DE1551070A1

DE1551070A1 - Rotationsmaschine

Info

Publication number: DE1551070A1
Application number: DE19671551070
Authority: DE
Inventors: Trulsson Sven Ivar; Olofsson Hans Kristofer
Original assignee: Atlas Copco AB
Current assignee: Atlas Copco AB
Priority date: 1966-06-23
Filing date: 1967-06-20
Publication date: 1970-04-16
Also published as: GB1177236A; DK139735C; NO127983B; NL160907C; CH473991A; DK139735B; JPS4833041B1; FR1528283A; BE700079A; SU816407A3; SE320143B; CS151457B2; AT278229B; US3388854A; NL6708782A; NL160907B

Description

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Andrejewslei & Honke Patentanwälte Diplom-Physiker Dr. Waltor Andrejewski

_, _ , ' Diplom-Ingenieur

Anwaltsakte: 28 855As+ _{Dl>|ng>
Manfred Honk}.

Essen, den 11. August I969 K«ttwifl*r Straß· 36

Patentanmeldung

Atlas Copco Aktiebolag

Nacka -Schweden-

"Rotationsmaschine"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotationsmachine, insbesondere einen Schraubenradkompressor mit wenigstens einer Schnecke, welche in einem Gehäuse in Wälzlagern drehbar gelagert und von einem Arbeitsmittel in axialer Richtung beaufschlagt ist und mit einer Kolben-Zylinder-Anordnung für · den Ausgleich des Axialschubes versehen ist. Derartige Rotationsmaschinen sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Sie werden als Turbinen, Pumpen, Motoren, Kompressoren, Expansionsmaschinen, zähler und dergleichen eingesetzt. Das Arbeitsmittel kann ein Gas, ein anderes elastisches

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fiterlagen !Art. 7 p. Abs. 2 Nr. 1 fe« ■> -nt i^vmrgm· * 41. tieft

Patentanwalt· Dr. W. Andrejewski, Dr. M. Honk·, 43 Essen, Kettwiger StraB·

Strömungsmittel oder eine Flüssigkeit sein. Bei diesen Rotationsmaschinen verursacht der auf die Schnecken wirkende Druck des Arbeitsmittels häufig eine unerwünschte Belastung der Lager, wodurch deren Lebensdauer beträchtlich vermindert wird. Damit verbunden ist, infolge der starken Abnutzung dieser hochbelasteten Lager, ein erheblicher Abfall des Wirkungsgrades zu beobachten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rotationsmaschine der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei der die Wälzlager nur soweit belastet werden, daß eine starke Abnutzung der Lager vermieden wird und lange Lebensdauer derLager und ein guter Wirkungsgrad der Rotationsmaschine erreicht wird.

Die Erfindung betrifft eine Rotationsmaschine, insbesondere Schraubenradkompressor mit wenigstens einer Schnecke, welche in einem Gehäuse in Lagern drehbar gelagert und von einem Arbeitsmittel in axialer Richtung beaufschlagt ist, und mit einer Kolben-Zylinder-Anordnung für den'Ausgleich des Axialschubes versehen ist· Die Erfindung besteht darin, daß ein Kugellager eine rotierende und eine axialbewegliche Laufbahn besitzt, daß eine Federanordnung vorgesehen ist, die die axialbewegliche Laufbahn in gleicher Richtung wie das Arbeitsmittel und entgegengesetzt der Kolben-Zylinder-Anordnung beaufschlagt, so daß die Federkraft immer die übrigen Kräfte überwiegt, und daß für die Kolben-Zylinder-Anordnung ein vom Betrieb der Rotationsmaschine abhängiges Druckmittel vorgesehen ist·

