Rotorverdichter, insbesondere Schraubenrotorverdichter, mit Schmiermittelzufuhr zu und Schmiermitteldrainage von den Lagern

Abstract

 Rotorverdichter, insbesondere Schraubenverdichter mit Schmiermittelzufuhr zu und Schmiermitteldrainage von den Wellenlagern, wobei jede Rotorwelle zwischen dem Wellenlager und dem den Rotor aufnehmenden Arbeitsraum des Verdichters von einem ringförmigen Drainageraum (62) zum Abführen der Schmiermittel- und Gasleckage und von einer die Welle abdichtenden Dichtungsanordnung (18) umgeben ist, wobei die Drainageräume über Drainageöffnungen (66) mit geschlossenen, unter im wesentlichen den Ansaugdruck des Verdichters stehenden Auffangräumen (56, 58) verbunden sind, aus denen eine Gasrückführung (82, 84) in die Ansaugseite oder den Arbeitsraum des Verdichters, und eine Schmiermittelrückführung (68) in den Schmiermittelkreislauf vorgesehen ist. Zwischen jedem Drainageraum und dem Arbeitsraum des Verdichters ist ein kurzes Dichtelement (64) angeordnet. Die Auffangräume neben den Lagern, die auf der dem Arbeitsraum abgewandten Seite liegen, sind zum Auffangen auch des nach dieser Seite austretenden Schmiermittels angeordnet.
Nach einer Ausführungsform sind die Auffangräume oder ein sie verbindender Kanal (60) uber eine wahlweise verschließbare Öffnung (68) mit einem Abscheidebehälter (46) verbunden. Der Gasraum dieses Abscheidebehälters ist über eine Schmiermittelleitung einem Schmiermittelkreislauf angeschlossen. An der Druckseite des Verdichters ist ein weiterer Abscheidebehälter (30) für vom Gasstrom mit geführte Schmiermittel angeordnet, der mit dem ersten Abscheidebehälter über eine Verbindungsleitung (36) mit einem mittels Niveauschalter (74) betätigbaren Ventil (76) verbunden ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Rotorverdichter, insbesondere einen Schraubenrotorverdichter mit Schmiermittelzufuhr zu und Schmiermitteldrainage von den Wellenlagern, wobei jede Rotorwelle zwischen dem Wellenlager und dem den Rotor aufnehmenden Arbeitsraum des Verdichters von einem ringförmigen Drainageraum zum Abführen der Schmiermittel- und Gasleckage und von einer die Welle abdichtenden Dichtungsanordnung umgeben ist.

[0002] Aus der DE-OS 24 41 520 ist ein Verdichter dieser Art bekannt, bei dem der ringförmige Drainageraum Teil einer aufwendigen Dichtungsanordnung von großer Baulänge ist, die den Zweck hat, das Ansaugen von ungefilterter Außenluft in den Arbeitsraum des Verdichters und das Austreten von Schmier- und Kühlflüssigkeit aus dem Arbeitsraum des Verdichters entlang der Welle zu vermeiden. Zu diesem Zweck weist die Dichtungsänordnung außer dem Drainageraum noch weitere Ringräume auf, von denen einer als Sperrdruckraum von einer Druckgasquelle, insbesondere vom Verdichterauslaß beaufschlagt ist. Der ringförmige Drainageraum öffnet sich ins Freie, und dies bedeutet, daß die aus dem Sperrdruckraum in den Drainageraum gelangenden Gasmengen verloren sind. Damit ist eine solche Dichtungsanordnung aber nur dann verwendbar, wenn der Verdichter luftverdichtet oder eine Druckluftwelle verfügbar ist, denn entsprechende Verluste eines anderen, vom Verdichter verdichteten Gases, z. B. eines Kältemittels, wäre nicht tragbar. Aber auch bei Verdichtung von Luft müssen die Verluste über die Sperrdruckkammer möglichst gering sein, um den Wirkungsgrad des Verdichters nicht zu sehr zu beeinträchtigen. Die Dichtungsanordnung muß daher hohen Dichtigkeitsanforderungen genügen. Dies bedeutet insbesondere bei höheren Arbeitsdrücken des Verdichters eine große Baulänge der Dichtungsanordnung. Dichtungen mit großer Baulänge bedeuten aber größere Lagerabstände, wodurch sich schon bei relativ kleinen Belastungen unzulässig hohe Durchbiegungen und Biegespannungen im Rotor ergeben können.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen insbesondere auch für die Kältemittelverdichtung verwendbaren Verdichter der eingangs genannten Art zu schaffen, der mit einer sehr einfachen, billigen und platzsparenden Dichtungsanordnung gegen Schmiermittel- und Gasleckage auskommt.

[0004] Dies wird erfindungsgemäß bei einem Verdichter der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß die Drainageräume über Drainageöffnungen mit geschlossenen, unter im wesentlichen dem Ansaugdruck des Verdichters stehenden Auffangräumen verbunden sind, aus denen eine Gasrückführung in die Ansaugseite oder den Arbeitsraum des Verdichters und eine Schmiermittelrückführung in den Schmiermittelkreislauf vorgesehen ist.

