WO1997001038A1 - Mehrstufiger schraubenspindelverdichter - Google Patents

Abstract

Die fliegend gelagerten Verdrängerrotoren (8) eines Schraubenspindelverdichters, insbesondere einer Vakuumpumpe, werden in ihrem der Druckseite benachbarten Bereich stärker gekühlt als in ihrem der Saugseite benachbarten Bereich. Dies geschieht vorzugsweise mittelbar durch einen stationären, in einen Hohlraum (24) des Rotors hineinragenden Lagerkörper (7), und zwar durch Wärmeaustausch zwischen den einander gegenüberstehenden Umfangsflächen des Rotors und des Lagerkörpers. Diese werden zum Schutz des Lagerbereichs mit zusammenwirkenden Förderorganen versehen, deren Förderrichtung aus dem Rotor hinausführt.

Description

Mehrstufiger Schraubenspindelverdichter

Bei Schraubenspindelverdichtern, wie sie aus der EP-A 472933 bekannt sind, hängt die erreichbare Druckdifferenz maßgeblich von den Leckverlusten zwischen den relativ zuein¬ ander bewegten Umfangsflächen der Rotoren und des Schöpfraumgehäuses ab. Im Hin¬ blick darauf will man das Spiel zwischen diesen Flächen so klein als möglich halten. Je¬ doch verlangt die Betriebssicherheit mit Rücksicht auf die temperaturbedingte Wärmedeh¬ nung der Rotoren größeren Spielraum.

Es ist bekannt, Rotoren von Zweiwellenverdichtern direkt zu kühlen (EP-A 290664), indem in einem Lagerhohlraum des Rotors ein Wärmeübertragungsmittel (Schmieröl) vorgese¬ hen wird, das durch eine in den Lagerhohlraum hineinragende, stationäre Kühlschlange gekühlt wird. Dies hat den Nachteil, daß der Lagerhohlraum des Rotors abgedichtet wer¬ den muß. Die dafür erforderlichen Abdichtungen sind aber störungsanfällig, insbesondere bei hohen Umdrehungszahlen. Auch entstehen in dem Wärmeübertragungsmedium, das zwischen dem umlaufenden Rotor und der stationären Kühlschlange verwirbelt wird, hohe Verluste, die zu Wärmeerzeugung führen und den Kühleffekt in Frage stellen.

Üblich ist es, das geförderte Medium zu kühlen, indem beispielsweise flüssiges Kühlmittel eingespritzt wird (US-A4,515,540) oder ein Teil des geförderten Mediums nach Kühlung zurückgeführt wird (DE-A 25 44 082). Eine solche Kühlung kann auch in Kombination mit der Erfindung vorgesehen werden; jedoch zielt diese auf eine Kühlung des Rotors ab, damit dieser insbesondere im Bereich der empfindlichen Lager eine Temperatur anneh¬ men kann, die unterhalb der druckseitigen Temperatur des geförderten Mediums liegt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schraubenspindelverdichter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, in welchem die Rotoren unab¬ hängig von dem geförderten Medium derart gekühlt werden, daß gute Voraussetzungen für ein geringes Spiel zwischen den Rotoren untereinander sowie zwischen den Rotoren und dem Schöpfraumgehäuse geschaffen werden, ohne daß es störungsanfälliger Ab¬ dichtungen bedarf.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht in den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie vor¬ zugsweise in denen der Unteransprüche.

Die Lösung nach Anspruch 1 setzt sich aus zwei Komponenten zusammen, nämlich er¬ stens dem Merkmal, daß die Verdrängerrotoren druckseitig stärker als saugseitig gekühlt werden, und zweitens einer die besondere Bauart der Rotorlagerung nutzende Kühltech¬ nik.

Der Gedanke, die Rotoren druckseitig stärker als saugseitig zu kühlen, beruht darauf, daß bei diesen Maschinen der größere Teil der Verdichtungswärme in den näher der Druck¬ seite befindlichen, von den Rotoren und dem Schöpfraumgehäuse eingeschlossenen Kammern entsteht, da sie infoige der Leckverluste und ggf. auch des Voreinlasses bei ggf. gleichem Volumen eine größere Gasmasse enthalten, als die der Saugseite näheren Kammern. Wenn man die Wärme bevorzugt von dem der Druckseite nahen Bereich der Rotoren abführt, wird man eher in der Lage sein, konstante Durchmesserverhältnisse der Rotoren über deren ganze Länge zu erzielen, als wenn die Rotoren über ihre gesamte Länge gekühlt werden. Unter mehrstufigen Rotoren sind dabei solche zu verstehen, deren die Verdichtungskammern bildenden Schraubengänge den Rotor mehrfach umlaufen, so daß über die Rotorlänge mehrere jeweils saug- und druckseitig voneinander getrennte Kompressionskammern gebildet sind. Bei einer dreistufigen Anordnung umlaufen die Schraubengänge den zugehörigen Rotor jeweils dreimal. Die Stufenzahl kann entspre¬ chend dem jeweiligen Druckeinsatzgebiet festgelegt werden. Vorzugsweise werden min¬ destens fünf Stufen eingesetzt.

