sich ein das Rotorgehäuse 1 ringförmig umgebender Kühlraum 27, in dem ein flüssiges Kühlmittel, z.B. Wasser, zirkuliert.
Der in Figur 2 dargestellte Schraubenkompressor der dritten Stufe ist, ebenso wie die Schraubenkompressoren 60, 70 der ersten und zweiten Stufe, ein sogenannter Trockenläufer, d.h. sein Verdichtungsraum ist ölfrei gehalten. Öl aus dem Ölsumpf 76, das durch eine (nicht dargestellte) Ölpumpe zirkuliert wird, wird nur für die Schmierung des Antriebsgetriebes (Zahnräder 65, 75, 85, 95) und der Lager 13, 15 sowie des Gleichlaufgetriebes (17, 19) jedes der Schraubenkompressoren 60, 70, 80 (siehe 17, 19 in Fig. 2) verwendet, gelangt aber nicht in den Verdichtungsraum der Schraubenkompressoren.
An dem in Fig. 2 linken Ende des Rotorgehäuses 1 ist lösbar mittels Schrauben eine Flanschplatte 84 befestigt, die zur Befestigung des Schraubenkompressors an der Montagewand 91 des Getriebegehäuses dient und zu diesem Zweck Löcher für Befestigungsschrauben aufweist. Durch Auswechseln der Flanschplatte 84 gegen eine solche mit anderem Lochbild kann die Position, in der der Schraubenkompressor an dem Getriebegehäuse 90 befestigt wird, verändert werden.
Bei Betrieb des in Fig. 1 gezeigten Kompressoraggregats wird am Einlass 61 der ersten Kompressorstufe 60 angesaugte Luft von dieser auf einen Druck im Bereich von 3 bis 6 bar, vorzugsweise ca. 3,5 bar, komprimiert sowie anschließend von der zweiten Kompressorstufe 70 auf einen Zwischendruck im Bereich von 10 bis 15 bar, vorzugsweise ca. 12 bar, komprimiert. Diese vorverdichtete Luft gelangt vom Auslass 73 der zweiten Stufe 70 über eine (nicht dargestellte) Verbindungsleitung zum Einlass 81 der dritten Kompressorstufe 80 und wird in dieser auf einen Enddruck im Bereich von 30 bis 50 bar, vorzugsweise ca. 40 bar, komprimiert. Bei den vorstehend genannten bevorzugten Betriebsdrücken sind die Druckverhältnisse in jedem der drei Schraubenkompressoren 60, 70, 80 annähernd gleich.
Fig. 3 zeigt perspektivisch, teilweise im Schnitt, das Getriebegehäuse 90 mit dem darin angeordneten Getriebe für den Antrieb der drei Schraubenkompressoren 60, 70, 80. Das Getriebegehäuse 90 hat auf seiner einen Seite eine lotrechte Montagewand 91, an der die Gehäuse der drei Kompressorenschrauben der Kompressoren 60, 70, 80 (in Fig. 3 nicht dargestellt) mit Flanschverschraubungen befestigt werden. Auf der anderen Seite ist das Getriebegehäuse 90 durch einen Lagerdeckel 92 verschlossen, in welchem mittels eines Lagerrings 93 eine Antriebswelle 94 gelagert ist, die ein Antriebszahnrad 95, trägt. Das über das Antriebszahnrad 95 hinausragende Ende der Antriebswelle 94 ist in einem in der Montagewand 91 eingesetzten Lagertopf (siehe Fig. 5) gelagert. Das Antriebszahnrad 95 ist in Eingriff mit drei angetriebenen Zahnrädern 65, 75, 85, die um den Umfang des Antriebszahnrades 95 verteilt angeordnet und den drei Schraubenkompressoren 60, 70 zugeordnet sind, um diese anzutreiben. Jedes der angetriebenen Zahnräder 65, 75, 85 sitzt auf einem durch eine entsprechende Öffnung in der Montagewand 91 in das Getriebegehäuse 90 hineinragenden Rotorwellenzapfen eines der drei Schraubenkompressoren 60, 70, 80.
