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Dokumentenidentifikation DE3817312C2 06.08.1992
Titel Schraubenverdichter
Anmelder Hitachi, Ltd., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Doi, Motomichi, Katsuta, JP;
Izushi, Minetoshi, Shimizu, JP;
Kawaike, Kazuhiko, Katsuta, JP;
Urashin, Masayuki, Shimizu, JP
Vertreter Beetz, R., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Timpe, W., Dr.-Ing.; Siegfried, J., Dipl.-Ing.; Schmitt-Fumian, W., Prof. Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Mayr, C., Dipl.-Phys.Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 20.05.1988
DE-Aktenzeichen 3817312
Offenlegungstag 08.12.1988
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 06.08.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.08.1992
IPC-Hauptklasse F04C 29/02
IPC-Nebenklasse F04C 18/16   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Schraubenverdichter der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Aus der JP 5 69 694 A ist ein gattungsgemäßer Schraubenverdichter in mehreren Varianten bekannt, bei dem die Rotorwellen beidendig in je einem Radialgleitlager laufen. Zur Aufnahme der im Betrieb auftretenden hohen Axialkräfte ist jeweils ein Wellenende jedes Rotors an einem Axialgleitlager abgestützt. Die Schmierung der Gleitlager erfolgt im Kreislauf aus einem unter dem Förderdruck des Verdichters stehenden Schmieröl-Sammelbehälter, aus dem das Schmieröl über Leitungen und Kanäle in den zentralen Abschnitt jedes Radiallagers gedrückt wird. Je ein Zweigkanal führt von diesem Schmierölkanal über eine Festdrossel zu einer Druckkammer, die zwischen dem jeweiligen Axialgleitlager und dem angrenzenden druckseitigen Radialgleitlager ausgebildet ist. Obgleich diese Wellenlagerung in Gleitlagern gegenüber der herkömmlichen Wellenlagerung in Wälzlagern z. B. Kegelrollenlagern, kosten- und platzmäßige Vorteile bietet, besteht die Gefahr einer unzureichenden kontinuierlichen Schmiermittelzufuhr insbesondere zu den druckseitigen Radialgleitlagern und den relativ hohen Kräften ausgesetzten Axialgleitlagern, was die Lebensdauer der Lager und damit des gesamten Schraubenkompressors beeinträchtigt.

Aus der DD 2 27 197 A1 ist eine Axiallagerung für die Rotoren von Schraubenverdichtern bekannt, die eine hohe axiale Steifigkeit bei ausreichender Lebensdauer haben soll. Zu diesem Zweck ist am Ende jeder in Radialgleitlagern laufenden Rotorwelle eine Lagerscheibe befestigt, auf welche die axiale Betriebskraft des Rotors übertragen wird. Angrenzend an diese wellenfeste Lagerscheibe ist eine schwimmende Lagerscheibe vorgesehen, die auf beiden Stirnflächen Spiralrillen aufweist. Der Verlauf der Spiralrillen ist so gewählt, daß bei einer relativen Drehbewegung zwischen den beiden Scheiben im radial inneren Bereich ein Staudruck des Schmiermittels sich aufbaut. An der anderen Stirnseite der schwimmenden Lagerscheibe ist eine weitere Scheibe im Gehäuse befestigt, die ebenfalls eine der berillten Stirnfläche der schwimmenden Lagerscheibe gegenüberliegende glatte Stirnfläche besitzt. Bei dieser auch als Staudrucklager bezeichneten Lageranordnung ist es insbesondere im Anfahr- und Abschaltbetrieb möglich, daß das druckseitige Gleitlager und/oder das Spiralrillenlager nicht ausreichend mit unter Druck stehendem Schmiermittel versorgt werden, was zum Festfressen der Lageranordnung führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schraubenverdichter der angegebenen Gattung zu schaffen, bei dem zur Erzielung einer erhöhten Lebensdauer eine verbesserte Schmierölzufuhr zu den im Betrieb besonders hoch beanspruchten Lageranordnungen der Rotorwellen sichergestellt wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße gemeinsame Versorgung der druckseitigen Gleitlager und der als Staudrucklager wirkenden Spiralrillenlager mit dem vorzugsweise unter Förderdruck stehenden Schmieröl über die beiden Lagern gemeinsame Druckkammer, führt zu einer günstigen Aufteilung der zugeführten Schmierölmenge proportional zu dem relativ großen Strömungswiderstand des Spiralrillenlagers und dem geringeren Strömungswiderstand des druckseitigen Gleitlagers. Aufgrund der hydrodynamischen Stauwirkung des Spiralrillenlagers und dessen dadurch erzielten relativ hohen Strömungswiderstandes gelangt nur eine relativ geringe Schmierölmenge in dieses Axialgleitlager, wobei die größere Schmierölmenge das relativ hoch beanspruchte druckseitige Gleitlager in seiner ganzen Länge durchströmt. Da jedes Axialgleitlager vom Staudrucktyp ist, wird mit einer relativ geringen Schmiermittelmenge ein dicker und tragfähiger Schmiermittelfilm in diesem Axialgleitlager erzeugt, der Berührungen der Lagerflächen und damit ein Festfressen verhindert. Da jedem Radialgleitlager die restliche relativ große Schmiermittelmenge zugeführt wird, kann innerhalb eines weiten Bereichs von Betriebsbedingungen des Schraubenverdichters kein Festfressen der Radialgleitlager auftreten.