Für die Kühlung bedient sich die Erfindung einer besonderen, der Bauart angepaßten Technik. Diese Bauart setzt voraus, daß jeder Verdrängerrotor fliegend an einem die Ro¬ torwelle und wenigstens ein rotorseitiges Lager umgebenden, in den Rotor hineinragen¬ den, stationären Lagerrohr gelagert ist. Nur dieses wird unmittelbar gekühlt, während die Kühlung des Rotors dadurch indirekt stattfindet, daß die einander gegenüberstehenden Umfangsflächen des Rotors und des Lagerkörpers wärmeaustauschfähig zueinander an- geordnet sind. Besonders gut gekühlt werden die Lager und die Rotorwelle, da die sich innerhalb des Lagerrohrs befinden.

Um den Wärmetransport zwischen den einander gegenüberstehenden Flächen des Ro¬ tors und des Lagerkörpers zu verbessern, können diese mit den Wärmeaustausch ver¬ bessernden Eigenschaften ausgerüstet werden. Damit der konvektive Wärmeaustausch durch Vermittlung der zwischen den Flächen befindlichen Luftschicht intensiviert wird, sollte der Zwischenraum nicht mit der Saugseite sondern der Druckseite in Verbindung stehen. Auch können die Oberflächen mit Erhöhungen und Vertiefungen versehen sein, die die Wärmeübergangszahl zu dem dazwischen befindlichen Medium verbessern. Der gegenseitige Abstand der beiden Flächen sollte möglichst gering sein. Zur Verbesserung des Strahlungsaustauschs kann eine solche Behandlung der Oberflächen vorgesehen sein, daß diese eine hohe Absorptionszahl im Bereich der Wärmestrahlung aufweisen.

Der Wärmeübergang zu den einander gegenüberstehenden Flächen des Rotors und des Lagerkörpers kann auch dadurch verbessert werden, daß das dazwischen befindliche Gas in Strömungsbewegung versetzt wird. Zu diesem Zweck kann der Zwischenraum mit einer Gasquelle in Verbindung gesetzt werden. Der Gasstrom kann bei entsprechend niedriger Wahl der Gastemperatur (ggf. Kühlung) auch zur Wärmeabfuhr herangezogen werden. Außerdem kann er ggf. eine Sperrfunktion zum Schutz des Lager- und Antriebsbereichs vor dem Zutritt des Fördermediums oder von im Fördermedium enthaltenen Stoffen aus¬ üben.

Das verbrauchte Gas wird zweckmäßigerweise der Druckseite der Maschine zugeführt. Zur Förderung des Gases können die zusammenwirkenden Oberflächen von Rotor und Lagerkörper mit Förderorganen ausgerüstet sein. Dadurch kann es entbehrlich werden, eine externe Druckgasquelle vorzusehen. Dies gilt auch dann, wenn das zugeführte Gas in erster Linie nicht Kühl- sondern Sperrzwecken dienen soll. Die Förderwirkung der Flä¬ chen kann insbesondere dadurch hervorgerufen werden, daß sie einseitig oder beiderseits mit Fördergewinde ausgestattet werden. Statt dessen oder zusätzlich können sie auch konisch ausgebildet sein, so daß die Fliehkraftwirkung zur Förderung ausgenutzt wird. Solche die Bewegung des Gases im Zwischenraum fördernde Mittel sind auch dann zur Verbesserung des Wärmeübergangs sinnvoll, wenn keine zusätzliche Gaszufuhr vorgese¬ hen ist.

Der in den Rotorhohlraum hineinragende Teil des Lagerkörpers wird zweckmäßigerweise mit von Kühlflüssigkeit durchströmten Kanälen ausgerüstet, die vorzugsweise nahe der dem Rotor gegenüberliegenden Umfangsflache des Lagerkörpers angeordnet sind.

