EP0703365A2 - Schraubenverdichter - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
- F04C29/0021—Systems for the equilibration of forces acting on the pump
- F04C29/0035—Equalization of pressure pulses
Definitions
- the invention relates to a screw compressor according to the preamble of claim 1.
- Another goal is the compressor control at partial load and idle.
- This solution is based on the idea of the maximum achievable Limit the compressor end pressure from the outset by means of a pressure relief measure that is set to a corresponding maximum pressure limit.
- the pressure-side axial sealing of the compression space formed by the screw flanks of the runners takes place in that the relevant end faces of the runners have as small and therefore a tight end face gap with the associated end wall of the compressor housing, in which the outlet opening for the gas compressed by the runners is provided .
- the measure according to claim 2 makes it possible to limit the achievable compression pressure by deliberately temporarily enlarging the end face gap. Specifically, this is achieved according to the teaching of this claim in that the axial mounting of at least one of the runners is designed to be displaceable, in such a way that an enlargement of the end face gap is triggered by an axial displacement of at least one of the runners when a predetermined final compression limit pressure is exceeded. With an enlarged end face gap, the compressor delivers practically in the short circuit, whereby the maximum achievable compression pressure must inevitably remain low.
- the maximum possible end face gap widening depends on that on the compressor suction side between the housing end wall there and the adjacent end faces of the rotor. Because only by the amount of this game is a shift of the main runner and thus an increase in face-side gap possible on the pressure side. In contrast to the pressure-side end face gap, the suction-side gap in the compressor mode is not particularly narrow because there are no significant pressure differences over the circumference of the rotor.
- an axial displacement of the thrust bearing in the direction of an increase in the pressure side can be exceeded if an axial force exerted by the rotor is exceeded reach the end face gap at least of the rotor.
- the axially compliant intermediate piece must fall back below the specified axial force limit value of the rotor back to the state by axial enlargement in which the pressure-side face play is its minimum set for normal operation of the compressor Has value.
- the resilient part causing the axial displacement of the axial bearing of the rotor of the compressor can be a spring, in particular a plate spring.
- the part which is axially introduced between the axial bearing and the compressor housing and which can be changed in terms of its axial extent is a spring
- the axial displacement of the rotor which increases the end face gap increases automatically when a certain predetermined axial force of the rotor is exceeded.
- the rotor then returns to its normal axial operating position with the smallest possible pressure-side end face gap.
- a part that is controllable in its axial extent from the outside can also be used.
- the axial displacement of at least one of the rotors can be controlled from the outside via this built-in part.
- the controllable part can be, for example, a ring which can be changed hydraulically in its axial length.
- a resilient element can also be provided on the rotor, between the axial bearing and the axial boundary of the bearing, as shown in FIG. 1a.
- an overpressure within the compressor housing which is hazardous to the component is prevented by the fact that in the pressure-side housing end wall at one of the outlet opening a pressure relief valve is provided for the compressed gas adjacent point, where the final compression has not yet been reached.
- This can be designed according to claim 6 so that it can be controlled from the outside by means of auxiliary energy.
- additional relief is achieved, especially if a connection can be made to the suction side.
- the internal compression of the compressor can be reduced or completely eliminated.
- valve to the end face of the housing makes it possible to effectively avoid both damage space and a connection between the tooth gaps in the case of wide rotor teeth, as are usually found on the main rotor.
- a compressor housing 1 consisting of rotor housing 1a, inflow housing 1b, cover 1c, spacer ring 1d, a main rotor 2 and a secondary rotor 3 are axially and radially fixed parallel to one another as a pair of rotors.
- This disc spring 6 is designed with respect to its spring force so that it presses the axial bearing 5 with its axial side facing away from the rotor 2 and 3 against the relevant support surface of the compressor housing 1. That is radially outside Axial bearing 5 is not fixed in the compressor housing 1. If the axial force loading the main rotor 2 exceeds a predetermined limit value, the plate spring 6 yields under this force, as a result of which the main rotor 2 is simultaneously displaced towards the inlet side of the compressor housing 1.
