Abdichtung, Lagerung und Antrieb der Rotoren eines trockenlaufenden Schraubenrotorverdichters

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen trockenlaufenden Rotorverdichter mit Kämmeingriff zwischen einem schraubenverzahnten Rippenrotor und einem schraubenverzahnten Nutenrotor mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

[0002] Ein Schraubenrotorverdichter transportiert als zwangsläufig fördernde Verdrängermaschine dementsprechend das Fördermedium nicht nur von der Saug- zur Druckseite, sondern verdichtet es auch auf diesem Wege durch Verkleinerung der Zahnlückenräume. Drehen sich die Läufer bzw. Rotoren im Gehäuse, kommen sie an der saugseitigen Steuerkante außer Eingriff, so daß sich ein Querschnitt und ein Volumen zum Ansaugen öffnet. Bei weiterer Drehung kommen die Rotoren an ihren Steuerkanten wieder zum Eingriff. Der Querschnitt des in axialer Richtung sich bewegenden Arbeitsraumes verkleinert sich bis zur Steuerkante auf der Druckseite des Gehäuses, an der das komprimierte Medium ausgeschoben wird.

[0003] Schraubenrotorverdichter lassen sich direkt mit der Motordrehzahl über ein eingebautes oder externes Getriebe antreiben.

[0004] Schraubenrotorverdichter mit kleinen Kompressionsverhältnissen (Enddruck/Saugdruck), bei denen das geförderte Medium nicht mit einer Kühlflüssigkeit verunreinigt werden darf, werden als trockenlaufende Schraubenrotorverdichter bzw. als Trockenläufer bezeichnet und benötigen zur Wahrung des Abstandes der Rotorflächen ein Ausgleichsgetriebe, welches die Rotoren vor Berührung schützt.

[0005] Die Rotoren dieser Schraubenrotorverdichter besitzen beidseitig angeordnete Zapfen, die in Axial- und Radiallagern im Gehäuse gelagert sind.

[0006] Nachteilig ist bei dieser Ausführung die hohe Durchbiegung der Rotoren und das gleichzeitige Auftreten von hohen Torsions- und Biegespannungen an dem angetriebenen Rotorzapfen. Um den Rotoren eine möglichst hohe Steifigkeit zu verleihen bzw. um die erforderlichen Drehmomente übertragen zu können, führt man die Lagerzapfen möglichst groß aus. Dies hat zur Folge, daß der Lagerdurchmesser und der Lagerabstand auch entsprechend groß gewählt werden muß.

[0007] Aus der EP-A-0 101 345 ist ein Schraubenkompressor bekannt, bei dem die druckseitigen Enden der Rotoren mit einer Innenlagerung versehen sind, während die saugseitigen Rotorenden außen gelagert sind, und der Antriebspunkt außerhalb des Kompressors liegt. Der bekannte Schraubenkompressor zeigt lediglich im Bereich der Lagerung der Rotoren einzelne Dichtungspartien zur Atmosphärenseite. Diese Dichtungen liegen radial an den Rotoren an, wodurch sich die Lagerabstände vergrößern. Der bekannte Schraubenkompressor weist eine verhältnismäßig große Baulänge auf und seine Abdichtung ist unbefriedigend.

[0008] Aus der bisher nichtveröffentlichten DE-A-4 4 03 649.3 ist ein Schraubenrotorverdichter mit einer Öleinspritzung bekannt, der innenliegende Rotorenlagerungen aufweist. Die Lagerzapfen für den Haupt- und Nebenrotor sind jeweils Teile des saugseitigen bzw. des druckseitigen Lagergehäuses und bestehen daher aus dem gleichen Material, z. B. Stahlguß. Die Zapfen ragen in Bohrungen der Rotoren hinein, die zur Lagerung der Zapfen mit Gleit- oder Wälzlagern ausgerüstet sind.

[0009] Ein besonderer wirtschaftlicher Vorteil dieser Lagerkonstruktion ist darin zu sehen, daß der so konstruierte Schraubenrotorverdichter gegenüber Verdichtern, bei denen die Rotoren beidseitig angeordnete Zapfen aufweisen, eine extrem kurze Bauform aufweist.

