BE1026993B1 - Drooglopend Systeem met Slijtwillig Afdichtingselement, Afdichtingselement Daarvoor en Werkwijze voor het Samenstellen van het Systeem - Google Patents

Abstract

Drooglopend systeem (100; 200; 300) voor het verpompen van een gas, omvattende een stationair opgestelde stator met een behuizing (120; 220; 320) die een rotorholte (210; 310) omvat, en minstens één rotorelement (101, 102) dat roteerbaar opgenomen is in de rotorholte, waarbij de stator verder minstens één zelfdragend afdichtingselement (121, 131; 221, 231; 321, 331; 531; 631) omvat, opgenomen in de rotorholte tussen een kops vlak van minstens één van de rotorelementen en een binnenwand van de behuizing voor het vormen van een afdichting langs het betreffende kopse vlak. Het minstens één zelfdragend afdichtingselement is minstens aan een naar de rotor gekeerde zijde voorzien van een slijtwillige laag (122, 132; 222; 232; 322, 332; 501; 601).

Description

Drooglopend Systeem met Slijtwillig Afdichtingselement, Afdichtingselement Daarvoor en Werkwijze voor het Samenstellen van het Systeem De onderhavige uitvinding betreft een drooglopend systeem voor het verpompen van een gas, omvattende een stationair opgestelde stator en minstens één rotorelement roteerbaar opgenomen in een door de stator begrensde rotorholte. In het bijzonder, heeft de uitvinding betrekking op een compressor, vacuümpomp of expander, in een drooglopende uitvoering. Stand van de Techniek Bekende compressoren bestaat uit een behuizing met daarin twee rotoren voorzien van een compressieprofiel, bijvoorbeeld een klauwprofiel of een schroefprofiel. Bij rotatie van de rotorelementen wordt het gas tussen deze rotorelementen gecomprimeerd.

Bij drooglopende compressoren wordt geen vloeibaar smeer- of dichtingsmiddel ingebracht om een dichting te creëren tussen enerzijds de rotoren onderling en anderzijds de rotoren en de behuizing. In de stand van de techniek, wordt daarom een slijtwillige deklaag (Engels: ‘abradable coating’), aangebracht op de rotorvlakken en/of de binnenwand van de behuizing, die tijdens een inloopperiode van de compressor gedeeltelijk afslijt om zo een zo nauw mogelijk afdichting te creëren.

Het aanbrengen van dergelijke slijtwillige deklagen neemt echter relatief veel tijd in beslag. Daardoor is het gebruik van slijtwillige deklagen ook relatief duur.

Uit US 5,695,327 is een drooglopende schroefcompressor bekend, waarin afdichtingsschijven uit een gesinterd PTFE-mica mengsel toegepast worden ter hoogte van de kopse vlakken van de rotorelementen. Deze afdichtingsschijven worden tijdens gebruik door de rotorelementen in die mate afgesleten dat de kopse vlakken van de rotorelementen contactloos langs de afdichtingsschijven lopen.

Uit DE 36 09 996 C2 is een schroefcompressor bekend, waarin ter hoogte van de kopse vlakken van de rotorelementen een schijf uit een plastisch vervormbaar materiaal aangebracht is.

Uit praktijktests is gebleken dat de schijven bekend uit US 5,695,327 en DE 36 09 996 C2 minder geschikt zijn om een afdoende afdichting te verkrijgen tussen de kopse vlakken van de rotorelementen en de behuizing. Doel van de uitvinding Het is een doel van de uitvinding om een drooglopend systeem voor het verpompen van een gas te verschaffen, waarin de afdichting van de kopse vlakken van de één of meer rotorelementen ten opzichte van de behuizing op een meer tijds- en/of kostenefficiënte wijze verkregen kan worden. Het is een verder doel van de uitvinding om een verbeterd zelfdragend afdichtingselement voor het afdichten van een kops vlak van een rotorelement ten opzichte van een binnenwand van een behuizing van een drooglopend systeem te verschaffen. De verbetering kan bij voorbeeld bestaan in een verbeterde werking in omgevingen met hogere temperaturen, met verbeterde corrosiebestendigheid, en/of verbeterde afdichtingseigenschappen.

Het is een verder doel van de uitvinding om een meer tijds- en/of kostenefficiënte werkwijze voor het samenstellen van een drooglopend systeem voor het verpompen van een gas te verschaffen.

Beschrijving van de uitvinding In een eerste aspect van de uitvinding wordt een drooglopend systeem verschaft, voor het verpompen van een gas, zoals bijvoorbeeld een compressor, een expander of een vacuümpomp, omvattende een stationair opgestelde stator met een behuizing die een rotorholte omvat, en minstens één rotorelement dat roteerbaar opgenomen is in de rotorholte, waarbij de stator verder minstens één zelfdragend afdichtingselement omvat, opgenomen in de rotorholte tussen een kops vlak van minstens één van de rotorelementen eneen binnenwand van de behuizing voor het vormen van een afdichting langs het kopse vlak. Het minstens één zelfdragend afdichtingselement is minstens aan een naar het betreffende rotorelement gekeerde zijde voorzien van een slijtwillige laag.

Het minstens één zelfdragend afdichtingselement kan bijvoorbeeld bestaan uit het materiaal van de slijtwillige laag of uit een gelaagde structuur waarbij minstens eenslijtwillige laag aanwezig is aan een buitenzijde, bedoeld om te worden gericht naar de kopse zijde van één of meer rotorelementen.