[0005] Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß zwar einerseits durch die Drainageräume jeder Übertritt von Lagerschmiermittel in den Arbeitsraum des Verdichters und umgekehrt jeder Gasaustritt in das Lager vermieden wird, daß aber andererseits die Schmiermittel- und Gasleckagen in den _Drainageraum unproblematisch sind, weil diese Gas- und Flüssigkeitsmengen wieder in den Verdichter bzw. den Schmiermittelkreislauf zurückgeführt werden. Es können daher verhältnismäßig große Leckagen von verdichtetem Gas und gegebenenfalls auch eingespritzter Kühl- und Schmierflüssigkeit aus dem Arbeitsraum in den ringförmigen Drainageraum toleriert werden, und daraus erfolgt, daß zwischen dem Arbeitsraum und dem Drainageraum nur eine verhältnismäßig sehr einfache, kurze und billige Dichtung, die im wesentlichen nur Drosselwirkung auszuüben braucht, angeordnet werden muß.

[0006] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird aus den Auffangräumen nicht nur das Gas, sondern auch das Schmiermittel direkt in den Saug- oder den Arbeitsraum des Zylinders zurückgeführt. Zu diesem Zweck sind die Auffangräume oder ein sie verbindender Kanal durch öffnungen mit dem Saugraum oder Arbeitsraum verbunden. Das Schmiermittel wird vom Gasstrom durch den Arbeitsraum des Zylinders mitgeführt und in einem an die Druckseite des Verdichters angeschlossenen Abscheider ausgeschieden.

[0007] Die Führung des Schmiermittels durch den verdichteten Gasstrom ist allerdings dann problematisch, wenn es sich um ein Gas handelt, das die Tendenz hat, sich bei höherem Druck im Schmiermittel zu lösen und dessen Viskosität und damit die Schmiereigenschaften herabzusetzen. Dies ist bei bestimmten Kältemitteln, z. B. halogenierten Kohlenwasserstoffen, der Fall. Für diese Anwendungszwecke ist eine andere Ausführungsform der Erfindung vorteilhafter, bei der die Auffangräume und/oder ein sie verbindender Kanal mit einem Abscheidebehälter verbunden sind, dessen Gasraum über eine Gasleitung an die Saugseite des Verdichters und dessen Sumpf über eine Schmiermittelleitung an den Schmiermittelkreislauf angeschlossen ist. Der gesamte Schmiermittelkreislauf ist auf diese Weise völlig von dem verdichteten Gasstrom getrennt, und selbst wenn Gas aus dem Arbeitsraum durch Leckage in den Drainageraum gelangt, kommt es mit dem Schmiermittel nur unter niedrigem Druck in Berührung und geht daher nur zu sehr geringen Anteilen in Lösung. Auch diese geringen Anteile haben in dem Vorratsraum, in welchen das Schmiermittel gelangt, Gelegenheit, aus dem Schmiermittel wieder zu entweichen.

[0008] Es kann ein zweiter Kreislauf für ein Kühl- und Schmiermittel vorgesehen sein, das dem Arbeitsraum des Verdichters zugeführt wird und aus dem verdichteten Gasstrom durch einen an die Druckseite des Verdichters angeschlossenen Abscheider wieder abgetrennt wird. Zwischen dem Abscheider und dem Abscheidebehälter des Schmiermittelkreislaufs kann eine Verbindungsleitung mit einem Ventil vorgesehen sein, das durch einen Niveauschalter am Abscheidebehälter steuerbar ist.

[0009] Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

[0010] 

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Schraubenverdichter sowie das Fließschema des zugehörigen ölkreislaufs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 zeigt in ähnlicher Darstellung wie Fig. 1 eine zweite Ausführungsform mit vereinfachtem ölkreislauf.

[0011] Der Verdichter hat gemäß Fig. 1 ein Gehäuse 10, in dessen Arbeitsraum 12 nebeneinander zwei Rotoren 14 gelagert sind, die mit schraubenförmig angeordneten Rippen und Nuten ineinandergreifen. 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 direkten Kämmeingriff oder auch über ein (nicht dargestelltes) Gleichlaufgetriebe 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 20 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.

[0012] 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 im 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. 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. Der in Richtung auf den Arbeitsraum hin auftretende Anteil des öls gelangt aus dem jeweiligen Lager 18 in eine ringförmige ölsammelnut 62, die als Drainageraum 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 und Schmiermitteldruck versorgt werden, wie dies bei 72 für das druckseitige Abdichtelement gezeigt wird.

[0013] 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 Ausgleichsdruck 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.

[0014] Da bei dem beschriebenen Verdichter über die Lager und den 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 lspiegel 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. 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.

