DE69310216T2

DE69310216T2 - Schraubenverdichter

Info

Publication number: DE69310216T2
Application number: DE69310216T
Authority: DE
Inventors: Alfered Ibragimovic A***llin; Ahmet Muhetdinovich Galejev; Rustam Rizajevich Ishmuratov; Valeriy Arhipovich Maksimov; Timur Mirsoev; Sergey Soskov
Original assignee: Thomassen International BV
Current assignee: Thomassen International BV
Priority date: 1993-07-13
Filing date: 1993-07-13
Publication date: 1997-09-18
Anticipated expiration: 2013-07-14
Also published as: WO1995002767A1; RU2107192C1; DK0708889T3; JPH08512379A; NO960022L; AU4762793A; ES2104164T3; BR9307873A; DE69310216D1; CZ8196A3; US5662463A; EP0708889B1; EP0708889A1; NO960022D0; CZ283187B6

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotationsschraubenverdichter, der folgendes aufweist: ein Gehäuse, einen Hauptläufer und einen damit zusammenwirkenden Nebenläufer, die in einem von dem Gehäuse definierten Arbeitsraum eingeschlossen sind, wobei das Gehäuse einen Förderauslaß, der mit einem Auslaßstutzen am Hochdruckende des Arbeitsraums verbunden ist, und einen Saugeinlaß an dem Niederdruckende des Arbeitsraums hat, wobei wenigstens ein Läufer an einem Ende davon von einer Lageranordnung drehbar abgestützt ist, die eine Lagerstütze aufweist, die an einer Endabdeckung festgelegt ist und eine im wesentlichen zylindrische Außenumfangsfläche hat, wobei die Lagerstütze in einen axialen Hohlraum ragt, der in dem Läufer vorgesehen ist und eine erste Kammer zwischen der Lagerstütze und dem Läufer bildet, wobei die Lagerstütze mit einem Ölzuführkanal versehen ist, um Öl in die erste Kammer zuzuführen.
Ein Rotationsschraubenverdichter dieser Bauart zum Verdichten von Gas ist aus JP-A-59-168290 bekannt, auf der der Oberbegriff von Anspruch 1 basiert. Im Betrieb eines Schraubenverdichters sind die Läufer radialen Belastungen ausgesetzt, die durch die Verdichtung des Gases entstehen. Am Hochdruckende des Arbeitsraums des bekannten Verdichters ist eine zylindrische Lagerstütze für jeden Läufer vorgesehen, und jede Lagerstütze ragt von der Endabdeckung in einen inneren axialen Hohlraum, der im Hochdruckende des jeweiligen Läufers vorgesehen ist. Drucköl wird durch den Ölzuführkanal in die Kammer zwischen der Lagerstütze und dem Läufer zugeführt. Das Öl verläßt dann die Kammer und tritt in den Arbeitsraum des Verdichters ein. Schließlich wird das Öl von dem verdichteten Gas getrennt und erneut in die Kammer zugeführt. Die Läufer werden ebenfalls an ihrem Hochdruckende einem höheren Druck als an ihrem Niederdruckende ausgesetzt, was dazu führt, daß auf jeden Läufer eine axiale Kraft in Richtung des Niederdruckendes wirkt. Daher weist jeder Läufer des bekannten Verdichters an dem Niederdruckende ein Wälzlager als Axialdrucklager auf.
Die Lageranordnung des bekannten Verdichters weist den Nachteil auf, daß sie eine begrenzte Lastaufnahmefähigkeit hat, und zwar speziell in der Radialrichtung der Läufer. Daher ist der bekannte Verdichter nicht imstande, einen hohen Förderdruck oder einen großen Differenzdruck zwischen dem Förderauslaß und dem Saugeinlaß zu erzeugen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotationsschraubenverdichter gemäß dem Oberbegriff anzugeben, der eine verbesserte Lageranordnung mit hoher Lastaufnahmefähigkeit hat, um mit einem hohen Förderdruck oder einem hohen Differenzdruck arbeiten zu können.
Gemäß der Erfindung wird das dadurch erreicht, daß wenigstens ein Läufer an seinem Niederdruckende von der Lageranordnung drehbar abgestützt ist, wobei die entsprechende Lagerstütze an dem Niederdruckende des Arbeitsraums angebracht und ihre Außenumfangsfläche mit wenigstens einer Nut versehen ist, die mit dem Ölzuführkanal verbunden ist, und eine Ausnehmung, die mit einem Ölablaufkanal verbunden ist, in der Lagerstütze vorgesehen ist, und daß zwischen der ersten Kammer und dem Arbeitsraum des Verdichters Dichtungseinrichtungen vorgesehen sind. Gemäß der Erfindung wird eine unkomplizierte Lageranordnung erhalten, die imstande ist, hohe radiale Belastungen aufzunehmen. Die Lastaufnahmefähigkeit dieser Lageranordnung ergibt sich nicht nur aus dem hydrostatischen Druck des Drucköls, das in die erste Kammer zugeführt wird, sondern auch aus hydrodynamischen Lastaufnahmeeffekten zwischen jeder ortsfesten Lagerstütze und dem jeweiligen Läufer, der mit einer hohen Geschwindigkeit rotiert. Da das Drucköl außerdem in dem Raum der ersten Kammer zwischen der Endfläche einer Lagerstütze und dem Boden des inneren Hohlraums des Läufers vorhanden sein kann, können axiale Belastungen auf den Läufer ebenfalls aufgenommen werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform definieren die Endfläche an dem Niederdruckende eines Läufers, die Endabdeckung, das Gehäuse und die entsprechende Lagerstütze eine zweite Kammer, und die zweite Kammer ist mit einem Ölzuführkanal verbunden. Auf diese Weise wirkt der Druck des in diese zweite Kammer zugeführten Öls als ein hydrostatisches Drucklager, das imstande ist, zumindest einen Teil der auf diesen Läufer wirkenden axialen Last aufzunehmen.