Zoals hierin gebruikt, wordt met “zelfdragend” bedoeld dat het afdichtingselement op zichzelf voldoende sterk is om te kunnen worden gehanteerd bij het samenstellen van het drooglopend systeem. Het afdichtingselement kan bijgevolg afzonderlijk vervaardigd worden en vervolgens in de rotorholte van de behuizing geplaatst worden en bijvoorbeeld vastgeschroefd, gehecht, ingeklemd, vormsluitend geplaatst of anders bevestigd.

Zoals hierin gebruikt, wordt met “slijtwillig” bedoeld een laag of materiaal dat poedervormig afslijt, meer bepaald waarbij door contact met het betreffende kopse vlak van een roterend rotorelement van het drooglopend systeem micropartikels afslijten. Bij voorkeur hebben de afgesleten micropartikels een getalgemiddelde deeltjesgrootte van minder dan 1 um.

De slijtwillige laag laat het gecontroleerd afslijten tijdens het inlopen van het systeem toe, rekening houdende met de opgewekte warmte tijdens het inlopen, waarbij micropartikels zoals hiervoor gedefinieerd afslijten. Zodanig wordt een hoeveelheid slijtwillig materiaal verwijderd uit de slijtwillige laag, bijvoorbeeld een laag van slijtwillig materiaal met een dikte van 50 um, tot voldoende slijtwillig materiaal is verwijderd om een goede rotatie van de rotorelementen toe te laten en het resterend slijtwillige materiaal in de slijtwillige laag een goede afdichting voorziet, d.w.z. dat de resterende opening bijvoorbeeld minder dan 10 um bedraagt.

Door het voorzien van de slijtwillige laag op of als de één of meer zelfdragende afdichtingselementen, in plaats van het aanbrengen van een slijtwillige deklaag op de binnenwand van de behuizing, kan de productie en/of de samenstelling van de behuizing vereenvoudigd worden, en tijds- en kostenefficiënter gebeuren, en/of kan een verbeterde afdichting in een drooglopend systeem verkregen worden. Verder kunnen, door het zelfdragend karakter van het afdichtingselement (waardoor geen slijtwillige deklaag rechtstreeks op het betreffende deel van de behuizing aangebracht moet worden), voor de slijtwillige laag materialen met een hogere thermische weerstand en/of betere corrosiebestendigheid gebruikt worden en aldus een afdichting verkregen worden die beter bestand is tegen hoge werkingstemperaturen en/of corrosie, wat de levensduur van het drooglopend systeem kan verlengen. Meer bepaald zorgt het zelfdragend element voor corrosiebescherming van het deel van de behuizing, dat erdoor bedekt wordt, wat beterbeschermt tegen corrosie dan een coating zoals in de stand der techniek. De hogere thermische weerstand die bereikt kan worden, zorgt voor toepasbaarheid bij hogere temperaturen. Hogere temperaturen zijn in dergelijke systemen voornamelijk het gevolg van hogere inlaattemperaturen en/of hogere drukverhoudingen. Bijgevolg laat een hogere thermische weerstand een uitbreiding van het werkingsgebied toe. Binnen de thermische mogelijkheden van het materiaal blijft het wel de mechanische robuustheid die de levensduur bepaalt. De hogere thermische weerstand kan bijvoorbeeld bereikt worden door gebruik van carbon-gebaseerde materialen zoals hierin beschreven, in plaats van organische coatings zoals in de stand der techniek.

Volgens uitvoeringsvormen van de uitvinding kan het/elk zelfdragend afdichtingselement een dikte hebben van bij voorkeur minstens 1,0 mm, verder bij voorkeur minstens 1,5 mm en nog verder bij voorkeur minstens 2,0 mm.

Volgens uitvoeringsvormen van de uitvinding kan de slijtwillige laag een dikte hebben van minstens 100 um, bij voorkeur minstens 200 um, verder bij voorkeur minstens 300 um.

Volgens uitvoeringsvormen van de uitvinding kan het/elk zelfdragend afdichtingselement hoofdzakelijk plaatvormig vormgegeven zijn.

Volgens uitvoeringsvormen van de uitvinding kan het/elk zelfdragend afdichtingselement uit een gelaagde structuur bestaan, bijvoorbeeld een combinatie van een slijtwillige laag en een drager of versterking.

Volgens uitvoeringsvormen van de uitvinding kan minstens de slijtwillige laag, eventueel het volledige zelfdragende afdichtingselement, bestaan uit het slijtwillig materiaal. In voorkeursuitvoeringsvormen omvat of is het slijtwillig materiaal een koolstofmatrix. De koolstofmatrix is ten minste deels, bij voorkeur hoofdzakelijk in de vorm van grafiet, bijvoorbeeld fijnkorrelig grafiet. In uitvoeringsvormen is de grafietiseringsgraad (‘degree of graphitization’) Pl, gedefinieerd als de waarschijnlijkheid voor aangrenzende hexagonale koolstoflagen om een grafiet relatie te hebben, meer dan 60%, meer dan 80% of meer dan 95%. Een geschikte manier om de grafietiseringsgraad te bepalen is met X-straal diffractie spectroscopie.

