Drehzahnverdichter und Verfahren zum Betrieb eines solchen

Abstract

 Ein Drehzahnverdichter hat eine einen Getrieberaum (11), einen neutralen Raum (7) und einen Förderraum (2) durchdringende erste Pumpenwelle (6) und eine hierzu parallele zweite Pumpenwelle (5), welche von dem Getrieberaum (11) durch den neutralen Raum (7) und den Förderraum (2) führt. Beide Pumpenwellen (5, 6) weisen jeweils in dem Förderraum (2) einen Rotor (3, 4) auf. Der Förderraum (2) ist zur Durchführung der beiden Pumpenwellen (5, 6) jeweils durch eine Labyrinthabdichtung (17, 18, 19, 20) gegenüber dem neutralen Raum (7, 8) abgedichtet. Der Getrieberaum (11) und der neutrale Raum (7) sind druckdicht ausgeführt und jeweils mit einem Druckmittelanschluss (9, 12) versehen. Die beiden Pumpenwellen (5, 6) sind zwischen dem Förderraum (2) und dem Getrieberaum (11) und die aus dem Getrieberaum (11) nach außen herausführende Pumpenwelle (6) zwischen der Atmosphäre und dem Getrieberaum (11) jeweils durch einen Wellendichtring (24, 25) abgedichtet, welche eine gegen die jeweiligen Pumpenwelle (5, 6) anliegenden, zum Förderraum (2) hin gerichtete Dichtlippe (27, 26) aufweist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Drehzahnverdichter mit einer einen Getrieberaum, einen neutralen Raum und einen Förderraum durchdringenden ersten Pumpenwelle und einer hierzu parallelen zweiten Pumpenwelle, welche von dem Getrieberaum durch den neutralen Raum und den Förderraum führt, wobei die beiden Pumpenwellen jeweils in dem Förderraum einen Rotor aufweisen und wobei der Förderraum zur Durchführung der beiden Pumpenwellen jeweils durch eine Labyrinthabdichtung gegenüber dem neutralen Raum abgedichtet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Drehzahnverdichters.

[0002] Solche Drehzahnverdichter werden als trocken laufende Maschinen für die Verdichtung von Gas um eine Druckdifferenz von 2 bar eingesetzt und sind daher bekannt. Für höhere Drücke als 3 bar (a) eignen sich Drehzahnverdichter nicht, weil es dann zu einem unerwünscht starken Verschleiß der Dichtungen kommt. Die bekannten Drehzahnverdichter haben zu beiden Seiten des Förderraumes jeweils einen neutralen Raum, der Verbindung zur Atmosphäre hat.

[0003] Für die Gasverdichtung, insbesondere von Sauerstoff, auf absolute Drücke von 5 bis 6 bar wurden bis jetzt ölfreie Kolbenverdichter verwendet, die sehr aufwendig aufgebaut und deshalb teuer sind. Weiterhin erfordern sie einen hohen Serviceaufwand, da etwa alle 6.000 bis 8.000 Betriebsstunden die Kolbenringe und Ventile ausgewechselt werden müssen.

[0004] Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Drehzahnverdichter der eingangs genannten Art so umzugestalten, dass er auf höhere Druckdifferenzen und höhere Absolutdrücke als bisher verdichten kann, ohne dass seine Dichtungen einem hohen Verschleiß unterliegen. Weiterhin soll ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Drehzahnverdichters geschaffen werden.

[0005] Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Getrieberaum und der neutrale Raum druckdicht ausgeführt und jeweils mit einem Druckmittelanschluss versehen sind, dass die beiden Pumpenwellen zwischen dem Förderraum und dem Getrieberaum und die aus dem Getrieberaum nach außen herausführende Pumpenwelle zwischen der Atmosphäre und dem Getrieberaum jeweils durch einen Wellendichtring abgedichtet sind, welcher eine gegen die jeweilige Pumpenwelle anliegende, zum Förderraum hin gerichtete Dichtlippe aufweist.

