EP0107691B1

EP0107691B1 - Abdichtung für drehkolbenpumpe

Info

Publication number: EP0107691B1
Application number: EP83901375A
Authority: EP
Inventors: Udo Segebrecht; Christian Dahmlos; Erwin Holthusen
Original assignee: Sihi GmbH and Co KG
Current assignee: Sihi GmbH and Co KG
Priority date: 1982-05-06
Filing date: 1983-05-03
Publication date: 1987-08-26
Also published as: DK153174C; IT1212953B; ZA833087B; ES271911U; ES271911Y; DK3984A; AU1516583A; DK3984D0; IT8309417A0; EP0107691A1; WO1983004075A1; DE3216990A1; NO834827L; DK153174B; DE3373202D1; JPS59500825A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Wälzkolbenverdichter, vorzugsweise Wälzkolbenvakuumpumpen, deren Wellen mindestens einseitig in einer Trennwand bzw. einem Trenngehäuse zwischen dem Schöpfraum und dem teilweise mit Öl gefüllten seitlich dazu liegendem Getrieberaum gelagert und mit Dichtorganen versehen sind.
Die Abdichtung zwischen Schöpfraum und Getriebe dient bei diesen Pumpen dazu, einmal ein Übertreten des Fördergases in den Getrieberaum zu verhindern - insbesondere bei Verdichtern, die gegen Überdruck arbeiten - und darüber hinaus um ein Eintreten des Öles aus dem Getrieberaum, das hier zur Schmierung der Zahnräder dient, in den Schöpfraum zu verhindern. Bekannt sind hier einfache Wellenabdichtungen in Form von Lippendichtungen, Rechteckringdichtung oder aber auch wie in der erfindungsgemässen Ausführung mittels Gleitringdichtungen.
Lippendichtungen sind wegen der geringen Temperaturbelastung, der Störanfälligkeit und Lebensdauer nur bei geringen Druckdifferenzen einsetzbar. Das gilt auch für die Anordnung nach der DE-A 3007267, die eine Pumpe der eingangs genannten Art zeigt, bei welcher die Dichtorgane in jeder Trennwand von einem Paar einander entgegengesetzt angeordneter Lippendichtungen gebildet sind, deren Zwischenraum mittels einer gesondert vorgesehenen Pumpe über einen geeigneten Kühlflüssigkeitskreislauf mit Kühlmedium durchspült wird. Ein gesonderter Kühlkreislauf ist deshalb erforderlich, weil anderenfalls die Temperatur an den Dichtlippen zu stark ansteigt. Der Nachteil, dass die Lebensdauer der Dichtungen infolge der beträchtlichen Druckdifferenzen sehr begrenzt ist, wird durch diese Anordnung nicht vermieden, die im übrigen wegen des gesonderten Kühlkreislaufs und der gesonderten Pumpe, die offenbar auch einen gesonderten Antrieb besitzt, sehr aufwendig ist.
Rechteckdichtungen lassen noch einen geringen Gasaustausch zwischen Schöpfraum und Getrieberaum zu, sind also nicht absolut dicht, und darüber hinaus wegen der begrenzten Werkstoffauswahl nicht immer gegen etwas aggressive Medien einsetzbar.
Gleitringdichtungen dagegen bieten einen sehr hohen Dichtheitsgrad, sind in vielen auch chemisch beständigen Werkstoffausführungen verfügbar und besitzen eine hohe Lebensdauer, benötigen aber für den Betrieb Spülflüssigkeit, einmal zum Abführen der Reibungswärme und auch zum Aufbauen eines, wenn auch nur geringen Schmierfilmes zwischen den Gleitflächen. Bei bekannten Ausführungen wird zur Erzeugung und Aufrechterhaltung dieses Kühl- und Spülstromes für die Gleitringdichtungen das im Getrieberaum befindliche Öl verwendet. Mittels einer separat zum Wälzkolbenverdichter aufgestellten Flüssigkeitspumpe wird es in einen gesonderten Kreislauf dem Seitenraum entnommen und wieder in den Wälzkolbenverdichter zurückgeführt an die Stelle der Gleitringdichtungen. Diese Ausführungsform ist aufwendig. Sie erfordert die Installation einer getrennten Flüssigkeitspumpe mit gesondertem Antrieb und dazu mindestens einer zusätzlichen Wellendichtung an der Flüssigkeitspumpe.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier eine wesentliche Vereinfachung zu schaffen, was erfindungsgemäss dadurch erreicht wird, dass die Dichtung zwischen Schöpfraum und Getrieberaum in an sich bekannter Weise durch Gleitringdichtung erfolgt und dass eine als selbstansaugende Seitenkanalpumpe ausgebildete Flüssigkeitspumpe innerhalb eines Getrieberaums des Verdichters auf der Welle eines Wälzkolbens angeordnet ist und die Druckseite der Flüssigkeitspumpe direkt verbunden ist mit den Gleitringdichtungsräumen.