Gemäß der Erfindung wird das Schmiermittel in zwei Ströme aufgeteilt, die jeweils die Radialgleitlager auf der Förderseite und die Axialgleitlager schmieren. Da die Axialgleitlager vom Staudrucktyp sind, kann ein Fressen der Axialgleitlager auch dann verhindert werden, wenn die ihnen zugeführte Schmiermittelmenge gering ist. Da ferner die Radialgleitlager durch die verbleibende große Schmiermittelmenge geschmiert werden, wird ein Fressen der Radialgleitlager in einem weiten Bereich von Betriebsbedingungen des Schraubenverdichters verhindert, so daß ein stabiler Betrieb erzielbar ist. Die erreichbaren Vorteile bestehen also darin, daß sämtliche Lager im Schraubenverdichter klein gebaut werden und lange Standzeiten haben können.

Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigt

Fig. 1 einen Schraubenverdichter im Längsschnitt;

Fig. 2 einen axialen Ausschnitt des Schraubenverdichters nach Fig. 1 mit der erfindungsgemäßen Lageranordnung;

Fig. 3 eine Spiralrillenscheibe der Lageranordnung nach Fig. 2 in Draufsicht;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein druckseitiges Radialgleitlager;

Fig. 5 eine Endansicht des Radialgleitlagers nach Fig. 4;

Fig. 6 einen Längsschnitt eines saugseitigen Radialgleitlagers;

Fig. 7 eine Endansicht des Radialgleitlagers nach Fig. 6;

Fig. 8 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 1 mit einer abgewandelten Schmierölzufuhr.

Der Schraubenverdichter nach Fig. 1 umfaßt ein zylindrisches Rotorgehäuse 2 und einen auf dem Oberende des Rotorgehäuses 2 angeordneten Elektromotor 1. Ein becherförmiges Sauggehäuse 3 ist gasdicht an dem Rotorgehäuse 2 mittels Bolzen od. dgl. montiert und deckt den Elektromotor 1 ab.

Im Rotorgehäuse 2 sind zwei Rotoren 4, 5 achsparallel gelagert, die über äußere schraubenförmige Rippen bzw. Nuten miteinander in Eingriff stehen. Ein zu verdichtendes Gas, z. B. Kältemitteldampf, strömt durch einen Saugeinlaß 6 im Rotorgehäuse 2 über den Elektromotor 1 in den Verbindungsabschnitt zwischen den beiden Rotoren 4 und 5. Ein Auslaß 7 im Rotorgehäuse 2 ist mit dem Verbindungsabschnitt zwischen den Rotoren 4 und 5 verbunden, aus dem das verdichtete Gas austritt.

Die saugseitigen Wellen 4a und 5a der Rotoren 4 und 5 sind in Radialgleitlagern 8a und 8b im Rotorgehäuse 2 gelagert, wobei die Welle 4a mit dem Elektromotor 1 verbunden ist. Auch die druckseitigen Wellen 4b und 5b der beiden Rotoren 4 und 5 sind in Radialgleitlagern 9a und 9b gelagert, die ebenfalls im Rotorgehäuse 2 angeordnet sind. Zwei Axialgleitlager sind jeweils an den Enden der druckseitigen Wellen 4b bzw. 5b angeordnet und nehmen die im Betrieb auftretenden Axialkräfte auf.

Wie vergrößert in Fig. 2 gezeigt ist, enthält jedes Axialgleitlager eine an einer Rotorwelle 4b bzw. 5b fest montierte Laufscheibe 11a, 11b und ein scheibenförmiges ortsfestes Lagerelement 10a, 10b, das der Laufscheibe 11a, 11b gegenüberstehend angeordnet ist und eine Durchgangsbohrung aufweist. Die ortsfesten Lagerelemente 10a, 10b sind am Rotorgehäuse 2 fest montiert und jeweils über den Laufscheiben 11a, 11b so angeordnet, daß die Rotorwellen 4b, 5b ihre Durchgangsbohrungen durchsetzen. Im Betrieb werden die Rotoren 4 und 5 durch die aus der Verdichtung des Gases resultierende Axialkraft nach oben gedrückt, so daß die Laufscheiben 11a und 11b jeweils gegen die ortsfesten Lagerelemente 10a bzw. 10b gepreßt werden.

