DE3326910A1

DE3326910A1 - Oelfreier rotationsverdraengungskompressor

Info

Publication number: DE3326910A1
Application number: DE19833326910
Authority: DE
Inventors: Hidetomo Ibaraki Mori; Shigeru Nishiibaraki Ibaraki Sasaki; Akira Atsugi Suzuki; Riichi Uchida
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-09-17
Filing date: 1983-07-26
Publication date: 1984-03-22
Also published as: US4487563A; GB2127490A; JPH0144914B2; GB2127490B; JPS5951190A; CA1205438A; GB8320385D0

Description

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ÖLFREIER ROTATIONSVERDRÄNGUNGSKOMPRESSOR

Die Erfindung betrifft trockene Rotationsverdrängungskompressoren, bei denen im Kompressionsraum keine Öle für die Schmierung, Kühlung und Abdichtung zugeführt werden, so daß ölfreie komprimierte Gase erzeugt werden. Die Erfindung betrifft insbesondere einen derartigen Schraubenkompressor.

Bei Rotationsverdrängungskompressoren in trockener bzw. ölfreier Bauweise wird zwar einem Kompressionsraum für die Aufnahme der Rotore kein öl zugeführt, es besteht jedoch die Gefahr, daß das Schmieröl für die Lager der Rotoren in den Kompressionsraum eindringt. Das Öl tritt in den Kompressionsraum durch die Spielräume zwischen den Wellen, die mit den Rotoren verbunden sind, und der Wand des Gehäuses ein, das die Wellen umschließt. Zwischen den Wellen und dem Kompressionsraum werden deshalb Ölabschirmeinrichtungen vorgesehen (JP-OS 55-64172, 56-39361, 56-164281). Dieser Stand der Technik beschreibt die konstruktive Ausführung von ölabschirmeinrichtungen, gibt jedoch keinen Hinweis darauf, das Problem bezüglich der Position zu lösen, in welcher die ölabschirmeinrichtungen anzubringen sind und hinsichtlich des Aufbaus von ölabschirmeinrichtungen, die für eine ausgewählte Position speziell geeignet ist, so daß man eine gute Kombination von Position und Aufbau erhält.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, einen Rotationsverdrängungskompressor zu schaffen, bei welchem der Eintritt von Schmieröl

aus den Lagern in den Kompressionsraum vermieden vird, so daß ölfreies Gas mit hohem Druck erzeugt werder. kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Rotationsverdrängur.gskompressor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine schwimmende bzw. frei bewegliche Dichtungsringeinrichtung an einer Stelle zwischen der saugseitigen Lagerung und dem Kompressionsraum und eine ortsfeste Dichtungsringeinrichtung an einer Stelle zwisehen der förderseitigen Lagerung und dem Kompressionsraum vorgesehen werden.

Die frei bewegliche Dichtungsringeinrichtung, deren Halterung eine Bewegung sowohl in Radialrichtung als auch in Axialrichtung bezüglich des Gehäuses zuläßt, kann den Bewegungen der drehenden Welle, insbesondere in Radialrichtung, folgen. Dies ermöglicht eine Reduzierung des radialen Spiels zwischen dem Dichtungsring und der Welle, so daß die Abdichtung der Dichtungsringeinrichtung verbessert ist. Die Druckdifferenz zwischen einem Gehäuse für die saugseitige Lagerung und dem Kompressionsraum ist klein. Manchmal kann der Druck im Kompressionsraum niedriger werden als in dem nahe daranliegenden saugseitigen Lagergehäuse, was dazu führt, daß öl in dem saugseitigen Lagergehäuse zum Kompressionsraum gezogen wird. Dies wird wirksam durch Verwendung der frei beweglichen Dichtungsringeinrichtung vermieden.