- an additional resilient element for example a plate spring 6, can again be provided here at the same location of the axial bearing 5 there. Since an axial force load by the secondary rotor 3 in the compressor mode is lower than that of the main rotor 2, the two resilient elements, e.g. B. disc springs 6 may be designed differently in terms of force. If the response behavior of the two springs 6 to a triggering of an axial displacement of the respective rotor 2, 3 were actually different, this would in principle be irrelevant for the function of the invention. This is because it is sufficient for at least one of the rotors 2 to be axially displaced when a predetermined compression end pressure is exceeded. Because then the desired compression shortage already comes about. By appropriate displacement of the other rotor 3, it is only enlarged.
- the pressure limitation is achieved in a similar manner as in the described embodiment according to FIG. 1. If a predetermined pressure limit is exceeded, the runners - both or only one - are axially displaced in that the resilient element 6 between the bearing and the rotor end its elasticity is deformed so that its length changes. As soon as the pressure falls below the limit value again, the resilient element 6 leads the runners back to the original position. As a result, the end face gap again takes on the small size that is necessary for the compression process. In the example shown here, the spring washer is preloaded between the rings 7b and 7c. This prevents axial movement of the rotor as long as the pressure and thus the axial force are less than the specified limit values.
- the limitation of the compressor end pressure to a certain limit value is achieved by the provision of a pressure relief valve 7 in the end wall 4 of the compressor housing 1.
- the position of the opening of this valve 7 is designed in the end wall 4 with respect to the compressor outlet opening 8 so that the full pressure peak is not yet present at the valve 7 opening.
- a predetermined pressure limit value as a whole cannot be exceeded.
- the direction of rotation of the two runners 2 and 3 is indicated in FIG. 2 with the arrows A2 and A3, in each case with reference to the central axis of the respective rotor 2, 3.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Schraubenverdichter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Bei solchen Schraubenverdichtern kann es in Fällen, in denen dieser Verdichter sofort nach einem Abstellen wieder in Betrieb genommen wird, zu einer Drucküberbelastung innerhalb des Verdichtergehäuses, bestehend aus Läufergehäuse, Ausströmgehäuse und Deckel, kommen. Ursache hierfür ist eine bei extrem kurzer Stillstandszeit des Verdichters beim Wiederanlauf noch nicht erfolgte Druckentlastung auf der Verdichterdruckseite. Eine solche Drucküberlastung kann zu einer Zerstörung des Verdichters und/oder seiner Antriebselemente führen. Die Druckspitzen können noch durch die Ansammlung von Öl begünstigt werden. Des kann bei öleingespritzten Kompressoren vorkommen. Auch öllose Kompressoren können jedoch gefährdet sein.
- Hier eine Abhilfe zu schaffen, ist das Problem, mit dem sich die Erfindung beschäftigt.
- Ein weiteres Ziel ist die Kompressorregelung bei Teillast und Leerlauf.
- Eine grundsätzliche Lösung dieser Probleme zeigt das kennzeichnende Merkmal des Patentanspruchs 1 auf.
- Diese Lösung beruht auf dem Gedanken, den maximal erreichbaren Verdichterenddruck durch eine auf einen entsprechenden Maximaldruckgrenzwert festgelegte Druckentlastungsmaßnahme von vornherein zu begrenzen.
- Eine zweckmäßige Maßnahme in diesem Sinne ist in dem Anspruch 2 angegeben. Deren Wirkung läßt sich folgendermaßen erklären.
