DE60217828T2

DE60217828T2 - Wassereingespritzter schraubenverdichter

Info

Publication number: DE60217828T2
Application number: DE60217828T
Authority: DE
Inventors: Maria Jozef SEGERS; Roger Kris VERCAUTEREN
Original assignee: Atlas Copco Airpower NV
Current assignee: Atlas Copco Airpower NV
Priority date: 2001-03-07
Filing date: 2002-03-06
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2022-03-07
Also published as: EP1366298B1; JP2004531666A; WO2002070901A8; EP1366298A1; CN1243916C; BE1014043A3; CN1496448A; DE60217828D1; US20040071578A1; JP4113433B2; US7040882B2; WO2002070901A1; CA2439198C; AU2002244546B2; CA2439198A1

Description

Diese Erfindung betrifft ein wassereingespritztes Schraubenverdichterelement, das ein Gehäuse umfasst, welches eine Rotorkammer begrenzt, worin zwei zusammenwirkende Rotoren aufgestellt sind, die, mittels Lagerzapfen, mit beiden Enden in wassergeschmierten Gleitlagern gelagert sind, die in dem Gehäuse angebracht sind und mit Lagerbuchsen versehen sind, siehe beispielsweise DE-A-19744466.
Ein solches Schraubenverdichterelement kann ölfreie Druckluft liefern. Wasser wird zum Kühlen, Schmieren und Abdichten in die Rotorkammer eingespritzt.
Auch die Gleitlager werden mit Wasser geschmiert, sodass Öl oder Fett aus dem Schraubenverdichterelement verbannt wird und komplexe Abdichtungen, um Öl oder Fett aus dem eingespritzten Wasser abzuscheiden, vermieden werden.
Im Vergleich zu ölgeschmierten Gleitlagern ist die Tragkraft wassergeschmierter Gleitlager jedoch aufgrund der niedrigen Viskosität von Wasser eingeschränkt.
Gleitlager können sowohl vom hydrostatischen als auch vom hydrodynamischen Typ sein.
Zum Ausgleich radialer Kräfte werden in einem Schraubenverdichter vor allem hydrodynamische Gleitlager verwendet. In dieser Anwendung sind hydrostatische Gleitlager weniger geeignet, aufgrund der Tatsache, dass die Richtung der radialen Kraft sich in Funktion der Belastung und Einsatzbedingungen des Schraubenverdichters ändern kann. Außerdem sind radiale hydrostatische Gleitlager relativ komplex, da die Kammern für den hydrostatischen Druck und die dort befindlichen Zufuhrkanäle um das Lager herum angebracht werden müssen.
Das Ausgleichen axialer Kräfte kann sowohl mittels hydrostatischer als auch hydrodynamischer Gleitlager stattfinden.
Bei hydrodynamischen Gleitlagern wird die Lagerkapazität durch die Umfangsgeschwindigkeit der Achse in dem Lager, deren Größe und Spiel und die Viskosität des Schmierstoffs, in diesem Fall Wasser, bestimmt.
Diese Lagerkapazität ist wichtig, in Anbetracht dessen, dass sie unter anderem die Mindestdrehzahl des Verdichters und somit die Mindestmenge an Luft, die geliefert werden kann, bestimmt, bei einer gegebenen Abmessung des Lagers und einem gegebenen Arbeitsdruck des Verdichters, meistens zwischen 7 und 13 bar oder mehr.
Je größer die Umfangsgeschwindigkeit, desto größer der effektive Flüssigkeitsdruck in dem Lager. Bei einer gegebenen Rotationsgeschwindigkeit ergibt ein größerer Durchmesser eine größere Umfangsgeschwindigkeit und gleichzeitig eine größere effektive Oberfläche. Das Erhöhen des Durchmessers trägt daher auf zwei Arten zur Erhöhung der Tragkraft des Lagers bei.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass die Breite des Lagers hingegen auf etwa den Durchmesser begrenzt ist. Eine größere Breite führt zu einer Schrägstellung, was eher einen negativen Einfluss auf die Tragkraft des Lagers hat.
Das Spiel in dem Lager ist beispielsweise 0,001 Mal der Durchmesser, mit einer Toleranz von 0,0002 Mal der Durchmesser. Ein zu kleines Spiel kann ein Festlaufen verursachen, da der Flüssigkeitsfilm dann unterbrochen werden kann, was zu größerer Reibung und Erwärmung führt. Ein zu großes Spiel wiederum verursacht einen schwierigen Aufbau des Flüssigkeitsfilms.
Somit muss die Toleranz auf dem Entwurfsspiel klein sein, beispielsweise 0,0002 Mal der Durchmesser.
Während der Beschleunigung beim Starten und dem Auslaufen des Lagers kann ein gelegentlicher Kontakt zwischen den rotierenden und den feststehenden Teilen des Gleitlagers verursacht werden. Da Wasser eine niedrige Viskosität hat, ist es daher nötig, ein selbstschmierendes Material, beispielsweise synthetisches Material, in das Lager einzubringen oder das ganze Lager aus derartigem Material zu fertigen.
Bei bekannten Schraubenverdichterelementen sind zum Formen der Gleitlager Buchsen in Bohrungen in dem Gehäuse gepresst. Diese Buchsen bestehen entweder aus Metall, worauf eine Schicht Synthetikmaterial angebracht ist, oder aus einer dünnwandigen Schicht Synthetikmaterial.
Der Nachteil beider Arten von Buchsen besteht darin, dass die Toleranz auf den Buchsen relativ groß ist, meistens um einen Faktor 10 zu groß, sodass, wenn nicht spezielle Maßregeln getroffen werden, das Spiel des Lagers nicht unter Kontrolle ist und das Lager nicht auf hydrodynamisch optimale Weise arbeiten kann.
Zur Vermeidung dieser großen Toleranzen ist es bekannt, Kohlenstoffbuchsen anzuwenden.
Kohlenstoffbuchsen können mit kleinen Toleranzen ausgeführt werden und haben außerdem hervorragende Notlaufeigenschaften im Vergleich zu Metall. Sie haben auch einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten und absorbieren kein Wasser, wodurch sie sehr maßstabil sind. Sie sind auch chemisch inert.