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Außenumfangsfläche von wenigstens einer der Lagerstützen mit zwei Längsnuten und einer Ausnehmung versehen, wobei die Ausnehmung auf der Seite der Lagerstütze, die zu dem Auslaßstutzen radial entgegengesetzt ist, positioniert und mit dem Ölablaufkanal verbunden ist, wobei die Längsnuten auf beiden Seiten der Ausnehmung positioniert und mit dem Ölzuführkanal verbunden sind. Das Vorhandensein von zwei Längsnuten, von denen jede Nut mit dem Ölzuführkanal verbunden ist, schafft in der ersten Kammer eine Zone, in der ein hoher Öldruck aufrechterhalten wird, um der radialen Belastung auf den Läufer entgegenzuwirken. Die Lage der Ausnehmung, die mit einem Ölablaufkanal verbunden ist, an der Lagerstütze radial entgegengesetzt zu dem Auslaßstutzen des Arbeitsraums wird bevorzugt, da auf diese Weise eine optimale Kompensation der auf den Läufer aufgebrachten radialen Belastung erreicht werden kann.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform liegen die Ränder der Längsnuten angrenzend an die Ausnehmung in einer gemeinsamen Ebene durch die Achse der Lagerstütze in einem gleichen Abstand von der Ausnehmung, und die Ränder der Längsnuten, die von der Ausnehmung am weitesten entfernt sind, liegen jeweils in einer Ebene, die unter einem Winkel α zu der gemeinsamen Ebene geneigt ist.
Bevorzugt hat jede Ausnehmung eine maximale Länge, die das 0,7fache der Länge der Lagerstütze ist. Da jede Ausnehmung an dem Bereich der Lagerstütze angrenzend an deren Endfläche liegt, bildet ein Bereich der Lagerstütze, die zylindrischen Querschnitt hat, an der Niederdruckseite dieser Ausnehmung eine Begrenzung zwischen der Ausnehmung und der zweiten Kammer, die an dem Niederdruckende des Läufers vorgesehen ist. Die so erhaltene Begrenzung verhindert, daß Drucköl aus der zweiten Kammer zu der Ausnehmung strömt, und verhindert daher einen Öldruckabfall in der zweiten Kammer.
Da aufgrund der Geometrie der Läufer die radiale Belastung des Hauptläufers, die aus der Verdichtung des Gases resultiert, geringer als die radiale Belastung des Nebenläufers ist, ist die Länge der Lagerstütze des Hauptläufers und/oder die Länge ihrer Ausnehmung bevorzugt geringer als die Länge der Lagerstütze des Nebenläufers und/oder ihrer Ausnehmung.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform enden eine Nut, die mit dem Ölzuführkanal an der Lagerstütze des Hauptläufers verbunden ist, und eine Ausnehmung an der Lagerstüt ze des Nebenläufers an der Endfläche des entsprechenden Lagers, und jede Ausnehmung an der Lagerstütze des Hauptläufers und jede Nut an der Lagerstütze des Nebenläufers sind im Abstand von der Endfläche der jeweiligen Lagerstütze positioniert. Aufgrund der Geometrie der Läufer ist die axiale Belastung des Hauptläufers, die sich aus der Verdichtung des Gases ergibt, im Normalfall größer als die auf den Nebenläufer wirkende axiale Belastung. Um diesen Unterschied auszugleichen, wird auf den Hauptläufer eine zusätzliche axiale Kraft aufgebracht, wenn das Drucköl, das einer Längsnut an der Lagerstütze des Hauptläufers zugeführt wird, in den Raum zwischen der Endfläche dieser Lagerstütze und dem Grund des inneren Hohlraums des Hauptläufers eintritt. Der Rückfluß von Öl zu der Ausnehmung wird gehemmt, und der Öldruck in diesem Raum wird aufrechterhalten.
Bei einem Hochgeschwindigkeits-Schraubenverdichter, der eine hohe Druckdifferenz zwischen dem Förderauslaß und dem Saugeinlaß erzeugen kann, ist es vorteilhaft, daß wenigstens einer der Läufer mit einer Ringschulter versehen ist, die von seinem Niederdruckende vorspringt, wobei die Dichtemrichtung zwischen der Ringschulter und dem Gehäuse vorgesehen ist. Dadurch ergibt sich eine weitere Steigerung der Axialdrucklast-Aufnahmefähigkeit der Lageranordnung gemäß der Erfindung.
Bei einem Niedergeschwindigkeits-Schraubenverdichter mit einer relativ niedrigen Druckdifferenz, wobei die Kühlung durch Zuführen von Öl in den Arbeitsraum des Verdichters erreicht wird, ist es vorteilhaft, daß wenigstens einer der Läufer mit einer Dichtungseinrichtung zwischen dem Läufer und der entsprechenden Lagerstütze versehen ist. Der Niedergeschwindigkeits-Schraubenverdichter weist außerdem bevorzugt ein Wälzlager zwischen wenigstens einem der Läufer und der entsprechenden Lagerstütze auf.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Schraubenverdichters gemäß der Erfindung sind in den Ansprüchen 11 bis 13 angegeben.