[0015] Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Ausführungsform für solche Anwendungsfälle, bei denen wegen niedriger Arbeitsdrücke oder bei nicht in öl löslichen Gasen die Gefahr einer Viskositätsverminderung des öls durch gelöstes Gas nicht besteht. Für diesen Fall kann die gleiche Verdichterkonstruktion wie in Fig. 1 ohne bauliche Änderungen verwendet werden. Der Vorratsbehälter 46 von Fig. 1 und die zugehörigen Leitungen und dgl. wird weggelassen und die nicht mehr benötigte Auslaßöffnung 68 des ölsammelraums 56 mit einem Stopfen 80 verschlossen. Statt dessen wird wahlweise eine von zwei Bohrungen 82, 84 geöffnet, die den Längskanal 60 mit dem Ansaugstutzen 24 bzw. dem Arbeitsraum 12 des Verdichters verbinden und von denen die jeweils andere Bohrung bzw. bei der Verwendung gemäß Fig. 1 auch beide Bohrungen mit geeigneten Stopfen 86 verschlossen sind. Das gesamte Schmieröl von den Lagern 18 gelangt nun über die jeweils geöffnete Bohrung 82 oder 84 in den Verdichtungsraum, von wo es mit dem verdichteten Gas über die Druckleitung 28 zum Vorratsdruckbehälter 30 gelangt und abgetrennt wird. Aus dessen ölsumpf 44 wird das öl dann als Schmiermittel über die Leitungen 90, 92 den Lagern 18 und ferner über die Leitung 94 in den Ar- - beitsraum des Verdichters zur Schmierung und Kühlung der Rotorflanken geleitet. Ein wesentlicher, auch durch die ölsammelnuten bzw. Drainageräume 62 bewirkter Vorteil bei dieser Ausführungsform besteht darin, daß eine gesonderte ölpumpe zur Schmiermittelzuführung nicht erforderlich ist. Da dafür gesorgt ist, daß die den Lagern 18 benachbarten Räume 62, 56, 58 immer unter dem Druck der Saugseite des Verdichters stehen, reicht der sich ergebende Differenzdruck zwischen dem Druckbehälter 30 und den Schmier- bzw. Einspritzstellen am Verdichter aus, um den Verdichter mit öl zu versorgen, ohne wegen des relativ geringen Schmiermitteldruckes im Lager einen Gasdurchschlag zu den Lagern befürchten zu müssen.

Ansprüche

1. Rotorverdichter, insbesondere Schraubenverdichter mit Schmiermittelzufuhr zu und Schmiermitteldrainage von den Wellenlagern, wobei jede Rotorwelle zwischen dem Wellenlager und dem den Rotor aufnehmenden Arbeitsraum des Verdichters von einem ringförmigen Drainageraum zum Abführen der Schmiermittel- und Gasleckage und von einer die Welle abdichtenden Dichtungsanordnung umgeben ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Drainageräume (62) über Drainageöffnungen (66) mit geschlossenen, unter im wesentlichen dem Ansaugdruck des Verdichters stehenden Auffangräumen. (56, 58) verbunden sind, aus denen eine Gasrückführung in die Ansaugseite oder den Arbeitsraum (12) des Verdichters und eine Schmiermittelrückführung in den Schmiermittelkreislauf vorgesehen ist.

2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen jedem Drainageraum (62) und dem Arbeitsraum (12) des Verdichters ein kurzes Dichtelement (64) mit relativ geringer Dichtwirkung angeordnet ist.

3. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Auffangräume (56, 58) neben den Lagern (18, 20) auf deren dem Arbeitsraum (12) abgewandten Seite zum Auffangen auch des nach dieser Seite austretenden Schmiermittels angeordnet sind.

4. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Auffangräume (56, 58) oder ein sie verbindender Kanal (60) über öffnungen (82, 84) direkt mit dem Saugstutzen (24) oder dem Arbeitsraum (12) sowohl zur Gas- als auch zur Schmiermittelrückführung verbunden sind.

5. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Auffangräume (56, 58) und/oder ein sie verbindender Kanal (60) über eine öffnung (68) mit einem Abscheidebehälter (46) verbunden sind, dessen Gasraum über eine Gasleitung (70) an die Saugleitung des Verdichters (10) und dessen Sumpf über eine Schmiermittelleitung einem Schmiermittelkreislauf angeschlossen ist.

6. Verdichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet , daß die öffnungen (68, 82, 84) wahlweise verschließbar sind.

7. Verdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß an die Druckseite des Verdichters (10) ein weiterer Abscheidebehälter (30) für vom Gasstrom mitgeführtes Schmiermittel angeordnet ist, der mit dem ersten Abscheidebehälter (46) über eine Verbindungsleitung (36) mit einem Ventil (76) verbunden ist.

8. Verdichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Ventil (76) mittels eines Niveauschalters (74) am ersten Abscheidebehälter (46) steuerbar ist.

9. Verdichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß vom zweiten Abscheidebehälter (30) eine Schmiermittelzuführung in den Arbeitsraum (12) des Verdichters zur Schmierung der Rotorflanken vorgesehen ist.

Zeichnung