[0006] Bei einem solchen Drehzahlverdichter kann man den neutralen Raum und den Getrieberaum so abgestuft druckbeaufschlagen, dass die Wellendichtringe jeweils nur einem Teil der Druckdifferenz zwischen dem Druck im Förderraum und dem Atmosphärendruck ausgesetzt sind. Man kann zum Beispiel bei einem absoluten Druck im Förderraum von 5 bar, so dass ein mittlerer Druck in den Labyrinthabdichtungen von 4 bar ansteht, im neutralen Raum einen absoluten Druck von 3 bar und im Getrieberaum einen absoluten Druck von 2 bar einstellen. Die Wellendichtringe zwischen dem neutralen Raum und dem Getrieberaum und der Wellendichtring zwischen dem Getrieberaum und der Atmosphäre werden dann jeweils nur mit einer Druckdifferenz von 1 bar beansprucht, was zu einer langen Lebensdauer dieser Dichtungen führt. Der erfindungsgemäße Drehzahlverdichter ermöglicht es in einstufiger Ausführung bis auf 3 bar (a) und in zweistufiger Ausführung bis auf 5 bis 6 bar (a) betriebssicher zu komprimieren. Zugleich wird durch den druckdichten neutralen Raum sichergestellt, dass kein Prozessgas als Leckgas in die Umgebung des Drehzahnverdichters gelangen kann.

[0007] Bei einem Drehzahnverdichter, bei dem die beiden Pumpenwellen an der dem Getrieberaum gegenüberliegenden Seite des Förderraumes jeweils in einem Stehlagerraum gelagert sind, wobei zwischen dem Stehlagerraum und dem Förderraum ebenfalls ein neutraler Raum vorgesehen ist, kann man ebenfalls eine lange Lebensdauer des dort anzuordnenden Wellendichtringes erreichen, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung der Stehlagerraum und der zwischen ihm und dem Förderraum liegende neutrale Raum druckdicht ausgeführt und jeweils mit einem Druckmittelanschluss versehen sind und wenn jeder Stehlagerraum durch einen gegen die Pumpenwelle mit einer Dichtlippe anliegenden Wellendichtring abgedichtet ist.

[0008] Der gewünschte, gegenüber dem Förderraum verringerte Druck in den neutralen Räumen stellt sich zwangsläufig ein, wenn die beiden neutralen Räume jeweils mit der Saugseite des Drehzahnverdichters Verbindung haben.

[0009] Das zweitgenannte Problem, nämlich die Schaffung eines Verfahrens zum Betrieb des erfindungsgemäßen Drehzahnverdichters, wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass der getrieberaumseitige, neutrale Raum mit einem unter dem Druck im Förderraum liegenden Druck und der Getrieberaum mit einem unter dem Druck in den Förderräumen jedoch über dem Atmosphärendruck liegenden Druck beaufschlagt wird.

[0010] Hierdurch wird der erfindungsgemäße Drehzahnverdichter bezüglich der Lebensdauer der Wellendichtringe optimal eingesetzt. Durch die abgestufte Druckbeaufschlagung wird zugleich sichergestellt, dass kein Gas aus dem neutralen Raum in den Förderraum gelangen kann.

[0011] Ein Eindringen von Fett von den Stehlagern in den Förderraum lässt sich auf einfache Weise dadurch vermeiden, dass auch der stehlagerraumseitige, neutrale Raum mit einem unter dem Druck im Förderraum liegenden Druck beaufschlagt wird.

[0012] Günstig ist es auch, wenn der Stehlagerraum und der ihn vom Förderraum trennende neutrale Raum an eine gemeinsame Druckmittelquelle angeschlossen sind. Hierdurch wird eine Belastung des Wellendichtringes des Stehlagers durch eine Druckdifferenz gänzlich ausgeschlossen. Auch beim Anfahren und Stillsetzen des Drehzahnverdichters können durch diese Druckmittelverbindung keine Druckdifferenzen auf den Wellendichtring des Stehlagers wirken.

[0013] Aus dem Förderraum in die neutralen Räume einsickerndes Prozessgas kann aus den neutralen Räumen kontinuierlich entfernt werden, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung die neutralen Räume zur Druckbeaufschlagung mit einer Spülgasquelle verbunden sind und jeweils einen durch ein Überströmventil geregelten Spülgasauslass aufweisen. Ein solcher kontinuierlicher Spülgasstrom führt zugleich zu einer Temperaturabsenkung an den Wellendichtringen und dadurch zu einer Erhöhung ihrer Standzeit. Außerdem werden Getriebeölansammlungen im neutralen Raum bei Undichtigkeit am Wellendichtring vermieden.