Kohlenstoffbuchsen müssen jedoch dickwandig sein und können nur geringer Zugbelastung unterworfen werden. Daher werden sie meistens in die Bohröffnung des Lagers eingepresst.
Dies hat jedoch den Nachteil, dass der effektive Lagerdurchmesser begrenzt ist, da Kohlenstoffbuchsen dickwandig sein müssen und der Mittenabstand zwischen dem männlichen und weiblichen Rotor den größtmöglichen Durchmesser des Lagers bestimmt.
Auch können, aufgrund eines gemeinsamen Effekts von Abweichungen an der Bohrung in dem Lagergehäuse, an dem Außendurchmesser und an der Bohröffnung der Kohlenstoffbuchse, die Abmessungen der letztendlichen Bohröffnung des Lagers zu große Abweichungen in Bezug auf die Nennabmessungen aufweisen. Bei dickwandigen Kohlenstoffbuchsen wird dieses Problem weniger auftreten, jedoch ist es nicht wünschenswert, derartige Kohlenstoffbuchsen einzupressen, da die dicke Wand den effektiven Lagerdurchmesser und somit auch die Lagerkapazität stark einschränkt.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Verschaffung eines wassereingespritzten Schraubenverdichterelements, das die vorgenannten Nachteile nicht aufweist und wobei die Konstruktion der Gleitlager einfach ist und Spiel und Lagerkapazität optimal sind.
Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, dass besagte Lagerbuchsen fest an den Lagerzapfen angebracht sind und in einem Lagergehäuse, das in dem vorgenannten Gehäuse geformt ist, direkt rotierbar sind, Da keine zusammenwirkenden Toleranzen mehr vorliegen, die größere Abmessungsabweichungen verursachen könnten, ist das Spiel des Lagers optimal. Auch kann der Durchmesser des Lagers so groß als möglich gewählt werden, sodass eine optimale Lagerkapazität erhalten werden kann.
Außerdem können diese Lagerbuchsen als ein Zylinder ohne Rillen oder Kanäle für die Wasserzufuhr, wie dies bei klassischen wassergeschmierten Gleitlagern der Fall war, ausgeführt werden, sodass sie leichter zu fertigen sind.
Durch die Abwesenheit von Rillen oder Kanälen muss auch die radiale Position der Lagerbuchse nicht mehr berücksichtigt werden, sodass auch die Montage in Vergleich zu klassischen wassergeschmierten Gleitlagern vereinfacht wird.
Vorzugsweise sind die vorgenannten Lagerbuchsen aus Kohlenstoff gefertigt.
In anderen Ausführungsformen sind die Lagerbuchsen aus anderen Materialien, wie etwa anderen Synthetikmaterialien oder Keramikmaterial, gefertigt.
In noch einer anderen Ausführungsform bestehen die Lagerbuchsen aus demselben Material wie die Rotoren, womit sie zusammenwirken. In diesem Fall können die Rotoren einstückig mit den entsprechenden Lagerbuchsen sein.
Besagte Lagerbuchsen können durch Pressen, Kleben oder axiales Klemmen oder durch eine Kombination von zwei oder mehr dieser Techniken auf den vorgenannten Lagerzapfen befestigt werden.
Mit der Absicht, die Merkmale der Erfindung besser darzustellen, ist hiernach, als Beispiel ohne jeden einschränkenden Charakter, eine bevorzugte Ausführungsform eines wassereingespritzten Schraubenverdichterelements gemäß der Erfindung beschrieben, unter Verweis auf die begleitende Figur, die schematisch ein solches wassereingespritztes Schraubenverdichterelement darstellt.
Wie in der Figur dargestellt, besteht das wassereingespritzte Schraubenverdichterelement gemäß der Erfindung im Wesentlichen aus einem Gehäuse 1, das eine Rotorkammer 2 begrenzt. In dieser Rotorkammer 2 befinden sich ein männlicher Rotor 3 und ein weiblicher Rotor 4, die jeder an beiden Enden mit Lagerzapfen 5 versehen sind, welche in Gleitlagern 6 gelagert sind.
Jedes der Gleitlager 6 besteht aus einer Lagerbuchse 7 aus Kohlenstoff, die auf dem entsprechenden Lagerzapfen 5 festgepresst ist und die in einem Lagergehäuse 8 rotierbar ist, welches durch einen Teil des Gehäuses 1 des Verdichterelements geformt ist.
In dem Gehäuse 1 sind gegenüber jeder der Lagerbuchsen 7 ein oder mehrere Wassereinspritzpunkte 9 angebracht.
Die Lagerbuchsen 7 müssen nicht unbedingt auf die Lagerzapfen 5 gepresst sein. Sie können auch auf die Lagerzapfen 5 geklebt oder axial geklemmt sein oder durch eine Kombination von zwei oder mehr dieser vorgenannten Techniken, nämlich Pressen, Kleben und Klemmen, auf den Lagerzapfen 6 befestigt sein.
Das radiale Klemmen oder die radiale Presspassung muss von minimaler Größenordnung sein, um zu verhindern, dass die Kohlenstofflagerbuchsen 7 Zugbelastung unterworfen werden und dass der Außendurchmesser der Kohlenstofflagerbuchsen 7 zu stark verändert wird.
Die Lagerbuchsen 7 müssen nicht unbedingt aus Kohlenstoff bestehen. Sie können auch aus Synthetikmaterial oder Keramikmaterial gefertigt sein.
Sie können auch aus demselben Material bestehen wie die Lagerzapfen 5, und somit wie die Rotoren 3 und 4. In diesem Fall können die Lagerbuchsen 7 einstückig mit den Rotoren 3 und 4 gefertigt werden, beispielsweise durch Spritzgießen.
An das Verdichterelement schließen eine Saugleitung, Druckleitung und Einspritzleitung für Wasser an, die in die Rotorkammer 2 münden. Die Rotoren 3 und 4 werden von einem in der Figur nicht dargestellten Motor angetrieben.
Die Erfindung ist keineswegs auf die hierin vorangehend beschriebene und in der hieran beigefügten Figur dargestellte Ausführungsform beschränkt, vielmehr kann ein solches Schraubenverdichterelement in verschiedenen Varianten verwirklicht werden, ohne die Reichweite der Erfindung zu verlassen.