Die ortsfeste Dichtungsringeinrichtung, die an dem Gehäuse über abdichtende Materialien befestigt ist, bewegt sich nicht wesentlich in Radial- und Axialrichtung, so daß es erforderlich ist, einen etwas größeren radialen Spielraum zwischen dem Dichtungs-

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-fiund der Welle vorzusehen als wenn der Dichtungsring ein frei beweglicher Dichtungsring wäre. Somit ist die Dichtungsfähigkeit der ortsfesten Dichtungsringeinrichtung geringer als die der frei beweglichen Dichtungsringeinrichtung. Da jedoch der Druck im Gehäuse für die Aufnahme der förderseitigen Lagerung gewöhnlich geringer als im angrenzenden Kompressionsraum ist, unterdrückt die Druckdifferenz ein Eintreten von Öl aus dem förderseitigen Lagergehäuse in den Kompressionsraum. Somit kann der Eintritt von Öl aus der förderseitigen Lagerung in den Kompressionsraum vermieden werden.

Der erfindungsgemäße Kompressor hat den Vorteil, daß aufgrund der gewählten Kombination von Position und Aufbau der Ölabschirmung das Eindringen von Schmieröl aus den Lagern in den Kompressionsraum verhindert wird, so daß ölfreies Gas mit hohem Druck erzeugt werden kann. Dadurch kann ein einstufiger ölfreier Schraubenkompressor mit Ölabschirmung hergestellt werden, mit dem sich Druckverhältnisse zwischen dem Förderdruck und dem Saugdruck von 5 bis 8 erreichen lassen. Die Anzahl der Bauteile des Schraubenkompressors kann gering gehalten und die Montage der Teile erleichtert werden.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1: einen Längsschnitt durch einen ölfreien Schraubenkompressor

Fig. 2: den Schnitt II - II von Fig. 1

Fig. 3: im Längsschnitt den saugseitigen Wellenabschnitt von Fig. 1

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Fig. 4: im Schnitt den frei beweglichen Schraubendichtungsring von Fig. 3

Fig. 5: im Längsschnitt den förderseitigen Wellenabschnitt von Fig. 1 und

Fig. 6: im Schnitt den ortsfesten Schraubendichtungsring von Fig. 5.

Der in der Zeichnung gezeigte einstufige ölfreie Schraubenkompressor hat einen Eingriffsrotor 1 mit einem Gewindegang 1a und Wellenabschnitten 12a und 12c sowie einen Gegenrotor 2 mit einem Gewindegang 2a und Wellenabschnitten 12b und 12d. Eingriffsrotor 1 und der Gegenrotor 2 sind in einem Kompressionsraum angeordnet, der von einem Gehäuse gebildet wird, und werden in klemmenden Eingriffen miteinander gehalten.

Das Gehäuse hat ein Hauptgehäuse 3, ein saugseitiges Gehäuse 4, das mit dem Hauptgehäuse 3 durch Bolzen verbunden ist, und eine stirnseitige Abdeckung 5, die im Hauptgehäuse 3 durch Schraubenbolzen befestigt ist. Das Eauptgehäuse 3 bildet den Kompressionsraum in Form von zwei einander schneidenden zylindrischen Bohrungen.

Die Wellenabschnitte 12a und 12c des Eingriffsrotors 1 und die Wellenabschnitte 12b und 12d des Gegenrotors 2 durchdringen das Gehäuse, wobei Wellenabdichteinrichtungen 8a, 8b, 8c und 8d an den Wellenabschnitten 12a, 12b, 12c bzw. 12d an Stellen angebracht sind, an denen der Eintritt ins Gehäuse stattfindet. Die Wellenabdichteinxichtungen 8a, 8b, 8c und 8d befinden sich in unmittelbarer Nähe der Rotore um die Wellen abzudichten und um zu verhindern, daß verdichtetes Gas, wie komprimierte luft, nach außen als Leckstrom aus dem Korn-

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pressionsraum entweicht und um das Öl zur Schmierung der Lager davon abzuhalten, von den Lagern in den Kompressionsraum einzudringen.

