Verdichter, insbesondere Schraubenverdichter, mit Schmiermittelkreislauf

Abstract

 Verdichter, insbesondere Schraubenverdichter, mit zwei im Arbeitsraum eines Gehäuses mittels saug- und druckseitiger Lager gelagerten, miteinander in Kämmeingriff stehenden Rotoren, einem Schmiermittelkreislauf zur Schmierung der Lager, der einen Vorratsbehälter (46), von diesem zu den Lagern führende Schmiermittelleitungen (52), den Lagern zugeordnete Schmiermittelauffangräume (56, 58) und diesen zum Vorratsbehälter führende Rücklaufleitungen aufweist. Der Kühl- und Dichtmittelkreislauf weist einen unter dem Verdichterausblasdruck stehenden Vorratsdruckbehälter für Kühl- und Dichtmittel, von hier zum Arbeitsraum des Verdichters führende Zuführungsleitungen und einen an die Verdichterausblasleitung angeschlossenen Abscheider (30) für das vom Gasstrom mitgeführte Kühl- und Dichtmittel auf. Der Vorratsbehälter des Schmiermittelkreislaufs ist geschlossen und sein Gasraum durch eine Ausgleichsleitung (70) mit der Saugseite des Verdichters verbunden. Bei dem Verdichter, bei welchem der Schmiermittelkreislauf und der Kühl- und Dichtmittelkreislauf das gleiche Medium als Schmier-, Kühl- und Dichtmittel enthält, sind der Schmiermittelkreislauf und der Kühl- und Dichtmittelkreislauf durch ein steuerbares Verbindungsventil (76) verbunden, das durch einen Niveaufühler (74) im Vorratsbehälter (46) des Schmiermittelkreislaufs steuerbar ist. Zwischen einer Schmiermittelleitung (52) und der Saugseite des Verdichters ist eine Verbindungsleitung mit einem ebenfalls durch den Niveaufühler (74) steuerbaren Ventil (78) vorgesehen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Verdichter, insbesondere einen Schraubenverdichter, mit zwei im Arbeitsraum eines Gehäuses mittels saug- und druckseitiger Lager gelagerten, miteinander in Kämmeingriff stehenden Rotoren, einem Schmiermittelkreislauf zur Schmierung der Lager, der einen Vorratsbehälter, von diesem zu den Lagern führende Schmiermittelleitungen, den Lagern zugeordnete Schmiermittelauffangräume und von diesen zum Vorratsbehälter führende Rücklaufleitungen aufweist, und mit einem Kühl- und Dichtmittelkreislauf, der einen unter dem Verdichterausblasdruck stehenden Vorratsdruckbehälter für Kühl- und Dichtmittel, von hier zum Arbeitsraum des Verdichters führende Zuführungsleitungen und einen an die Verdichterausblasleitung angeschlossenen Abscheider für das vom Gasstrom mitgeführte Kühl- und Dichtmittel aufweist.

[0002] Derartige Verdichter mit Zuführung einer kühlenden, abdichtenden und auch schmierenden Flüssigkeit zum Arbeitsraum und zu den Rotoren haben gegenüber sogenannten trockenlaufenden Verdichtern den Vorteil, daß höhere Drücke erzielt werden können und daß auf kostspielige Zahnradgetriebe zur Erzielung eines berührungsfreien Gleichlaufes der Rotoren verzichtet werden kann. Für den Schmiermittel- bzw. Kühl- und Dichtmittelkreislauf für derartige Verdichter sind aus der GB-PS 846 390 zwei verschiedene alternative Möglichkeiten bekannt. Bei der einen Alternative ist nur ein einziger Kreislauf eines gleichzeitig als Schmier-, Kühl- und Dichtmittel wirkenden Mediums vorgesehen, welches zuerst durch die Lager fließt und diese schmiert und anschließend dem Arbeitsraum zugeführt wird, von wo es mit dem Gasstrom ausgetragen und mittels des Abscheiders abgeschieden und in den Vorratsdruckbehälter zurückgeführt wird. Dies hat den Vorteil, daß auf aufwendige und die Baulänge erheblich vergrößernde Abdichtungen zwischen den Lagern und dem Arbeitsraum des Verdichters verzichtet werden kann, da Gasleckagen aus dem Verdichter in die Schmiermittelauffangräume der Lager und/oder Schmiermittelleckagen von den Lagern in den Arbeitsraum des Verdichters unschädlich sind, weil diese Gas- bzw. Schmiermittelanteile letztlich wieder in den Arbeitsraum bzw. den Abscheider gelangen.