Een slijtwillig materiaal in de vorm van een koolstofmatrix volgens de uitvinding is verkrijgbaar door de carbonisatie (bijvoorbeeld bij hoge temperatuur in aan- of afwezigheid van zuurstof) van een composiet, waarbij het composiet een polymeer matrixen koolstof (bijvoorbeeld in de vorm van koolstofvezels of koolstofdeeltjes) omvat. In uitvoeringsvormen is het polymeer gekozen uit de groep bestaande uit polyesters, vinyl esters, polyepoxides, polyfenolen, polyimides, polyamides, polypropyleen, en polyether ether keton, bij meer voorkeur is het polymeer een polyepoxide.

5 Bij voorkeur is een slijtwillig materiaal in de vorm van een koolstofmatrix volgens de uitvinding verkrijgbaar door het gecarboniseerde composiet zoals hierboven beschreven tevens te onderwerpen aan een aparte grafietvormende stap, waarbij de grafietiseringsgraad verhoogt wordt, zoals een behandeling bij hoge temperatuur. In uitvoeringsvormen is een slijtwillig materiaal in de vorm van een koolstofmatrix volgens de uitvinding verkrijgbaar door het gecarboniseerde composiet, dat optioneel aan een aparte grafietvormende stap onderworpen is, te impregneren. Impregnatie kan plaatsvinden met metalen, zouten of polymeren.

In voorkeursuitvoeringsvormen omvat het slijtwillig materiaal meer dan 80 gew.%, meer dan 90 gew.% of meer dan 95 gew.% koolstof.

Het slijtwillig materiaal heeft bij voorkeur een hardheid HR 5/100 tussen 100 en

120. Zoals hierin gebruikt en bekend bij de gemiddelde vakman betekent “HR 5/100” de Rockwell Hardheid zoals gemeten met een baldiameter van 5mm en een totale belasting van 100 kilogramkracht (=980,7N).

Volgens uitvoeringsvormen van de uitvinding is het minstens één rotorelement vervaardigd uit roestvrij staal.

Volgens uitvoeringsvormen van de uitvinding is minstens één kops vlak van de rotorelementen voorzien van een contactoppervlak met een ruwheid Ra > 1,0 um, bij voorkeur Ra > 2,5 um. Dit kan bijvoorbeeld verkregen worden door het opruwen van het kopse vlak met bij de vakman bekende middelen. De rotorelementen zijn bij voorkeur in gehard roestvrij staal.

Volgens uitvoeringsvormen van de uitvinding kan het/elk zelfdragend afdichtingselement één of meer openingen vertonen voor het aan- en/of afvoeren van gas naar en/of van de rotorholte. Deze openingen vormen met andere woorden een doorgang van/naar een toevoerpoort/afvoerpoort van de behuizing.

In een tweede aspect volgens de uitvinding, al dan niet in combinatie met de andere hierin beschreven aspecten en/of uitvoeringsvormen, wordt een werkwijze voor het samenstellen van een drooglopend systeem verschaft. De werkwijze omvat de stappen:

(a) het aanbrengen van het/elk zelfdragend afdichtingselement aan een binnenwand van de behuizing van de stator, waarbij de respectievelijke slijtwillige laag van de respectievelijke binnenwand afgekeerd wordt; (b) het roteerbaar opnemen van het minstens één rotorelement in de door de behuizing begrensde rotorholte; en (c) het laten inlopen van het systeem om de slijtwillige laag gedeeltelijk af te slijten.

Het inlopen kan gebeuren gedurende een vooraf bepaalde tijdsperiode, bij voorbeeld 5 à 15 min, en/of binnen een vooraf bepaald temperatuursbereik, bij voorbeeld 150 à 300 °C.

Volgens uitvoeringsvormen van de uitvinding kan de werkwijze een stap omvatten van het opruwen van minstens één kops vlak van minstens één rotorelement.

Volgens uitvoeringsvormen van de uitvinding kan de stap (a) het aanbrengen van een afdichtings- en/of kleefmiddel tussen het/elk zelfdragend afdichtingselement en de respectievelijke binnenwand van de behuizing omvatten. Dit afdichtings- en/of kleefmiddel kan als doel hebben het (indien nodig) verzekeren van de afdichting tussen het zelfdragend afdichtingselement en de binnenwand van de behuizing en/of het hechten van het zelfdragend afdichtingselement aan de binnenwand. Korte beschrijving van de figuren De uitvinding zal hieronder nader toegelicht worden aan de hand van in de tekeningen afgebeelde uitvoeringsvoorbeelden volgens de uitvinding.

Figuur 1 toont een schematische dwarsdoorsnede doorheen een drooglopend systeem volgens een eerste uitvoeringsvorm van de huidige uitvinding.

Figuur 2 toont een schematische dwarsdoorsnede doorheen een drooglopend systeem volgens een tweede uitvoeringsvorm van de huidige uitvinding.

Figuur 3 toont een schematische dwarsdoorsnede doorheen een drooglopend systeem volgens een derde uitvoeringsvorm van de huidige uitvinding.

Figuren 4 t/m 6 tonen schematische dwarsdoorsneden doorheen uitvoeringsvormen van zelfdragende afdichtingselementen volgens de huidige uitvinding.

Figuur 7 toont een perspectiefbeeld van een deel van de behuizing met een afdichtingselement volgens de tweede uitvoeringsvorm.