- Die druckseitige axiale Abdichtung des von den Schraubenflanken der Läufer gebildeten Verdichtungsraumes erfolgt dadurch, daß die betreffenden Stirnflächen der Läufer einen möglichst kleinen und damit dichten Stirnflächenspalt mit der zugeordneten Stirnwand des Verdichtergehäuses, in der die Auslaßöffnung für das von den Läufern verdichtete Gas vorgesehen ist, aufweisen. Die Maßnahme nach Anspruch 2 ermöglicht es, den erreichbaren Verdichtungsdruck durch eine gezielte temporäre Vergrößerung des Stirnflächenspaltes zu begrenzen. Konkret erreicht wird dies nach der Lehre dieses Anspruchs dadurch, daß die axiale Lagerung zumindest eines der Läufer verschiebbar ausgestaltet ist und zwar derart, daß eine Vergrößerung des Stirnflächenspaltes bei Überschreitung eines vorgegebenen Endverdichtungsgrenzdruckes durch eine axiale Verschiebung zumindest eines der Läufer ausgelöst wird. Bei vergrößertem Stirnflächenspalt fördert der Verdichter praktisch im Kurzschluß, wodurch der maximal erzielbare Verdichtungsdruck zwangsläufig gering bleiben muß.
- Die maximal mögliche Stirnflächenspalterweiterung hängt von dem auf der Verdichteransaugseite zwischen der dortigen Gehäusestirnwand und dem angrenzenden Stirnflächen der Läufer ab. Denn nur um das Maß dieses Spieles ist eine Verschiebung des Hauptläufers und damit eine Vergrößerung des druckseitigen Stirnflächenspaltes möglich. Im Gegensatz zu dem druckseitigen Stirnflächenspalt kommt es bei dem ansaugseitigen Spalt im Verdichterbetrieb nicht auf ein besonders enges Maß an, da dort über den Umfang der Läufer betrachtet keine nennenswerten Druckunterschiede gegeben sind.
- Tritt im Verdichterbetrieb eine unerwünscht hohe Druckerhöhung zwischen Ein- und Austrittsseite auf, so erhöht sich damit automatisch die auf die Läufer wirkende Axialkraft, die von den zwischen den Läufern und dem Verdichtergehäuse angeordneten Axiallagern aufgenommen werden muß. Ist beispielsweise nur ein Axiallager an einem der Läuferenden vorgesehen, ist dieses Axiallager auf der Welle des Läufers radial fest aufgesetzt und mit Bezug auf die in dem Verdichter während des Betriebes auftretenden Kräfte axial unverrückbar fixiert. In dem Verdichtergehäuse liegt dieses Lager radial frei und axial fixiert.
- Durch Vorsehen eines axial elastisch nachgiebigen Teiles zwischen dem in dem Verdichtergehäuse liegenden Teil des Axiallagers und dem Gehäuse auf der den Axialdruck des Läufers aufnehmenden Seite des Axiallagers läßt sich bei Überschreiten einer von dem Läufer ausgeübten Axialkraft eine axiale Verschiebung des Axiallagers in Richtung einer Vergrößerung des druckseitig liegenden Stirnflächenspaltes zumindest des Läufers erreichen.
- Das axial nachgiebige Zwischenstück muß bei Unterschreiten des vorgegebenen Axialkraftgrenzwertes des Läufers wieder in denjenigen Zustand durch axiale Vergrößerung zurückgehen, in dem das druckseitige Stirnflächenspiel seinen für den Normalbetrieb des Verdichters eingestellten minimalen Wert besitzt.
- Das die axiale Verschiebbarkeit des Axiallagers der Läufer des Verdichters bewirkende nachgiebige Teil kann nach Anspruch 3 eine Feder und zwar insbesondere eine Tellerfeder sein.
- Ist das in seiner axialen Ausdehnung veränderbare zwischen dem Axiallager und dem Verdichtergehäuse axial eingebrachte Teil eine Feder, so wird die druckseitige stirnflächenspalterhöhende Axialverschiebung des Läufers bei Überschreiten einer bestimmten vorgegebenen Axialkraft des Läufers automatisch ausgelöst. Bei Zurückgehen der Axialkraft des Läufers unter den vorgegebenen Axialkraftgrenzwert nimmt der Läufer sodann wieder seine normale axiale Betriebslage mit möglichst geringem druckseitigem Stirnflächenspalt ein.