[0003] Ein wesentlicher Nachteil einer solchen Konstruktion mit gemeinsamen Schmier-, Kühl- und Dichtmittelkreislauf zeigt sich aber, wenn der Verdichter zur Verdichtung von Gasen benutzt werden soll, die die Tendenz haben, sich in dem als Schmier-, Kühl- und Dichtmittel wirkenden Medium zu lösen-und dessen Schmierfähigkeit zu beeinträchtigen. Ein Beispiel für solche Anwendungsfälle ist die Verdichtung von Kältemitteln, wie z. B. Difluormonochlormethan, Handelsbezeichnung Frigen 22 oder Freon 22 oder anderen halogenierten Kohlenwasserstoffen, insbesondere wenn diese einstufig auf Enddrücke von 20 oder 25 bar verdichtet werden sollen. Aus Lösungsdiagrammen ergibt sich, daß der in dem öl gelöste Kältemittelanteil bis zu 30 % betragen kann, und daß hierdurch die Viskosität des öls so stark, z. B. auf 3,5 qmm/sec. verringert werden kann, daß das öl seine Funktion als Schmiermittel zur Lagerschmierung nicht mehr erfüllen kann.

[0004] Dieses Problem tritt nicht auf bei der anderen aus GB-PS 846 390 bekannten Alternative, bei der der Schmiermittelkreislauf und der Kühl- und Dichtmittelkreislauf völlig voneinander getrennt sind, so daß mit dem verdichteten Gasstrom in Berührung kommendes, d. h. mit ihm ausgetragenes und im Abscheider abgeschiedenes öl oder dgl. Medium nicht in den Vorratsbehälter gelangen kann, aus dem das Schmiermittel für die Lager entnommen wird. Hierbei ergibt sich aber der Nachteil, daß zwischen den Lagern und dem Arbeitsraum des Verdichters außerordentlich hochwertige, aufwendige Dichtungen verwendet werden müssen, da sonst die Gasleckage in die Lager des Verdichters bzw. auch die Schmiermittelleckage von den Lagern in den Arbeitsraum des Verdichters unlösbare Probleme schafft. Solche Abdichtungen sind nicht nur teuer, sondern bewirken auch, daß wegen ihrer relativ großen Baulänge der Abstand der Lager der Rotoren so groß gewählt werden muß, daß bereits bei kleinen Belastungen große Durchbiegungen und Biegespannungen der Rotoren auftreten.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verdichter der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß keine oder nur sehr einfache, billige und wenig Platz beanspruchende Abdichtungen zwischen den Lagern und dem Arbeitsraum benötigt werden und trotzdem eine Beeinträchtigung der Lagerschmierung durch im Schmiermittel gelöstes Gas vermieden wird.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Vorratsbehälter des Schmiermittelkreislaufs geschlossen und sein Gasraum durch eine Ausgleichsleitung mit der Ansaugleitung des Verdichters verbunden ist.

[0007] Dadurch wird erreicht, daß der gesamte Schmiermittelkreislauf unter dem niedrigen Ansaugdruck des Verdichters steht. Bei diesen niedrigen Drucken können auch nur geringe Mengen des zu verdichtenden Kältemittels oder dergleichen Gases im Schmiermittel in Lösung gehen, die dessen Viskosität und Schmierfähigkeit nicht wesentlich beeinträchtigen. Außerdem können aufgrund von Leckage durch das Schmiermittel mitgeführte Gasanteile in den Gasraum des Vorratsbehälters entweichen und von diesem über die Ausgleichsleitung wieder in den Verdichter zurückgelangen.

[0008] Gemäß einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthalten der Schmiermittelkreislauf und der Kühl- und Dichtmittelkreislauf das gleiche Medium als Schmier-, Kühl- und Dichtmittel und sind durch ein steuerbares Verbindungsventil miteinander verbunden. Dieses Ventil ist vorzugsweise durch einen Niveaufühler im Vorratsbehälter des Schmiermittelkreislaufs steuerbar. Hierdurch wird eine selbsttätige Rückführung der durch Leckage von den Lagern in den Arbeitsraum des Verdichters gelangenden und aus dem ausgeblasenen Gasstrom abgeschiedenen Schmiermittelmengen in den Schmiermittelkreislauf und damit eine selbsttätige Konstanthaltung der Umlaufmengen in beiden Kreisläufen erreicht.