ORIGINAL

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Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgernäßen Rotationsmaschine, der im Rahmen der Erfindung selbständige Bedeutung zukommt, welche einander schneidende parallele Bohrungen.besitzen, in denen wenigstens eine Hauptschnecke und eine Steuer.schnecke drehbar gelagert sind und ineinandergreifen und miteinander und mit den Wandungen der Bohrungen oeim Betrieb von Eintrittsöffnungen zu Austrittsöffnungen des Gehäuses wandernde Arbeitsräume begrenzen, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylinder-Anordnung mit der Druckseite des Kompressors in Verbindung steht und zur Übertragung eines Axialschubes auf eine mit einem Schraubenradgetriebe verbundene Hauptschnecke dient, welcher dem Axialschub von der Federanordnung auf der Hauptschnecke entgegen- und dem Axialschub vom Schraubenradgetriebe gleichgerichtet ist. Mit dem Einsatz von Federanordnung und in Abhängigkeit vom Betrieb der Rotationsmaschine steuerbarer Kolben- und Zylinderanordnung erreicht die Erfindung, daß die axiale Belastung der Lager bedeutend herabgesetzt und gegebenenfalls sogar völlig durch Federanordnung und Kolben-Zylinderanordnung aufgenommen wird. Da starke Lagerabnutzung infolge axialer Belastungen nun nicht mehr auftreten können, besteht auch die Möglichkeit, die Abstände zwischen der Schnecke oder den Schnecken'und dem Gehäuse so weit zu verkleinern, daß eine wesentliche Verbesserung des Wirkungsgrades eintritt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführun^sbeispiel zeigenden Zeichnung näher erläutert, wobei auch weitere Merkmale der Erfindung eingehender beschrieben werden: es zeigen:

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Fig. 1 eine erfindungsgemäße Rotationsmaschine in der Ausführungsform als Schraubenradkompressor in einem Längsschnitt,

Fig. 2 einen Schnitt in. Richtung II-II des Gegenstandes nach Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt des Gegenstandes nach Fig. 1,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Elementes des Gegenstandes nach Fig. 1 in stark vergrößertem Maßstab,

Fig. 5 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Rotationsmaschine in der Ausführungsform als zweistufiger Schraubenradkompressor.

Der in den Figuren 1 - ;5 dargestellte Schraubenradkompressor besitzt eine Gehäuseanordnung mit einem Schneckengehäuse 1, einem Gleichlaufzahnrad-Gehäuse 2, das mit einem Ende des Schnefcengehäuses verschraubt ist und einen Stirndeckel für dasselbe bildet, ein mit dem anderen Ende des Gehäuses 1 verschraubtes Lagergehäuse J5# ein Getriebegehäuse 4 und ein Zwischengehäuse 5. I η den Gehäusen 1,3 sind mit Hilfe von Rollenlagern 8 und Kugellagern 9, 10, 11 eine Hauptschnecke und eine Steuerschnecke 7 drehbar gelagert. Die Schnecken 6 und sind miteinandergreifenden, wendeiförmigen Stegen und Nuten versehen. Die Kugellager S, 10 und 11 dienen zur Aufnahme des Axialschubes der Schnecken 6 und 7. Natürlich können die Kugellager 9, 10 und 11 auch aus anderen Wälzlagern bestehen, die zur

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die zur Aufnahme von Axialschub geeignet sind, beispielsweise aus Radial-Schrägkugellagern, Kegelrollenlagern und dergleichen. Die Hauptschnecke 6 und die Steuerschnecke 7 bilden miteinander und mit den wänden des Gehäuses 1 Arbeitsräume, die sich von dem Eintritt zum Austritt bewegen. Bie Schnecken sind an einem Ende mit Tragzapfen 12 und IJ versehen, die GleichlaufZahnräder 14 und 15 in Form von zylindrischen Schraubenrädern tragen. An dem entgegengesetzten Ende der Schnecken sind Tragzapfen 16 und 17 vorgesehen. Der Tragzapfen 16 ist vorzugsweise mit einer Welle l8 gekuppelt, die ein Ritzel 19 in Form eines zylindrischen Schraubenrades trägt, das von einem zylindrischen Schraubenrad 20 angetrieben wird. Die das zylindrische Schraubenrad 20 tragende Welle 21 ist in einem Wälzlager 22 gelagert, sowie in einem Wälzlager 23, das zur Aufnahme des Axialschubes von dem Schraubenrad 20 geeignet ist. Die Drehriohtung des Schraubenrades 20 ist durch einen Pfeil angedeutet. Die Welle 21 wird von einem nicht dargestellten Motor über eine nicht gezeigte Kupplung angetrieben. Diese kann beispielsweise aus einer Schaltkupplung bestehen, z.B. aus einer druckmittelbetätigten Fliehkraftkupplung. Das Schraubenrad 20 und das Ritzel 19 sind so angeordnet, daß im Betrieb des Schraubenradkompressors auf das Ritzel 19 ein Axialschub ausgeübt wird, der in Flg. 1 der Zeichnung abwärtsgerichtet ist. Ein auf der Welle 21 angeordnetes Ritzel 62 treibt eine ölpumpe 63 an, die Drucköl zum Schmieren und/oder Abdichten und Kühlen des Schraubenradkompressors oder zu anderen Zwecken abgibt.