Am Wellenende des Rotors 4 sind ein napfförmiges Element 12a und eine Kugel 13a unter dem Axialgleitlager 11a angeordnet. Ferner sind am Wellenende des Rotors 5 unter dessen Axialgleitlager 11b ein Element 12b und eine Kugel 13b angeordnet. Das Element 12a ist mit dem Wellenende des Rotors 4 verschraubt. Das Element 12b ist mit ebener Oberfläche als Positionierbolzen 14b ausgebildet, der am Boden einer Deckelplatte 16 durch eine Sicherungsmutter 15b befestigt ist. Die Abdeckplatte 16 ist gasdicht an einer Unterseite des Rotorgehäuses 2 befestigt und deckt die Wellenenden beider Rotoren 4 und 5 ab. In das Wellenende des Rotors 5 ist ein Bolzen 11c eingeschraubt, der dem Positionierbolzen 14b gegenübersteht und im verdickten Kopf eine Ausnehmung zur Aufnahme der Kugel 13b aufweist.

Unter dem napfförmigen Element 12a ist ein Positionierbolzen 14a in der Deckelplatte 16 durch eine Sicherungsmutter 15a eingeschraubt. Die Kugel 13a ist in einer Ausnehmung im Kopf des Positionierbolzens 14a aufgenommen und kontaktiert die ebene Unterseite des Elements 12a. Die Elemente 12a und 12b und die Kugeln 13a und 13b stützen die beiden Rotoren 4 und 5 drehbar ab, wenn die vom verdichteten Gas erzeugten Axialkräfte geringer als das Eigengewicht des jeweiligen Rotors ist, also beim Anfahren oder bei einer Betriebsunterbrechung des Schraubenverdichters.

Ein becherförmiges Hochdruckgasgehäuse 19 ist gasdicht am unteren Teil des Rotorgehäuses 2 durch Bolzen od. dgl. befestigt und bildet mit dem Sauggehäuse 3 einen Druckbehälter. Das Innere des Hochdruckgehäuses 19 dient als Ölbehälter 21, in dem sich das Schmieröl 20 befindet. Am unteren Ende des Abdeckgehäuses 16 sind zwei Filter 18a und 18b befestigt, deren Unterenden in das Schmieröl 20 tauchen.

Zwei Schmierölkanäle 17a und 17b verlaufen in den Filtern 18a und 18b im Abdeckgehäuse 16 und im Rotorgehäuse 2. Der Schmierölkanal 17a verbindet den Ölbehälter 21 mit den saugseitigen Radialgleitlagern 8a und 8b, und der Schmierölkanal 17b führt vom Ölbehälter zu zwei hydraulischen Druckkammern 17c und 17d (Fig. 2) zwischen den Radialgleitlagern 9a und 9b auf der Förderseite und den entsprechenden Axialgleitlagern 10, 11.

Im Betrieb strömt das angesaugte Gas in Richtung der Pfeile in Fig. 1 in das Sauggehäuse 3 und den Elektromotor 1. Das Gas wird in den Verbindungsabschnitt zwischen den Rotoren 4 und 5 durch eine im Rotorgehäuse 2 vorgesehene Saugöffnung (nicht gezeigt) angesaugt und von den Rotoren 4 und 5 verdichtet. Das verdichtete Gas wird zum Inneren des Hochdruckgehäuses 19 durch eine im Rotorgehäuse 2 ausgebildete Austrittsöffnung (nicht gezeigt) gefördert und strömt durch einen Ölabscheider (nicht gezeigt) und durch die Austrittsöffnung 7 aus dem Verdichter.

