Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
MOUNTING AND DRIVE FOR A R718 COMPRESSOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/166311
Kind Code:
A1
Abstract:
In order to improve reliable and efficient operating behavior during compression of water vapor as R718, particularly for refrigeration, air conditioning and heat pump technology, while simultaneously reducing construction volume and reducing procurement and operating costs, according to the invention radial and axial water slide bearings (6 and 7) are provided for every spindle rotor (2 and 3) in a 2-shaft rotational displacement machine, on a stationary, continuous support axis (5) with an integrated external rotor motor per spindle rotor (2 and 3) with electronic motor pair synchronization (20), wherein pitot tube pumps (9) on every spindle rotor end receive the water escaping from the water slide bearings (6 and 7) and relieve the water pump (11) for pressurized water supply (16 and 6.z and 7.z) in a speed-dependent manner, wherein the separation between p1 as inlet pressure and p2 as outlet pressure of the compressor occurs on the continuous support axis (5), preferably on the axial water slide thrust bearing (7, 2), and moreover the flexural rigidity is generated on each spindle rotor per support tube (12).

Inventors:
STEFFENS RALF (DE)
Application Number:
EP2019/054282
Publication Date:
September 06, 2019
Filing Date:
February 21, 2019
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
STEFFENS RALF (DE)
International Classes:
F04C18/56; F04C29/00
Domestic Patent References:
WO2016048773A12016-03-31
WO1999013224A11999-03-18
Foreign References:
DE19809957A11999-09-09
US20160186757A12016-06-30
DE102013009040A12014-12-04
DE102014008288A12015-12-03
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
PATENTANWÄLTE BAUER - VORBERG - KAYSER PARTNERSCHAFT MBB (DE)
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1. R718-Verdichter mit einer 2-We!!en-Rotations-Verdrängermaschine zur Förderung und Verdichtung gasförmiger Fördermedien, vorzugsweise Wasserdampf, die ein Verdichtergehäuse (1), das einen Verdichter-Einlass (1.1) und einen Verdichter-Auslass (1.2) hat, und ein in diesem Verdichtergehäuse (1) gelagertes Spindelrotorpaar (2 und 3) aufweist, wobei im Betrieb ein Druck Pi am Verdichter-Einlass (1.1) und ein gegenüber pl höherer Druck p2 am Verdichter-Auslass (1.2) herrschen,

dadurch gekennzeichnet, dass

für jeden Rotor (2, 3) des Spindelrotorpaars (2 und 3) eine feststehende und durchgehende Trägerachse (5) im Verdichtergehäuse (1) angeordnet ist, und zur elektronischen Motorpaar-Spindelrotor-Synchronisation (20) der Antrieb jedes Spindelrotors (2 und 3) jeweils als Außenläufer-Motor (4), vorzugsweise als Synchronmotor, ausgeführt ist, wobei ein Motorstator (4.1) des Außenläufer- Motors (4) mit seinen Wicklungen auf der Trägerachse (5) fest montiert ist und ein Motorrotor (4.2) des Außenläufer-Motors (4) drehfest mit dem Spindelrotor verbunden ist.

2. R718-Verdichter nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Verdichter Wassergleitlager (6 und 7) für die Lagerung jedes Spindelrotors (2 und 3) aufweist, wobei jeweils an jedem Ende eines jeden Rotors (2, 3) ein Wassergleitlager (6 und 7) vorgesehen ist, dass jedes Wassergleitlager (6 und 7) eine Laufbuchse (6.b), die drehbar auf der Trägerachse (5) angeordnet ist, und ein Axial-Wassergleitlager (7) aufweist, das einen im Verdichtergehäuse (1) befestigten Abstützring (7.3) hat.

3. R718-Verdichter nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Außenläufer-Motor (4) einen Luftspalt-Radius R.M kleiner als der Staurinnenwasser-Radius R.R hat. 4. R718-Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine Wasserpumpe (11) für die Druckwasserversorgung der Wassergleitiager (6 und 7) vorgesehen ist, dass die Druckwasserversorgung vorzugsweise einen Sammelbehälter (15), der sich geodätisch oberhalb der Wasserpumpe (11) befindet, aufweist, und dass vorzugsweise die Wasserpumpe (11) insbesondere beim Starten des Verdichters für den nötigen hydrostatischen Wasserdruck in jedem Wassergleitlager (6 und 7) bei jedem Spindelrotor sorgt.

