DE1551070B

DE1551070B - Parallel and external-axis rotary piston machine

Info

Publication number: DE1551070B
Authority: DE
Inventors: Hans Kristofer Segel torp Trulsson Sven Ivar Nacka Olofsson, (Schweden)
Original assignee: Atlas Copco AB
Current assignee: Atlas Copco AB

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine parallel- und außenachsige Rotationskolbenmaschine mit Kämmeingriff zwischen schraubenförmigen Nuten- und Rippenrotoren, die mittels Axialdrucklagern im Gehäuse gelagert sind, wobei ein auf die Axialdrucklager einwirkender axial verschiebbarer Ringkolben vorgesehen ist, der vom Druckmittel beaufschlagt ist.The invention relates to a parallel and external axis rotary piston machine with meshing engagement between helical grooved and ribbed rotors, which by means of axial pressure bearings in the housing are mounted, with an axially displaceable annular piston acting on the axial thrust bearing is provided, which is acted upon by the pressure medium.

Eine derartige Rotationskolbenmaschine ist aus der britischen Patentschrift 1 026 165 bekannt. Bei dieser Rotationskolbenmaschine ist der Ringkolben an der Welle des zugeordneten Rotors fixiert. Die Ausgleichskraft, welche von einem vom Betriebsmittel der Maschine unabhängigen Druckmittel erzeugt wird, wirkt direkt auf den Rotor. Das hat zur Folge, daß die Axialdrucklager trotz der Anordnung für den Ausgleich der Axialkräfte erhebliche Kräfte aufzunehmen haben, wenn die Ausgleichskräfte, abhängig von den Betriebsbedingungen, den genauen Ausgleich der Axialkräfte nicht vollständig oder nicht immer bewirken. Dabei müssen unterschiedliche Beanspruchungen der beidseits eines Rotors angeordneten Axialdrucklager in Kauf genommen werden. Im übrigen können die Rotoren nach Maßgabe der Toleranzen bei Axialdrucklagern sich bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen in beiden Axialrichtungen bewegen. Entsprechend muß am Hochdruckende der Spalt zwischen den Stirnflächen der Rotoren und dem Gehäuse gewählt sein, wobei ein großer Spalt Spalt-Verluste verursacht und den Wirkungsgrad beeinträchtigt. Such a rotary piston machine is known from British patent specification 1,026,165. at In this rotary piston machine, the annular piston is fixed to the shaft of the associated rotor. the Compensation force generated by a pressure medium that is independent of the machine's operating medium acts directly on the rotor. This has the consequence that the thrust bearing despite the arrangement for the Compensation of the axial forces have to absorb considerable forces if the compensation forces are dependent of the operating conditions, the exact compensation of the axial forces is not complete or not always cause. Different loads must be placed on both sides of a rotor Axial thrust bearings are accepted. In addition, the rotors can according to the tolerances in thrust bearings move in both axial directions under different operating conditions. Accordingly, at the high pressure end of the gap between the faces of the rotors and the Housing should be chosen, with a large gap causing gap losses and impairing efficiency.