Die beiden Rotore 1 und 2 sind im Gehäuse in Radiallagern 6a, 6b, 6c und 6d für die Aufnahme von radialen Belastungen, und durch Axiallager 7a, 7b, 7c und 7d zur Aufnahme von Schubbelastungen gehalten.

An den förderseitigen Wellenabschnitten der Rotore 1 und 2 ist ein Paar von Steuerzahnrädern 9 und 10 angeordnet, die miteinander kämmen und durch die die Rotore 1 und 2 rotieren können, ohne daß sie miteinander in Berührung stehen. Am Ende des saugseitigen Wellenabschnitts 12a des Eingriffsrotors 1 sitzt ein Ritzel 11, das von einem nicht gezeigten Mitnahmezahnrad angetrieben wird. Wenn von einer Antriebsquelle auf das Ritzel 11 eine Antriebskraft übertragen wird, werden der Eingriffsrotor 1 und der Gegenrotor 2, die ein Paar bilden, synchron miteinander über die Steuerzahnräder 9 und 10 gedreht, während sie voneinander durch einen geringen Spielraum entfernt sind. Dies hat zur Folge, daß Gas, beispielsweise Luft, durch Ansaugung über einen Saugkanal 31 und eine nicht gezeigte Ansaugöffnung in eine Kompressionskammer gezogen wird, die zwischen den Gewindegängen 1a und 2a der Rotore 1 und 2 gebildet wird. Wenn sich die . Rotore 1 und 2 drehen, wird die Verbindung zwischen der Kompressionskammer und der Ansaugöffnung unterbrochen. Das Volumen der Kompressionskammer wird allmählich geringer, so daß das Gas, nämlich die Luft, in der Kompressionskammer komprimiert und durch eine nicht gezeigte Förderöffnung für verschiedene Verwendungszwecke abgeführt wird.

Fig. 3 zeigt den Wellenabschnitt 12b des Gegenrotors an seiner Saugseite. Die Rotore 1 und 2 sind im wesentlichen gleich gebaut, so daß eine Erläuterung des Wellenabschnitts 12a des Eingriffsrotors 1 an seiner Saugseite nicht erforderlich ist. Die Wellenabschnitte werden gegen Gas durch eine keinen Kontakt herstellende Dichtungseinrichtung 13 abgedichtet. Diese kontaktfreie Dichtungseinrichtung hat Ringe aus Kohlenstoff oder einem Kunstharz, wie Tetrafluoräthylen, die nebeneinander angeordnet sind. Das radiale Rollenlager 6b nimmt zugeführtes Schmiermittel auf, das in Strahlen über eine Zuführleitung 28 und eine Öffnung 30 in einer Lagerhaiterung 29 abgegeben wird. Nach dem Durchgang durch das Lager 6b, wird der Hauptteil des Schmiermittels über eine Ölabführleitung 26 abgeführt. Das Saugende 24 des Kompressionsraums, in welchem die Rotore 1 und 2 angeordnet sind, steht immer unter einem Unterdruck, der während des belastungsfreien Betriebs zunimmt. Somit wird immer Luft in einen Raum 55 durch Ansaugung über eine Verbindungsleitung 16 mit der Atmosphäre und eine Vielzahl von Öffnungen 15 angesaugt, die in einem Hohlring bzw. Laternenring 14 ausgebildet sind, so daß der Raum 55, der zwischen dem Hohlring 14 und dem Wellenabschnitt 12b gebildet wird, sich immer unter Unterdruck befindet, der während des lastfreien Betriebs zunimmt. Deshalb ist es erforderlich, eine Ölabschirmung mit hoher Abdichtungsfähigkeit zu verwenden, um zu verhindern, daß ■ das aus dem Lager 6b abgeführte Öl in den Kompressions"-raum gesaugt wird. Für diesen Zweck wird eine Schraubendichtungseinrichtung verwendet, die in der Lage ist, eine zufriedenstellende Abdichtungsfunktion durch eine Pumpwirkung zu erzeugen, wenn die Wellen drehen. Die Schraubendichtung hat eine Abdichtungsfähigkeit, die im wesentlichen umgekehrt proportional zum radialen Spiel

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zwischen der Welle und der Schraubendichtunc ist, so daß ein Schraubendichtungsring 21 in schwimmender bzw. frei beweglicher Bauweise verwendet wird, um fas radiale Spiel auf ein Minimum zu reduziere-.