[0010] Es können für die Lagerung wahlweise saugseitig Axial- und Radiallager und druckseitig Radiallager oder aber saugseitig Radiallager und druckseitig Axial- und Radiallager verwendet werden.

[0011] Der Antrieb des Schraubenrotorverdichters läßt sich an einem der saug- oder druckseitigen Rotorenden anordnen.

[0012] Für den Antrieb ist neben Kupplungen beliebiger Bauart u. a. auch eine Torsionswelle möglich, die durch eine Bohrung im saug- oder druckseitigen Lagergehäuse und in einen der vier Zapfen geführt ist. Über eine Kupplung am äußeren Ende der Torsionswelle erfolgt der Antrieb des Verdichters.

[0013] Aus der bisher nichtveröffentlichten DE-A-4 4 03 648.5 sowie aus der DE-A-3 609 996 ist darüber hinaus die Abdichtung der Stirnflächen der Rotoren eines Schraubenrotorverdichtes mit einer Öleinspritzung gegenüber dem Gehäuse mittels Dichtscheiben bekannt, um die Abdichtung des Wirkraumes zwischen einem schraubenverzahnten Rippenrotor und einem schraubenverzahnten Nutenrotor zu erreichen.

[0014] Zwischen den Stirnflächen der Rotoren und dem Gehäuse befinden sich auf den saug- und druckseitigen Gehäuseteilen Dichtscheiben, die an diese Gehäuseteile angeschraubt, angeklebt oder formschlüssig eingelegt sind. Die Dichtscheiben bestehen aus einem gesinterten PTFE-Glimmer-Gemisch oder aus einem Werkstoff mit ähnlichen Eigenschaften.

[0015] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen trockenlaufenden Schraubenrotorverdichter mit extrem kurzer Bauform zu schaffen und bei kürzest möglicher Bauform die größtmögliche Dichtigkeit zu erreichen.

[0016] Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Schraubenverdichter erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.

[0017] Nach der Erfindung weist der Schraubenrotorverdichter innenliegende Rotorenlagerungen auf. Die Lagerzapfen für den Haupt- und Nebenrotor sind jeweils Teil des saugseitigen bzw. des druckseitigen Lagergehäuses und bestehen aus dem gleichen Material, z. B. Stahlguß. Die Zapfen ragen in Bohrungen der Rotoren hinein, die zur Lagerung der Rotoren mit Gleit- oder Wälzlagern ausgerüstet sind.

[0018] Auch hier werden für die Lagerung wahlweise saugseitig Axial- und Radiallager und druckseitig Radiallager oder aber saugseitig Radiallager und druckseitig Axial- und Radiallager verwendet.

[0019] Der Antrieb des Schraubenrotorverdichters kann an einem der saug- oder druckseitigen Rotorenden angeordnet werden. Zwischen den druckseitigen Enden der Rotoren und dem druckseitigen Lagergehäuse werden jeweils Getrieberäder eines Ausgleichsgetriebes sowie ein Dichtungsgehäuse mit Dichtscheiben und Dichtungen angeordnet. Zwischen den saugseitigen Enden der Rotoren und dem saugseitigen Lagergehäuse werden lediglich Dichtungsgehäuse, Dichtscheiben und Dichtungen vorgesehen.

[0020] Die Abdichtung des Kompressionsraumes gegenüber der Umgebung wird mit Dichtungen erreicht, die druckseitig in einem Dichtungsgehäuse und saugseitig ebenfalls in einem Dichtungsgehäuse, das in dem saugseitigen Lagergehäuse befestigt ist, angebracht und gegen die Rotorstirnflächen gerichtet sind.

[0021] Entsprechend dem Druckniveau und der Art des zu fördernden Mediums können an den vier Rotorenden gleiche oder unterschiedliche Dichtungen eingesetzt werden.

[0022] Als Dichtungen können zum Beispiel gasgesperrte Dichtungen eingesetzt werden, die besonders hohe Dichtansprüche erfüllen.

[0023] Mittels Dichtscheiben, die ebenfalls am Dichtungsgehäuse angebracht sind, werden die Zahnlückenräume gegeneinander abgedichtet. Der Spalt zwischen den Rotoren und den Dichtscheiben wird bei der Montage auf 0 mm eingestellt. Während des Betriebes werden die Dichtscheiben von den Rotoren so weit abgetragen wie das für den berührungslosen Lauf zwischen Dichtscheibe und Rotor erforderlich ist.

