SCHRAUBENKOMPRESSOR

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Schraubenkompressor mit zwei in einem Rotorgehäuse achsparallel drehbar gelagerten Schraubenrotoren, von denen jeder einen Profilabschnitt mit schraubenförmig verlaufenden Rippen und Nuten aufweist. Die Rotoren greifen mit ihren Rippen und Nuten kämmend und abdichtend ineinander, und in Betrieb werden zwischen ihnen und dem Rotorgehäuse eingeschlossene Gasvolumina gefördert und verdichtet. Ein solcher schraubenkompressor ist aus der US3986801 bekannt, die als nächstliegender Stand der Technik angesehen wird.

[0002] Bei der Gestaltung der Profile derartiger Schraubenrotoren ging das Bestreben bisher dahin, bei gegebenem Außendurchmesser der Rotorprofile möglichst große Volumina für das zwischen den Rotoren und dem Rotorgehäuse eingeschlossene, zu verdichtende Gasvolumen bereitzustellen, d. h. eine möglichst große volumetrische Ausnutzung des Rotorprofiles zu erzielen.

[0003] Im Gegensatz dazu zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, einen Schraubenkompressor zur Verfügung zu stellen, der sich für die Verdichtung von Gas auf sehr hohe Drücke, typischerweise im Bereich von 30 bis 50 bar, eignet und der insbesondere als letzte Stufe eines mehrstufigen, insbesondere dreistufigen Kompressoraggregats betrieben werden kann. Bei derart hohen Drücken sind die Rotoren durch das zwischen ihnen und dem Gehäuse unter hohem Druck eingeschlossene Gasvolumen starken queraxialen Kräften ausgesetzt, die im Sinne einer Durchbiegung der Rotoren wirken. Dies kann zu einer Beeinträchtigung der Abdichtung zwischen den Rotoren und damit zu einem Verlust an Wirkungsgrad führen. Auch kann wegen der Durchbiegung der Rotoren der radiale Spalt zwischen den Rotoren und dem Rotorgehäuse nicht so klein bemessen werden, wie dies zur Erzielung einer guten Abdichtung und eines hohen Wirkungsgrades wünschenswert wäre.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Schraubenkompressor anzugeben, der sich vor allem für den Betrieb bei hohen Verdichtungsdrücken eignet.

[0005] Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Der Unteranspruch bezieht sich auf eine vorteilhafte weitere Ausgestaltung der Erfindung.

[0006] Es wurde gefunden, dass die in den Ansprüchen angegebene Gestaltung der Rotoren zu einem besonders günstigen Verhältnis zwischen einerseits der Biegesteifigkeit der Rotoren und andererseits der Größe des in den Schraubennuten der Rotoren eingeschlossenen komprimierten Gasvolumens, das die Biegekräfte verursacht, führt.

[0007] Eine Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Figur 1

eine teilweise geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Schrauben- kompressors.

Figur 2

eine perspektivische Darstellung der Rotoren des Schraubenkompressors gemäß Figur 1.

Figur 3

das Rotorprofil der beiden Rotoren im achssenkrechten Querschnitt.

[0008] Der in Figur 1 als Ausführungsbeispiel gezeigte Schraubenkompressor hat ein im Schnitt 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, die auch die Schnittebene für die Darstellung des Rotorgehäuses 1 ist. Jeder Rotor 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 ineinander greifen. An die Profilabschnitte 7, 9 schließen sich Wellenzapfen 7a, 7b, 9a, 9b an, mit deren Umfangsfläche Dichtungsringe 11 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.

[0009] Der in Figur 1 obere Rotor 3 ist der Hauptläufer und weist an seinem in Figur 1 linken Ende eine Verlängerung 7c seines Wellenzapfens auf, die zur Aufnahme eines Antriebszahnrades (nicht dargestellt) bestimmt ist, das mit einem entsprechenden Zahnrad eines Antriebsgetriebes (nicht dargestellt) kämmt, um den Rotor 3 zur Drehung anzutreiben. An dem in Figur 1 rechten Ende weisen die beiden Rotoren 3, 5 zwei miteinander kämmende Zahnräder 17, 19 auf, die ein Synchronisiergetriebe 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 berührungsfrei ineinandergreifen.