Da die Wärmedehnung des Rotors dank der erfindungsgemäßen Kühlung begrenzt wird, darf das Gehäuse intensiv gekühlt oder wenigstens auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten werden, ohne daß durch thermische Spielaufzehrung die Gefahr des Anlaufens des Rotors am Gehäuse entsteht. Durch die auf das Fördermedium auf diese Weise aus¬ geübte Kühlwirkung kann der Wirkungsgrad der Pumpe gesteigert werden.

Es ist insbesondere bei Vakuumpumpen bekannt, zur Kühlung des Fördermediums und/oder zur Lärmminderung in die Kompressionszellen der Maschine unter höherem Druck stehendes Gas einströmen zu lassen. Diese als Voreinlaß bezeichnete Technik wird mit Vorteil auch im Zusammenhang mit der Erfindung angewendet. Beispielsweise kann gekühltes Gas von einer geeigneten Quelle verwendet werden. Einen externen Wärme¬ austauscher kann man vermeiden, indem man das Voreinlaßgas durch einen in der ge- häuseseitigen Kühlkammer befindlichen Wärmetauscher führt. Statt Gas kann auch Flüs¬ sigkeit im Schöpfraum zugegeben werden, das dort verdampft und dadurch dem Förder¬ medium Wärme entzieht.

Die Kühlung des Lagerkörpers zumindest in demjenigen Bereich, in welchem dieser sich in dem Wärmeinfluß des Rotors befindet, hat den großen Vorteil, daß Wälzlager verwen¬ det werden können, die mit Fett dauergeschmiert sind und daher besonders wartungsarm sind und keine Kontaminationsgefährdung für den Schöpfraum darstellen.

Die oben erwähnte Möglichkeit, die zusammenwirkenden Oberflächen von Rotor und La¬ gerkörper mit Förderorganen auszurüsten, kann dazu benutzt werden, den Lagerbereich vor Fremdstoffen zu schützen, die aus dem Schöpfraum kommen könnten. Zu diesem Zweck werden die zusammenwirkenden Förderorgane mit aus dem Rotorhohlraum hin¬ ausführender Förderrichtung ausgebildet.

Dadurch werden Fremdstoffe, insbesondere auch spezifisch schwerere Stoffe als das Fördermedium, bei Zufuhr von Sperrmedium auch das Fördermedium selbst, gehindert, entgegen der Förderrichtung in den Rotorhohlraum einzudringen und in den Lager- und Antriebsbereich vorzudringen. Diese Wirkung wird durch die Schwerkraft unterstützt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform geschieht die Ausführung der zusammenwir- kenden Flächen als Förderorgane dadurch, daß wenigstens eine von ihnen mit einem Fördergewinde versehen ist. Es können auch beide mit Fördergewinde versehen werden. Die Richtung des Gewindes bzw. der Gewinde wird so gewählt, daß sich die gewünschte Förderrichtung ergibt. Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung verlaufen die einander gegenüberstehenden Umfangsflächen des Rotors und des Lagerkörpers konisch mit einem in Förderrichtung sich vergrößernden Durchmesser, so daß die Zentrifugalkraft etwa eindringende Stoffe in der Richtung des sich vergrößernden Durchmessers, also zum Schöpf räum hin, zurücktreibt. Es können auch mehrere derartige Fördermittel (z.B. Fördergewinde und Konizität) miteinander kombiniert werden.

Diese Wirkung wird durch die Verbindung des Rotorhohlraums mit einer Spül- oder Sperr¬ gasquelle gesteigert. Dank der Förderwirkung braucht diese Quelle nicht unter Überdruck zu stehen; jedoch ist dies nicht ausgeschlossen. Das Gas kann auch Kühlzwecken die¬ nen.

Eine besonders wichtige Konsequenz der Erfindung ist die Sicherheit gegen das Eindrin¬ gen von Flüssigkeit in den Lager- und Antriebsbereich. Dadurch wird die Pumpe nicht nur hinsichtlich der Abdichtwirkung unempfindlich gegenüber Flüssigkeitsschwall, sondern sie kann auch gezielt gespült werden insbesondere zur Reinigung. Zu diesem Zweck können besondere Einrichtungen zum Einlaß einer Waschflüssigkeit vorgesehen sein, die bei¬ spielsweise dazu dient, auf den Rotor- oder Gehäuseoberflächen abgesetzte Verun¬ reinigungen zu lösen und auszuschwemmen. Falls die Betriebsdrehzahl währenddessen nicht gehalten werden kann, sollten die Rotoren mit angemessen verminderter Geschwin¬ digkeit angetrieben werden. Dafür können entsprechende Steuerungs- oder Regelein¬ richtungen vorgesehen sein. Besonders einfach und vorteilhaft ist es, die Drehzahl dreh¬ momentabhängig zu regein, weil sich dann die Drehzahlverminderung von selbst ergibt. Die Drehzahlabsenkung kann gering sein, wenn lediglich in den Gasförderstrom relativ geringe Mengen von Flüssigkeit eingesprüht werden. Je größer der Flüssigkeitsanteil an der Füllung der Förderräume ist, um so niedriger wird bei drehmomentabhängigem Antrieb die Drehzahl sein. Es kann sogar vollständige Flutung des Schöpfraums vorgesehen wer¬ den, solange die dann mögliche, geringe Drehzahl und die dabei im Zwischenraum zwi¬ schen Rotor und Lagerkörper noch vorhandene Förderwirkung in Verbindung mit der geo¬ dätischen Höhe des Lagerkörpers innerhalb des Rotors dazu ausreicht, den Übertritt der Spülflüssigkeit in den Lagerbereich zu verhindern.