[0014] Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind zwei davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

Fig.1

einen Längsschnitt durch einen Drehzahnverdichter nach der Erfindung,

Fig.2

eine Prinzipskizze, welche im Schnitt die Anordnung und Gestaltung der Wellendichtringe des Drehzahnverdichters und ihre Druckmittelversorgung sowie eine gegenüber Figur 1 geänderte Gasbeaufschlagung zeigt.

[0015] Der in Figur 1 als Ganzes dargestellte Drehzahnverdichter hat in einem Gehäuse 1 einen Förderraum 2, in welchem zwei Rotoren 3, 4 angeordnet sind. Jeder dieser Rotoren 3, 4 ist auf einer Pumpenwelle 5, 6 angeordnet. Zu beiden Seiten des Förderraumes 2 ist ein druckdichter, neutraler Raum 7, 8 vorgesehen, der jeweils einen Druckmittelanschluss 9, 10 hat. In Figur 1 gesehen links von dem neutralen Raum 7 befindet sich im Gehäuse 1 ein Getrieberaum 11, der ebenfalls druckdicht ausgeführt ist und einen Druckmittelanschluss 12 aufweist. Im Getrieberaum 11 befindet sich ein Getriebe 13, welches die beiden Pumpenwellen 5, 6 getrieblich miteinander verbindet. Die Pumpenwelle 6 führt aus dem Getrieberaum 11 heraus und ist mit einem außen an dem Gehäuse 1 angeflanschten Motor 14 verbunden.

[0016] Die Pumpenwellen 5, 6 durchdringen mit ihrem jeweils rechten Ende den rechten, neutralen Raum 8 und sind jeweils in einem Stehlagerraum 15, 16 gelagert, welcher nach außen hin hermetisch verschlossen ist. Die Pumpenwellen 5, 6 sind zwischen dem Förderraum 2 und dem jeweiligen neutralen Raum 8 jeweils durch eine Labyrinthabdichtung 17, 18, 19, 20 abgedichtet. Wellendichtringe 21, 22 dichten die Stehlagerräume 15, 16 gegenüber dem neutralen Raum 8 ab. Entsprechende Wellendichtringe 23, 24 dichten den neutralen Raum 7 gegenüber dem Getrieberaum 11 und ein Wellendichtring 25 den Getrieberaum 11 gegenüber der Atmosphäre ab.

[0017] Eine Spülgasquelle 31 ermöglicht es, den Getrieberaum 11 und die beiden neutralen Räume 7, 8 mit einem Spülgas definierten Druck zu beaufschlagen. Dieses Spülgas vermag über ein Überströmventil 32 die neutralen Räume 7, 8 zu verlassen. Auf diese Weise kann man in die neutralen Räume 7, 8 eindringendes Prozessgas kontinuierlich abführen.

[0018] Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nunmehr auf die Figur 2 Bezug genommen. Diese zeigt gegenüber Figur 1 stark vergrößert die auf der Pumpenwelle 6 sitzenden Wellendichtringe 22, 24, 25. Alle drei Wellendichtringe 22, 24, 25 haben eine gegen die Pumpenwelle 6 anliegende Dichtlippe 26, 27, 28. Die Dichtlippen 26, 27 der Wellendichtringe 24, 25, welche den Getrieberaum 11 zur Atmosphäre und zu dem neutralen Raum 7 hin abdichten, weisen in Richtung des Förderraumes 2. Die Dichtlippe 28 des Wellendichtringes 22 weist vom Förderraum 2 weg.

[0019] Die Figur 2 lässt weiterhin erkennen, dass der Stehlagerraum 16 einen Druckmittelanschluss 30 hat und dieser Druckmittelanschluss 30 durch eine Leitung 29 mit dem Druckmittelanschluss 10 des rechten neutralen Raumes 8 verbunden ist. An diese Leitung 29 ist auch der linke neutrale Raum 7 angeschlossen. Sie hat Verbindung mit der Saugseite der Maschinenstufe.

[0020] Nicht dargestellt ist eine Ausführungsform, bei der die Pumpenwellen 5, 6 die Stehlagerräume 15, 16 durchdringen und dann mit entsprechenden Pumpenwellen eines zweiten Drehzahnverdichters verbunden sind. Bei einer solchen Ausführungsform empfiehlt sich wiederum die zuvor für den Getrieberaum und den neutralen Raum beschriebene, abgestufte Druckbeaufschlagung.