5. R718-Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

mindestens eine Staurohrpumpe (9) vorgesehen ist, die an jedem Spindelrotorende das aus den Wassergleitlagern (6 und 7) austretende Wasser aufnehmen und dem gegebenenfalls vorhandenen Sammelbehälter (15) zuführen, und dass vorzugsweise die Wasserpumpe (11) mit zunehmender Verdichter-Drehzahl (vorzugsweise) durch die Staurohrpumpen (9) entlastet wird.

6. R718-Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Drucktrennung zwischen pi und p2 an der durchgehenden Trägerachse (5) am Axial-Wassergleit-Wideriager (7.2) erfolgt, und dass vorzugsweise am größeren Radius der höhere Druck p2 und am kleineren Radius der geringere Druck pi anliegt.

7. R718-Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

mindestens ein Achsträger (8) vorgesehen ist, und dass je Spindelrotor die Trägerachse (5) an jedem Ende über Achsträger (8) drehfest gehalten ist, und dass vorzugsweise die axiale Positionierung insbesondere zur gezielten Spieleinstellung zwischen Spindelrotorkopf und Verdichtergehäuse- Arbeitsraumbohrung über die nichtzylindrische Spindelrotoraußenform vorzugsweise über Wellenmuttern (5.W) und/oder Schälscheiben (5.s) erfolgt. 8. R718-Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

jeder Spindeirotor (2, 3) mit einem Trägerrohr (12) derart ausgestattet ist, dass die erforderliche Biegesteifigkeit erzielt wird, wobei auf jedem Trägerrohr der Fördergewinderotor mit dem Gasförder-Außengewinde drehfest sitzt, der applikationsspezifisch mit zylindrischer Rotorinnen-Verdampferkühlung (10) unter dem Druck pi mit Wasserversorgung mittels Zuführrohr (10. r) und Wasserdampf- Austritt (10. d) auf der Einlass-Seite (1,1) ausgeführt wird.

9. R718-Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

bei jedem Staurohr (9) über dessen gekröpftes Rohrende (9.e) durch Drehung des Staurohrs bei der Montage mit dem Spaltabstand (s.r) zum Boden der Staurinne (9.s) die Eintauchtiefe in den durch die Fliehkräfte erzeugten Wasserring in der Staurinne (9,s) derart gezielt eingestellt wird, dass über Anzahl und Positionierung der Staurohrpumpen deren geförderte Wassermenge (9.r) stets im Gleichgewicht zu den Wasserzuführmengen (6z und 7z) je Spindelrotorseite steht, wobei die Staurinne (9.r) mit dem austretenden Wasser der Wassergieitlager (6 und 7) gefüllt ist und dieses Wasser durch die Fliehkräfte einen Wasserring in der Staurinne (9.s) bildet.

10. R718-Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

jeder Spindelrotor (2 und 3) als fertig montierte und komplett gewuchtete Rotationseinheit ausgeführt wird, wobei für den Fall, dass die Notfall-Synchro. - Zahnräder (17) für die elektronische Motorpaar-Spindelrotor-Synchronisation (20) benötigt werden, diese Notfall-Synchro. -Zahnräder (17) auf der Auslass- Seite jedes Spindelrotors positioniert werden.

11. R718-Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das eine Steuerung für des von der Wasserpumpe (11) gelieferten Druckwassers (16 und als Zuführung 6.z und 7,z zu den Wassergleitlagern) vorgesehen ist, die vorzugsweise so arbeitet, dass im Betrieb gezielt die Wasserpumpe (11) hinsichtlich Druck und Volumenstrom sowie temperaturmäßig über den Wärmetauscher (16. W) derart reguliert wird, dass die Lagerverluste minimiert werden.

12. R718-Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Radiaikräfte an jedem Spindelrotor-Ende über Laufbuchsen (6.b) drehend auf einer feststehenden und durchgehenden Trägerachse (5) mit geringer*0* (*°* in der Bezugszeichenliste benannt) Abstützlänge (a.L) abgestützt werden und die Axialkräfte jedes Spindelrotors über Axial-Wassergleitlager (7, als 7.1 und 7.2) vom gestelltesten Abstützring (7.3) ebenfalls von dieser Trägerachse (5) aufgenommen werden, wobei jede Trägerachse (5) über Achsträger (8) mit Kragarmen (8.K) am Verdichtergehäuse (1) befestigt ist,

13. R718-Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Motorveriustwärme über die Achswasserkühlung (4.a) maßgeblich abgeführt wird und der Außenläufer-Motor (4) im Betrieb unter dem Druck pl steht und seine Motorkabel (4.K) in einer Bohrung der Trägerachse (5) vorzugsweise zur Einlass-Seite (1.1) herausgeführt werden.