Durch die Erfindung kann Sicherheit gegen den Durchtritt von Flüssigkeit sowohl im Be- triebszustand als auch im Ruhezustand erreicht werden. In beiden Zuständen wirken die Schwerkraft und die Druckdifferenz, im Betriebszustand zusätzlich die Förderorgane.

Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die einen Längsschnitt durch ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel veranschaulicht.

Auf dem Fußteil 1 ruht das Motorgehäuse 2, das oben mit der flanschartigen Grundplatte 3 ggf. einstückig verbunden ist, auf der das Schöpfraumgehäuse 4 aufgebaut ist. Dieses wird oben durch einen Deckel 5 abgeschlossen, der eine Saugöffnung 6 enthält.

An der Grundplatte 3 sind in später zu erläuternder Weise die Flanschplatten 50 der La¬ gerkörper 7 befestigt, die je zur Lagerung eines Rotors 8 dienen, dessen Umfang vor¬ zugsweise zweigängig schraubenförmig angeordnete Verdrängervorsprünge 9 trägt, die in der Art eines Zahneingriffs in die Förderhohlräume 10 zwischen den Verdränger- vorsprüngen 9 des benachbarten Rotors eingreifen. Außerdem wirken die Verdrängervor¬ sprünge 9 am Umfang mit der Innenfläche des Schöpfraumgehäuseteils 4 zusammen. Die Rotoren 8 stehen oben mit dem Saugraum 11 und unten mit dem Druckraum 12 in Ver¬ bindung.

Der Druckraum 12 steht in Verbindung mit einem nicht gezeigten Druckauslaß. Diese Teile sind am unteren Ende des vertikal aufgestellten Schöpfraumgehäuses vorgesehen.

Jeder Rotor 8 ist drehfest mit einer Welle 20 verbunden, die unten im Lagerkörper 7 durch ein dauergeschmiertes Wälzlager 21 gelagert ist. Ein zweites, gleichfalls dauerge- schmiertes Wälzlager 22 befindet sich am oberen Ende eines rohrförmigen Teils 23 des Lagerkörpers 7, der in eine nach unten, also druckseitig, offene, konzentrische Bohrung 24 des Rotors 8 hineinragt. Dieses Lager 22 befindet sich vorzugsweise oberhalb der Mitte des Rotors 8. Der rohrförmige Teil 23 des Lagerkörpers erstreckt sich vorzugsweise durch den größeren Teil der Länge des Rotors 8. Das Ende des rohrförmigen Teils 23 liegt bei vertikaler Anordnung der Pumpe wesentlich höher als der Druckauslaß 17. Dies ist hilfreich für den Schutz der Lager- und Antriebsregion vor dem Eindringen von Flüssig¬ keit oder anderen schweren Verunreinigungen vom Schöpfraum her.