Bezugszeichenliste

[0021] 

1

Gehäuse

2

Förderraum

3

Rotor

4

Rotor

5

Pumpenwelle

6

Pumpenwelle

7

neutraler Raum

8

neutraler Raum

9

Druckmittelanschluss

10

Druckmittelanschluss

11

Getrieberaum

12

Druckmittelanschluss

13

Getriebe

14

Motor

15

Stehlagerraum

16

Stehlagerraum

17

Labyrinthabdichtung

18

Labyrinthabdichtung

19

Labyrinthabdichtung

20

Labyrinthabdichtung

21

Wellendichtring

22

Wellendichtring

23

Wellendichtring

24

Wellendichtring

25

Wellendichtring

26

Dichtlippe

27

Dichtlippe

28

Dichtlippe

29

Leitung

30

Druckmittelanschluss

31

Spülgasquelle

32

Überströmventil

Ansprüche

1. Drehzahnverdichter mit einer einen Getrieberaum (11), einen neutralen Raum (7) und einen Förderraum (2) durchdringenden ersten Pumpenwelle (6) und einer hierzu parallelen zweiten Pumpenwelle (5), welche von dem Getrieberaum (11) durch den neutralen Raum (7) und den Förderraum (2) führt, wobei die beiden Pumpenwellen (5, 6) jeweils in dem Förderraum (2) einen Rotor (3, 4) aufweisen und wobei der Förderraum (2) zur Durchführung der beiden Pumpenwellen (5, 6) jeweils durch eine Labyrinthabdichtung (17, 18, 19, 20) gegenüber dem neutralen Raum (7, 8) abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Getrieberaum (11) und der neutrale Raum (7) druckdicht ausgeführt und jeweils mit einem Druckmittelanschluss (9, 12) versehen sind, dass die beiden Pumpenwellen (5, 6) zwischen dem Förderraum (2) und dem Getrieberaum (11) und die aus dem Getrieberaum (11) nach außen herausführende Pumpenwelle (6) zwischen der Atmosphäre und dem Getrieberaum (11) jeweils durch einen Wellendichtring (24, 25) abgedichtet sind, welcher eine gegen die jeweilige Pumpenwelle (5, 6) anliegende, zum Förderraum (2) hin gerichtete Dichtlippe (27, 26) aufweist.

2. Drehzahnverdichter nach Anspruch 1, bei dem die beiden Pumpenwellen (5, 6) an der dem Getrieberaum (11) gegenüberliegenden Seite des Förderraumes (2) jeweils in einem Stehlagerraum (16) gelagert sind, wobei zwischen dem Stehlagerraum (16) und dem Förderraum (2) ebenfalls ein neutraler Raum (8) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stehlagerraum (15, 16) und der zwischen ihm und dem Förderraum (2) liegende neutrale Raum (8) druckdicht ausgeführt und jeweils mit einem Druckmittelanschluss (10, 30) versehen sind und dass jeder Stehlagerraum (15, 16) durch eine gegen die Pumpenwelle (5, 6) mit einer Dichtlippe anliegende Wellendichtring abgedichtet ist.

3. Drehzahnverdichter nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden neutralen Räume (7, 8) jeweils mit der Saugseite des Drehzahnverdichters Verbindung haben.

4. Verfahren zum Betrieb eines Drehzahlverdichters nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der getrieberaumseitige, neutrale Raum mit einem unter dem Druck im Förderraum liegenden Druck und der Getrieberaum mit einem unter dem Druck in den Förderräumen jedoch über dem Atmosphärendruck liegenden Druck beaufschlagt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auch der stehlagerraumseitige, neutrale Raum mit einem unter dem Druck im Förderraum liegenden Druck beaufschlagt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stehlagerraum und der ihn vom Förderraum trennende neutrale Raum an eine gemeinsame Druckmittelquelle angeschlossen sind.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die neutralen Räume zur Druckbeaufschlagung mit einer Spülgasquelle verbunden sind und jeweils einen durch ein Überströmventil geregelten Spülgasauslass aufweisen.

Zeichnung