In Fig. 4 ist die Anordnung der drei angetriebenen Zahnräder 65, 75, 85 bezüglich des Antriebszahnrades 95 dargestellt. Die angetriebenen Zahnräder 65, 75 der Schrauben- kompressoren 60 oder 70 der ersten und zweiten Stufe befinden sich oberhalb der durch die Rotationsachse A des Antriebszahnrades 95 verlaufenden Horizontalebene B-B. Dagegen befindet sich das angetriebene Zahnrad 85 des Schraubenkompressors 80 der dritten Stufe deutlich unter der durch die Achse A verlaufenden Horizontalebene B-B, und zwar vorzugsweise in der Nähe des tiefsten Punktes T des Antriebszahnrades 95. Vorzugsweise ist das Antriebszahnrad 65 für die erste Kompressorstufe so angeordnet, dass eine seine Achse 65' mit der Achse A des Antriebszahnrades 95 verbindende Gerade C mit der durch die Achse A des Antriebszahnrades 95 verlaufenden horizontalen Geraden B-B einen Winkel α von nicht mehr als 30° einschließt. Für das angetriebene Zahnrad 75 der zweiten Kompressorstufe 70 beträgt der entsprechende Winkel ß vorzugsweise nicht mehr als 20°. Andererseits ist das angetriebene Zahnrad 85 der dritten Kompressorstufe 80 so nahe am tiefsten Punkt T des Antriebszahnrades 95 angeordnet, dass ein die Achse des angetriebenen Zahnrades 85 mit der Drehachse A des Antriebszahnrades 95 verbindende Gerade D mit der durch die Achse A des Antriebszahnrades 95 verlaufenden Vertikalebene einen Winkel γ von nicht mehr als 20° einschließt.
Fig. 5 zeigt eine Ansicht der Montagewand 91 des Getriebegehäuses 90. Diese ist im oberen Bereich ausgeschnitten dargestellt, um das dahinter angeordnete Antriebszahnrad 95 zu zeigen, welches mit den angetriebenen Zahnrädern 65, 75, 85 der drei Schraubenkompressoren 60, 70, 80 (in Fig. 5 weggelassen) in Eingriff steht. Die Montagewand 91 weist Öffnungen 68, 78, 88 auf, durch die die Zahnräder 65, 75, 85 tragenden Wellenzapfen (siehe 7b in Fig. 2) der Schraubenkompressoren 60, 70, 80 in das Getriebegehäuse 90 eintreten können. Die Montagewand 91 weist rippenartig erhöhte, die Öffnungen 68, 78, 88 umgebende Gegenflansche 69, 79, 89 auf, an denen die Flansche 64, 74, 84 der Kompressoren 60, 70, 80 (vgl. Fig. 1) mittels Schrauben und über geeignete Dichtungen befestigt werden.
In die Montagewand 91 des Getriebegehäuses 90 ist ein Lagertopf 97 eingesetzt, in welchem das Ende der das Antriebszahnrad 95 tragenden Antriebswelle 94 (siehe Fig. 3) gelagert ist. Sowohl der Lagertopf 97 als auch der in Fig. 3 gezeigte Lagerring 93 zur Lagerung der Antriebswelle 94 sind exzentrisch ausgebildet. Durch Austausch des Lagerrings 93 und des Lagertopfes 97 gegen solche mit unterschiedlicher Exzentrizität kann die Position des Antriebszahnrades 95 in horizontaler Richtung geändert werden, wie durch den horizontalen Doppelpfeil 98 in Fig. 5 angedeutet.
Ferner ist die an den Gegenflansch 89 des Getriebegehäuses anzuschraubende Flanschplatte 84 (siehe auch Fig. 2) des die dritte Stufe bildenden Schraubenkompressors 80 mit dessen Rotorgehäuse 21 lösbar mittels Schrauben verbunden und kann gegen eine Flanschplatte mit geändertem Lochbild ausgetauscht werden, wodurch die Position des Schraubenkompressors 80 und damit seines angetriebenen Zahnrades 85 in Vertikalrichtung geändert werden kann, wie durch den vertikalen Doppelpfeil 86 in Fig. 5 angedeutet.