Im rohrförmigen Teil 23 des Lagerkörpers sind Kühlkanäle 25 vorgesehen, die über Ka¬ näle 26 mit einer Kühlwasserquelle und über entsprechende Kanäle, die in der Zeichnung nicht erscheinen, mit einem Kühlwasserabfluß in Verbindung stehen. Die Kühlkanäle 25 sind vorzugsweise durch schraubenförmige Eindrehungen gebildet, die durch eine Hülse dicht abgedeckt sind. Die Kühlung der Rotorlager verlängert die Lebensdauer bzw. die Wartungsintervalle dieser Lager, wenn sie mit Fett dauergeschmiert sind. Ferner wird durch die Kühlung auch die Umfangsflache des rohrförmigen Teils 23 des Lagerkörpers auf niedriger Temperatur gehalten. Diese Umfangsflache steht der inneren Umfangsflache des Hohlraums 24 des Rotors mit geringem Abstand gegenüber. Diese Flächen sind so ausgebildet, daß sie zu gutem Wärmeaustausch fähig sind und somit Wärme aus dem Rotor mittelbar über den rohrförmigen Teil 23 des Lagerkörpers und dessen Kühleinrich¬ tungen 25 abgeführt werden kann. Zur Verbesserung des Wärmeaustauschs zwischen den einander gegenüberstehenden Flächen des rohrförmigen Teils 23 des Lagerkörpers und des Rotorhohlraums 24 können diese in geeigneter Weise ausgebildet sein. Bei¬ spielsweise können sie so behandelt bzw. brüniert sein, daß der Strahlungsaustausch durch hohe Absorptionskoeffizienten begünstigt wird. Der konvektive Wärmeaustausch vermittelst der dazwischen befindlichen Gasschicht kann durch geringen Ober¬ flächenabstand und geeignete Oberflächenstruktur, die zur Erhöhung der Wärmeüber¬ gangszahl führt, verbessert werden. Eine Fläche oder beide können zu diesem Zweck rauh oder mit Wärmeaustauschrippen oder Gewinde oder dergleichen ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dem Rotorhohlraum 24 durch den Lagerkörper oder die Welle 20 ein Sperrgas zuzuführen, das mit dem Fördermedium vom Druckraum 12 abgeführt wird. Es kann neben der Absperrung der Lagerregion auch der zusätzlichen Kühlung des Lagers, des Lagerkörpers und des Rotors dienen, wobei es aber zweckmäßigerweise nicht durch das bzw. die Lager geführt wird, um diese nicht zu verschmutzen, sondern über einen eine Umgehung bildenden Kanal 28.

Zum Schutz des Lager- und Antriebsbereichs vor vom Schöpfraum her eindringenden Einflüssen sind geeignete Dicht- und/oder Sperreinrichtungen vorgesehen. Besonders vorteilhaft ist die Ausrüstung der einander gegenüberstehenden Flächen des Lager¬ körpers 23 und der Innenflächen des Rotorhohlraums 24 auf einer Seite oder auf beiden Seiten mit einem nicht dargestellten Fördergewinde, das einen Fördereffekt vom Rotor¬ hohlraum 24 zum Druckraum 12 hin ausübt. Dieser Fördereffekt wirkt sich wegen deren höherer Dichte vornehmlich auf feste oder flüssige Teilchen aus und verhindert dadurch deren Eindringen in den Lager- und Antriebsbereich. Das Fördergewinde wird zweckmäßi¬ gerweise so ausgebildet, daß dieser Effekt auch bei erheblich abgesenkter Drehzahl noch wirksam ist.

Der Fördereffekt kann auch dadurch herbeigeführt werden, daß der Spalt zwischen Rotor und Lagerkörper sich konisch zum Druckraum hin erweitert. Die Spaltweite (Abstand der Oberfläche des Lagerkörpers von der Oberfläche des Rotors) bleibt dabei im wesentlichen konstant. Zusätzlich können auch in diesem Falle die einander gegenüberstehenden Flä¬ chen auf einer Seite oder auf beiden Seiten mit Fördergewinde versehen sein; erforderlich ist dies aber nicht.

Da die Ausrüstung des Spalts zwischen Rotor und Lagerkörper mit einem Fördergewinde oder einer fördernd wirkenden Konizität sehr wirksam gegen das Eindringen von Flüssig¬ keit oder Feststoffteilchen abdichtet, kann oft auf zusätzliche Dichteinrichtungen verzichtet werden; jedoch können sie vorgesehen sein, und zwar vorzugsweise in berührungsfreier oder berührungsarmer Bauart, z.B. Labyrinthdichtungen oder kolbenringartige Dichtungen.

Aufgrund der Dichtwirkung des Fördergewindes bzw. der Spaltkonizität ist die erfindungs¬ gemäße Pumpe unempfindlich gegen das Vorhandensein von Flüssigkeit im Schöpfraum, solange sich die Rotoren in Drehung befinden. Diese Unempfindlichkeit besteht auch im stationären Zustand dank der hohen Lageranordnung im Rotor, solange die Flüssigkeit im Schöpfraum das Lagerniveau nicht erreicht. Sie ist nicht nur dann wichtig, wenn das För¬ dermedium einen Flüssigkeitsschwall mit sich führt, sondern kann auch für die Reinigung und/oder Kühlung der Pumpe durch Flüssigkeitseinspritzung genutzt werden. Beispiels¬ weise kann durch Düsen, von denen eine bei 27 angedeutet ist, Reinigungs- oder Kühl¬ flüssigkeit eingesprüht werden. Es können dieselben oder gesonderte Düsen 27 zum Ein¬ sprühen der Reinigungsflüssigkeit und der Kühlfiüssigkeit verwendet werden.