Claims

Wassereingespritztes Schraubenverdichterelement, umfassend ein Gehäuse (1), das eine Rotorkammer (2) begrenzt, worin zwei zusammenwirkende Rotoren (3, 4) aufgestellt sind, die, mittels Lagerzapfen (5), mit beiden Enden in wassergeschmierten Gleitlagern (6) gelagert sind, die in dem Gehäuse (1) angebracht sind und mit Lagerbuchsen (7) versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgenannten Lagerbuchsen (7) fest an den Lagerzapfen (5) angebracht sind und in einem in besagtem Gehäuse (1) gebildeten Lagergehäuse (8) direkt drehbar sind.
Wassereingespritztes Schraubenverdichterelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Lagerbuchsen (7) aus Kohlenstoff gefertigt sind.
Wassereingespritztes Schraubenverdichterelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Lagerbuchsen (7) aus Synthetikmaterial gefertigt sind.
Wassereingespritztes Schraubenverdichterelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Lagerbuchsen (7) aus Keramikmaterial gefertigt sind.
Wassereingespritztes Schraubenverdichterelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchsen (7) aus demselben Material gefertigt sind wie die Rotoren (3, 4), mit denen sie zusammenwirken.
Wassereingespritztes Schraubenverdichterelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren (3, 4) einstückig mit den entsprechenden Lagerbuchsen (7) sein können.
Wassereingespritztes Schraubenverdichterelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchsen (7) durch Pressen, Kleben oder axiales Klemmen oder durch eine Kombination von zwei oder mehr dieser Techniken auf den Lagerzapfen (5) befestigt sind.