[0010] Der beschriebene Schraubenkompressor ist vorzugsweise trockenlaufend, das heißt dem Verdichterraum wird kein Öl für Schmierung, Kühlung oder Abdichtung zugeführt. Die Rotorprofile greifen berührungsfrei und trotzdem abdichtend ineinander. Dies ist für alle Anwendungen vorteilhaft, bei denen es auf völlige Ölfreiheit des verdichteten Gases ankommt. Öl wird nur außerhalb des Verdichterraums, d. h. außerhalb des durch die Dichtungen 11 abgedichteten Bereichs, z. B. zur Schmierung des (nicht dargestellten) Antriebsgetriebes, der Lager 13, 15 und des Gleichlaufgetriebes 17, 19 zugeführt.

[0011] In Figur 2 sind die beiden Rotoren 3, 5 des Schraubenkompressors von Figur 1 gesondert perspektivisch dargestellt. Man erkennt aus Figur 2, dass der Rotor 3, der der Hauptläufer ist, einen Profilabschnitt 7 aufweist, dessen Profil von sechs schraubenförmig verlaufenden Rippen 7' gebildet wird. Der untere Rotor 5, der der Nebenläufer ist, hat einen Profilabschnitt 9 mit einem Profil, das von acht schraubenförmig verlaufenden Rippen 9' gebildet wird. Die Summe der Anzahlen der schraubenförmigen Rippen 7', 9' der beiden Rotoren, d. h. die Summe der "Zähnezahlen", beträgt somit 14.

[0012] Ferner sind in Figur 2 die an den Profilabschnitt 7 bzw. 9 jedes der Rotoren 3, 5 beiderseits anschließenden Bereiche 7a, 7b, 9a, 9b der Wellenzapfen mit einem Durchmesser (D, D') dargestellt, der mehr als die Hälfte des Außendurchmessers des jeweiligen Profilabschnitts beträgt.

[0013] Figur 3 zeigt die Profilabschnitte 7, 9 der beiden Rotoren im achssenkrechten Schnitt. Das Profil 7 des Hauptläufers weist sechs schraubenförmige Rippen 7' auf, die durch Nuten 7" voneinander getrennt sind. Die Kopfflächen der Rippen 7' liegen auf dem äußeren Hüllkreis Ka des Profils mit dem Durchmesser Da. Die Bodenflächen der Nuten 7" liegen auf dem Innenkreis Ki mit dem Durchmesser Di. Der radiale Abstand zwischen den Kreisen Ka und Ki wird als Rippenhöhe oder Zahnhöhe H bezeichnet. Diese ist nicht größer, vorzugsweise kleiner als das 0,15-fache des Durchmessers Da des Außenkreises Ka. Dasselbe gilt für die acht Rippen 9' und die sie trennenden Nuten 9" des unteren Rotors (Nebenläufers) 9, d. h. auch hier ist die Zahnhöhe H nicht größer als das 0,15-fache des Profilaußendurchmessers Da.

[0014] Bei Betrieb des in Figur 1 gezeigten Schraubenkompressors wird seinem Ansaugraum 10, der angrenzend an das in Figur 1 linke Ende der Profilabschnitte 7, 9 in dem Rotorgehäuse 1 ausgebildet ist, das zu verdichtende Gas, insbesondere Luft zugeführt, das vorzugsweise von einer oder mehreren vorgeschalteten Kompressorstufen (nicht dargestellt) bereits auf einem Zwischendruck vorverdichtet ist, beispielsweise auf einen Druck im Bereich von 10 bis 15 bar, vorzugsweise 12 bar. Dieses vorverdichtete Gas wird durch die Profilabschnitte 7, 9 der beiden Rotoren 3, 5 in Figur 1 nach rechts zu einem (nicht dargestellten) Auslass gefördert und dabei auf einen Enddruck verdichtet, der vorzugsweise im Bereich von 30 bis 50 bar, insbesondere bei ca. 40 bar liegt. Die Rotoren des Schraubenkompressors sind so gestaltet, dass sie in hohem Maße unempfindlich gegen die vom komprimierten Gas bei diesen hohen Drücken erzeugten queraxialen Kräfte sind.