Figuur 8A-D tonen schematisch in verschillende stappen de werking van een klauwcompressor volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding.

Figuur 9A-B tonen een detail van Figuur 1. Uitgebreide beschrijving van de figuren De onderhavige uitvinding zal worden beschreven met betrekking tot bepaalde uitvoeringsvormen en met verwijzing naar bepaalde tekeningen maar de uitvinding is daartoe niet beperkt en wordt enkel door de conclusies bepaald. De beschreven tekeningen zijn enkel schematisch en niet-beperkend. In de tekeningen kan de grootte van bepaalde elementen overdreven en niet op schaal getekend zijn voor illustratieve doeleinden. De afmetingen en de relatieve afmetingen stemmen niet noodzakelijk overeen met werkelijke praktijkuitvoeringen van de uitvinding.

Bovendien worden de termen eerste, tweede, derde en dergelijke in de beschrijving en in de conclusies gebruikt om onderscheid te maken tussen gelijkaardige elementen en niet noodzakelijkerwijze om een sequentiële of chronologische volgorde te beschrijven. De termen zijn onder passende omstandigheden onderling uitwisselbaar en de uitvoeringsvormen van de uitvinding kunnen in andere sequenties dan hierin beschreven of geïllustreerd toegepast worden.

Daarenboven worden de termen bovenaan, onderaan, over, onder en dergelijke in de beschrijving en de conclusies gebruikt voor illustratieve doeleinden en niet noodzakelijkerwijze om relatieve posities te beschrijven. De aldus gebruikte termen zijn onder passende omstandigheden onderling uitwisselbaar en de hierin beschreven uitvoeringsvormen van de uitvinding kunnen in andere oriënteringen dan hierin beschreven of geïllustreerd worden toegepast.

Verder dienen de verschillende uitvoeringsvormen, hoewel genoemd als “voorkeursvormen”, eerder te worden opgevat als wijze van voorbeeld waarop de uitvinding kan uitgevoerd worden dan als een beperking van de reikwijdte van de uitvinding.

De term “omvattend”, gebruikt in de conclusies, dient niet geïnterpreteerd te worden als zijnde beperkt tot de erna vermelde middelen of stappen; de term sluit andere elementen of stappen niet uit. De term dient geïnterpreteerd te worden als specificerend voor de aanwezigheid van de genoemde kenmerken, elementen, stappen of componenten waarnaar wordt verwezen, maar sluit de aanwezigheid of de toevoeging van één of meerdere andere kenmerken, elementen, stappen of componenten, of groepen daarvanniet uit. De draagwijdte van de uitdrukking “een inrichting omvattende middelen A en B” dient dus niet te worden beperkt tot inrichtingen die enkel uit de componenten A en B bestaan. De betekenis is dat met betrekking tot de onderhavige uitvinding alleen de componenten A en B van de inrichting opgesomd worden, en de conclusie dient verder zo geïnterpreteerd te worden dat ze ook equivalenten van deze componenten bevat.

De in de figuren getoonde systemen zijn drooglopende systemen, of elementen daarvoor, voor het verpompen van een gas of gasmengsel zoals bv. lucht, bij voorbeeld een compressor, expander, vacuümpomp e.d. Drooglopend betekent dat in de gasstroom geen vloeistof geïnjecteerd wordt voor smering, koeling of afdichting. De koeling gebeurt door middel van bij de vakman bekende inrichtingen of middelen voor het koelen van dergelijke systemen. De afdichting van de rotorelementen ten opzichte van elkaar en ten opzichte van de behuizing van de stator gebeurt zoals hierin beschreven, maar kan daarnaast bijkomende voorzieningen voor afdichting omvatten, bijvoorbeeld voor afdichting ten opzichte van de omgeving. Dergelijke bijkomende voorzieningen zijn bij de vakman bekend en worden hierin dan ook niet verder beschreven.

De aandrijving van de rotorelementen van de in de figuren getoonde drooglopende systemen en de onderlinge tandradoverbrengingen, die op de rotorassen aan de buitenzijde van de behuizing voorzien kunnen zijn, kunnen eender welke bij de vakman bekende aandrijvings- en overbrengingsmiddelen zijn en worden hierin dan ook niet verder beschreven.

Figuur 1 toont een drooglopend systeem 100 omvattende een stationair opgestelde stator met een behuizing 120, een eerste rotorelement 101 en een tweede rotorelement

102. De stationair opgestelde stator omvat een rotorholte waarin de rotorelementen roteerbaar zijn opgenomen. De rotorelementen 101, 102 zijn bijvoorbeeld respectievelijk een vrouwelijk rotorelement en een mannelijk rotorelement van een klauwcompressor zijn (zie bv. Fig. 8). De rotorelementen 101, 102 omvatten respectievelijk een rotor-as 103, 104, die zich, zoals getoond, aan weerszijden doorheen de behuizing 120 kan uitstrekken en hiervoor aan weerszijden dan voorzien dient te worden van een afdichting.