Description:
Lagerung und Antrieb für einen R718-Verdichter

Stand der Technik:

Der Kältemarkt ist aktuell im Wandel und so ist beispielsweise die sogen. "F-Gase- Verordnung" gemäß Verordnung (EG) Nr. 842/2006 und Nr. 517/2014 über fluorierte Treibhausgase als Herausforderung in aller Munde, um die vorherrschenden fluorierten Kältemittel (FKW, HFO) wegen ihrer Klima- und Umwelt- Schädlichkeit zurückzudrängen. Daher besteht in der Kältetechnik der starke Wunsch nach natürlichen Kältemitteln, wobei insbesondere Wasser durch seine guten thermodynamischen Eigenschaften besticht.

Bisher scheitert die durchgreifende Realisierung von Wasser als Kältemittel R718 jedoch daran, dass beispielsweise gegenüber Ammoniak in gleicher Funktion ein um rund 300-fach größerer Fördervolumenstrom bei gleicher Leistung erforderlich ist. Indem zugleich das Druckverhältnis möglichst oberhalb von Faktor 10 recht hoch ist, steigen die Anforderungen an einen Verdichter enorm, der zugleich noch ölfrei sein muss und möglichst effizient im Unterdrück zu arbeiten hat, nämlich zwischen 6 mbar und 200 mbar und gegebenenfalls noch höher.

Der disruptive Charakter von Wasser als Kältemittel R718 ist unbestritten. Dieses Kältemittel wird die weltweit intensiv geführten Diskussionen zu den bekannten Umwelt- und Klima-Problemen bei heutigen Kältemitteln schlagartig beenden.

Bisher wird versucht, dieser Herausforderung über Turbo-Verdichter zu begegnen, wobei diese Maschinen trotz 2-stufiger Ausführung mit Zwischenkühlung nur geringere Druckverhältnisse von etwa 6 schaffen, so dass in dem Kältekreislauf die notwendige Wärmeabgabe am Kondensator (Verflüssiger) nur unbefriedigend umgesetzt wird. Hinzu kommt noch der schwerwiegende Nachteil bei einer Strömungsmaschine hinsichtlich der weichen Arbeitskennlinie (also Druckwerte über Volumenstrom), um für unterschiedliche Betriebspunkte stabile Betriebspunkte gewährleisten zu können.

Fraglos ist eine Verdrängermaschine für die Wasserdampf-Verdichtung die bessere Lösung, um diese Herausforderungen der Wasserdampf-Verdichtung in R718- Kältekreisläufen zu bewältigen . Dabei sind allerdings einige Schwächen heutiger Verdrängermaschinen für diese R718-Aufgabe zu beseitigen. So sind bekanntlich die Lager der Verdrängerkörper die größte Schwachsteile hinsichtlich Lebensdauer und Zuverlässigkeit wegen der erforderlichen Schmiermittel im Lagerkontaktbereich, insbesondere bei R718-Anwendungen, wenn der Wasserdampf im Lagerbereich kondensiert und damit die Lager-Schmiermittel auswäscht bzw. verdünnt, was praktisch unweigerlich nach gewisser Zeit zum Lagerschaden und damit zum Totalausfall des Verdichters führt. Wenn es hier eine bessere Verdichter-Lösung gäbe, wäre R718 als Kreislaufmedium wegen seiner enormen Vorteile ein bedeutsamer Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik. Demgemäß lässt sich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung nachfolgend beschreiben.

Gegenüber dem Stand der Technik muss ein R718-Verdrängerverdichter somit bei folgende Merkmalen wesentlich umgestaltet werden:

• Zuverlässigkeit:

Die gewünschte Verdrängermaschine muss in der vollkommen geschlossenen R718-Umgebung sowohl den rauen Industriebetrieb aushaiten als auch möglichst unempfindlich sein gegen Fehlbedienung und sonstigen Abweichungen. Bekanntermaßen sind die Lager der Rotore bei jeder Verdrängermaschine die Schwachstelle schlechthin hinsichtlich Zuverlässigkeit, Robustheit und Lebensdauer, weil deren Schmierung insbesondere wegen der R718-Umgebung gefährdet ist. Bekannte Abhilfemaßnahmen wie der sogen. " Pu rge"- Betrieb (also Schutz der kritischen Lager-Bereiche per Inertgas) ist relativ aufwändig und führt potenziell immer zu Fehlermöglichkeiten durch Fehlbedienung und kritischen Verunreinigungen des R718-Prozess-Kreislaufs.