Der Rotationsschraubenverdichter gemäß der vorliegenden Erfindung kann erheblich höhere Differenzdrücke zwischen dem Förderauslaß und dem Saugeinlaß sowie erhebliche höhere Förderdrücke als die bekannten Verdichter dieser Bauart erreichen. Von herkömmlichen Schraubenverdichtern, die Lager haben, die an der Außenseite des Schraubenteils der Läufer positioniert sind, ist bekannt, daß sie einen Differenzdruck von bis zu 15-20 bar erreichen. Der Rotationsschraubenverdichter gemäß der Erfindung kann hohe Differenzdrücke und Förderdrücke erreichen, die bis zu drei- bis viermal höher sind. Daher kann der Verdichter gemäß der Erfindung mit Fliehkraft- und Kolbenverdichtern konkurrieren, die beispielsweise zum Verdichten von Erdgas in Gas- und Ölfeldern, bei der Gasförderung, in Gasabfüll- und Gasliftstationen für die Gas- und Ölerzeugung, beim Transport, in Raffinerie- und Energierückgewinnungsanlagen sowie chemischen Anlagen eingesetzt werden. Weitere Vorteile des Rotationsschraubenverdichters gemäß der Erfindung sind seine einfache Konstruktion, seine Zuverlässigkeit und lange Standzeit, insbesondere hinsichtlich der Konstruktion der Lageranordnung am Niederdruckende, sein begrenztes Gewicht und seine kleinen Dimensionen.
Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen des Schraubenverdichters nach der Erfindung im einzelnen erläutert, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird; die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Hauptläufer einer ersten Ausführungsform des Schraubenverdichters gemäß der Erfindung;
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II von Fig. 1;
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III von Fig. 2;
Fig. 4 einen Querschnitt durch die Lagerstütze des Hauptläufers von Fig. 1;
Fig. 5 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Schraubenverdichters gemäß der Erfindung;
Fig. 6 teilweise im Schnitt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des Schraubenverdichters gemäß der Erfindung;
Fig. 7 eine Fig. 6 entsprechende Ansicht einer vierten Ausführungsform des Schraubenverdichters gemäß der Erfindung; und
Fig. 8 eine Fig. 6 entsprechende Ansicht einer fünften Ausführungsform des Schraubenverdichters gemäß der Erfindung.
In den Fig. 1, 2 und 3 ist ein Rotationsschraubenverdichter gezeigt, der ein Gehäuse 1, einen Hauptläufer 6 und einen damit zusammenwirkenden Nebenläufer 18 aufweist, die von einem von dem Gehäuse definierten Arbeitsraum umschlossen sind. Das Gehäuse hat eine Auslaßöffnung 2 und ein Förderrohr 4 am Hochdruckende des Arbeitsraums sowie ein Saugrohr 3 am Niederdruckende des Arbeitsraums. Ein Pfeil A bezeichnet die Richtung des zu verdichtenden Gases. Ein Pfeil B bezeichnet die Förderrichtung des verdichteten Gases. Ein Pfeil ω bezeichnet die Rotation des Hauptläufers 6, der von einer in den Zeichnungen nicht gezeigten Antriebseinrichtung angetrieben werden kann.
Der Hauptläufer 6 ist von einem Lager 10 an seinem Hochdruckende und von einer Lagerstütze 11 an seinem Niederdruckende drehbar abgestützt. Die Lagerstütze 11 ist an einer abnehmbaren Endabdeckung 5 des Gehäuses 1 festgelegt und springt in einen Innenraum im Niederdruckende des Hauptläufers 6 vor, wodurch zwischen beiden eine erste Kammer 9 gebildet ist.
Wie Fig. 1 zeigt, erstrecken sich der Hohlraum und die Lagerstütze 11 im Inneren des Hohlraums über einen wesentlichen Teil der Länge des Hauptläufers 6. Daher ist die Distanz zwischen den Lagern 10, 11 an entgegengesetzten Enden des Läufers 6 vergleichsweise klein, und infolgedessen können die auf den Läufer wirkenden Radialkräfte von den Lagern besser aufgenommen werden, und es tritt nur eine geringe radiale Auslenkung des Läufers auf.
Die niederdruckseitige Endfläche des Hauptläufers 6 ist mit einer vorspringenden Ringschulter 15 versehen, die eine zylindrische äußere Oberfläche 16 hat. Eine Dichtungseinrichtung 7 zwischen dem Hauptläufer 6 und dem Gehäuse ist am Hochdruckende vorgesehen, und eine Dichtungseinrichtung 8 ist zwischen der Schulter 15 und dem Gehäuse 1 am Niederdruckende vorgesehen.
Die Lagerstütze 11 hat eine im wesentlichen zylindrische Außenumfangsfläche, und diese Oberfläche ist mit zwei Längsnuten 25, die parallel zu der Längsachse der Lagerstütze verlaufen, sowie mit einer Ausnehmung bzw. Aussparung 13 versehen. Die Ausnehmung 13 ist ein im wesentlichen viereckiger Ausschnitt, der in einer Entfernung von der im wesentlichen kreisförmigen Endfläche der Lagerstütze 11 gebildet ist, und ist mit einem Ölablaufkanal 12 durch eine Öffnung 14 verbunden. Wie in Fig. 2 zu sehen ist, liegt die Ausnehmung 13 an der Seite der Lagerstütze 11, die zu der Auslaßöffnung 2 radial entgegengesetzt ist; die Gründe hierfür werden weiter unten erläutert. In Umfangsrichtung gesehen liegen die Längsnuten 25 an beiden Seiten der Ausnehmung 13. Jede Längsnut 25 ist mit einem Ölzuführkanal 27, der in der Lagerstütze 11 vorgesehen ist, über eine Reihe von Öffnungen 29 verbunden, die gleichmäßig entlang der Länge jeder Nut verteilt sind. Wie in Fig. 3 zu sehen ist, enden die Längsnuten 25 an der Endfläche der Lagerstütze 11, um eine Kommunikation zwischen jeder Nut 25 und dem Zwischenraum herzustellen, der zwischen der Endfläche der Lagerstütze und dem Grund des Hohlraums in dem Hauptläufer 6 gebildet ist. Am Niederdruckende des Hauptläufers 2 ist durch die ringförmige Endfläche der Ringschulter 15, die Dichtungseinrichtung 8, die Lagerstütze 11 und die Endabdeckung 5 eine zweite Kammer 17 ausgebildet. Die Kammer 17 ist durch Öffnungen 35 mit Ölzuführkanälen 27 verbunden.