Bei Rotationskolbenmaschinen anderer Gattung (vgl. deutsche Patentschrift 714 088), nämlich bei Lamellenkolbenverdichtern ist die Verwendung von Wellringen und anderen federnden Elementen bekannt, um den Außenring eines Wälzlagers bzw. Kugellagers in axialer Richtung festzulegen und damit das Mindestspiel zwischen Läufer und Gehäusedekkel einzustellen, was eine Wirkungsgraderhöhung zur Folge hat. Axialkräfte sind hier praktisch nicht aufzunehmen. Folglich haben diese bekannten Maßnahmen die aus dem Auftreten von Axialkräften herrührenden Probleme bei Rotationskolbenmaschinen der erfindungsgemäßen Gattung nicht beeinflußt.In rotary piston machines of a different type (cf. German Patent 714 088), namely in lamellar piston compressors the use of corrugated rings and other resilient elements is known to the outer ring of a roller bearing or ball bearing to be determined in the axial direction and thus the minimum play between the rotor and the housing cover adjust, which results in an increase in efficiency. Axial forces are practically not to be absorbed here. Consequently, these known measures have those resulting from the occurrence of axial forces Problems with rotary piston machines of the type according to the invention are not affected.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Rotationskolbenmaschine der eingangs beschriebenen Gattung die Belastung der Axialdrucklager herabzusetzen und gleichzeitig die beschriebenen Spaltverluste zu reduzieren.The invention is based on the object, in the case of a rotary piston machine, of the type described at the outset Type to reduce the load on the axial thrust bearing and at the same time the described To reduce gap losses.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ringkolben unmittelbar mit dem radial äußeren, axial verschiebbaren Lagerring des Axialdrucklagers in Wirkverbindung steht und auf demselben Lagerring eine in entgegengesetzter Richtung wirkende Feder einwirkt.This object is achieved according to the invention in that the annular piston is directly connected to the radial outer, axially displaceable bearing ring of the thrust bearing is in operative connection and on the same A spring acting in the opposite direction acts on the bearing ring.

Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß bei einer erfindungsgemäßen Rotationskolbenmaschine die Belastung der Axialdrucklager erheblich reduziert wird. Bei normalem Betrieb bewirken nämlieh die Feder und der Ringkolben, daß der Axialschub sich gleichmäßiger auf die beidseitigen Axialdrucklager des Rippenrotors verteilt, so daß auch bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten die Lebensdauer dieser Axialdrucklager beachtlich erhöht wird. Darüber hinaus lassen sich die Spaltverluste reduzieren, weil die Spaltweite wegen der über die Feder bestimmte genaue Lage der Rotoren sehr klein gehalten werden kann.The advantages achieved can be seen in the fact that in a rotary piston machine according to the invention the load on the thrust bearing is significantly reduced. In normal operation they cause the spring and the annular piston that the axial thrust is more evenly distributed on the axial thrust bearings on both sides of the rib rotor, so that the service life even at high rotational speeds this thrust bearing is increased considerably. In addition, the gap losses can be reduced, because the gap width is kept very small because of the exact position of the rotors determined by the spring can be.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes in der Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigtThe following is an embodiment of the subject matter of the invention explained in detail in the drawing. It shows

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem Längsschnitt einer parallel- und außenachsigen Rotationskolbenmaschine im Bereich eines Axialdrucklagers mit ver- ■ schiebbarem Ringkolben und1 shows a detail from a longitudinal section of a rotary piston machine with parallel and external axes in the area of an axial thrust bearing with ■ displaceable annular piston and

F i g. 2 perspektivisch eine Feder aus dem Gegenstand nach F i g. 1.F i g. 2 is a perspective view of a spring from the object according to FIG. 1.