• Kompakt:

Eine Verdrängermaschine braucht zur Erzeugung der gefordert hohen R718- Förderstromvolumina die Kombination aus den notwendigerweise beträchtlichen Geometrie-Abmessungen sowie möglichst hohe Drehzahlen. Dieser werden von der Schallgeschwindigkeit am Rotorkopf und maschinendynamisch von der biegekritischen Drehzahl begrenzt. Sowohl Geometrie als auch Drehzahlen müssen bestmöglich ausgereizt werden, ohne allerdings an technologische Grenzen gehen zu müssen, wie es bei heutigen Turboverdichtern durch die extrem hohen Drehzahlen der Fall ist.

• Preiswert:

Sowohl in der Anschaffung als auch im Betrieb sind die Kosten zu minimieren: o Im Betrieb ist ein ständige "Purge"-Betrieb (also Schutz der kritischen Bereiche über ein Inertgas) mit entsprechend erforderlicher Überwachung ein kostenintensiver Eingriff in den geschlossenen R718-Kreislauf.

o In der Anschaffung sind die derzeit üblichen Hybrid-Wäiziager (also Keramik- Kugeln auf Edelstahl-Ringen laufend) recht teuer, wobei außerdem das Drehzahl-Potenzial zur biegekritischen Drehzahl nur unzureichend ausgenutzt werden kann, so dass eine derartige Maschine größer baut und folglich teurer wird.

• Sauberkeit:

Der geschlossene R718-Kreislauf ist empfindlich gegen Verunreinigungen des Fördermediums. Und indem der "Purge"-Betrieb (also Schutz der kritischen Lager- Bereiche über ein Inertgas) bei derzeit üblichen Hybrid-Lagern praktisch unumgänglich ist, sind Verunreinigungen des Fördermediums in dem geschlossenen R718-Kreislauf nicht verlässlich auszuschließen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die aus dem Stand der Technik bekannten Verdränger Maschinen dahingehend zu verbessern, dass zumindest einige der Verbesserungen hinsichtlich Zuverlässigkeit, Preis und oder Sauberkeit erreicht werden.

Diese Aufgabe durch eine 2-Wellen-Rotationsverdrängermaschine zur Verdichtung von Wasserdampf bei Drücken unterhalb atmosphärischen Drucks gelöst, bei der das R718-Verdrängerverdichtersystem aus Verdampfer, Verdichter und Verflüssiger mit mindestens einem der folgenden Merkmale, vorzugsweise mehreren dieser Merkmale, ausgeführt ist:

A) Die Lagerung jedes Spindeirotors (2 und 3) wird als Wassergleitlager (6 und 7) ausgeführt, wobei die Radialkräfte an jedem Spindelrotorende über Laufbuchsen (6.b) drehend auf einer feststehenden und durchgehenden Trägerachse (5) mit geringer* 0 * (*°* in der Bezugszeichenliste benannt) Abstützlänge (a.L) abgestützt werden und die Axialkräfte jedes Spindelrotors über Axial- Wassergleitlager (7) vom gestelltesten Abstützring (7.3) ebenfalls von dieser Trägerachse (5) aufgenommen werden, wobei jede Trägerachse (5) über Achsträger (8) mit Kragarmen (8.K) am Verdichtergehäuse (1) befestigt ist.

B) Zur elektronischen Motorpaar-Spindelrotor-Synchronisation (20) wird der Antrieb für jeden Spindelrotor (2 und 3) als Außenläufer-Motor (4) ausgeführt, vorzugsweise als Synchronmotor, wobei dessen Motorstator (4.1) mit seinen Wicklungen ebenfalls auf dieser Trägerachse (5) drehfest montiert ist und dessen Motorrotor (4.2) drehfest den Spindeirotor per Drehmoment antreibt, wobei die Motorverlustwärme über die Achswasserkühlung (4.a) maßgeblich abgeführt wird.

C) Der Außenläufer-Motor (4) steht zur Verbesserung der Wärmebilanz im Betrieb unter dem Druck pi und seine Motorkabel (4.K) werden in einer Bohrung der Trägerachse (5) zur Einlass-Seite (1.1) herausgeführt.