Der Nebenläufer 18 ist an seinem Niederdruckende auf gleiche Weise wie der Hauptläufer 6 drehbar abgestützt. Eine Lagerstütze 20 springt in einen inneren Hohlraum vor, der in dem Läufer 18 vorgesehen ist, so daß zwischen beiden eine erste Kammer 19 gebildet ist. Die Lagerstütze 20 ist an der Endabdeckung 5 angebracht. Die im wesentlichen zylindrische äußere Oberfläche der Lagerstütze 20 ist mit einer Ausnehmung 22 und zwei Längsnuten 24 versehen, die an beiden Seiten der Ausnehmung 22 liegen. Die Ausnehmung 22 ist durch eine Öffnung 23 mit einem Ölablaufkanal 21.verbunden. Die Ausnehmung 22 ist ein im wesentlichen viereckiger Ausschnitt und endet an der Endfläche der Lagerstütze 22. Die Längsnuten 24 sind in einem Abstand von der Endfläche der Lagerstütze 20 positioniert und erstrecken sich zu dem Niederdruckende. Jede Längsnut 24 ist durch eine Reihe von Öffnungen 28, die entlang der Länge der Nut gleichförmig angeordnet sind, mit einem Ölzuführkanal 26 verbunden.
Das Niederdruckende des Nebenläufers 18 ist mit einer vorspringenden Ringschulter 31 versehen, die eine zylindrische äußere Oberfläche 32 hat. Eine Dichtungseinrichtung 30 ist zwischen der Schulter 31 und der Endabdeckung 5 an dem Niederdruckende des Nebenläufers 18 vorgesehen.
Am Niederdruckende des Nebenläufers 18 ist von der ringförmigen Endfläche der Ringschulter 31 des Läufers, der Dichtungseinrichtung 30, der Lagerstütze 20 und der Endabdeckung eine zweite Kammer 33 gebildet. Die Kammer 33 ist durch Öffnungen 34 mit Ölzuführkanälen 26 verbunden.
Die Länge der Lagerstütze 11 des Hauptläufers 6, die in den Hauptläufer vorspringt, ist geringer als die Länge der in den Nebenläufer 18 vorspringenden Lagerstütze 20 des Nebenläufers. Das ist in Fig. 3 durch die Distanz "1" bezeichnet. Außerdem ist die Länge der Ausnehmung 13 geringer als diejenige der Ausnehmung 22, wobei beide Ausnehmungen eine ungefähre Maximallänge haben, die dem 0,7fachen der Länge der jeweiligen Lagerstütze entspricht.
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt der Lagerstütze 11 des Hauptläufers 6. Wie zu sehen ist, ist die Ausnehmung 13 im wesentlichen ein flacher Bereich, der an der zylindrischen äußeren Umfangsfläche der Lagerstütze 11 gebildet ist. Die Ausnehmung 13 kommuniziert mit dem zentralen Ölablaufkanal 12 durch die Öffnung 14. Jede Nut 25 ist mit einem Ölzuführ kanal 27 durch eine Reihe von Öffnungen 29-verbunden, um den Strömungswiderstand des zugeführten Öls zu verringern. Die Längsnuten 25 an beiden Seiten der Ausnehmung 13 sind so ausgebildet, daß ihre Seitenränder angrenzend an die Ausnehmung 13 in einer gemeinsamen ersten Ebene liegen, die durch die Längsachse der Lagerstütze 11 geht, und von der Ausnehmung gleichbeabstandet sind. Die anderen Längsränder der Nuten 25 liegen jeweils in einer zweiten und einer dritten Ebene durch die Achse der Lagerstütze. Dabei sind die zweite und die dritte Ebene jeweils unter einem Winkel α, der bevorzugt gleich oder kleiner als 450 ist, zu der ersten Ebene geneigt. Diese Ausführungsform der Lagerstütze bietet optimale Bedingungen für eine Kombination aus hydrodynamischer und hydrostatischer radialer Lastaufnahmefähigkeit und eine ausgezeichnete radiale Steifigkeit der Lageranordnung. Die Lagerstütze 20 des Nebenläufers 18 hat einen Querschnitt, der demjenigen der Lagerstütze 11 des Hauptläufers im wesentlichen gleicht. Bei einer in den Zeichnungen nicht gezeigten alternativen Ausführungsform kann der Ort der Ölzufühmuten an beiden Seiten der Ausnehmung an der Lagerstütze beispielsweise ausgebildet sein, um eine niedrigere radiale Belastung auf den entsprechenden Läufer aufzunehmen. In diesem Fall könnten die Nuten näher beieinander angeordnet sein, und daher wird eine kleinere Zone in der ersten erhalten, die hohen Öldruck führt.