Tussen de kopse vlakken van de rotorelementen 101, 102 en de respectievelijke binnenwand van de behuizing 120 is telkens een zelfdragend afdichtingselement 121, 131 voorzien, voor het vormen van de afdichting langs het kopse vlak. Deze zelfdragende afdichtingselementen zijn minstens aan een naar het rotorelement gekeerde zijde voorzienvan een slijtwillige laag 122, 132. Aan de tegenovergestelde zijde 125, 135, d.w.z. de naar de binnenwand van de behuizing gekeerde zijde, kan een afdichtings- en/of kleefmiddel aangebracht zijn om de afdichting langs die zijde te verzekeren en/of de positie te bevestigen. Dit kan bij montage gebeuren door het afdichtings- en/of kleefmiddel vooraf aan te brengen op de binnenwand van de behuizing of de betreffende zijde 125, 135 van het afdichtingselement 121, 131.

De behuizing 120 is in wezen opgebouwd is uit twee onderdelen, namelijk een eerste deel 1204 dat een zijde en de mantel van de behuizing vormt, een tweede deel 120b dat de tegenovergestelde zijde vormt. Deze delen 1204 en 120b worden samengesteld en —gedrukt door middel van bouten doorheen daartoe voorziene boringen. Zoals getoond omvatten de delen 1204 en 120b telkens een uitsparing voor het opnemen van de respectievelijke zelfdragende dichtingselementen 121, 131.

De zelfdragende afdichtingselementen 121, 131 omvatten telkens een in wezen plaatvormig lichaam dat de slijtwillige laag 122, 132 vertoont; in de getoonde uitvoeringsvorm is dit lichaam volledig vervaardigd uit het slijtwillige materiaal. Dit slijtwillige materiaal is voorzien om bij een inlopen van het systeem poedervormig af te slijten om een afdichting van bij voorkeur minder dan 10 um dichtingsopening te bekomen. Het slijtwillig materiaal omvat of is bij voorkeur een koolstofmatrix zoals eerder beschreven. Om een gecontroleerd afslijten van het slijtwillig materiaal tijdens het inlopen van het systeem te verkrijgen, is het oppervlak van de kopse vlakken van de rotorelementen bij voorkeur opgeruwd.

Voor het afdichten van de profielzijden van de rotorelementen 101, 102 ten opzichte van elkaar en ten opzichte van de binnenmantel van de behuizing 120 zijn op deze profielzijden en de binnenmantel slijtwillige deklagen 141, 142, 143 aangebracht, op een bij de vakman bekende manier.

De gastoevoer- en afvoeropeningen van het systeem van figuur 1 zijn niet getoond. Deze kunnen bij voorbeeld uitgevoerd zijn zoals getoond op figuur 7, waartoe het afdchtingselement 221 dan voorzien is van openingen ter hoogte van de toevoer- en de afvoerpoort. Deze toevoer- en afvoerpoorten kunnen evenwel ook op andere posities gelegen zijn.

Figuur 2 toont een variant van het drooglopend systeem 100 van figuur 1. In figuur 2 zijn, omwille van duidelijkheid, de rotorelementen niet getoond. Het drooglopendsysteem 200 van figuur 2 omvat een stator 220 die in wezen opgebouwd is uit drie onderdelen, namelijk zijdeel 2204, manteldeel 220b en zijdeel 220c, die samengesteld en —gedrukt worden door middel van bouten doorheen daartoe voorziene boringen. Zoals getoond omvatten de zijdelen 2204 en 220c telkens een uitsparing voor het opnemen van de respectievelijke zelfdragende afdichtingselementen 221, 231. Deze uitsparingen en de daarin geplaatste afdichtingselementen 221, 231 zijn overgedimensioneerd ten opzichte van de rotorholte 210, zodat de afdichtingselementen 221, 231 zich zijdelings uitstrekken voorbij het manteldeel 220b en door het manteldeel 220b vastgeklemd worden op de het respectievelijke zijdeel 2204, 220c.

In de uitvoeringsvorm van figuur 2 strekken de rotor-assen (niet getoond) zich slechts aan een kant uit doorheen de behuizing. Dit vereenvoudigt de uitvoering van het afdichtingselement 231 aan de tegenoverliggende zijde, dat een volledig gesloten plaatvormig lichaam kan zijn.

Tussen de kopse vlakken van de rotorelementen (niet getoond) en de respectievelijke binnenwand van de behuizing 220 is dus telkens een zelfdragend afdichtingselement in de vorm van de plaatvormige lichamen 221, 231 voorzien, voor het vormen van de afdichting langs de kopse vlakken. Deze zelfdragende afdichtingselementen zijn minstens aan een naar de rotorholte 210 gekeerde zijde voorzien van de slijtwillige laag 222, 232. Aan de tegenovergestelde zijde 225, 235, d.w.z. de naar de binnenwand van de behuizing 2204, 220c gekeerde zijde, kan een afdichtings- en/of kleefmiddel aangebracht zijn om de afdichting langs die zijde te verzekeren en/of de positie te bevestigen. Dit kan bij montage gebeuren door het afdichtings- en/of kleefmiddel vooraf aan te brengen op de binnenwand van de behuizing of de betreffende zijde 225, 235 van het afdichtingselement 221, 231.

De zelfdragende afdichtingselementen 221, 231 omvatten telkens een in wezen plaatvormig lichaam dat de slijtwillige laag 222, 232 vertoont; in de getoonde uitvoeringsvorm is dit lichaam volledig vervaardigd uit het slijtwillige materiaal. Dit slijtwillige materiaal is voorzien om bij een inlopen van het systeem poedervormig af te slijten om een afdichting van bij voorkeur minder dan 10 um dichtingsopening te bekomen. Het slijtwillig materiaal is bij voorkeur een slijtwillig materiaal zoals hierin elders gedefinieerd. Om een gecontroleerd afslijten van het slijtwillig materiaal tijdenshet inlopen van het systeem te verkrijgen, is het oppervlak van de kopse vlakken van de rotorelementen bij voorkeur opgeruwd.