Der Schraubenkompressor ist mit einem Eintrittskanal 25 versehen, der zu einer Eintrittsöffnung 26 führt. Diese bildet einen radialen und axialen Eintritt zu den beiden einander

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schneidenden parallelen Bohrungen 27, 28 für die Schnecken. Der Schraubenradkompressor ist ferner mit einer Austrittsöffnung 29 und einem Austrittskanal 30 versehen, der an einen Verbraucher angeschlossen werden kann oder an einen Zwischenkühler, wenn der Schraubenradkompressor einen Teil einer zwei- oder mehrstufigen Kompressoranlage bildet. Der Austrittskanal JO kann auch direkt zu der Hochdruckstufe eines zweistufigen Kompressors führen. Mit 31 und 32 sind Wellendiehtrlnge bezeichnet. Der Außenring 34 des Kugellagers 9 der Hauptschnecke 6 ist unter der Wirkung einer ringförmigen Doppelfeder 35 axialverschiebbar· Eine dieser Federn ist in Fig. 4 genauer gezeigt. Ferner wirkt auf den Außenring 34 ein Ausgleichskolben 36 ein, der in einem Schubausgleichszylinder 37 beweglich ist. Der Zylinder 37 ist in einem Zylindergehäuse 38 angeordnet, das durch Schrauben 24 mit dem Schneckengehäuse 1 verschraubt ist. Die Feder 35 ist eine gewellte Ringfeder. Man kann an dieser Stelle jedoch auch andere Federn verwenden, beispielsweise einen Satz von wendeiförmigen Federn. Der Außenring 34 des Kugellagers 11 am Gleichlaufende der Steuerschnecke 7 ist unter der Wirkung einer JESinzelf eder 35 und anderer Kräfte axialbewegbar. Der Schubausgleichszylinder 37 steht durch eine Rohrleitung 40 mit einer nicht gezeigten Druckmittelquelle in Verbindung. Bei in öl laufenden Schraubenradkompressoren kann diese Druckmittelquelle die Vorrichtung zum Einspritzen des Kühl- und Dichtöls sein, die unter Druck steht, wenn der Schraubenradkompressor unter Lst arbeitet, dagegen drucklos wird, sobald der Schraubenradkompressor entlastet oder abgestellt wird.

Jn einer anderen Ausführungsforra kann die Rohrleitung 40 mit einer Quelle von Schmieröl für den Schraubenradkompressor verbunden sein. Jn diesem Fall muß in der Rohrleitung 40 jedoch

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eine Einrichtung vorgesehen sein, welche die Zufuhr von Druck-Öl zu dem Zylinder 37 automatisch unterbricht, wenn der Schraubenradkompressor entlastet oder abgestellt wird.

Der Ausgleichszylinder 37 kann ferner mit einer Druckluft- oder Druckgasquelle verbunden sein. Zu diesem Zweck kann der Zylinder 37 beispielsweise über die Rohrleitung 40 mit einem Zwischenkühler eines mehrstufigen Kompressors oder mit einer stromaufwärts vor dem Rückschlagventil liegenden Stelle der Druckleitung des Kompressors verbunden sein.

Im normalen Betrieb des Schraubenradkompressors bewirken die. Feder 35 und der Ausgleichskolben 36, daß der Axialschub gleichmäßiger auf die Kugellager 9 und 10 der Hauptschnecke 6 verteilt wird als in üblichen Schneckenkompressoren, so daß die Oebrauchsdauer dieser Lager stark verlängert wird. Die Erfindung hat ferner den Vorteil, daß der Abstand zwischen den Stirnflächen 59, 60 am Hochdruckende der Schnecken und der Stirnwand 6l des Lagergehäuses 3 klein gehalten werden kann.