[0024] Trockenlaufende Schraubenrotorverdichter werden, resultierend aus dem gegebenen Druckniveau und der vorgegebenen Drehzahl, entsprechend der errechneten Lagerkraft und der verlangten Lebensdauer, mit Gleit- oder Wälzlagern versehen.

[0025] Auch die auf der Druckseite angeordneten Getrieberäder, Dichtungen sowie das Lagergehäuse werden den Druckverhältnissen angepaßt.

[0026] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.

[0027] Es zeigen:

Fig. 1

einen Längsschnitt durch einen Schraubenrotorverdichter mit Torsionswelle und Wälzlagern bzw. Gleitlagern für geringe Lagerbelastung,

Fig. 2

einen Längsschnitt durch einen Schraubenrotorverdichter mit Torsionswelle und Gleitlagern für hohe Lagerbelastungen.

[0028] Entsprechend Fig. 1 ist das saugseitige Lagergehäuse (3) an seiner Innenseite mit einem Zapfen (25) zum Eingriff in die Bohrung im Rippenrotor (1) und mit einem weiteren Zapfen (25) zum Eingriff in den Nutenrotor (2) ausgestattet.

[0029] Das druckseitige Lagergehäuse (5) besitzt an seiner Innenseite ebenfalls Zapfen (25). Einer dieser Zapfen greift in die Bohrung im Rippenrotor (1) und der andere in die Bohrung im Nutenrotor (2) ein. Beide Lagergehäuse (3, 5) sind an dem Kompressorgehäuse (4) lösbar befestigt.

[0030] Demnach bestehen die Rotoren (1, 2) innerhalb des Kompressorgehäuses (4) nur noch aus dem schraubenverzahnten Teil des Rippenrotors (1) und dem schraubenverzahnten Teil des Nutenrotors (2), in deren Ende zentrische Bohrungen zur Aufnahme der Zapfen (25) eingebracht sind.

[0031] Im Ausführungsbeispiel gem. Fig. 1 befindet sich der Antrieb des Verdichters druckseitig am Rippenrotor (1).

[0032] Die Lagerung der Rotoren (1, 2) auf den druckseitigen Zapfen (25) erfolgt durch Radiallager und Axiallager (20, 22), die durch Distanzringe (21) gehalten und durch Wellenmuttern (23) gesichert sind. Saugseitig sind die Rotoren (1, 2) in Radiallagern (12) auf den Zapfen (25) gelagert.

[0033] Auf der Saugseite sind innerhalb der Bohrungen der Rotoren (1, 2) und zwischen den Enden der Zapfen (25) Ölabstreifer (13) mit einem Abführkanal durch das Lagergehäuse (3) angeordnet.

[0034] Der Antrieb des Rippenrotors (1) erfolgt auf der Druckseite mit Hilfe einer Torsionswelle (9) mit Kupplungsflansch. Diese Torsionswelle ist durch eine Bohrung im druckseitigen Lagergehäuse (5) und den Zapfen (25) geführt und weist am innenseitigen Ende eine Verdickung (26) auf, die sich in einer Ausnehmung der Bohrung des Rippenrotors (1) befindet. Zwischen der Torsionswelle (9) und dem Rippenrotor (1) wird dadurch eine formschlüssige Verbindung hergestellt.

[0035] Als Abdichtung des Kompressionsraumes gegenüber der Atmosphärenseite befinden sich auf der Druckseite und der Saugseite der Stirnflächen der Rotoren Gasdichtungen (10, 17).

[0036] Die Abdichtung zwischen den Zahnlückenräumen der Rotoren (1, 2) erfolgt mittels Dichtscheiben (15, 16), die in das saugseitige Dichtungsgehäuse (14) bzw. in das druckseitige Dichtungsgehäuse (8) eingelegt und befestigt werden.

[0037] Zur Einhaltung des Abstandes der Rotorflächen des Rippenrotors (1) und des Nutenrotors (2) wird ein Ausgleichsgetriebe zwischen druckseitigem Dichtungsgehäuse (8) und Lagergehäuse (5) eingesetzt.