[0009] Für den Fall, daß Kühl- und Dichtmittel aus dem Verdichterraum über die Wellendichtungen in den Schmiermittelkreislauf gelangt und das Niveau im Schmiermittelvorratsbehälter dadurch zu sehr ansteigt, ist vorzugsweise zwischen einer Schmiermittelleitung und der Saugseite des Verdichters eine Verbindungsleitung mit einem steuerbaren Ventil vorgesehen, welches ebenfalls vom Niveaufühler im Schmiermittelvorratsbehälter steuerbar ist.

[0010] Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

[0011] Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch einen Schraubenverdichter sowie das Fließschema des zugehörigen Schmier-, Kühl- und Dichtmittelkreislaufs.

[0012] Der Verdichter hat ein Gehäuse 10, in dessen Arbeitsraum 12 nebeneinander zwei Rotoren 14 gelagert sind, die mit schraubenförmig angeordneten Rippen und Nuten ineinander greifen. In der Zeichnung ist nur der eine dieser Rotoren 14 sichtbar. Die Welle 16 des Rotors ist an beiden Enden mittels Radialgleitlagern 18 und außerdem am druckseitigen Ende mittels eines Axialwälzlagers 20 gelagert. Die Welle des einen Rotors, des Hauptläufers wird durch einen (nicht dargestellten) Antrieb angetrieben, und der Hauptläufer treibt durch den Kämmeingriff den Nebenläufer an. Das zu verdichtende Gas, insbesondere ein Kältemittel wie Difluormonochlormethan, das in diesem Fall unter dem Verdampferdruck steht, wird über die Saugleitung 22 und dem Saugstutzen 24 angesaugt, im Arbeitsraum 12 von den Rotoren 14 verdichtet und über den Druckstutzen 26 und die Druckleitung 28 dem als Abscheider und Vorratsbehälter dienenden Druckbehälter 30 zugeführt, von wo es über das Abscheidefilter 32 und die Rohrleitung 34 zum Verbraucher, bei Kältemitteln zum Kondensator gelangt.

[0013] Im unteren Teil des Druckbehälters 30 befindet sich öl oder eine andere als Kühl-, Dicht- und Schmiermittel geeignete Flüssigkeit, die mittels der Leitung 36 über einen Kühler 38, ein Drosselorgan 40 und die Gehäusebohrung 42 dem Arbeitsraum 12 zugeführt wird, um die Rotoren zu kühlen, gegeneinander und gegenüber dem Gehäuse abzudichten und an ihren in Kämmeingriff stehenden Flanken zu schmieren. Dieses öl wird zusammen mit dem verdichteten Gasstrom über den Druckstutzen 26 und die Druckleitung 28 ausgetragen und im Behälter 30 vom Gasstrom abgeschieden und in den Sumpf 44 zurückgeführt.

[0014] Zur Schmierung der Lager 18 wird öl aus einem geschlossenen Vorratsbehälter 46 über eine Pumpe 48 und einem Kühler 50 entnommen und über die Leitung 52 und die Gehäusekanäle 54, 56 den Schmiermittelbohrungen der Lager 18 zugeführt. Aus diesen Schmiermittelbohrungen tritt das öl nach beiden Axialrichtungen in die Lagerspalte 1. Ein Teil des öls gelangt aus dem Lagerspalt unmittelbar in die ölauffangräume 56, 58, die durch einen Längskanal 60 im Gehäuse 10 miteinander verbunden sind.

[0015] Der in Richtung auf den Arbeitsraum hin auftretende Anteil des öls gelangt aus dem jeweiligen Lager 18 in eine ölsammelnut 62, die als Zwischenraum zwischen jedem Lager 18 und einem Abdichtelement 64 angeordnet und durch jeweils einen Kanal 66 mit dem zugehörigen ölsammelraum 56 bzw. 58 verbunden ist. Der ölauffangraum 56 ist über einen Ablaufkanal 68 mit dem Vorratsbehälter 46 verbunden. Der Gasraum des Vorratsbehälters 46 ist außerdem über eine Ausgleichsleitung 70-mit der Ansaugleitung 22 verbunden. Dadurch stehen der Vorratsbehälter 46, die Räume 56, 58 und die Ölsammelnuten 62 unter dem niedrigen Ansaugdruck des Verdichters. Durch die zwischen jedem Lager 18 und dem Arbeitsraum 12 angeordnete ölsammelnut 62, die unter niedrigem Druck steht, wird in wirksamer Weise eine Leckage von öl aus dem Lager 18 zum Arbeitsraum 12 bzw. umgekehrt eine Leckage von Gas aus dem Arbeitsraum 12 bis zum Lager 18 weitgehend verhindert. An die zusätzlichen Abdichtelemente 64 werden daher keine besonders hohen Anforderungen gestellt, es kann sich um einfache und sehr kurze Elemente wie z. B. kurze Labyrinthe oder Schwimmringe handeln. Diese können durch entsprechende Gehäusebohrungen zusätzlich mit öl versorgt werden, wie dies bei 72 für das druckseitige Abdichtelement gezeigt ist.