- Anstelle einer Feder ist nach Anspruch 4 auch ein in seiner Axialausdehnung von außen steuerbares Teil einsetzbar. In diesem Fall kann die Axialverschiebung mindestens eines der Läufer über dieses Einbauteil beliebig von außen gesteuert werden. Das steuerbare Teil kann zum Beispiel ein in seiner axialen Länge hydraulisch veränderbarer Ring sein.
- Alternativ zum federnden Element zwischen Axiallager und Gehäuse kann auch ein federndes Element am Läufer, zwischen dem Axiallager und der axialen Begrenzung des Lagers vorgesehen werden, wie in Fig. 1a dargestellt.
- Bei einer alternativen erfindungsgemäßen Lösung nach Anspruch 5 wird ein bauteilgefährdender Überdruck innerhalb des Verdichtergehäuses dadurch verhindert, daß in der druckseitig gelegenen Gehäusestirnwand an einer der Auslaßöffnung für das verdichtete Gas benachbarten Stelle, an der die Endverdichtung noch nicht erreicht ist, ein Druckbegrenzungs-Ventil vorgesehen ist. Dieses kann nach Anspruch 6 so ausgebildet sein, daß es mittels Hilfsenergie von außen steuerbar ist. In Kombination mit der üblichen Entlastung durch Schließen einer drosselseitigen Drosselklappe bei Regelvorgängen wird eine zusätzliche Entlastung erreicht, besondes dann, wenn dadurch eine Verbindung nit der Saugseite hergestellt werden kann. Die innere Verdichtung des Kompressors kann dadurch reduziert werden oder ganz aufgehoben werden.
- Die Anbringung des Ventils an der Stirnfläche des Gehäuses ermöglicht bei breiten Rotorenzähnen, wie sie üblicherweise beim Hauptläufer vorkommen, sowohl Schadraum als auch eine Verbindung zwischen den Zahnlücken effektiv zu vermeiden .
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt.
- Es zeigen
- Fig. 1
einen Längsschnitt durch einen Schraubenverdichter mit axialverschiebbaren Läufern längs der Läuferachsen, - Fig. 1a
einen Längsschnitt durch einen Schraubenverdichter mit axialverschiebbaren Läufern und ein federndes Element zwischen Axiallager und Läufer bzw. Läufermutter, - Fig. 2
eine Ansicht auf einen Schraubenverdichter mit einem druckbegrenzenden Ventil mit einem geschnittenen Bereich, - Fig. 3
eine Ansicht auf die druckseitige Stirnfläche des Verdichtergehäuses nach der Linie III - III. - In einem Verdichtergehäuse 1 bestehend aus Läufergehäuse 1a, Anströmgehäuse 1b, Deckel 1c, Distanzrring 1d sind als Läuferpaar ein Hauptläufer 2 und ein Nebenläufer 3 parallel zueinander axial und radial fixiert gelagert.
- Die Stirnseiten der Schraubengänge der beiden Läufer 2 und 3 grenzen druckseitig an eine druckseitige Stirnwand 4 des Verdichtergehäuses 1 an. Im normalen Verdichterbetrieb ist zwischen der Gehäuse-Stirnwand 4 und den Stirnseiten der Schraubengänge der beiden Läufer 2 und 3 ein möglichst geringer Stirnflächenspalt eingestellt.
- Bei einer unerwünscht hohen Drucküberlastung innerhalb des Verdichtergehäuses 1 geschieht folgendes.