Die in der F i g. 1 dargestellte Rotationskolbenmaschine ist eine parallel- und außenachsige Maschine mit Kämmeingriff zwischen einem schraubenförmigen Nutenrotor 1 und einem Rippenrotor 2. Die Rotoren 1, 2 sind mittels Axialdrucklager 3 und zusätzlicher Rollenlager 4 im Gehäuse 5 gelagert, wobei ein auf die Axialdrucklager 3 einwirkender, axial verschiebbarer Ringkolben 6 vorgesehen ist, der von einem Druckmittel beaufschlagt ist. Im allgemeinen ist lediglich der Rippenrotor 2 mit einem derartigen Ringkolben 6 ausgerüstet. Tatsächlich erfahren bei einer derartigen Rotationskolbenmaschine die Rotoren 1, 2 und insbesondere der Rippenrotor 2 erhebliehe Axialkräfte, die über die Axialdrucklager 3 aufgenommen werden. Im Ausführungsbeispiel sind die Axialdrucklager 3 als Kugellager ausgeführt. Es können auch andere Wälzlager eingesetzt werden, die zur Aufnahme von Axialkräften geeignet sind, beispielsweise Radial-Schrägkugellager, Kegelrollenlager u. dgl. Stets ist die Anordnung so zu treffen, daß der Ringkolben 6 unmittelbar mit dem radial äußeren, axial verschiebbaren Lagerring 7 des Axialdrucklagers 3 in Wirkverbindung steht und auf denselben Lagerring 7 eine in entgegengesetzter Richtung wirkende Feder 8 einwirkt. Mit anderen Worten ist im Ausführungsbeispiel der äußere Lagerring? des Axialdrucklagers 3 des Rippenrotors 2 unter der Wirkung einer ringförmigen Feder 8 axial verschiebbar.The in the F i g. 1 shown rotary piston machine is a parallel and external axis machine with meshing engagement between a helical groove rotor 1 and a ribbed rotor 2. The rotors 1, 2 are mounted in the housing 5 by means of thrust bearings 3 and additional roller bearings 4, with a on the axial thrust bearing 3 acting, axially displaceable annular piston 6 is provided, which of a pressure medium is applied. In general, only the rib rotor 2 is such Ring piston 6 equipped. Indeed, in such a rotary piston machine, the rotors experience 1, 2 and in particular the ribbed rotor 2 considerable axial forces which are absorbed via the axial thrust bearing 3 will. In the exemplary embodiment, the thrust bearings 3 are designed as ball bearings. It can other roller bearings are also used which are suitable for absorbing axial forces, for example Radial angular contact ball bearings, tapered roller bearings and the like. The arrangement must always be made so that the Ring piston 6 directly with the radially outer, axially displaceable bearing ring 7 of the axial pressure bearing 3 is in operative connection and acting on the same bearing ring 7 in the opposite direction Spring 8 acts. In other words, is the outer bearing ring in the exemplary embodiment? of Axial thrust bearing 3 of the rib rotor 2 can be axially displaced under the action of an annular spring 8.

Eine mögliche Gestaltung einer solchen Feder 8 ist aus Fig. 2 erkennbar. Ferner wirkt auf diesen äußeren Lagerring 7 der schon erwähnte Ringkolben 6, der in einem entsprechenden Zylinder 9 beweglich ist. Der Zylinder 9 ist in einem Zylindergehäuse 10 angeordnet, welches durch Schrauben 11 mit dem Gehäuse 5 verschraubt ist. Im Ausführungsbeispiel ist die Feder 8 eine gewellte Ringfeder, man kann jedoch auch andere Federn verwenden, beispielsweiseOne possible design of such a spring 8 can be seen from FIG. It also acts on the outside Bearing ring 7 of the already mentioned annular piston 6, which is movable in a corresponding cylinder 9 is. The cylinder 9 is arranged in a cylinder housing 10, which by screws 11 with the Housing 5 is screwed. In the exemplary embodiment, the spring 8 is a corrugated ring spring, but you can also use other springs, for example

einen Satz von wendeiförmigen Federn. Nur der Ordnung halber sei bemerkt, daß der äußere Lagerring 7 des Axialdrucklagers 3 am Gleichlaufende des Nutenrotors 1 unter der Wirkung einer Einzelfeder axial bewegbar ist. Der Zylinder 9 steht durch eine Rohrleitung 12 mit einer nicht gezeichneten Druckmittelquelle in Verbindung, die vom Betriebsmittel der Rotationskolbenmaschine unabhängig ist. Bei in Öl laufenden Kompressoren kann diese Druckmittelquelle die Vorrichtung zum Einspritzen des Kühl- und Dichtöls sein, die unter Druck steht, wenn der Rotationskolbenkompressor unter Last arbeitet, dagegen drucklos wird, sobald der Rotationskolbenkompressor entlastet und abgestellt wird. Man kann jedoch die Rohrleitung 12 auch mit einer Quelle von Schmieröl für die Rotationskolbenmaschine verbinden. In diesem Falle empfiehlt sich die Anordnung einer Einrichtung, welche die Zufuhr von Drucköl zu dem genannten Zylinder automatisch unterbricht, wenn die Rotationskolbenmaschine entlastet ist.a set of helical springs. For the sake of clarity, it should be noted that the outer bearing ring 7 of the axial thrust bearing 3 at the synchronous end of the grooved rotor 1 under the action of a single spring axially is movable. The cylinder 9 stands through a pipe 12 with a pressure medium source (not shown) in connection that is independent of the operating resources of the rotary piston machine. When running in oil This pressure medium source can be the device for injecting the cooling and compressors Be sealing oil, which is under pressure when the rotary piston compressor is working under load, on the other hand becomes depressurized as soon as the rotary piston compressor is relieved and switched off. However, one can also connect the conduit 12 to a source of lubricating oil for the rotary piston engine. In this case, it is advisable to arrange a device that allows the supply of pressurized oil automatically interrupts said cylinder when the rotary piston machine is relieved.