Diese Möglichkeit der Verstellung des Antriebszahnrades 95 in Horizontalrichtung 98 und des angetriebenen Zahnrades der dritten Stufe in Vertikalrichtung 86 ermöglicht die Verwendung unterschiedlicher Radsätze der das Getriebe bildenden Zahnräder 95, 65, 75, 85, wobei durch unterschiedliche, aneinander angepasste Durchmesser die Antriebsübersetzung insgesamt und auch die relativen Drehgeschwindigkeiten der drei Kompressorstufen 60, 70, 80 geändert werden können. Dabei können alle vier das Getriebe bildenden Zahnräder 65, 75, 85, 95 gegen solche anderen Durchmessers ausgetauscht werden, wobei eine Verstellung von nur zweien dieser Elemente in zwei zueinander senkrechten Richtungen, nämlich des Antriebszahnrades 95 in Horizontalrichtung 98 und des Zahnrades 85 der dritten Stufe in Vertikalrichtung 86, ausreicht, um den ordnungsgemäßen Eingriff der Zahnräder auch bei geänderten Durchmesserverhältnissen zu gewährleisten.
Bezugszeichenliste
I Rotorgehäuse
3 Rotor
5 Rotor
7 Profilabschnitt
7a Wellenzapfen
7b Wellenzapfen
7c Wellenzapfen
9 Profilabschnitt
9a Wellenzapfen
9b Wellenzapfen
I 1 Dichtungsanordnung
12 Dichtungsanordnung
13 Lager
15 Lager
17 Zahnrad
19 Zahnrad
1 Kühlmantel
3 Deckelplatte
5 Bodenplatte
7 Kühlraum
0 Schraubenkompressor
1 Ansaugöffhung
3 Auslassöffhung
4 Flansch
0 Schraubenkompressor
1 Einlassöffnung
3 Auslassöffhung 74 Flansch
76 Ölsumpfgehäuse
77 Ölleitungen
79 Vertiefung
80 Schraubenkompressor
81 Einlassöffhung A Achse
B Gerade
C Gerade
D Gerade
84 Flanschplatte
85 Zahnrad
86 Doppelpfeil
89 Gegenflansche
90 Getriebegehäuse
91 Montagewand
92 Lagerdeckel
93 Lagerring
94 Antriebswelle
95 Antriebszahnrad
97 Lagertopf
98 Doppelpfeil

Claims

Patentansprüche
1. Mehrstufiges Schraubenkompressoraggregat
mit einem Getriebegehäuse (90),
einem in dem Getriebegehäuse angeordneten Antriebszahnrad (95),
und einem ersten, zweiten und dritten Schraubenkompressor (60,70, 80), die an dem Getriebegehäuse befestigt und mit dem Antriebszahnrad derart gekoppelt sind, dass sie alle gemeinsam von dem Antriebszahnrad angetrieben werden,
wobei im Betrieb der erste Schraubenkompressor (60) einen Strom eines gasförmigen Fluids von einem Einlassdruck auf einen ersten Zwischendruck verdichtet, der zweite Schraubenkompressor (70) den Strom des Fluids von dem ersten Zwischendruck auf einen zweiten Zwischendruck verdichtet, und der dritte Schraubenkompressor den Strom des Fluids von dem zweiten Zwischendruck auf einen Enddruck verdichtet, wobei der Enddruck mindestens das Dreißigfache, vorzugsweise mindestens das ca. Vierzigfache des Einlassdruckes beträgt.
2. Schraubenkompressoraggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassdruck ca. 1 bar beträgt, der erste Zwischendruck 2 bis 6 bar, vorzugsweise ca. 3,5 bar beträgt, der zweite Zwischendruck 10 bis 15 bar, vorzugsweise ca. 12 bar beträgt, und der Enddruck 30 bis 50 bar, vorzugsweise ca 40 bar beträgt.
3. Schraubenkompressoraggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, zweite und dritte Schraubenkompressor (60, 70, 80) jeweils ein trockenlaufender Schraubenkompressor ist.
4. Schraubenkompressoraggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebegehäuse (90) eine lotrechte Montagewand (91) aufweist,
eine in dem Getriebegehäuse um eine horizontale Achse drehbar gelagerte Antriebswelle (94) ein Antriebszahnrad (95) trägt, und die Schraubenkompressoren (60, 70, 80) an der Montagewand (91) parallel zueinander auskragend befestigt sind und jeder von ihnen zwei parallelachsige, mit schraubenförmigen Rippen und Nuten ineinandergreifende Schraubenrotoren (3, 5) und an einem dieser Rotoren einen Wellenzapfen (7c) aufweist, der durch eine Öffnung in der Montagewand (91) in das Getriebegehäuse (90) ragt und ein angetriebenes Zahnrad (65, 75, 85) trägt, das mit dem Antriebszahnrad (95) in Eingriff steht,
wobei die angetriebenen Zahnräder (65, 75) von zwei Schraubenkompressoren, die die erste und zweite Stufe des Kompressoraggregates bilden, mit dem Antriebzahnrad (95) an Stellen in Eingriff sind, die oberhalb der durch die Drehachse (A) des Antriebszahnrades verlaufenden Horizontalebene liegen
und wobei der dritte Schraubenkompressor (80) unterhalb des ersten und zweiten Schraubenkompressors (60, 70) angeordnet ist und sein angetriebenes Zahnrad (85) mit dem Antriebszahnrad (95) an einer Stelle in Eingriff steht, die nahe dem tiefsten Punkt (T) des Umfangs des Antriebszahnrades (95) liegt.
5. Kompressoraggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch die Drehachse des Antriebsrades (95) und des angetriebenen Zahnrades (65) des ersten Schraubenkompressors verlaufende Ebene (C) mit der durch die Drehachse (A) des Antriebsrades (95) verlaufenden horizontalen Ebene (B-B) einen Winkel (α) von nicht mehr als 30° einschließt.
6. Kompressoraggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch die Drehachse des Antriebsrades (95) und des angetriebenen Zahnrades (75) des zweiten Schraubenkompressors verlaufende Ebene (C) mit der durch die Drehachse (A) des Antriebsrades (95) verlaufenden horizontalen Ebene (B-B) einen Winkel (ß) von nicht mehr als 20° einschließt.
7. Kompressoraggregat nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass eine durch die Drehachsen des Antriebszahnrades (95) und des angetriebenen Zahnrades (85) des dritten Schraubenkompressors verlaufende Ebene mit der durch die Drehachse (A) des Antriebszahnrades (95) verlaufenden vertikalen Ebene einen Winkel (γ) von weniger als 30°, vorzugsweise weniger als 20°, einschließt.
8. Kompressoraggregat nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die das Antriebszahnrad (95) tragende Antriebswelle (94) mittels austauschbarer Lagerteile (93, 97), die unterschiedliche Exzentrizitäten in Horizontalrichtung aufweisen, derart gelagert ist, dass durch Auswechseln der Lagerteile die Position der Drehachse der Antriebswelle (94) in den Getriebegehäuse (90) im wesentlichen in Horizontalrichtung (98) verstellt werden kann.
9. Kompressoraggregat nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Schraubenkompressor (80) an der Montagewand (91) mittels austauschbarer Flanschteile (84) so befestigt ist, dass durch Auswechseln der Flanschteile (84) die Position des dritten Schraubenkompressors (80) relativ zum Getriebegehäuse (91) im wesentlichen in Vertikalrichtung (86) geändert werden kann.
10. Kompressoraggregat nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet , dass zur Änderung des Drehzahlverhältnisses der Schraubenkompressoren (60, 70, 80) des Kompressoraggregates austauschbare Radsätze zur Verfügung stehen, jeweils bestehend aus einem Antriebszahnrad (95) und angetriebenen Zahnrädern (65, 75, 85) unterschiedlichen Durchmessers zusammen mit zugehörigen Lagerteilen (93, 97) und Flanschteilen (84), für eine an unterschiedliche Durchmesser der Zahnräder angepasste Einstellung der Position des Antriebszahnrades (95) in Horizontalrichtung (98) und des angetriebenen Zahnrades (85) des dritten Schraubenkompressors in Vertikalrichtung (86).
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