- Das Axiallager 5, das die in Richtung zur Ansaugseite des Verdichters auf den Hauptläufer 2 wirkende Druckkraft aufzunehmen hat, stützt sich in Richtung dieser Druckkraft über eine Tellerfeder 6 an dem Verdichtergehäuse 1 ab. Diese Tellerfeder 6 ist bezüglich ihrer Federkraft so ausgelegt, daß sie das Axiallager 5 mit seiner dem Läufer 2 und 3 abgewandten Axialseite an die betreffende Abstützfläche des Verdichtergehäuses 1 andrückt. Radial außen ist das Axiallager 5 in dem Verdichtergehäuse 1 nicht fixiert. Übersteigt die den Hauptläufer 2 belastende Axialkraft einen vorgegebenen Grenzwert, so gibt die Tellerfeder 6 unter dieser Kraft nach, wodurch sich gleichzeitig der Hauptläufer 2 in Richtung zur Einlaßseite des Verdichtergehäuses 1 verschiebt. Dadurch vergrößert sich der Stirnfächenspalt auf der Druckseite des Verdichtergehäuses 1 zwischen dem Hauptläufer 2 und der gehäuseseitigen Stirnwand 4. Hierdurch kommt es über diesen vergrößerten Spalt zu einem Kurzschluß zwischen den Lücken der Flanken des Läufer 2, so daß eine Begrenzung des Verdichterenddruckes gegeben ist.
- Falls auch der Nebenläufer 3 im Sinne des Hauptläufers 2 axial verschiebbar gelagert sein soll, so kann hier wiederum an der sinngemäß gleichen Stelle des dortigen Axiallagers 5 ein zusätzliches federndes Element, z.B. eine Tellerfeder 6 vorgesehen werden. Da eine Axialkraftbelastung durch den Nebenläufer 3 im Verdichterbetrieb niedriger ist als bei dem Hauptläufer 2, müssen bei dem Wunsch nach einer gleich großen Stirnkantenabstandsvergrößerung die beiden federnden Elemente , z. B. Tellerfedern 6 kraftmäßig entsprechend unterschiedlich ausgelegt sein. Falls das Ansprechverhalten der beiden Federn 6 auf eine Auslösung einer Axialverschiebung des jeweiligen Läufers 2, 3 tatsächlich unterschiedlich wäre, wäre dies für die Funktion der Erfindung im Prinzip unerheblich. Denn hierfür reicht es bereits aus, wenn bei einer Überschreitung eines vorgegebenen Verdichtungsenddruckes wenigstens eines der Läufer 2 axial verschoben wird. Denn dann kommt der angestrebte Verdichtungskurzschluß bereits zustande. Durch entsprechende Verschiebung des anderen Läufers 3 wird dieser nur noch vergrößert.
- Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1b wird die Druckbegrenzung in ähnlicher Weise erreicht wie beim beschriebenen Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Bei Übeschreitung einer vorgegebenen Druckgrenze werden die Läufer - beide oder nur einer - dadurch axial verschoben, daß das federnde Element 6 zwischen Lager und Läuferende seine Elastizität so verformt wird, daß sich seine Länge ändert. Sobald der Druck den Grenzwert wieder unterschreitet, führt das federnde Element 6 die Läufer wieder in die Ursprungsposition zurück. Dadurch nimmt der Stirnflächenspalt wieder die geringe Größe an, die für den Verdichtungsvorgang notwendig ist. In dem hier ausgeführten Beispiel ist die Federscheibe zwischen den Ringen 7b und 7c vorgespannt. Damit wird eine axiale Bewegung der Läufer solange vermieden, wie der Druck und damit die axiale Kraft kleiner sind als die vorgegebenen Grenzwerte.
- Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 und 3 wird die Begrenzung des Verdichterenddruckes auf einen bestimmten Grenzwert durch das Vorsehen eines Druckbegrenzungsventiles 7 in der Stirnwand 4 des Verdichtergehäuses 1 erzielt. Die Lage der Öffnung dieses Ventiles 7 ist in der Stirnwand 4 mit Bezug auf die Verdichter-Auslaßöffnung 8 so ausgelegt, daß an der Ventil 7-Öffnung die volle Druckspitze noch nicht ansteht. Durch Öffnen des Ventils 7 kann damit ein vorgegebener Druckgrenzwert insgesamt nicht überschritten werden. Die Drehrichtung der beiden Läufer 2 und 3 ist in der Fig. 2 mit den Pfeilen A2 und A3 angedeutet und zwar jeweils mit Bezug auf die Mittelachse des jeweiligen Läufers 2, 3.