Es ist zwar bekannt, eine Flüssigkeitspumpe für Dichtflüssigkeit auf der Welle eines Verdichters vorzusehen. Bei dieser Anordnung der US-A 2178425 ist aber ein völlig anderer Pumpentyp, nämlich eine Drehschieberpumpe vorgesehen. Da diese mit den übrigen Komponenten einer Kältemaschine gekapselt ist, bedarf sie keiner inneren Dichtungen in Form von Packungen, Simmerringen oder Gleitringdichtungen. Das von der Erfindung zu lösende Problem findet sich daher in der Entgegenhaltung nicht. Der Erfinder, der nach einer Lösung des Problems suchte, einen Wälzkolbenverdichter speziell im Hinblick auf seine Dichtorgane und deren Schmierung zu vereinfachen, konnte sich daher von dieser Entgegenhaltung keinerlei Lösungshinweise versprechen.
Das gilt um so mehr, als er bei dem Studium der Entgegenhaltung erkennen muss, dass die dort in konstruktiver Verbindung mit dem Verdichter auf der selben Welle vorgesehene Flüssigkeitspumpe mit den zugehörigen Teilen nahezu genauso gross ist wie der Verdichter selbst. Im Vergleich mit einer solchen Konstruktion musste ihm die bei Wälzkolbenverdichtern übliche Praxis einer separaten verhältnismässig kleinen Kühlmittelpumpe für die Dichtungen wesentlich einfacher und zweckmässiger erscheinen, zumal eine solche separate Pumpe leichter überwacht und gewartet werden kann.
Man konnte - gedanklich von der US-A 2178425 ausgehend - auch nicht erwarten, dass die erfindungsgemässe Anordnung den Kühlmittelkreislauf wesentlich vereinfachen würde. Während der gesamte Stand der Technik sowohl auf dem Gebiet der Wälzkolbenverdichter als auch auf den benachbarten Gebieten jeweils einen in sich geschlossenen Flüssigkeitskreislauf vorsieht, kommt es im Zusammenhang der Erfindung auf die völlige Geschlossenheit dieses Kreislaufs speziell im Bereich der Gleitringdichtungen nicht an, weil diese auf der dem Schöpfraum abgewandten Seite den Getrieberäumen benachbart sind, so dass die Flüssigkeit dorthin mehr oder weniger frei ablaufen kann, ohne dass gesonderte Dichtungen für den Abschluss des Flüssigkeitskreislaufs erforderlich wären.
Schliesslich vermag die Vorrichtung der US-A 2178425 auch keinerlei Hinweise für die weiteren Merkmale der Erfindung zu geben, die Flüssigkeitspumpe als selbstansaugende Seitenkanalpumpe auszubilden und sie innerhalb eines Getrieberaums des Verdichters anzuordnen.
Weiter ist es zweckmässig, wie erfindungsgemäss vorgeschlagen, die Flüssigkeitspumpe als selbstansaugende Seitenkanalpumpe auszubilden. Der Vorteil dieser Ausführung ist darin zu sehen, dass diese Pumpe bei entsprechender Anordnung von Saug- und Druckschlitzen jederzeit in der Lage ist, das Öl auch dann anzusaugen, wenn der Flüssigkeitsspiegel im Getrieberaum unterhalb der Flüssigkeitspumpe liegt. Bei Verwendung einer nicht selbstansaugenden Pumpe müsste man durch entsprechende Ventile auf Saug- oder Druckseite in den Zu- und Abführungsleitungen der Flüssigkeitspumpe dafür sorgen, dass in diese Flüssigkeitspumpe beim Stillstand des Wälzkolbenverdichters keine Luft eintreten kann, da sonst möglicherweise bei Wiederinbetriebnahme die Pumpe nicht in der Lage ist, aus einem tiefer gelegenen Ölspiegel selbst anzusaugen und damit wieder funktionsfähig zu werden.
Wegen der teilweise doch erheblichen Erwärmung der Wälzkolbenverdichter hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Flüssigkeitspumpe nahe dem als Axiallager dienenden Lager anzuordnen, da in diesem Bereich nur geringfügige axiale Wärmeausdehnungen zu erwarten sind, selbst bei stärkerer Erwärmung des Verdichters.
Um eine möglichst gleichmässige Verteilung für alle Gleitringdichtungen in der Pumpe zu erreichen, wird weiter gemäss Erfindung vorgeschlagen, in der Zuführung zu jeder Gleitringdichtung kurz vor Eintritt in den Dichtungsraum eine Drossel anzuordnen. Diese Drossel kann in einer einfachen Blende bestehen. Durch die entsprechende Wahl des Durchmessers der Öffnung kann man erreichen, dass die Druckverteilung in dem gesamten Zuführungssystem zwischen Flüssigkeitspumpe und Gleitringdichtungen nahezu konstant ist und dass durch die gleiche Wahl des Bohrungsdurchmessers in der Drossel auch alle Gleitringdichtungen gleichmässig mit Flüssigkeit versorgt werden.