[0038] Dieses Ausgleichsgetriebe besteht aus einem Getrieberad (6) für den Rippenrotor (1) und einem Getrieberad (7) für den Nutenrotor (2) mit den erforderlichen druckseitigen Lagersicherungen (19).

[0039] Fig. 2 zeigt die Ausführung eines Schraubenrotorverdichters mit Radiallagern (12) und (20), der für eine hohe Lagerbelastung augelegt ist.

[0040] Gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist das druckseitige Lagergehäuse (5) so gestaltet, daß breitere Getrieberäder (6') am Rippenrotor (1) und ebenfalls breitere Getrieberäder (7') am Nutenrotor (23) sowie größere Radial- und Axiallager (20, 22) verwendet werden.

[0041] Die Getrieberäder (6', 7') werden mit Stirnzahnkupplungen (24, 27) über Zentralschrauben (18) mit den Rotoren (1, 2) verbunden.

Bezugsziffernliste:

[0042] 

1

Rippenrotor

2

Nutenrotor

3

Lagergehäuse Saugseite

4

Kompressorgehäuse

5

Lagergehäuse Druckseite

6,6'

Getrieberad Rippenrotor

7,7'

Getrieberad Nutenrotor

8

Dichtungsgehäuse Druckseite

9

Torsionswelle mit Kupplungsflansch

10

Gasdichtung Saugseite

11

Lagersicherung Saugseite

12

Radiallager Saugseite

13

Ölabstreifer

14

Dichtungsgehäuse Saugseite

15

Dichtscheibe Saugseite

16

Dichtscheibe Druckseite

17

Gasdichtung Druckseite

18

Zentralschraube

19

Lagersicherung Druckseite

20

Radiallager Druckseite

21

Distanzring

22

Axiallager

23

Wellenmutter

24

Stirnzahn-Kupplung Getrieberadseite

25

Lagerzapfen

26

Mitnehmer Torsionswelle

27

Stirnzahn-Kupplung Rotorseite

Ansprüche

1. Trockenlaufender Rotorverdichter

■ mit Kämmeingriff zwischen einem schraubenverzahnten Rippenrotor (1) und einem schraubenverzahnten Nutenrotor (2),

■ mit einem saugseitigen und einem druckseitigen Lagergehäuse (3, 5), wobei das druckseitigen Lagergehäuse (5) Zapfen aufweist, die in Bohrungen innerhalb der Rotoren (1, 2) hineinragen und mit Gleit- oder Wälzlagern versehen sind,

■ mit an den Lagergehäusen (3, 5) und den Rotorenden angeordneten Dichtungen (17)

■ und mit Getrieberädern (6, 7 bzw. 6', 7') eines Synchronisiergetriebes zwischen den einen Enden der Rotoren (1, 2) und dem Lagergehäuse (5),

■ dadurch gekennzeichnet, daß auch das saugseitige Lagergehäuse (3) Zapfen aufweist, die in Bohrungen innerhalb der Rotoren (1, 2) hineinragen und mit Gleit- oder Wälzlagern versehen sind,

■ daß eine Torsionswelle (9) einer Kupplungshälfte für den Verdichterantrieb durch eine Bohrung im saug- oder druckseitigen Lagergehäuse und durch einen der Zapfen geführt ist

■ und daß zwischen den druckseitigen und den saugseitigen Enden der Rotoren (1, 2) und dem Lagergehäuse (5) jeweils ein Dichtungsgehäuse (8, 14) angeordnet ist, in dem die Dichtungen (17, 10) und Dichtscheiben (16, 15) angebracht und gegen die Stirnflächen der Rotoren (1, 2) gerichtet sind.

2. Rotorverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den druckseitigen Enden der Rotoren (1, 2) und den Getrieberädern (6', 71) mit größerer Zahneingriffsbreite Stirnzahnkupplungen (24, 27) angeordnet sind, die mittels einer Zentralschraube (18) an den druckseitigen Enden der Rotoren (1, 2) lösbar befestigt werden.

3. Rotorverdichter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Dichtungen (10, 17) gasgesperrte Dichtungen statischer oder dynamischer Bauart oder eine Kombination beider Bauarten eingesetzt sind.

4. Rotorverdichter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtscheiben (15, 16) in bekannter Art aus einem gesinterten PTFE-Glimmer-Gemisch oder aus einem Werkstoff mit ähnlichen Eigenschaften hergestellt sind.