Voor het afdichten van de profielzijden van de rotorelementen ten opzichte van elkaar en ten opzichte van de binnenmantel van de behuizing 220b zijn op deze profielzijden en de binnenmantel slijtwillige deklagen 241, 243 aangebracht, op een bij de vakman bekende manier.

De gastoevoer- en afvoeropeningen van het systeem van figuur 2 zijn getoond in figuur 7: het afdichtingselement 221 is voorzien van openingen 270, 280 ter hoogte van de toevoer- en de afvoerpoort. Deze toevoer- en afvoerpoorten kunnen evenwel ook op andere posities gelegen zijn.

Figuur 3 toont een variant van het drooglopend systeem 100 van figuur 1. In figuur 3 zijn, omwille van duidelijkheid, de rotorelementen niet getoond. Het drooglopend systeem 300 van figuur 3 omvat een stator 320 die in wezen opgebouwd is uit drie onderdelen, namelijk zijdeel 3204, manteldeel 320b en zijdeel 320c, die samengesteld en —gedrukt worden door middel van bouten doorheen daartoe voorziene boringen. Zoals getoond omvatten de zijdelen 3204 en 320c telkens een uitsparing voor het opnemen van de respectievelijke zelfdragende afdichtingselementen 321, 331. De afmetingen van deze uitsparingen en de daarin geplaatste afdichtingselementen 321, 331 komen overeen met die van de rotorholte 310. De zelfdragende afdichtingselementen 321, 331 zijn op de respectievelijke statordelen 3204, 320c mechanisch bevestigd door middel van verzonken schroeven 326, waarvan de kop in die mate verzonken is dat hij geen hindernis vormt voor het afslijten van de slijtwillige laag.

Tussen de kopse vlakken van de rotorelementen (niet getoond) en de respectievelijke binnenwand van de behuizing 320 is dus telkens een zelfdragend afdichtingselement voorzien, in de vorm van plaatvorming lichaam 321 en plaatvormig lichaam 331, voor het vormen van de afdichting langs de kopse vlakken van de rotorelementen. Deze zelfdragende afdichtingselementen zijn minstens aan een naar de rotorholte 310 gekeerde zijde voorzien van de slijtwillige laag 322, 332. Aan de tegenovergestelde zijde 325, 335, d.w.z. de naar de binnenwand van de behuizing 3202, 320c gekeerde zijde, kan een afdichtings- en/of kleefmiddel aangebracht zijn om de afdichting langs die zijde te verzekeren en/of de positie bijkomend te bevestigen. Dit kan bij montage gebeuren door het afdichtings- en/of kleefmiddel vooraf aan te brengen opde binnenwand van de behuizing of de betreffende zijde 325, 335 van het afdichtingselement 321, 331.

De zelfdragende afdichtingselementen 321, 331 omvatten telkens een in wezen plaatvormig lichaam dat de slijtwillige laag 322, 332 vertoont, in de getoonde uitvoeringsvorm is dit lichaam volledig vervaardigd uit het slijtwillige materiaal. Dit slijtwillige materiaal is voorzien om bij een inlopen van het systeem poedervormig af te slijten om een afdichting van bij voorkeur minder dan 10 um dichtingsopening te bekomen. Het slijtwillig materiaal is bij voorkeur een slijtwillig materiaal zoals hierin elders gedefinieerd. Om een gecontroleerd afslijten van het slijtwillig materiaal tijdens het inlopen van het systeem te verkrijgen, is het oppervlak van de kopse vlakken van de rotorelementen bij voorkeur opgeruwd.

Voor het afdichten van de profielzijden van de rotorelementen ten opzichte van elkaar en ten opzichte van de binnenmantel van de behuizing 320b zijn op deze profielzijden en de binnenmantel slijtwillige deklagen 341, 343 aangebracht, op een bij de vakman bekende manier.

De gastoevoer- en afvoeropeningen van het systeem van figuur 3 kunnen uitgevoerd zijn zoals getoond in figuur 7, waartoe het afdichtingselement 321 dan voorzien is van overeenkomstige openingen ter hoogte van de toevoer- en de afvoerpoort. Deze toevoer- en afvoerpoorten kunnen evenwel ook op andere posities gelegen zijn.

Figuren 4-6 tonen alternatieve uitvoeringsvormen van zelfdragende afdichtingselementen 331, 531, 631.

Figuur 4 toont het afdichtingselement 331 dat ook in figuur 3 voorkomt en dat een plaatvormig lichaam omvat dat volledig gemaakt is uit het slijtwillig materiaal.

Figuur 5 toont een zelfdragend afdichtingselement 531 dat opgebouwd is uit een drager 502 aan de naar de behuizing te richten zijde en een slijtwillige laag 501 aan de naar de rotorelementen te richten zijde. De slijtwillige laag 501 is vervaardigd uit een slijtwillig materiaal zoals hierin elders gedefinieerd. De drager 502 kan vervaardigd zijn uit eender welk dragermateriaal en voorzien zijn om het afdichtingselement 531 zelfdragend te maken, waarbij de slijtwillige laag 501 dan kan aangebracht zijn in de vorm van een slijtwillige deklaag. Anderzijds kan de slijtwillige laag 501 ook een op zichzelf reeds zelfdragende laag zijn, die voor verdere versteviging dan voorzien is vande drager 502, waarbij de hechting van beide lagen op elkaar uitgevoerd kan zijn door middel van een kleefmiddel of op een andere bekende manier.