Da Wälzkolbenverdichter meistens beidseitig gelagert sind, ist es weiterhin erfindungsgemäss zweckmässig, beide Getrieberäume im geodätisch unteren Bereich miteinander zu verbinden, damit ein Rückfluss eines Teiles des Öles vom zweiten Getrieberaum in den Getrieberaum, in dem die Flüssigkeitspumpe arbeitet, ermöglicht wird. Diese Verbindung kann innerhalb oder ausserhalb der Pumpe vorgesehen sein.
Zur Erhaltung eines gewissen nicht zu hohen Temperaturniveaus im Ölkreislauf bzw. auch in den Getrieberäumen kann es notwendig sein, das Öl zum mindesten etwas zu kühlen, und es wird erfindungsgemäss hier vorgeschlagen, einen Wärmetauscher in eine ausserhalb des Verdichtergehäuses verlaufende Verbindungsleitung des Verdichterölkreislaufes anzuordnen. Als besonders einfache und trotzdem sehr wirkungsvolle Form kann man erfindungsgemäss ein extern liegendes Verbindungsrohr mit entsprechenden Kühlrippen versehen.
Bei Verwendung einer selbstansaugenden Seitenkanalpumpe wird erfindungsgemäss weiter vorgeschlagen, Saug- und Drucköffnung der Stufe im geodätisch oberhalb der Pumpenwelle liegenden Bereich anzuordnen. Dadurch wird gewährleistet, dass ausreichend Flüssigkeit in der Pumpe zurückbleibt und bei Inbetriebnahme des Wälzkolbenverdichters unmittelbar nach dem Einschalten auch die Gleitringdichtungen voll mit Spülflüssigkeit beaufschlagt werden.
Eine weitere besonders vorteilhafte und einfache Ausführung wird erfindungsgemäss darin gesehen, dass Auffüllbohrung für die Flüssigkeitspumpe - die ja in jedem Fall vor der ersten Inbetriebnahme mit Flüssigkeit zum mindesten teilweise gefüllt werden muss - und Auffüllbohrung für das Getriebegehäuse zusammengefasst werden. Diese vorteilhafte Kombination lässt sich allerdings nur dann anwenden, wenn eine Seitenkanalpumpe als Flüssigkeitspumpe Verwendung findet, da dann in den Zu- und Abführungsleitungen dieser Pumpe keine entsprechenden Absperr- bzw. Rückschlagventile angeordnet werden, die nachher für den ordnungsgemässen Betrieb der Flüssigkeitspumpe notwendig sind.
Anhand der beigefügten Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise erläutert.
Die Figur 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt und die Figur 2 einen schematischen Querschnitt durch einen in vertikaler Richtung durchströmten Wälzkolbenverdichter mit beidseitiger Lagerung der Wellen.
Es sind 1 und 2 die beiden Wellen, auf denen die Drehkolben 3 und 4 befestigt sind. Das Gehäuse 5 bildet zusammen mit den Drehkolben den Schöpfraum. Am Gehäuse 5 sind der Einlassstutzen 6 und der Auslassstutzen 7 angeordnet. Seitlich vom Gehäuse befinden sich Trennwände bzw. -gehäuse 8 und 9 mit den Lagern 10 und 11. Die Wellendurchführungen zwischen Schöpfraum und den Getrieberäumen 12 und 13 wird durch Gleitringdichtungen 14 und 15 abgedichtet. Auf der einen Verdichterwelle befindet sich erfindungsgemäss die Flüssigkeitspumpe 16.
Der Saugstutzen der Flüssigkeitspumpe taucht in das Getriebeöl ein. Das Öl wird über Kanäle 17 und/oder äussere Rohrleitungen 18 den Gleitringdichtungsräumen zugeführt.
Die beiden Getrieberäume sind durch Rohrleitungen oder Kanäle 19 miteinander verbunden, damit ein Ausgleich der Flüssigkeitsspiegel in beiden Getrieberäumen erfolgen kann.
In den Flüssigkeitskreislauf kann ein Wärmeaustauscher und auch ein Ölvorratsbehälter eingeschaltet werden. In der Figur 1 ist der Wärmeaustauscher bzw. der Ölvorratsbehälter schematisch mit der Bezeichnung 20 in eine Rohrleitung eingezeichnet, ohne damit eine besondere Lage angeben zu wollen.
Zweckmässigerweise wird das Öl den Dichtungen auf deren Getriebeseite zugeführt, damit es den Getrieberäumen frei zufliessen kann und ein für die Kühlung ausreichender Strom vom Getrieberaum 13 über den Kühler 20 zum Getrieberaum 12 und damit zur Saugseite der Pumpe 16 zurückfliesst.