Ansprüche

1. Schraubenkompressor mit zwei drehbar gelagerten, gegensinnig antreibbaren Rotoren (3, 5), die über einen Abschnitt ihrer Länge ein Profil (7, 9) mit schraubenförmigen Rippen (7', 9') und Nuten aufweisen und mit diesen Rippen und Nuten kämmend und abdichtend ineinandergreifen, wobei die Summe der Anzahlen der schraubenförmigen Rippen (7', 9') der beiden Rotoren mindestens 14 beträgt, und wobei jeder Rotor an den Profilabschnitt angrenzende Wellenzapfen (7a, 7b, 9a, 9b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippenhöhe jedes Rotors (3, 5) nicht größer als das 0,15-fache des Profilaußendurchmessers (Da) des Rotors ist und dass der Durchmesser (D, D') jedes Wellenzapfens in dem an den Profilabschnitt (7, 9) angrenzenden Bereich nicht kleiner als die Hälfte des Profilaußendurchmessers (Da) ist.

2. Schraubenkompressor nach Anspruch 1, wobei einer Rotoren der Hauptläufer (3) und der andere Rotor der Nebenläufer (5) ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (7) des Hauptläufers sechs Rippen (7') und das Profil (9) des Nebenläufers acht Rippen (9') aufweist.

Claims

1. A screw compressor with two rotatably mounted rotors (3,5) which can be driven in opposite directions and which have over a portion of their length a profile (7,9) with helical ribs (7',9') and grooves, and are in intermeshing and sealing engagement with these ribs and grooves, wherein the sum of the numbers of the helical ribs (7',9') of the two rotors amounts to at least 14, and wherein each rotor has shaft journals (7a,7b,9a,9b) adjoining the profile portion, characterised in that the rib height of each rotor (3,5) is not greater than 0.15 times the profile outer diameter (Da) of the rotor, and in that the diameter (D,D') of each shaft journal in the region adjoining the profile portion (7,9) is not less than half the profile outer diameter (Da).

2. A screw compressor according to Claim 1, wherein one rotor is the main rotor (3) and the other rotor is the secondary rotor (5), characterised in that the profile (7) of the main rotor has six ribs (7') and the profile (9) of the secondary rotor has eight ribs (9')

Revendications

1. Compresseur à vis avec deux rotors (3, 5) logés de manière rotative, pouvant être entraînés en sens inverse, qui présentent, sur une section de leur longueur, un profilé (7, 9) avec des nervures hélicoïdales (7', 9') et des rainures et qui s'engagent l'un dans l'autre avec ces nervures et rainures de manière étanche comme un peigne, la somme des nombres des nervures hélicoïdales (7', 9') des deux rotors s'élevant au moins à 14, et chaque rotor présentant des tourillons (7a, 7b, 9a, 9b) contigus à la section de profilé, caractérisé en ce que la hauteur de nervures de chaque rotor (3, 5) n'est pas supérieure à 0,15 fois le diamètre extérieur de profilé (Da) du rotor et en ce que le diamètre (D, D') de chaque tourillon dans la zone contiguë à la section de profilé (7, 9) n'est pas inférieur à la moitié du diamètre extérieur de profilé (Da).

2. Compresseur à vis selon la revendication 1, un rotor étant le rotor principal (3) et l'autre rotor étant le rotor secondaire (5), caractérisé en ce que le profilé (7) du rotor principal présente six nervures (7') et le profilé (9) du rotor secondaire présente huit nervures (9').

Zeichnung