Figuur 6 toont een zelfdragend afdichtingselement 631 met een plaatvormig lichaam 601 uit het slijtwillige materiaal zoals hierin elders gedefinieerd, waarin een verstevigend element of laag 602 ingebed is.

Figuren 8A -8D tonen een droog lopende klauwcompressor in verschillende stappen tijdens de werking. De klauwcompressor kan bijvoorbeeld uitgevoerd zijn volgens de uitvoeringsvormen van Fig. 1-7. In Fig. 8 bevindt zich de inlaatpoort 870 bovenaan en de uitlaatpoort 880 in het midden, doorheen het betreffende zelfdragende afdichtingselement. De klauwcompressor omvat twee rotorelementen, nl. een mannelijk 801 en een vrouwelijk rotorelement 802, die roteren in de met pijlen aangegeven richting.

In een eerste stap van de werkwijze, getoond in Fig. 8A, wordt bijvoorbeeld atmosferische lucht aangezogen doorheen de inlaatpoort 870 naar de rotorholte (compressiekamer) door de rotatie van de rotorelementen 801, 802.

In een tweede stap van de werkwijze, getoond in Fig. 8B, wordt de aangezogen lucht opgesloten tussen de tanden of klauwen van de rotorelementen 801, 802 en de stator. De zelfdragende afdichtingselementen zorgen hierbij voor de afdichting langs de kopse vlakken van de rotorelementen 801, 802. In een derde stap van de werkwijze, getoond in Fig. 8C, worden de rotorelementen 801, 802, waarbij de tanden of klauwen naar elkaar toe bewegen en de ingesloten vrije ruimte verkleind wordt, wat zorgt voor compressie van de ingesloten hoeveelheid lucht. De zelfdragende afdichtingselementen zorgen ook hier voor de afdichting langs de kopse vlakken van de rotorelementen 801, 802. In een vierde stap van de werkwijze, getoond in Fig. 8D, worden de rotorelementen 801, 802 nog verder gedraaid, waarbij het vrouwelijke rotorelement 801 voorbij de uitlaatpoort 880 draait en de gecomprimeerde lucht daarlangs afgevoerd wordt. Hierbij stroomt de afgevoerde lucht doorheen de uitlaatopening 880 in het betreffende afdichtingselement.

De werking volgens Fig. 8A-D wordt ook toegepast voor het inlopen van het systeem. Hierbij laat men de rotorelementen 801, 802 roteren gedurende een inloopperiode van bijvoorbeeld 5 à 15 min, waarbij men de temperatuur van het systeem regelt tot een temperatuurbereik bv. tussen 150°C en 300°C, afhankelijk van de verwachtewerkingstemperatuur bij normale werking van het systeem.

Tijdens dit inloopproces wordt een hoeveelheid materiaal van de slijtwillige lagen afgesleten.

Het systeem kan bv. initieel samengesteld worden met een teveel van 50 um op elke slijtwillige laag.

Zoals hierin beschreven is het slijtwillig materiaal zodanig gekozen, dat het materiaal poedervormig afslijt, d.w.z. dat alle afgesleten partikels micropartikels zijn van een grootteorde 1 um of kleiner.

Op die manier kan een afdichting verkregen worden waarbijde overblijvende dichtingsopening kleiner is dan 10 um.

Figuren 9A en 9B tonen een detail van de uitvoering volgens figuur 1, respectievelijk voor en na het inlopen.

Het inlopen is gebaseerd op een gelijkmatige schurende werking van het rotor-oppervlak van de rotor 101 over het oppervlak van de slijtwillige laag 122, zonder voorkeur-richting voor de slijtage.

In de praktijk is de rotor 101 vaak eendelig uitgevoerd met de rotoras 103, waarbij dan een groef 106 aanwezig is waar de as overgaat in het rotorlichaam.

De aanwezigheid van deze groef is inherent aan het rotor-ontwerp om spanningsconcentraties te vermijden aan de aanzet van de as.

Op de plaats van deze groef, welke vlak tegen de as ligt en ermee concentrisch loopt, wordt bij het inlopen geen materiaal weggesleten, waardoor op de het afdichtingselement 121 een ring 126 van niet afgesleten materiaal wordt gevormd die zich gedeeltelijk in de groef 106 van het rotorelement zal bevinden na het inloopproces.

Dit zorgt voor een bijkomende gas-afdichting rond de as.

Door deze ring, die vanzelf ontstaat tijdens het inlopen, wordt een bijkomende gas-afdichting ter hoogte van deze inkeping in de rotor bekomen, zonder dat dit bijkomende stappen en/of middelen vergt tijdens het fabricage proces van derotorelementen en/of het slijtwillige afdichtingselement.