Wenn mit sehr starker Verschmutzung gerechnet werden muß, besteht die Möglichkeit, während des Betriebs ständig Reinigungsflüssigkeit einzusprühen. Beim Betrieb einer Vakuumpumpe sollte die Reinigungsflüssigkeit, soweit sie in den Saugraum gelangen kann, einen Dampfdruck unterhalb des Ansaugdrucks haben. Wenn die Pumpe mehrstu¬ fig ist und die Verschmutzung sich (beispielsweise druckabhängig) hauptsächlich in der zweiten und/oder folgenden Stufen niederschlägt, besteht die Möglichkeit, die Einsprit¬ zung der Reinigungsflüssigkeit auf die zweite bzw. folgende Stufe zu begrenzen und da¬ durch von der Saugseite zu trennen.

In den meisten Fällen erfolgt der Reinigungsbetrieb jedoch nicht ständig, sondern peri¬ odisch wenn Reinigungsbedarf (beispielsweise infolge Anstiegs des Antriebsdrehmo¬ ments) festgestellt wird. Dank der Unempfindlichkeit der Pumpe gegenüber Flüssigkeiten können dann auch verhältnismäßig große Flüssigkeitsmengen verwendet werden. Wenn aufgrund der Menge oder Art der verwendeten Reinigungsflüssigkeit die Betriebsdrehzahl nicht gehalten werden kann, kann die Drehzahl entsprechend gesenkt werden. Dafür sind geeignete Steuerungseinrichtungen vorgesehen. Beispielsweise kann die Drehzahl ab¬ hängig vom Antriebsdrehmoment gesteuert werden, was bei erhöhtem Leistungsbedarf selbsttätig zu einer entsprechenden Absenkung der Drehzahl gegenüber der Betriebs¬ drehzahl führt. Die fortdauernde Drehung der Rotoren auch während der Reinigungs¬ phase dient nicht nur der Abdichtung der Rotorlagerung, sondern fördert auch die Einwir¬ kung der Reinigungsflüssigkeit auf die verschmutzten Oberflächen.

Die Förderwirkung im Spalt zwischen Rotor und Lagerkörper kann auch zur Förderung von Sperrgas unabhängig von einer externen Druckgasquelle genutzt werden. Im allgemeinen wird man aber zur Förderung des Sperrgases die Wirkung einer solchen Druckgasquelle bevorzugen, um in der Sperrgaszufuhr unabhängig von der Rotordrehzahl zu sein.

Das Schöpfraumgehäuse 4 kann eine Kammer 30 enthalten, die ganz oder über einen großen Teil des Umfangs umläuft und durch die Kühlwasser zirkuliert, um das Gehäuse auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten. Kühlung des Gehäusemantels ist nicht in allen Fällen erforderlich. Sie ist jedoch im erfindungsgemäßen Zusammenhang vorteil¬ hafterweise möglich, weil auch die Rotoren 8 gekühlt sind und deren Wärmedehnung da¬ her begrenzt ist. Es braucht nicht befürchtet zu werden, daß die Rotoren nur deshalb am Gehäuse anlaufen, weil sie sich dehnen, während das Gehäuse auf geringerer Tempera¬ tur gehalten wird.

Die erfindungsgemäße Pumpe kann mit Voreinlaß ausgerüstet werden. Das bedeutet, daß in den Bereichen hoher, ggf. auch schon mittlere Kompression im Gehäuse Kanäle 31 vorgesehen sind, durch die in den Schöpfraum Gas von höherem Druck als es dem Kom¬ pressionsstadium in diesem Bereich des Schöpfraums entspricht, eingelassen wird, um nach bekannten Grundsätzen eine Kühlung und/oder Geräuschminderung zu bewirken. Gemäß einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung kann das Voreinlaßgas unmittelbar der Druckseite der Pumpe entnommen werden, indem es in den Kühltaschen 30 des Schöpf¬ raummantels 4 gekühlt wird. Zu diesem Zweck kann es durch Wärmetauscherrohre 32 ge¬ leitet werden.

Bei den Wälzlagern 21 , 22 handelt es sich im dargestellten Beispiel um Schrägkugellager, die durch eine Feder 29 gegeneinander angestellt sind. Jede Welle 20 trägt unterhalb des Lagers 21 vorzugsweise unmittelbar, d.h. ohne zwischengeschaltete Kupplung, den Lau- fer 35 des Antriebsmotors, dessen Stator 36 in dem Motorgehäuse 2 angeordnet ist. Das Motorgehäuse kann mit Kühlkanälen 38 ausgerüstet sein.