Claims

1. Dry-running rotor compressor with meshing engagement between a helically toothed ribbed rotor (1) and a helically toothed grooved rotor (2), with a bearing housing (3) at the suction side and a bearing housing (5) at the pressure side, wherein the bearing housing (5) at the pressure side has stub axles which project into bores within the rotors (1, 2) and are provided with slide bearings or roller bearings, with seals (17) arranged at the bearing housings (3, 5) and the rotor ends and with gearwheels (6, 7 or 6', 7') of a synchronising gear transmission between one end of each of the rotors (1, 2) and the bearing housing (5), characterised in that the bearing housing (3) at the suction side also has stub axles which project into bores within the rotors (1, 2) and are provided with slide bearings or roller bearings, that a torsion shaft (9) of a coupling half for the compressor drive is guided through a bore in the bearing housing at the suction side or pressure side and through one of the stub axles and that a respective seal housing (8, 14), in which the seals (17, 10) and sealing discs (16, 15) are mounted and directed against the end faces of the rotors (1, 2), is arranged between the ends of the rotors (1, 2) at the pressure side and suction side and the bearing housing (5).

2. Rotor compressor according to claim 1, characterised in that radial tooth couplings (24, 27), which are detachably secured to the ends of the rotors (1, 2) at the pressure side by means of a central screw (18), are arranged between the ends of the rotors (1, 2) at the pressure side and the gearwheels (6', 7') with greater tooth engagement width.

3. Rotor compressor according to claims 1 and 2, characterised in that gas barrier seals of static or dynamic mode of construction or a combination of both modes of construction are used as seals (10, 17).

4. Rotor compressor according to claims 1 to 3, characterised in that the sealing discs (15, 16) are produced in known manner from a sintered PTFE and mica mixture or of a material with similar properties.

Revendications

1. Invention concernant un compresseur à rotors de type sec, qui comprend :

• Un engrènement entre un rotor à nervures (1) à denture hélicoïdale et un rotor à cannelures (2) à denture hélicoïdale ;

• Un logement de palier (3,5), côté aspiration et côté pression, le logement de palier situé côté pression (5) présentant des tourillons qui font saillie dans des alésages pratiqués dans les rotors (1,2) et sont munis de paliers lisses ou de paliers à roulement ;

• Des garnitures d'étanchéité (17) placées sur les logements de palier (3,5) et les extrémités des rotors ;

• Ainsi que des roues d'engrenage (6,7 et 6',7') d'un mécanisme de compensation entre les extrémités des rotors (1,2) et le logement de palier (5) ;

• Ce compresseur à rotors de type sec se caractérise en ce que le logement de palier situé côté aspiration (3) présente lui aussi des tourillons qui font saillie dans des alésages pratiqués dans les rotors (1,2) et sont munis de paliers lisses ou de paliers à roulement;

• Un arbre de torsion (9) d'une moitié d'accouplement pour l'entraînement du compresseur est guidé à travers un alésage dans le logement de palier situé côté aspiration ou côté pression et à travers un des tourillons ;

• Il est prévu dans chaque cas, un boîtier d'étanchéité (8,14) placé entre les extrémités côté pression et côté aspiration des rotors (1,2) et le logement de palier (5). Les garnitures d'étanchéité (17,10) et les disques d'étanchéité (16,15) sont montés dans ce boîtier d'étanchéité et sont dirigés contre les surfaces de contact des rotors (1,2).

2. Compresseur à rotors selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est prévu entre les extrémités côté pression des rotors (1,2) et les roues d'engrenage (6',7') dont la largeur d'engrènement est plus importante, des accouplements à denture frontale (24,27) fixés de manière amovible aux extrémités côté pression des rotors (1,2) par une vis de centrage (18).

3. Compresseur à rotors selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les garnitures d'étanchéité utilisées sont des garnitures d'étanchéité hermétiques aux gaz, de type statique ou dynamique ou une combinaison des deux types.

4. Compresseur à rotors selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les disques d'étanchéité (15,16) sont produits de manière connue à partir d'un mélange PTFE-mica fritté ou à partir d'un matériau présentant des propriétés similaires.

Zeichnung