Dabei wird das Schmieröl 20 im Ölbehälter 21 mit Hochdruck beaufschlagt. Die beiden Enden jedes saugseitigen Radialgleitlagers 8a und 8b, die oberen Enden der druckseitigen Radialgleitlager 9a und 9b und eine Ölablaufkammer im Abdeckgehäuse 16 stehen mit der Saugseite der Rotoren in Verbindung und werden auf einem niedrigeren Druck als dem Druck im Hochdruckgehäuse 19 gehalten. Das Schmieröl 21 wird aus dem Ölbehälter 20 den Gleitlagern durch die Druckdifferenz zwischen dem Förderdruck und dem Saugdruck des Gases zugeführt. Das Schmieröl wird den saugseitigen Radialgleitlagern 8a und 8b durch den Kanal 17a und den Druckkammern 17c und 17d durch den Kanal 17b zugeführt. Aus jeder Druckkammer 17c, 17d fließt das Schmieröl zu dem zugehörigen Axialgleitlager und die größere Schmierölmenge fließt zu dem jeweiligen druckseitigen Radialgleitlager 9a bzw. 9b. Das zu jedem Axialgleitlager strömende Schmieröl schmiert eine Lagerfläche eines ortsfesten Lagerelements 10a bzw. 10b und eine Lagerfläche einer Laufscheibe 11a bzw. 11b und fließt danach in die Ölablaufkammer 16a ab.

Die verwendeten Axialgleitlager sind vom Staudrucktyp. Bei der gezeigten Ausführung sind in den Laufscheiben 11a, 11b Spiralnuten ausgebildet. Gemäß Fig. 3 weist jede Laufscheibe 11a, 11b in ihrer dem ortsfesten Lagerelement 10a bzw. 10b zugewandten Endfläche Spiralnuten 11x auf, die eine vorbestimmte Tiefe haben und durch Stege 11y voneinander getrennt sind. Die Spiralnuten 11x verlaufen von einem zentralen Teil der Laufscheibe zum Außenrand in Drehrichtung der Laufscheibe, wie durch den Pfeil in Fig. 3 angedeutet ist. Ferner weist jede Laufscheibe 11a, 11b im Mittenabschnitt eine ringförmige Ölnut 11z auf.

Jedes ortsfeste Lagerelement 10a, 10b hat eine vollständig glatte Lagerfläche.

Im Betrieb des Schraubenverdichters erreicht das durch die Ölförderbohrung 17b und die hydraulischen Druckkammern 17c und 17d geförderte Öl die Lagerflächen der Axialgleitlager durch Ringräume zwischen den Durchgangsbohrungen in den ortsfesten Lagerelementen 10a, 10b und den Rotorwellen 4b, 5b. Das Schmieröl, das danach trachtet, von der inneren Lagerfläche jedes Axialgleitlagers 11a, 11b nach außen zu fließen, wird in den Spiralnuten 11x der Laufscheiben 11a und 11b während der Rotation derselben eingeschlossen. Auf diese Weise wird in dem Schmieröl in jedem Axialgleitlager durch die Spiralnuten 11x ein Staudruck erzeugt, der gegen die durch die Gasverdichtung erzeugte Axialkraft wirkt und für einen tragfähigen Schmierfilm sorgt. Nach Schmierung der Axialdrucklager 10a, 11a; 10b, 11b wird das Schmieröl in die Ölablaufkammer 16a abgeleitet. Die abgeleitete Schmierölmenge ist äußerst gering, weil der durch die Spiralnuten 11x erzeugte Saugdruck als Widerstand gegen das Strömen des Schmieröls wirkt. Daher wird in jedem Lager eine hohe Lastaufnahmefähigkeit hergestellt.

Aufgrund dieses hohen Strömungswiderstands in den Axialgleitlagern strömt fast das gesamte den Druckkammern 17c und 17d zugeführte Schmieröl zu den oberen Radialgleitlagern 9a und 9b und schmiert deren Lagerflächen. Anschließend tritt das Schmieröl durch die Oberenden der jeweiligen Radialgleitlager 9a und 9b aus. Das Schmieröl durchströmt eine Leitbohrung (nicht gezeigt) und wird schließlich zum Ölbehälter 21 durch einen saugseitigen Raum rückgeführt. Auf diese Weise wird das Schmieröl nach Schmierung der Radialgleitlager 9a und 9b ohne Verweilen umgewälzt.

Nach den Fig. 4 und 5 weist jedes förderseitige Radialgleitlager 9a und 9b eine Axialnut in seiner Lagerfläche auf, die aus einem relativ breiten Nutabschnitt 9x und einem relativ der Rotorseite zugewandten schmalen Nutabschnitt 9y besteht. Der schmale Nutabschnitt 9y dient als Drossel für das das Radialgleitlager 9a, 9b schmierende Öl. Zwar ist die das Radialgleitlager 9a, 9b schmierende Ölmenge groß, aber durch den schmalen Nutabschnitt 9y kann die Lastaufnahmefähigkeit verbessert werden.