Claims (7)
- Schraubenverdichter mit zwei in einem Gehäuse an ihren Enden radial und axial gelagerten ineinander greifenden, ein Paar bildenden, im Verdichterbetrieb insbesondere ölgeschmierten Schrauben-Läufern, deren Schraubengänge zumindest auf der druckseitigen Stirnfläche flächenschlüssig möglichst dicht mit einem voreinstellbaren Stirnkantenspaltmaß an einer die druckseitige Gehäuseauslaßöffnung enthaltenden Gehäusestirnwand anliegen,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Auslaßbereich des Verdichters eine Druckbegrenzungseinrichtung (6, 7) vorgesehen ist. - Schraubenverdichter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckbegrenzungseinrichtung (6) eine axial in Richtung der Ansaugseite des Verdichters elastisch nachgiebige oder reversibel verstellbare Abstützung der Axiallagerung (5) zumindest eines der Läufer (2) in dem Verdichtergehäuse (1) ist. - Schraubenverdichter nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß für die axial nachgiebige elastische Lagerung des Hauptläufers (2) und/oder Nebenläufers (3) ein Axiallager (5) den Hauptläufer (2) und/oder Nebenläufers (3) in dem Verdichtergehäuse (1) abstützt, dessen axial in dem Verdichtergehäuse (1) fixierter Teil an der durch den Hauptläufer (2) durch dessen im Verdichterbetrieb wirkende Axialkraft beaufschlagten Stirnseite über ein federndes Element, insbesondere Tellerfeder (6), in dem Verdichtergehäuse (1) abgestützt ist, deren Federkraft auf diejenige Axialkraft des Hauptläufers (2) und/oder Nebenläufers (3) unter der sich der Hauptläufer (2) und/oder Nebenläufer (3) zur Vergrößerung des Stirnkantenabstandes gegenüber der druckseitigen Verdichterstirnwand (4) vergrößern soll, abgestimmt ist. - Schraubenverdichter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die axiale reversible Verstellbarkeit der Axiallagerung(5) des Hauptläufers (2) in dem Verdichtergehäuse (1) über ein in seiner axialen Ausdehnung veränderbares in dem Verdichtergehäuse (1) zwischen dem an dem Verdichtergehäuse (1) anliegendem Teil des Axialagers (5) und dem Gehäuse selbst vorgesehenes Teil bewirkt wird, wobei diese Steuerbarkeit von außen mittels Hilfsenergie bewerkstelligt wird zwecks Regelung des Kompressors. - Schraubenverdichter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der die Auslaßöffnung (8) enthaltenden Verdichtergehäusestirnwand (4) außerhalb der Druckauslaßöffnung (8) ein federbelastetes Druckbegrenzungsventil (7) in einem Bereich vorgesehen ist, in dem der Verdichtungsdruck in dem die Druckkammer des Verdichters bildenden Lückenbereich der einzelnen Schraubenflanken der Läufer (2, 3) noch nicht seinen maximalen Druck erreicht hat und daß dieses Ventil (7) bei Überschreiten eines vorgegebenen Öffnungsdruckes öffnet und den Druckabbau bewirkt. - Schraubenverdichter nach Anspruch 1 und 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Gegensatz zu Anspruch 5 das VEntil nicht durch den Druck im Verdichtungsraum geöffnet wird, d.h. nicht als Druckbegrenzungsventil arbeitet, sondern mittels Hilfsenergie von außen gesteuert wird, wodurch diese Vorrichtung für die Kompressorregelung verwendet werden kann, da die innere Verdichtung vermindert oder gar aufgehoben werden kann. - Schraubenverdichter nach Anspruch 1, 5 und 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß durch das Öffnen des Ventils (7) eine Verbindung zur Saugseite des Schraubenverdichters hergestellt wird.
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Owner name: COMPAIR MAHLE GMBH |
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