In Fig. 5 ist eine zweite Ausführungsform des Verdichters gemäß der Erfindung gezeigt. Der Verdichter ist mit Lagerstützen 11, 20 für den Hauptläufer 6' bzw. den Nebenläufer 18' versehen, und die Lagerstützen sind ähnlich wie die vorher beschriebenen Lagerstützen. Eine Dichtungseinrichtung 56 ist zwischen der Lagerstütze 11 und dem Hauptläufer 6' vorgesehen. Zum Niederdruckende des Verdichters hin ist ein Wälzlager 57 wie etwa ein Kugellager zwischen dem Hauptläufer 6' und der Lagerstütze 11 angebracht. Eine Dichtungseinrichtung 58 ist zwischen der Lagerstütze 20 und dem Nebenläufer 18' angeordnet. Zum Niederdruckende des Verdichters hin ist ein Wälzlager 59 wie etwa ein Kugellager zwischen den Nebenläufer 18' und der Lagerstütze 20 angebracht. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft für Schraubenverdichter, die mit Kühlöl arbeiten, das in das zu verdichtende Gas in dem Arbeitsraum des Verdichters eingepreßt wird. Diese Schraubenverdichter arbeiten mit niedriger Geschwindigkeit im Vergleich mit ölfreien ("trockenen") Verdichtern und haben kleine Spielräume zwischen den Läuferzähnen sowie zwischen den Läufern und dem Gehäuse. Daher werden allgemein Wälzlager, die kleinere Spielräume als Lagerstützen haben, bevorzugt. Die Dichtungseinrichtungen 56, 58 können in Form eines Strömungshindernisses vorgesehen sein, das einen kleineren Spielraum als das Spiel zwischen dem Läufer und der Lagerstütze hat. Wie in Fig. 4 zu sehen ist, sind keine Dichtungseinrichtungen zwischen den zweiten Kammern 60, 61 und dem Arbeitsraum vorgesehen.
Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform sind die Ölzuführkanäle 26, 27 der Lagerstützen 11 und 20 des Haupt- bzw. des Nebenläufers jeweils mit einer gemeinsamen Quelle 38, z. B. einer Ölpumpe, verbunden, um Druckol entsprechend einem Pfeil k zuzuführen. Die Ölablaufkanäle 12, 21 der jeweiligen Lagerstützen 11, 20 sind mit einem Ölsammler 39 verbunden. Der Sammler 39 ist zur Atmosphäre offen, wie der Pfeil M andeutet. Bei dieser Ausführungsform ist die Quelle 38 ausgelegt, um das Öl unter einem Druck zuzuführen, der ungefähr gleich dem Druck des zu verdichtenden Gases ist. Diese Ausführungsform wird für Schraubenverdichter bevorzugt, bei denen das verdichtete Gas ölfrei sein muß. Da der Druck in den Kammern 17, 33 (Fig. 3) dem Druck im Saugrohr 3 angenähert ist, sind die auf die Dichtungseinrichtungen 8, wirkenden Belastungen begrenzt. Da die Ölablaufkanäle 12, 21 in offener Verbindung mit der Atmosphäre sind, kann der Ölsammler 39 einfach konstruiert sein.
Bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform sind die Ölzuführkanäle 26, 27 der Lagerstützen 11 und 20 des Haupt- und des Nebenläufers jeweils mit einer Quelle 38 für die Zuführung von Drucköl verbunden, wie der Pfeil k anzeigt. Die Ölablaufkanäle 12, 21 der jeweiligen Lagerstützen 11, 20 sind mit einem Ölsammler 40 verbunden. Der Sammler 40 ist mit dem Saugrohr 3 verbunden, um einen Druck in dem Sammler 40 zu unterhalten, der gleich dem Druck des zu verdichtenden Gases ist.
Bei der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform sind die Ölzuführkanäle 26, 27 der Lagerstützen 11 und 20 des Haupt- und des Nebenläufers jeweils mit einem Ölabscheider 41 verbunden, um Drucköl entsprechend einem Pfeil m zuzuführen. Die Ölablaufkanäle 12, 21 der jeweiligen Lagerstützen 11, 20 sind mit der Saugleitung 3 des Verdichters entsprechend einem Pfeil n verbunden. Das Öl strömt dann gemeinsam mit dem zu verdichtenden Gas durch den Verdichter, so daß das Gas während der Verdichtung gekühlt wird. Die Förderleitung 4 des Verdichters ist mit dem Ölabscheider 41 verbunden, in dem das Öl und das verdichtete Gas voneinander getrennt werden. Diese Ausführungsform des Verdichters wird bevor zugt, wenn das Vorhandensein von Öl in dem verdichteten Gas zulässig ist.
Der Rotationsschraubenverdichter gemäß der Erfindung arbeitet wie folgt.
Das zu verdichtende Gas tritt in die Saugleitung 3 ein (Fig. 1). Der Hauptläufer 6 wird von einem äußeren Antrieb, der auf den Hauptläufer 6 wirkt, mit einer Geschwindigkeit ω gedreht. Das zu verdichtende Gas wird angesaugt und in Kammern verdichtet, die durch die Läuferverzahnung und das Gehäuse begrenzt sind. Während der Verdichtung des Gases wirkt auf die Läufer eine Kraft F, die aus der Druckdifferenz zwischen der Förderleitung 4 und der Saugleitung 3 resultiert, wie Fig. 2 zeigt. Diese Kraft F besteht aus radialen Kräften F&sub1;, F&sub2; und axialen Kräften F&sub3;, F&sub4;, die auf die Läufer 6 und 18 wirken. Diese Kräfte müssen von den Lageranordnungen der Rotoren aufgenommen werden.
Um diesen Kräften F&sub1; bis F&sub4; entgegenzuwirken, wird Drucköl durch die Ölzuführkanäle 26, 27 (Pfeile D und H in Fig. 3), die Öffnungen 28, 29 und die Längsnuten 24, 25 der Lagerstützen 11, 20 geleitet und tritt in die Kammern 9, 19 zwischen jeder Lagerstütze und dem jeweiligen Läufer ein. Das Drucköl wird aus der Kammer 9, 19 durch die Ausnehmung 13, 22, die an der Lagerstütze vorgesehen ist, abgeleitet, wobei jede Ausnehmung mit einem Ölablaufkanal 12, 21 über eine Öffnung 14, 23 (Pfeile K und E in Fig. 3) verbunden ist.