Claims (17)

Conclusies

1. Een drooglopend systeem (100; 200; 300) voor het verpompen van een gas, omvattende een stationair opgestelde stator met een behuizing (120; 220; 320) die een rotorholte (210; 310) omvat, en minstens één rotorelement (101, 102) dat roteerbaar opgenomen is in de rotorholte, waarbij de stator verder minstens één zelfdragend afdichtingselement (121, 131; 221, 231; 321, 331; 531; 631) omvat, opgenomen in de rotorholte tussen een kops vlak van minstens één van de rotorelementen en een binnenwand van de behuizing voor het vormen van een afdichting langs het kopse vlak, daardoor gekenmerkt, dat het minstens één zelfdragend afdichtingselement minstens aan een naar het betreffende rotorelement gekeerde zijde voorzien is van een slijtwillige laag (122, 132; 222; 232; 322, 332; 501; 601).

2. Het drooglopend systeem volgens conclusie 1, waarbij het/elk zelfdragend afdichtingselement (121, 131; 221, 231; 321, 331; 531; 631) een dikte heeft van minstens 1,0 mm, bij voorkeur minstens 1,5 mm, verder bij voorkeur minstens 2,0 mm.

3. Het drooglopend systeem volgens conclusie 1 of conclusie 2, waarbij de slijtwillige laag (122, 132; 222; 232; 322, 332; 501; 601) een dikte heeft van minstens 100 um, bij voorkeur minstens 200 um, verder bij voorkeur minstens 300 um.

4. Het drooglopend systeem volgens een van de voorafgaande conclusies, waarbij het/elk zelfdragend afdichtingselement (121, 131; 221, 231; 321, 331; 531; 631) hoofdzakelijk plaatvormig vormgegeven is.

5. Het drooglopend systeem volgens een van de voorafgaande conclusies, waarbij het/elk zelfdragend afdichtingselement (121, 131; 221, 231; 321, 331; 531; 631) bestaat uit een gelaagde structuur.

6. Het drooglopend systeem volgens een van de voorafgaande conclusies, waarbij minstens de slijtwillige laag (122, 132; 222; 232; 322, 332; 501; 601), bij voorkeur hetvolledige zelfdragende afdichtingselement (121, 131; 221, 231; 321, 331; 531; 631), bestaat uit een koolstofmatrix.

7. Het drooglopend systeem volgens conclusie 6, waarbij de koolstofmatrix een grafietiseringsgraad P1 heeft van meer dan 60%, meer dan 80% of meer dan 95%.

8. Het drooglopend systeem volgens een van de voorafgaande conclusies, waarbij de slijtwillige laag een hardheid HR 5/100 tussen 100 en 120 heeft.

9. Het drooglopend systeem volgens een van de voorafgaande conclusies, waarbij minstens één kopse vlak van minstens één van de rotorelementen (101, 102) voorzien is van een contactoppervlak met een ruwheid Ra > 1,0 um, bij voorkeur Ra > 2,5 um.

10. Het drooglopend systeem volgens een van de voorafgaande conclusies, waarbij minstens één kopse vlak van minstens één van de rotorelementen (101, 102) voorzien is van een inkeping (106) rondom een rotor-as van het rotorelement en waarbij de slijtwillige laag van het daar aanwezige zelfdragende afdichtingselement een ring (126) omvat die zich uitstrekt in de inkeping.

11. Het drooglopend systeem volgens een van de voorafgaande conclusies, waarbij het zelfdragend afdichtingselement (121, 131; 221, 231; 321, 331; 531; 631) een of meerdere openingen (270, 280) omvat voor het aan- en/of afvoeren van het gas.

12. Het drooglopend systeem volgens een van de voorafgaande conclusies, waarbij het systeem een compressor, expander of vacuümpomp is.

13. Een zelfdragend afdichtingselement, gekenmerkt zoals omschreven in een der voorgaande conclusies, voor toepassing in een drooglopend systeem voor het verpompen van een gas.

14. Werkwijze voor het samenstellen van een drooglopend systeem (100) volgens een van de conclusies 1-12, omvattende de volgende stappen:

(a) het aanbrengen van het/elk zelfdragend afdichtingselement (121, 131; 221, 231; 321, 331; 531; 631) aan een binnenwand van de behuizing (120; 220; 320) van de stator, waarbij de respectievelijke slijtwillige laag (122, 132; 222; 232; 322, 332; 501; 601) van de respectievelijke binnenwand afgekeerd wordt; (b) het roteerbaar opnemen van het minstens één rotorelement (101, 102) in de door de behuizing begrensde rotorholte (210; 310); (c) het laten inlopen van het systeem om de slijtwillige laag gedeeltelijk af te slijten.

15. Werkwijze volgens conclusie 14, verder omvattende de stap van het opruwen van minstens één kops vlak van het minstens één rotorelement.

16. Werkwijze volgens conclusie 14 of conclusie 15, waarbij stap (a) omvat het aanbrengen van een afdichtings- en/of kleefmiddel tussen het/elk zelfdragend afdichtingselement (121, 131; 221, 231; 321, 331; 531; 631) en de respectievelijke binnenwand van de behuizing (120; 220; 320) van de stator.

17. Werkwijze volgens conclusie 14, 15 of 16, waarbij minstens één kopse vlak van minstens één van de rotorelementen (101, 102) voorzien is van een inkeping (106) rondom een rotor-as van het rotorelement en waarbij in stap (c) ten gevolge van het inlopen een ring (126) ontstaat op de slijtwillige laag van het daar aanwezige zelfdragende afdichtingselement, die zich uitstrekt in de inkeping.