Jedes Radialgleitlager 8a und 8b auf der Saugseite weist in seiner Lagerfläche ebenfalls eine Axialnut auf, wie die Fig. 6 und 7 zeigen. Da der Druck um die saugseitigen Radialgleitlager 8a und 8b der niedrige Saugdruck ist und eine gleichmäßige Druckverteilung aufweist, wird ein sehr guter Schmierzustand erreicht, wenn das Öl einem axial mittigen Abschnitt der Lagerfläche jedes Radialgleitlagers zugeführt wird. Die Axialnut jedes Radialgleitlagers besteht aus zwei relativ schmalen Nutabschnitten 8y, an den entgegengesetzten axialen Enden der Lagerfläche und aus einem relativ breiten Nutabschnitt 8x, der die schmalen Nutabschnitte miteinander verbindet. Eine Bohrung 8z ist im Bereich des axialen Mittelpunkts des Nutabschnitts 8x ausgebildet. Jeder schmale Nutabschnitt 8y ist enger als der schmale Nutabschnitt 9y in der Lagerfläche der druckseitigen Radialgleitlager, so daß ein Überschuß des den saugseitigen Radialgleitlagern zugeführten Öls verhindert wird. Da nämlich die Lagerbelastung der Radialgleitlager 8a und 8b auf der Saugseite geringer als diejenige der Radialgleitlager 9a und 9b auf der Förderseite ist, können die saugseitigen Radialgleitlager 8a und 8b mit weniger Ol geschmiert werden.

Eine gute Schmierung von Lagern ist aufgrund der ausreichenden Schmierölverteilung auch in einem Verdichter mit kraftgetriebenem Ölfördersystem, z. B. mittels einer Pumpe, möglich.

Bei der Ausführung nach Fig. 8 ist ein förderseitiges Radialgleitlager 91 mit einem Ausschnitt 22 an einem Ende einer Lagerfläche auf der Seite der hydraulischen Druckkammer 17d ausgebildet. Der Schmierölkanal 17e steht mit diesem Ausschnitt 22 in Verbindung, so daß das Schmieröl dem Ausschnitt 22 zugefördert wird. Der übrige Aufbau und der Betrieb der in Fig. 8 gezeigten Ausführung entsprechen der vorher beschriebenen Ausführungsform, so daß gleiche Bauelemente nicht erläutert werden. Der Schmierölkanal 17e kann einfacher hergestellt und sein Strömungswiderstand verringert werden.

Wenn die förderseitigen Radialgleitlager durch solche vom Staudrucktyp ersetzt werden, steigt die Belastbarkeit der Lager ebenso wie diejenige der Axialgleitlager nach der Erfindung. Dadurch kann der Schmierölverbrauch verringert werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Schraubenverdichter in einem geschlossenen Gehäuse (2)
    1. - mit zwei Rotoren (4, 5), die an ihren Außenflächen schraubenlinienförmige Rippen und Nuten aufweisen und im Gehäuse (2) über die Rippen und Nuten in gegenseitigem Eingriff stehen,
    2. - mit einem ersten Radialgleitlagerpaar (8a, 8b) an der Saugseite des Verdichters und einem zweiten Radialgleitlagerpaar (9a, 9b) an der Druckseite des Verdichters, die jeweils Wellen (4a, 4b; 5a, 5b) der beiden Rotoren (4, 5) lagern,
    3. - mit zwei Axialgleitlagern (10a, 11a; 10b, 11b, die jeweils angrenzend an eines der druckseitigen Radialgleitlager (9a, 9b) vorgesehen sind und je ein Wellenende der beiden Rotoren (4, 5) abstützen, und
    4. - mit je einer zwischen jedem der beiden Axialgleitlager (10a, 11a; 10b, 11b) und dem daran angrenzenden druckseitigen Radialgleitlager (9a, 9b) angeordneten Druckkammer (17c, 17d), die über Kanäle (17b, 17c) mit einer Schmierölversorgung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Axialgleitlager (10a, 11a; 10b, 11b) als Spiralrillenlager vom Staudrucktyp ausgebildet sind, deren Strömungswiderstand größer als derjenige der angrenzenden Radialgleitlager (9a, 9b) ist, und daß die beiden Axialgleitlager (10a, 11a; 10b, 11b) und die beiden angrenzenden Radialgleitlager (9a, 9b) nur über die jeweilige Druckkammer (17c, 17d) mit unter Druck stehendem Schmieröl beaufschlagt werden.
  2. 2. Schraubenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem druckseitigen Radialgleitlager (9a, 9b) wenigstens eine Axialnut ausgebildet ist, die einen relativ schmalen Nutabschnitt (9y) und einen relativ breiten Nutabschnitt (9x) aufweist, wobei der schmale Nutabschnitt (9y) auf der dem jeweiligen Axialgleitlager (10a, 11a; 10b, 11b) abgewandten Seite angeordnet ist.






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