Die maximale Länge der Ausnehmungen 13, 22, die ungefähr das 0,7fache der Länge der jeweiligen Lagerstütze ist, wird bei dieser Ausführungsform bevorzugt, weil es einen zylindrischen Abschnitt der Lagerstütze, der ausreichende Dimensionen hat, im Inneren des zylindrischen Hohlraums in jedem Läufer nahe seinem Niederdruckende geben muß, um eine Begrenzung zwischen der Kammer 17, 33 und der Ausnehmung 13, 22 zu erhalten.
Die Anwesenheit von Drucköl in den ersten Kammern zwischen den Läufern und den Lagerstützen resultiert in radialen Hubkräften F&sub5; und F&sub6; (Fig. 2), die auf die Läufer 6 bzw. 18 35 wirken. Die Position jeder Ausnehmung an der Lagerstütze, nämlich radial entgegengesetzt zu dem Auslaßstutzen 2, wie Fig. 2 zeigt, erleichtert die Erzielung eines Ausgleichs zwischen den Kräften F&sub5;, F&sub6; und den Kräften F&sub1;, F&sub2;. Als Ergebnis der Lage der Längsnuten 24, 25 wird eine Druckzone erhalten, wobei die Druckdifferenz in dieser Zone gleich der Druckdiffernez zwischen den Ölzuführkanälen und den Ölablaufkanälen ist.
Die Dimensionen der Ausnehmungen 13, 22, die Lage und die Dimensionen der Längsnuten 24, 25 und die Druckpegel in den Ölzuführkanälen sowie in den Ölablaufkanälen sind von den gewünschten Charakteristiken des Rotationsschraubenverdichters abhängig. Sie sind so gewählt, daß die Kräfte F&sub5; und F&sub6; den größten Teil der Kräfte F&sub1; bzw. F&sub2; kompensieren. Der restliche Teil jeder der Kräfte F&sub1; und F&sub2; wird durch das Lager 10 am Hochdruckende jedes Läufers (das Lager 10 des Nebenläufers 18 ist in den Zeichnungen nicht gezeigt) aufgenommen.
Als Ergebnis der Geometrie der Läufer, die durch ihre Verzahnung definiert ist, ist die radiale Kraft F&sub1; in den meisten Fällen kleiner als die radiale Kraft F&sub2;. Daher besteht ein Längenunterschied zwischen der Lagerstütze 11 und/oder der Ausnehmung 13 des Hauptläufers 6 und der Lagerstütze 20 und/oder der Ausnehmung 22 des Nebenläufers 18. Dieser Unterschied ist in Fig. 3 als die Distanz "1" bezeichnet.
Dadurch, daß Drucköl in die axialen Kammern 17, 33 am Niederdruckende der Läufer 6 bzw. 18 zugeführt wird, werden axiale Kräfte F&sub7;, F&sub8; (Fig. 3) auf die Läufer aufgebracht, die zu den axialen Kräften F&sub3; und F&sub4;, die aus der Verdichtung des Gases resultieren, entgegengesetzt sind. Die axialen Kräfte F&sub7;, F&sub8; kompensieren einen Teil der Kräfte F&sub3; und F&sub4;. Der restliche Teil der Kräfte F&sub3; und F&sub4; wird durch die Lager 10 der Läufer kompensiert.
Aufgrund der Geometrie der Läufer ist die auf den Hauptläufer 6 aufgebrachte axiale Kraft F&sub3; in der Regel größer als die auf den Nebenläufer 18 aufgebrachte axiale Kraft F&sub4; Um diesen Unterschied auszugleichen, wird auf den Hauptläufer 6 eine zusätzliche axiale Kraft F&sub9; aufgebracht.
Gemäß der Erfindung enden die Längsnuten 25 an der Endfläche der Lagerstütze, um eine offene Verbindung zwischen den Nuten 25 und dem Raum herzustellen, der zwischen der Endfläche der Lagerstütze 11 und dem Boden der Kammer 9 des Hauptläufers 6 gebildet ist. Wie die Fig. 1 bis 3 zeigen, wird der Durchtritt von Öl aus diesem Raum in Richtung zu der Ausnehmung 13 blockiert, so daß der Öldruck in diesem Teil der Kammer 9 aufrechterhalten wird. Das resultiert in der axialen Kraft F&sub9;, die auf den Läufer 6 aufgebracht wird. Gleichzeitig ist die auf den Nebenläufer 18 aufgebrachte axiale Kraft F&sub4; kleiner als die Kraft F&sub3;, und da die Nuten 24 an der Lagerstütze 20 nicht in offener Verbindung mit diesem Teil der Kammer 19 sind&sub1; wird auf den Nebenläufer keine zusätzliche axiale Kraft aufgebracht. Da die Ausnehmung 22 an der Endfläche der Lagerstütze endet, ist die Ausnehmung 22 in offener Verbindung mit dem Bodenteil der Kammer 19, so daß ein Öldruckaufbau darin verhindert wird.
Das Vorsehen von Lagerstützen an den Niederdruckenden der Läufer, wobei die Stützen in innere, im wesentlichen zylindrische Hohlräume vorspringen, die in den Läufern vorgesehen sind und sich über einen erheblichen Teil der Länge der Läufer erstrecken, resultiert in einer Lageranordnung, die ausgezeichnete Steifigkeit hat und imstande ist, hohe radiale Belastungen, die auf die Läufer wirken, aufzunehmen. In Kombination mit dem vergleichsweise kleinen Abstand zwischen den Lagern an entgegengesetzten Enden jedes Läufers wird die aus dem Gasdruck resultierende Biegung der Läufer noch weiter verringert. Die Lageranordnung gemäß der Erfindung ist außerdem instande, den auf die Läufer wirkenden axialen Kräften entgegengezuwirken, ohne daß komplexe zusätzliche Axialdrucklager vorgesehen sein müssen.
Die Lageranordnung des Rotationsschraubenverdichters gemäß der Erfindung erlaubt eine erhebliche Erhöhung der radialen und axialen Kräfte gegenüber vorhandenen Lageranordnungen, was in einer Erhöhung des zulässigen Differenzdrucks und Förderdrucks des Schraubenverdichters resultiert.