Dieser Abstand ist für den Wirkungsgrad des Schraubenradkompressors von großer Bedeutung. Er braucht nur so groß zu sein, daß trotz ungleichmäßiger Wärmedehnungen und Herstellungstoleranzen der miteinander zusammenwirkenden Teile des Schraubenradkompressors ein Laufsitz vorhanden ist. Da die Schnecken des Kompressors in Fig. 1 stets aufwärtsgehalten werden, kann der Abstand zwischen den Stirnflächen 59, 60 einerseits und 6l andererseits kleiner sein als in den Kugellagern eines üblichen Kompressors dieser Art, in dem sich die Schnecken in Fig. 1 unter manchen Betriebsbedingungen aufwärts und unter anderen Betriebs-

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bedingungen abwärts bewegen. Erfindungsgemäß braucht man bei der Wahl des erforderlichen Abstandes zwischen den Schnecken 6, 7 und der Stirnwand 6l das Spiel der Kugellager nicht berücksichtigen, so daß die Belastung der Kugellager herabgesetzt und der Abstand am Hochdruckende des Kompressors verkleinert wird. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Kompressors erhöht·

in der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform ist auf einem Antriebsgehäuse 4l ein Niederdruck-Schraubenradkompressor 42 und ein Hochdruck-Schraubenradkompressor 4.3 montiert. Diese Kompressoren können ähnlich ausgebildet sein wie nach den Fig. 1-4, wobei jedoch das Schraubenrad 20 beiden Kompressoren gemeinsam ist und deren Ritzel antreibt. Der Niederdruckkompressor 42 ist an eine Zuleitung 44 angeschlossen und durch eine Leitung 45 mit einem Zwischenkühler 46 verbunden. Von diesem führt die Leitung 47 zum Eintritt des Hochdruckkompressors 43. Dessen Austritt ist an eine Austrittsleitung angeschlossen, die über ein Rückschlagventil 49 mit einer Druckleitung 50 verbunden ist.

Beide Kompressoren haben je einen Eintritts- und einen Austrittsstutzen, die im rechten Winkel zueinander und unter einem Winkel von etwa 45° zu der durch die Schneckenachsen gehenden Ebene angeordnet sind. Der Ausgleichszylinder 37 des Niederdruckkompressors 42 ist Über die Rohrleitung 40 mit einem Rohr 51 verbunden, das zu einem Schieber 52 führt, der zwei Stellungen a und b einnehmen kann und vorzugsweise votx dem Zwischenkühler 46 über ein Rohr 53 gegen die Wirkung einer Feder 64 druckbeaufschlagt ist. Im normalen Betrieb des Kompressors, wenn in dem Zwischenkühler 46 der volle Zwischendruck vorhanden ist, wird der Schieber 52 in der Stellung a

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gehalten, in der Druckmittel, beispielsweise Druckluft, von dem Zwischenkühler 46 über ein von dem Rohr 45 abgezweigtes Ruhr 54 durch den Schieber 52 in den Ausgleichszylinder 37 des Niederdruck-Schraubenradkompressors 42 strömt und den _t Außenring 34 des Kugellagers 9 gegen die Wirkung der Feder 35 beaufschlagt. Bei entlastetem Kompressor sinkt der Druck in dem Zwischenkühler 46 unter den atmosphärischen Druck, so daß die Feder 64 den Schieber 52 in die Stellung b bewegt, in welcher der Ausgleichszylinder 37 zur Atmosphäre entlüftet wird und die Verbindung zwischen den Rohren 54 und 51" unterbrochen ist.

Der Hochdruck-Schraubenradkompressor 43 besitzt eine Rohrleitung 40, die den Ausgleichszylinder 37 über ein Rohr 55 mit einer unterhalb des Rückschlagventils 49 liegenden Stelle der Hochdruck-Austrittsleitung 48 verbindet· Wenn der Schraubenradkompressor ohne Last und der Druck in der Austrittsleitung sinkt, wird der Druck auf den Ai^gleichskolben 36 des Hochdruckkompressors 43 um denselben Betrag herabgesetzt.