D) Der Außenläufer-Motor (4) wird (vorzugsweise) derart ausgeführt, dass sein Luftspalt-Radius R.M kleiner als der Staurinnenwasser-Radius R.R ist, wobei jegliches Wasser im Rotorinnenraum über ein stetiges Radius-Gefälle fliehkraftbedingt vom Motor (4) zur Staurinne (9.r) strömt und dabei Verlustwärme insbesondere durch seine teilweise Verdampfung abführt.

E) Die Druckwasserversorgung für die Wassergleitlager erfolgt per Wasserpumpe (11), vorzugsweise über einen Sammelbehälter (15), der sich geodätisch oberhalb der Wasserpumpe (11) befindet, wobei die Wasserpumpe (11) insbesondere beim Starten des Verdichters zunächst für den nötigen hydrostatischen Wasserdruck in jedem Wassergleitlager (6 und 7) bei jedem Spindelrotor sorgt.

F) Staurohrpumpen (9) nehmen an jedem Spindelrotorende das aus den Wassergleitlagern (6 und 7) austretende Wasser auf und führen es dem Sammelbehälter (15) zu, wobei die Wasserpumpe (11) mit zunehmender Verdichter-Drehzahl (vorzugsweise) durch die Staurohrpumpen (9) entlastet wird.

G) Die Drucktrennung zwischen pi und p 2 an der durchgehenden Trägerachse (5) erfolgt vorzugsweise am Axial-Wassergleit-Widerlager (7.2) derart, dass am größeren Radius der höhere Druck p 2 und am kleineren Radius der geringere Druck pi anliegt.

H) Jeder Spindelrotor wird mit einem Trägerrohr (12) derart ausgeführt, dass die erforderliche Biegesteifigkeit hinsichtlich der gewünscht hohen biegekritischen Drehzahl erzielt wird, wobei auf jedem Trägerrohr der Fördergewinderotor mit dem Gasförder-Außengewinde drehfest sitzt, der applikationsspezifisch (also für besondere Temperatur-Anforderungen) mit zylindrischer Rotorinnen-Verdampfer- kühlung (10) unter dem Druck pi mit Wasserversorgung mittels Zuführrohr (10. r) und Wasserdampf- Austritt (10. d) auf der Einlass-Seite (1.1) ausgeführt wird.

I) Das Außen-Fördergewinde je Spindelrotor (2 und 3) wird derart ausgeführt, dass der Winkel y F am Fußkreis längs der Rotorachse in einem Bereich zwischen 0° und vorzugsweise unter 8° liegt.

J) Bei jedem Staurohr (9) wird über dessen gekröpftes Rohrende (9.e) durch Drehung des Staurohrs bei der Montage mit dem Spaltabstand (s.r) zum Boden der Staurinne (9.s) die Eintauchtiefe in den durch die Fliehkräfte erzeugten Wasserring in der Staurinne derart gezielt eingestellt, dass über Anzahl und Positionierung der Staurohrpumpen deren geförderte Wassermenge (9.r) stets im Gleichgewicht zu den Wasserzuführmengen (6z und 7z) je Spindelrotorseite steht, wobei die Staurinne (9.r) mit dem austretenden Wasser der Wassergleitlager (6 und 7) gefüllt ist und dieses Wasser durch die Fliehkräfte einen Wasserring in der Staurinne (9.s) bildet, der an der Oberfläche den Staurinnenwasser-Radius R.R aufweist.

K) Je Spindelrotor wird die Trägerachse (5) an jedem Ende über Achsträger (8) drehfest gehalten, wobei vorzugsweise über Wellenmuttern (5.W) und/oder Schälscheiben (5.s) die axiale Positionierung insbesondere zur gezielten Spieleinsteilung zwischen Spindelrotorkopf und Verdichtergehäuse- Arbeitsraumbohrung über die nichtzylindrische Spindelrotoraußenform erfolgt.

L) Jeder Spindelrotor (2 und 3) wird als fertig montierte und komplett gewuchtete Rotationseinheit ausgeführt, wobei die Notfall-Synchro. -Zahnräder (17) auf der Auslass-Seite positioniert werden.

M) Das Druckwasser (16 und als Zuführung 6.z und 7.z zu den Wassergleitlagern) wird im Betrieb gezielt reguliert an der Wasserpumpe (11) hinsichtlich Druck und Volumenstrom sowie temperaturmäßig über den Wärmetauscher (16. W) derart, dass die Lagerverluste minimiert werden.