Im normalen Betrieb der dargestellten Rotationskolbenmaschine bewirken die Feder 8 und der Ringkolben 6, daß der Axialschub sich gleichmäßig auf die beiden Axialdrucklager 3 des Rippenrotors 2 verteilt, von denen nur eines gezeichnet ist und das andere an der anderen Seite des Rippenrotors 2 angeordnet ist. Dadurch wird die Lebensdauer dieser Lager stark verlängert, und zwar auch dann, wenn mit hohen Geschwindigkeiten gearbeitet wird. Die Vorrichtung hat ferner den Vorteil, daß der Abstand zwischen den Stirnflächen der Rotoren 1, 2 am Hochdruckende und der Stirnwand des Lagergehäuses klein gehalten werden kann, was nicht dargestellt worden ist.During normal operation of the rotary piston machine shown, the spring 8 and the annular piston act 6, that the axial thrust is evenly distributed over the two axial thrust bearings 3 of the ribbed rotor 2, only one of which is drawn and the other is arranged on the other side of the rib rotor 2 is. This greatly extends the service life of these bearings, even if they are high Speeds is worked. The device also has the advantage that the distance between the end faces of the rotors 1, 2 at the high pressure end and the end wall of the bearing housing kept small what has not been represented can become.

ίο Dieser Abstand ist bekanntlich für den Wirkungsgrad einer Rotationskolbenmaschine von großer Bedeutung. Er braucht nur so groß zu sein, daß trotz ungleichmäßiger Wärmedehnungen und Herstellungstoleranzen der zusammenwirkenden Teile ein Lauf- sitz vorhanden ist. Da die Rotoren bei der dargestellten Rotationskolbenmaschine über die Federn 8 stets in Richtung des Pfeiles 13 gehalten werden, kann der Abstand zwischen den erwähnten Stirnflächen kleiner sein als üblicherweise, wo die Toleranzen der Axialdrucklager berücksichtigt werden müssen und wo sich folglich die Rotoren unter manchen Betriebsbedingungen in Richtung des genannten Pfeiles 13 und unter anderen Bedingungen in umgekehrter Richtung bewegen.ίο This distance is well known for the efficiency a rotary piston machine of great importance. It just needs to be so big that despite being uneven Thermal expansion and manufacturing tolerances of the interacting parts a running seat is present. Since the rotors in the rotary piston machine shown are always via the springs 8 be held in the direction of arrow 13, the distance between the mentioned end faces can be smaller than usual, where the tolerances of the thrust bearings must be taken into account and where consequently the rotors under some operating conditions in the direction of said arrow 13 and below other conditions move in reverse.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim:

Parallel and external axis rotary piston machine with meshing engagement between helical Grooved and ribbed rotors, which are mounted in the housing by means of axial pressure bearings, wherein an axially displaceable annular piston acting on the thrust bearing is provided, which is acted upon by pressure medium, characterized in that the annular piston (6) directly to the radially outer, axially displaceable bearing ring (7) of the thrust bearing (3) is in operative connection and on the same bearing ring (7) one in the opposite direction acting spring (8) acts.