Claims

1. Rotationsschraubenverdichter, der folgendes aufweist: ein Gehäuse (1), einen Hauptläufer (6; 6') und einen damit zusammenwirkenden Nebenläufer (18; 18'), die in einem von dem Gehäuse definierten Arbeitsraum eingeschlossen sind, wobei das Gehäuse einen Förderauslaß (4), der mit einem Auslaßstutzen (2) am Hochdruckende des Arbeitsraums verbunden ist, und einen Saugeinlaß (3) an dem Niederdruckende des Arbeitsraums hat, wobei wenigstens ein Läufer (6, 18; 6', 18') an einem Ende davon von einer Lageranordnung drehbar abgestützt ist, die eine Lagerstütze (11, 20) aufweist, die an einer Endabdeckung (5) festgelegt ist und eine im wesentlichen zylindrische Außenumfangsfläche hat, wobei die Lagerstütze in einen axialen Hohlraum ragt, der in dem Läufer vorgesehen ist und eine erste Kammer (9, 19) zwischen der Lagerstütze und dem Läufer bildet, wobei die Lagerstütze mit einem Ölzuführkanal (27, 26) versehen ist, um Öl in die erste Kammer zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Läufer (6, 18; 6', 18') an seinem Niederdruckende von der Lageranordnung drehbar abgestützt ist, wobei die entsprechende Lagerstütze (11, 20) an dem Niederdruckende des Arbeitsraums angebracht und ihre Außenumfangsfläche mit wenigstens einer Nut (25, 24) versehen ist, die mit dem Ölzuführkanal (27, 26) verbunden ist, und eine Ausnehmung (13, 22), die mit einem Ölablaufkanal (12, 21) verbunden ist, in der Lagerstütze vorgesehen ist, und daß zwischen der ersten Kammer (9, 19) und dem Arbeitsraum des Verdichters Dichtungseinrichtungen (8, 30; 56, 58) vorgesehen sind.

2. Rotationsschraubenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endfläche an dem Niederdruckende eines Läufers (6, 18; 6', 18'), die Endabdeckung (5), das gehäuse (1) und die entsprechende Lagerstütze (11, 20) eine zweite Kammer (17, 33; 60, 61) definieren, wobei die zweite Kammer mit einem Ölzuführkanal (27, 26) verbunden ist.

3. Rotationsschraubenverdichter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, - dadurch gekennzeichnet, daß die Außenumfangsfläche von wenigstens einer der Lagerstützen (11, 20) mit zwei Längsnuten (25, 24) und einer Ausnehmung (13, 22) versehen ist, wobei die Ausnehmung auf der Seite der Lagerstütze, die zu dem Auslaßstutzen (2) radial entgegengesetzt ist, positioniert und mit dem Ölablaufkanal (12, 21) verbunden ist, wobei die Längsnuten auf beiden Seiten der Ausnehmung positioniert und mit dem Ölzuführkanal (27, 26) verbunden sind.

4. Rotationsschraubenverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder der Längsnuten (25, 24) angrenzend an die Ausnehmung (13, 22) in einer gemeinsamen Ebene durch die Achse der Lagerstütze in einem gleichen Abstand von der Ausnehmung liegen und daß die Ränder der Längsnuten, die von der Ausnehmung am weitesten entfernt sind, jeweils in einer Ebene liegen, die unter einem Winkel α zu der gemeinsamen Ebene geneigt ist.

5. Rotationsschraubenverdichter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ausnehmung (13, 22) eine maximale Länge hat, die das 0,7fache der Länge der Lagerstütze (11, 20) ist.

6. Rotationsschraubenverdichter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Lagerstütze (11) des Hauptläufers (6; 6') und/oder die Länge ihrer Ausnehmung (13) geringer als die Lange der Lagerstütze (20) des Nebenläufers (18; 18') und/ oder ihrer Ausnehmung (22) ist.

17. Rotationsschraubenverdichter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nut (25), die mit dem Ölzuführkanal (27) an der Lagerstütze (11) des Hauptläufers (6; 6') verbunden ist, und eine Ausnehmung (22) an der Lagerstütze (20) des Nebenläufers (18; 18') an der Endfläche der entsprechenden Lagerstütze enden, und daß jede Ausnehmung (13) an der Lagerstütze (11) des Hauptläufers (6; 6') und jede Nut (24) an der Lagerstütze (20) des Nebenläufers (18; 18') im Abstand von der Endfläche der jeweiligen Lagerstütze positioniert sind.

8. Rotationsschraubenverdichter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Läufer (6, 18) mit einer Ringschulter (15, 31) versehen ist, die von seinem Niederdruckende vorspringt, wobei die Dichteinrichtung (8, 30) zwischen der Ringschulter und dem Gehäuse (1) vorgesehen ist.

9. Rotationsschraubenverdichter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Läufer (6', 18') mit Dichtungseinrichtungen (56, 58) zwischen dem Läufer und der entsprechenden Lagerstütze (11, 20) versehen ist.

10. Rotationsschraubenverdichter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen wenigstens einem der Läufer (6', 18') und der entsprechenden Lagerstütze (11, 20) ein Wälzlager (57, 59) vorgesehen ist.

11. Rotationsschraubenverdichter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Versorgungseinrichtung (38) vorgesehen ist, um die Ölzuführkanäle (27, 26) der Lagerstützen (11, 20) mit Öl (k) mit einem Druck zu versorgen, der ungefähr gleich dem Druck des zu verdichtenden Gases an dem Saugeinlaß (3) ist, und daß die Ölablaufkanäle (12, 21) der Lagerstützen mit einem Ölsammler (39) verbunden sind, wobei der Ölsammler mit der Versorgungseinrichtung (38) verbunden ist und zur Atmosphäre entlüftet (M) wird.

12. Rotationsschraubenverdichter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Versorgungseinrichtung (38) vorgesehen ist, um die Ölzuführkanäle (27, 26) der Lagerstützen (11, 20) mit Öl mit einem Druck zu versorgen, der ungefähr gleich dem Druck des verdichteten Gases am Förderauslaß (4) ist, und daß die Ölablaufkanäle (12, 21) der Lagerstützen mit einem Ölsammler (40) verbunden sind, wobei der Ölsammler mit der Versorgungseinrichtung (38) und mit dem Saugeinlaß (3) verbunden ist.

13. Rotationsschraubenverdichter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölzuführkanäle (27, 26) der Lagerstützen (11, 20) mit einem Ölabscheider (41) verbunden sind, wobei der Ölabscheider mit dem Förderauslaß (4) des Verdichters verbunden ist, und daß die Ölablaufkanäle (12, 21) der Lagerstützen mit dem Saugeinlaß (3) verbunden sind.