Der Schraubendichtungsring 21 ist an seiner Innenfläche mit einem wendeiförmigen Schraubengang 23 und einem Gewindefuß 22 versehen, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Wenn der Wellenabschnitt 12b sich in Richtung des in Fig. 3 gezeigten Teils dreht, wird Gas (Luft) am Gewindefuß 22 aufgrund seiner Viskosität angezogen und strömt vom Raum 55 in Richtung des Lagers 6b, wobei eine Pumpwirkung erzeugt wird, um Öl in Richtung des Lagers abzuführen. Der Schraubendichtungsring 21 wird durch eine gewellte Feder oder eine Schraubenfeder 27 gegen den Hohlring 14 in stirnseitigem Kontakt miteinandergedrückt. Da der Dichtungsring 21 radial beweglich ist, kann er davon abgehalten werden, mit dem Wellenabschnitt 12b in Kontakt zu kommen, wenn das Spiel zwischen dem Dichtungsring 21 und dem Wellenabschnitt 12b etwas größer als das radiale Spiel des Lagers 6b ist, wodurch der Eichtungsring 21 eine hohe Abdichtfähigkeit hat. In einezi Ring 18 ist eine ölabführöffnung 25 ausgebildet. Zwischen dem Hohlring 14 und dem Ring 18 ist ein O-ring 17 angeordnet, der verhindert, daß öl zum Außenumfang des Hohlrings 14 leckt.

Fig. 5 zeigt den Wellenabschnitt 12d des Gegenrotors an seiner Abgabeseite bzw. Förderseite. Die Rotore 1 und 2 haben im wesentlichen den gleichen Aufbau, so daß eine Beschreibung des Wellenabschnitts 12c des Eingriffsrotors 1 auf der Förderseite nicht erforderlich ist.

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Die in berührungsfreier Bauweise vorgesehene Dichtungseinrichtung 40 zum Abdichten der Wellenabschnitte gegenüber Gas ist genauso gebaut wie die bereits beschriebene Einrichtung 20. Das radiale Rollenlager 6d und das axiale Rollenlager 7b erhalten Schmieröl zugeführt, das strahlenförmig durch eine ölzuführleitung 49 und kleine Öffnungen 51 und 52 in einem ölzuführring 50 abgegeben wird. Nach dem Durchlaufen durch das Lager 6d wird ein Großteil des Schmiermittels über eine ölabführleitung 48 abgeführt. Am Abführende 46 des Kompressionsraums herrscht immer ein Überdruck, also ein Druck, der höher als der Atmosphärendruck ist, so daß ein Teil des Gases (Luft) zur Atmosphäre über die Gasdichtungseinrichtung 40 aus einer Verbindungslextung 46 mit der Atmosphäre freigegeben wird. Somit ist der Druck im Raum 57 immer ein überdruck, so daß keine Gefahr besteht, daß öl durch Ansaugen in den Kompressionsraum gezogen wird. Um zu verhindern, daß Öl nach außen über die Verbindungsleitung 46 mit der Atmosphäre leckt, nachdem es durch das Lager 6d geströmt ist, muß jedoch eine entsprechende Einrichtung vorgesehen werden. Die Dichtungsringeinrichtung für die Wellenabschnitte auf der Förderseite brauchen keine hohe Abdichtungsfähigkeit zu haben, so daß ein ortsfester bzw. stationärer Dichtungsring 42 mit einem relativ großen Radialspiel verwendet werden kann. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist der Schraubendichtungsring 4 2 an seiner Innenfläche mit einem wendeiförmigen Schraubengang 44 und einem Gewindefuß 45 versehen. Wenn sich der Wellenabschnitt 12d in der Richtung des in Fig. 5 gezeigten Pfeils dreht, hat der Dichtungsring 42 eine Dichtungsfunktion durch seine Pumpwirkung. Am Außenumfang des Schraubendichtungsrings 42 ist ein O-ring 53 angebracht, um zu verhindern, daß öl nach außen durch den freien Raum zwischen dem