Die Flanschplatten 50, die in dem dargestellten Beispiel mit den Lagerkörpern 7 aus ei¬ nem Stück bestehen, sind mit ihren Außenrändern 51 , die im wesentlichen dem Umfang des Schöpfraumgehäuses 4 folgen, und ihren aneinanderliegenden Innenrändern 52 auf die Oberseite der Grundplatte 3 aufgesetzt. Die Flanschplatten 50 sind gegenüber der Grundplatte 3 gedichtet. Auch die im Radialschnitt einer Sekante folgenden Stirnflächen 53, an denen sie aneinander anliegen, sind mit einer Dichtungseinlage ausgerüstet.

Unter den Flanschplatten 50, zwischen den Rändern 51 , 52 ist eine Eindrehung vorgese¬ hen, die mit der Oberseite der Grundplatte 3 einen Raum 39 einschließt, der zur Aufnah¬ me von Synchronisations-Zahnrädern 40 dient, die mit bekannten Mitteln drehfest auf den Wellen 20 zwischen den Lagern 21 und den Motorläufern angeordnet sind. Damit sie im Bereich der Innenränder 52 der Flanschplatten 50 miteinander kämmen können, weisen die Innenränder an entsprechender Stelle einen Ausschnitt auf, durch den die Zahnräder hindurchgreifeπ. Unterhalb dieses Ausschnitts bleibt auf jeder Seite ein Steg stehen, auf den in Fig. 1 die Bezugslinie der den Innenrand allgemein bezeichnenden Bezugsziffer 52 weist. Dieser Steg ist nicht nur aus Stabilitätsgründen vorteilhaft, sondern auch weil er eine umlaufende Abdichtung einerseits gegenüber der Grundplatte 3 und andererseits zwischen den abgeflachten Sekantenflächen der Flanschplatten 50 ermöglicht.

Die Ausdrehungen 39 in den Flanschplatten 50 haben einen Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser der Synchronisations-Zahnräder 40. Sie sind im Verhältnis zu den innenrändern 52 ein wenig exzentrisch angeordnet, damit die Synchronisations-Zahnräder 40 bei der Montage der Rotor-Baueinheiten trotz des Vorhandenseins des Dichtungsstegs bei 52 eingesetzt werden können.

Da der die Synchronisations-Zahnräder 40 enthaltende Raum 39 von dem Schöpfraum vollständig getrennt ist, besteht für die Synchronisations-Zahnräder die Gefahr der Ver¬ schmutzung nicht. Sie dienen lediglich der Notsynchronisation der Rotoren. Ihre Zähne kommen normalerweise nicht miteinander in Berührung. Eine Schmierung ist deshalb in der Regel nicht erforderlich. Zwar ist sie gewünschtenfalls anwendbar, aber der Trocken¬ lauf der Synchronisation-Zahnräder vereinfacht die Konstruktion, weil eine Abdichtung zwischen dem Raum 39 und den Antriebsmotoren nicht erforderlich ist. Die Synchronisations-Zahnräder 40 können auch als Impulsgeberscheiben dienen oder durch zusätzliche Impulsgeberscheiben ergänzt sein, die von Sensoren 42 abgetastet werden, von denen in Fig.1 einer dargestellt ist. Diese Sensoren 42 stehen mit einer Re¬ geleinrichtung in Verbindung, die die jeweilige Drehstellung der Rotoren gegenüber einem Sollwert überwacht und über den Antrieb korrigiert. Es handelt sich dabei um eine Syn¬ chronisation der Rotoren auf elektronischem Wege, die als solche bekannt ist und daher hier keiner näheren Erläuterung bedarf. Das Spiel zwischen den Zähnen der Synchronisa¬ tionszahnräder 40 ist etwas geringer als das Flankenspiel zwischen den Verdrängervor- sprüngen 9 der Rotoren 8. Es ist jedoch größer als die Synchronisationstoleranz der elek¬ tronischen Synchronisationseinrichtung. Bei ordnungsgemäßem Funktionieren der letzte¬ ren kommen somit weder die Flanken der Verdrängervorsprünge 9 noch die Zähne der Synchronisationszahnräder 40 miteinander in Kontakt. Für den Fall, daß die letzteren doch einmal miteinander in Kontakt kommen sollten, sind sie mit einer verschleißfesten und ggf. gleitgünstigen Beschichtung versehen.