Claims

1. Wälzkolbenverdichter, vorzugsweise Wälzkolbenvakuumpumpe, deren Wellen mindestens einseitig in einer Trennwand (8, 9) bzw. einem Trenngehäuse zwischen dem Schöpfraum und dem teilweise mit Öl gefüllten seitlich dazu liegenden Getrieberaum (12, 13) gelagert und mit Dichtorganen (14, 15) versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung zwischen Schöpfraum und Getrieberaum in an sich bekannter Weise durch Gleitringdichtungen (14, 15) erfolgt und dass eine als selbstansaugende Seitenkanalpumpe ausgebildete Flüssigkeitspumpe (16) innerhalb eines Getrieberaums (12) des Verdichters auf der Welle eines Wälzkolbens angeordnet ist und die Druckseite der Flüssigkeitspumpe direkt verbunden ist mit den Gleitringdichtungsräumen.

2. Wälzkolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitspumpe nahe an einem als Axiallager dienenden Lager (10, 11) angeordnet ist.

3. Wälzkolbenverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der direkten Verbindung zwischen der Druckseite der Flüssigkeitspumpe (16) und den Gleitringdichtungsräumen jeweils eine Drossel kurz vor den Dichtungsräumen angeordnet ist.

4. Wälzkolbenverdichter nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass bei beidseitig gelagerten Wälzkolben (3, 4) die beiden Getrieberäume (12,13) miteinander verbunden sind.

5. Wälzkolbenverdichter nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ausserhalb des Verdichtungsgehäuses (5) verlaufenden Verbindungsleitung (19) des Verdichterölkreislaufes ein Wärmetauscher (20) angeordnet ist.

6. Wälzkolbenverdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmetauscher (20) ein mit Rippen versehenes Verbindungsrohr verwendet wird.

7. Wälzkolbenverdichter nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass Saug- und Drucköffnung der Flüssigkeitspumpe (16) geodätisch oberhalb des Wellenbereiches für diese Pumpe angeordnet sind.

8. Wälzkolbenverdichter nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsame Auffüllbohrung für die Flüssigkeitspumpe (16) und die Getrieberäume (12, 13) an dem Verdichter angeordnet ist.