Im Rahmen des Erfindungsgedankend sind verschiedene Abänderungen der vorstehend beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele möglich.

Ansprüche:

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Claims

Patentanwälte Dr. W. Andrejewski, Dr. M. Honke, 43 Essen, Kettwiger StraBe - 10 Ansprüche

1) Rotationsmaschine, insbesondere Schraubenradkompressor mit wenigstens einer Schnecke, welche in einem Gehäuse in Wälzlagern drehbar gelagert und von einem Arbeitsmittel in axialer Richtung beaufschlagt ist, und mit einer Kolben-Zylinder-Anordnung für den Ausgleich des Axialschubes versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kugellager (9) eine rotierende und eine axial bewegliche Laufbahn besitzt, daß eine Federanordnung (35) vorgesehen ist, die die axialbewegliche Laufbahn in gleicher Richtung wie das Arbeitsmittel und entgegengesetzt der Kolben-Zylinder-Anordnung (36-38) beaufschlagt, so daß Federkraft immer die übrigen Kräfte überwiegt, und daß für die Kolben-Zylinder-Anordnung (36-38) ein vom Betrieb der Rotationsmaschine abhängige Druckmittel vorgesehen ist.

2) Rotationsmaschine nach Anspruch 1, wolche einander schneidende, parallele Bohrungen besitzt, in denen wenigstens eine Hauptschnecke und eine Steuerschnecke drehbar gelagert sind und ineinandergreifen und miteinander und mit den Wandungen der Bohrungen beim Betrieb von Eintrittsöffnungen zu Austrittsöffnungen des Gehäuses wandernde Arbeitsräume begrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylinder-Anordnung (36-38) mit der Druckseite des Kompressors in Verbindung steht und zur Übertragung eines Axialschubes auf eine mit einem Schraubenradgetriebe (19, 20) verbundene Hauptschnecke (6) dient, welcher dem Axialschub von der Federanordnung (35) auf der Hauptschnecke (6) entgegen und dem Axialschub vom Schraubenradgetriebe gleich gerichtet ist.

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(Art 711 At* 2 Nr. I Satz 3 d- Xrxfraininu, v.

Patentanwalt« Dr. W. Andrejewski, Dr. M. Honke, 43 Essen, Kettwiger Straß·

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3) Rotationsmasohine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet« daß das Kugellager (9) der Hauptschnecke (6) einen Innenring und einen Außenring (34) besitzt, und einer dieser Ringe im Gehäuse (1-3) drehfest aber axial verschiebbar angeordnet ist und unter den einander entgegengesetzten Wirkungen eines Ausgleichskolbens (36) und der Federanordnung (35) steht.

4) Rotationsmaschine nach Anspruch 2, in der zur Erzeugung eines Druckmittel mindestens zwei Vefdlchtungsstufen für das Arbeitsmittel vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rohrleitung (40, 51) zum Beaufschlagen der Kolben-Zylinder-Anordnung (36-38) mit Druckmittel von einem zwischen den beiden- , stufen angeordneten Raum (54) des Kompressors zu dem Kolbenzylinder (37) führt.

5) Rotationsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schieber (52) zum Entlasten der Kolben-Zylinder-Anordnung (36-38) vom Arbeitsmitteldruck an der Druckseite des Kompressors beim Entlasten des Kompressors vorgesehen ist.

6) Rotationsmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß von einem unter Druck stehenden Raum des Kompressors Rohrleitungen (40, 51, 54) zu dem Ausgleichskolben (37) führt und in dieser Leitung der Schieber (52) angeordnet ist, der den genannten Raum des Kompressors mit'dem Zylinder (37) verbindet, wenn der Raum unter Druck steht, und bei drucklosem Raum die Leitung sperrt und den Zylinder (37) mit der Atmosphäre verbindet.

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Patentanwälte Dr. W. Andrefewski, Dr. M. Honke, 43 Essen, Kettwiger Straße

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7) Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (j57) in dem Gehäuse (1-3) gegenüber dem Ausgleichskolben (36) axial bewegbar und mit der Hauptschnecke (6) verbunden ist und der Ausgleichskolben (36) £est mit dem Gehäuse (1-3) verbunden ist.

PAe Dr.Andrejewski, Dr.Honke

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