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Gehäuse 3 und der äußeren Umfangsflache des Dichtungsrings 42 leckt. Der Schraubendichtungsring 42 ist mit einer Vielzahl von Öffnungen 4 3 für die Freigabe von Gas (Luft) an die Atmosphäre versehen. Die Wellendichtungseinrichtung 4 0 und der Schraubendichtungsring 4 2 werden gegen einen Schnappring 4 7 durch eine gewellte Feder 41 gedrückt.

Erfindungsgemäß wird eine frei bewegliche Schraubendichtungsringeinrichtung 20 verwendet, die mit einem kleinen radialen Spiel als Ölabschirmung wirkt und auf der Saugseite des Kompressors angeordnet ist, wo Dichtungseinrichtungen mit hoher Abdichtungsfähigkeit vorgesehen sind. Erfindungsgemäß wird weiterhin eine ortsfeste Schraubendichtungsringeinrichtung 40 mit relativ großem radialen Spiel als ölabschirmeinrichtung verwendet, die auf der Förderseite des Kompressors sitzt, wo die Ölabschirmeinrichtung keine hohe Abdichtfähigkeit zu haben braucht. Somit wird erfindungsgemäß eine Kombination von ölabschirmeinrichtungen geschaffen, die derart wählbar sind, daß jeder Abschnitt des Kompressors, der eine Abdichtung erfordert, eine geeignete Ölabschirmung mit einem Radialspiel hat, das Dichtungsanforderungen für den entsprechenden Abschnitt entspricht. Der Einsatz der ortsfesten Schraubendichtungsringeinrichtung 4 0 als Ölabschirmung für die Förderseite, ermöglicht es, die Anzahl der Teile zu verringern, da der Hohlring bzw. Laternenring und der Dichtungsring als ein Stück gebaut werden können, wodurch die Anzahl der Ringe verringert wird. Dies hat zur Folge, daß die ortsfeste Schraubendichtungsringeinrichtung mit dem Hohlring eine axiale Länge hat, die geringer ist als die für das An-

- bringen der frei beweglichen Schraubendichtungsringeinrichtung erforderliche, wodurch die Steifigkeit der beiden Rotore 1 und 2 gesteigert werden kann, da der Abstand

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zwischen den Lagern für ihre Abstützung verringert werden kann. Die Verringerung des axialen Abstands zwischen den Lagern zum Abstützen der Rotore führt zu einem Anstieg der natürlichen Frequenz der Rotore oder zu einem Anstieg ihrer Resonanzfrequenz, was eine gefahrlose Rotation der Rotore mit hoher Drehzahl ermöglicht.