[0016] Da der Vorratsbehälter 46 unter dem niedrigen Ansaugdruck des Verdichters steht, kann das darin befindliche öl nur relativ geringe Mengen eines löslichen Gases, z. B. Kältemittels, gelöst enthalten. Während z. B. in dem Vorratsdruckbehälter 30 unter dem hohen Auslaßdruck des Verdichters von z. B. 20 bar und einer Temperatur von z. B. 70 °C bis zu 30 % Kältemittel gelöst sein können, beträgt der entsprechende Anteil im Vorratsbehälter 46 bei einem Druck von z. B. 5 bar und einer Temperatur von 70 °C erheblich weniger als 5 %, wodurch praktisch keine Beeinträchtigung der Viskosität des öls eintritt.

[0017] Da bei dem beschriebenen Verdichter über die Lager und dem Arbeitsraum des Verdichters ölleckagen aus dem Schmiermittelkreislauf in den Kühl- und Dichtmittelkreislauf und umgekehrt auftreten können, ist eine automatische Konstanthaltung der ölmenge im Vorratsbehälter 46 vorgesehen. Ein Niveauschalter 74 mit unterem und oberem Grenzkontakt steuert einerseits ein Magnetventil 76, das die Leitung 36 mit dem Vorratsbehälter 46 verbindet, und außerdem ein Magnetventil 78, das die Leitung 52 mit der Ansaugleitung 22 des Verdichters verbindet. Sobald der ölspiegel im Behälter 46 zu stark abgesunken, d. h. zu viel öl vom Niederdruck- zum Hochdruckkreislauf gelangt ist, wird das Magnetventil 76 geöffnet und es kann öl vom Druckbehälter 30 in den Behälter 46 gelangen.

[0018] Steigt der ölspiegel im Behälter 46 übermäßig an, so öffnet das Ventil 78 und es gelangt überschüssiges öl aus dem Behälter 46 in die Ansaugleitung und von dort mit dem Gas durch den Verdichter in den Vorratsdruckbehälter 30.

Ansprüche

1. Verdichter, insbesondere Schraubenverdichter, mit zwei im Arbeitsraum eines Gehäuses mittels saug-und druckseitiger Lager gelagerten, miteinander in Kämmeingriff stehenden Rotoren, einem Schmiermittelkreislauf zur Schmierung der Lager, der einen Vorratsbehälter, von diesem zu den Lagern führende Schmiermittelleitungen, den Lagern zugeordnete Schmiermittellauffangräume und diesen zum Vorratsbehälter führende Rücklaufleitungen aufweist, und mit einem Kühl- und Dichtmittelkreislauf, der einen unter dem Verdichterausblasdruck stehenden Vorratsdruckbehälter für Kühl- und Dichtmittel, von hier zum Arbeitsraum des Verdichters führende Zuführungsleitungen und einen an die Verdichterausblasleitung angeschlossenen Abscheider für das vom Gasstrom mitgeführte Kühl- und Dichtmittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (46) des Schmiermittelkreislaufs geschlossen und sein Gasraum durch eine Ausgleichsleitung (70) mit der Saugseite (22 bzw. 24) des Verdichters verbunden ist.

2. Verdichter nach Anspruch 1, bei dem der Schmiermittelkreislauf und der Kühl- und Dichtmittelkreislauf das gleiche Medium als Schmier-, Kühl- und Dichtmittel enthält, dadurch gekennzeichnet , daß der Schmiermittelkreislauf und der Kühl- und Dichtmittelkreislauf durch ein steuerbares Verbindungsventil (76) verbunden sind, das durch einen Niveaufühler (74) im Vorratsbehälter (46) des Schmiermittelkreislaufs steuerbar ist.

3. Verdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen einer Schmiermittelleitung (52) und der Saugseite (22 bzw. 24) des Verdichters eine Verbindungsleitung mit einem ebenfalls durch den Niveaufühler (74) steuerbaren Ventil (78) vorgesehen ist.

Zeichnung