Die Leistungsdaten der Pumpe werden außer durch die Antriebsleistung und Drehzahl durch das an den Rotoren gebildete Verdränger- bzw. Fördervolumen und somit durch die Länge der Rotoren bestimmt. Man kann daher die Förderdaten dadurch verändern, daß man die Länge des die Rotoren enthaltenden Pumpenteils ändert. Eine Baureihe von Pumpen mit unterschiedlichen Leistungsdaten zeichnet sich deshalb vorzugsweise da¬ durch aus, daß die einzelnen Pumpen dieser Baureihe sich durch Abstufung der Länge dieser Teile unterscheiden, zu denen das Schöpfraumgehäuse, die Rotoren sowie ggf. die rohrförmigen, in die Rotoren hineinragenden Teile der Lagerkörper gehören.

Man erkennt, daß jeder Rotor mit den zugehörigen Lager- und Antriebseinrichtungen eine selbständig montierbare Baueinheit bildet, die neben dem Rotor aus den Lagern 21 , 22, dem Lagerkörper 7, dem darin vorgesehenen Kühleinrichtungen, der Welle 20, dem Syn¬ chronisationszahnrad 40, dem zugehörigen Sensor 42 und dem Motorläufer 35 besteht. Diese Einheiten werden komplett vormontiert in die Pumpe eingesetzt. Sie können nach der Abnahme des Schöpfraumgehäuses leicht von der Grundplatte 3 abgenommen bzw. eingesetzt werden. Ihre Auswechslung kann daher dem Anwender überlassen bleiben, während der Hersteller die Wartung der empfindlichen Einheiten als solchen besorgt.

Die Pumpe ist vorzugsweise von isochorer Bauart, um auch größere Flüssigkeitsmengen schadlos mitfördern zu können.

Claims

Patentansprüche

1. Mehrstufiger Schraubenspindelverdichter, dessen Verdrängerrotoren (8) druckseitig fliegend gelagert sind an einem die Rotorwelle (20) und wenigstens ein rotorseitiges Lager (22) einschließenden, jeweils in den Rotor (8) hineinragenden, stationären Lagerrohr (23), dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoren (8) druckseitig stärker als saugseitig gekühlt werden, indem der jeweils in einen Rotor hineinragende Teil des Lagerrohrs (23) gekühlt ist und die einander gegenüberstehenden Umfangsflächen

. des Rotors (8) und des Lagerrohrs (23) wärmeaustauschfähig zueinander angeord¬ net sind.

2. Verdichter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwi¬ schen den einander gegenüberstehenden Oberflächen des Rotors (8) und des La¬ gerrohrs (23) mit der Druckseite (12) in Verbindung steht.

3. Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der genannten Umfangsflächen mit den Wärmeaustausch mit dem dazwischen be¬ findlichen Medium verbessernden Erhöhungen und Vertiefungen versehen sind.

4. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ge¬ nannten Umfangsflächen mit einer hohen Absorptionszahl für Wärmestrahlung aus¬ gestattet sind.

5. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß minde¬ stens der in den Rotor (8) hineinragende Teil des Lagerrohrs (23) von Kühlflüssigkeit durchströmte Kanäle (25) enthält.

6. Verdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle (25) na¬ he der dem Rotor (8) gegenüberliegenden Umfangsflache des Lagerrohrs (23) an¬ geordnet sind.

7. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einander mit geringem Spiel gegenüberstehenden Umfangsflächen des Rotors (8) und des Lagerrohrs ( 23) als berührungsfrei zusammenwirkende Förderorgane mit aus dem Rotor (8) hinausführender Förderrichtung ausgebildet sind.

8. Verdichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß er im wesentlichen verti¬ kal mit geodätisch tief gelegener Auslaßöffnung angeordnet ist.

9. Verdichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der bei¬ den einander gegenüberstehenden Umfangsflächen mit einem Fördergewinde (28) versehen ist.

10. Verdichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüber¬ stehenden Umfangsflächen konisch mit einem in Förderrichtung sich vergrößernden Durchmesser ausgebildet sind.

11. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorhohlraum (24) mit einer Sperrgasquelle verbunden ist.

12. Verdichter nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß Ein¬ richtungen zum drehmomentabhängigen Steuern/Regeln des Rotorantriebs vorge¬ sehen sind.

13. Verdichter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (27) zum Einlaß einer Waschflüssigkeit in den Schöpfraum vorgesehen sind.

14. Verfahren zum Reinigen eines Verdichters nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da¬ durch gekennzeichnet, daß Waschflüssigkeit in den Schöpfraum gegeben und die Rotoren drehmomentabhängig angetrieben werden.