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Claims

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26. Juli 1983

ÖLFREIER ROTATIONSVERDRÄNGUNGSKOMPRESSOR

Patentansprüche

(Λ J Ölfreier Rotationsverdrängungskompressor, insbesondere Schraubenkompressor, mit einem einen Kompressionsraum aufweisenden Gehäuse, einem in dem Kompressionsraum aufgenommenen Rotorpaar, wobei die Rotore jeweils einen Schraubengewindeabschnitt und Wellenabschnitte aufweisen, die sich von den gegenüberliegenden Stirnseiten der Schraubengewindeabschnitte aus erstrecken, mit Radiallagereinrichtungen, die zwischen den Wellenabschnitten der Rotore und dem Gehäuse angeordnet sind, um die beiden Rotore für die Drehung zu lagern, mit Schublagereinrichtungen für die Aufnahme von auf die Rotore wirkenden Axialbelastungen, und mit Zahnrädern, die an den Wellenabschnitten der Rotore festgelegt sind, damit diese synchron miteinander rotieren können, g e kennzeichnet durch frei bewegliche bzw. schwimmende Dichtungsringeinrichtungen (20), die an den saugseitigen Wellenabschnitten (12a), (12b) der beiden Rotore (1), (2) angeordnet sind, und durch ortsfeste Dichtungsringeinrichtungen (4 0), die an den fOrderseitigen Wellenabschnitten (12c), (12d) der beiden Rotore (1), (2) vorgesehen sind, wobei die frei bewegliche Dichtungsringeinrichtung (20) einen fchraubendichtungs-

ring (21) aufweist, der auf einen saugseitigen
Wellenabschnirt (12a), (12b) eines Rotors (1), (2)

aufgepaßt ist: und vom Gehäuse (4) durch eine Bewegung sowohl in Radial- als auch in Axialrichtung
bezüglich des Gehäuses (4) gehalten wird, und der
Schraubendichtungsring (21) von seiner Innenfläche
mit einem wendeiförmigen Schraubengang (23) und

einem Gewindefuß (22) versehen ist, und wobei die

ortsfeste Dichtungsringeinrichtung (4 0) einen Schraubendichtungsring (4 2) aufweist, der auf einen förderseitigen Wellenabschnitt (12c), (12d) aufgepaßt ist und
von dem Gehäuse (3) für eine Bewegung nur in Axial-

richtung bezüglich des Gehäuses (3) gehalten ist, und der Schraubendichtungsring (4 2) an seiner Innenfläche mit einem wendeiförmigen Schraubengang (45) und einem Gewindefuß (44) versehen ist.
2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Dichtungsringeinrichtungen (20), (40), jeweils in einer Position
zwischen dem Schraubengewindeabschnitt (1a), (2a)

eines Rotors (1), (2) und Radiallagereinrichtungen
(6a) , (6b) , (6c) , (6d) angeordnet sind.
3. Kompressor nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Abdichten der Wellen
gegen Gas und Hohlringeinrichtungen (14) die in einer Position zwischen dem Schraubengewindeabschnitt (1a), (2a) eines jeden Rotors (1), (2) und der saugseitigen Dichtungsringeinrichtung (20) positioniert und in der genannten Reihenfolge von dem Schraubengewindeabschnitt (1a), (2a) zur saugseitigen Dichtungsringeinrichtung (20) hin angeordnet sind, so daß der saugseitige Dichtungsring (21) in Kontakt mit der Hohlringeinrichtung (14) gehalten ist.
4. Kompressor nach Anspruch 2, gekennzeich net durch Einrichtungen zum Abdichten der Wellen gegen Gas, die in einer Position zwischen dem Schraubengewindeabschnitt (1a), (2a) eines jeden Rotors (1), (2) und der förderseitigen Dichtungsringeinrichtung (4 0) angeordnet sind.
5. Kompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die förderseitige Dichtungsringeinrichtung (40) mit Gasfreigabeöffnungen (41) an einem Endabschnitt angrenzend an die Einrichtungen zum Abdichten der Wellen (12c), (12d) gegen Gas angeordnet sind.
6. Kompressor nach Anpruch 2, daurch gekennzeichnet, daß die saugseitigen Dichtungsringeinrichtungen (20) Federeinrichtungen (27) aufweisen, die durch ihre Vorspannkraft die saugseitige Dichtungsringeinrichtung (20) gegen die Hohlringeinrichtung (14) drücken.
7. Kompressor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Federeinrichtung eine gewellte Feder (27) ist, die zwischen einem Ring (19) angrenzend and die Radiallagereinrichtung (6a), (6b) und den saugseitigen Schraubendichtungsring (21) angeordnet ist.