Die Trägerachse (5) ist durchgehend ausgebildet. Dadurch wird die Fluchtung der Lagerstellen gewährleistet. Der elektrische Antrieb ist als integrierter Außenläufer- Motor je Spindelrotor ausgeführt. Damit wird die Kompaktheit erreicht bei zugleich hoher Biegesteifigkeit, denn eine Hohlwelle ist bei gleichem Gewicht immer deutlich biegesteifer als eine Vollwelle (wie bisher eingesetzt). Weil die Trägerachse (5) durchgehend ausgeführt wird, ist eine Drucktrennung zwischen dem Druck pl am Einlass und dem Druck p2 am Auslass Einlassdruck erforderlich, wobei diese Drucktrennung vorzugsweise vom Axiallager (7) übernommen wird. Die Einspritzung W.i ist vorgesehen und vorhanden, um die Verdichtungs-End-Temperatur einzustellen und den Leistungsbedarf klein zu halten. Eine Einspritzung ist vorgesehen und beschrieben.

Erläuterungen zu den Zeichnungen bzw. Fig. -Darstellungen:

Das Gasförder-Außengewinde je Spindelrotor (2 und 3) ist als Schraffur unter der Bezeichnung "ANGLE" nach der Zeichnungs-Software AutoCAD dargestellt (also unter 45° jeweils 2 Linien, rechtwinklig zueinander, stets fluchtend angeordnet).

Fig. 1 zeigt beispielhaft eine Längsschnitt-Darstellung durch einen Spindelrotor (3, 2) und gilt bei den erfindungsgemäßen Merkmalen sowohl für den 3z-Spindelrotor (3) als auch für den 2z-Spindelrotor (2), weshalb am Spindelrotor die Bezugszeichen- Benennung (3, 2) gewählt wurde. Angegeben ist die Axialkraft F ax , die im Betrieb bei jedem Spindelrotor durch die Druckdifferenz Dr des Verdichters als Dr = p 2 - pi

entsteht und vom Axiai-Wassergleitlager (7) aufgefangen wird. Das sogen. "Lagerspiel" als Spalthöhe im Gleitlagerspalt (6.s) liegt im Bereich weniger pm, beispielsweise bei einem Gleitlagerspalt-Radius von R.A = 20 mm im Bereich von 15 bis 35 pm. Als Material für die Gleitlagerbuchse (6.b) wird vorzugsweise Keramik gewählt und die Gegenlauffläche (6.g) auf der feststehenden Trägerachse wird derart gewählt, dass Reibung und Verschleiß minimal sind.

In der gezeigten Darstellung fließt der auslassseitige Druckwasserzufluss (16) zunächst zur Motorachswasserkühlung (4.a) und danach über die Druckwasserzuführungen (7z und 6z) zum Axial- (7) sowie zum Radialwassergleitlager (6), wobei sich über Anzahl und Querschnitt dieser Zuführungen, die für jedes Lager notwendige Wassermenge ergibt. Gleichwohl ist es natürlich für einige Anwendungen auch umsetzbar, dass das Motorkühlwasser zur Achswasserkühlung (4.a) als eigener Zu- und Abfluss erfolgt und die Druckwasserzuführungen (7.z und 6.z) zum Axial- (7) sowie zum Radial- Wassergleitlager (6) separat erfolgen, wenn beispielsweise die Wasser- Temperaturen für die Wassergleitlager bestimmten Bedingungen genügen müssen und die Temperatur-Anforderungen für Motorkühlung und Wassergleitlager zu weit voneinander entfernt sind. Daher ist die gezeigte Darstellung nur beispielhaft. Die dargestellte Rotorinnenkühlung (10) wird applikationsspezifisch nur bei besonderen Anforderungen an den Bauteile-Wärmehaushalt erforderlich sein, denn das an der rotierenden Innenwand von R.M nach R,R strömende Wasser wird über seinen verdampfenden Anteil schon nennenswert Wärme aus dem Rotorinnenraum abführen.

Der Einlassbereich ist noch detaillierter in Fig. 3 dargestellt, und der Auslassbereich ist noch detaillierter in Fig. 4 dargestellt.

Fig, 2 zeigt beispielhaft eine Längsschnitt-Darstellung durch das erfindungsgemäße R718-Verdrängerverdichter-Gesamtsystem bei stehender Ausführung mit dem Spindelrotorpaar (2 und 3) im umgebenden Verdichtergehäuse (1) und den feststehenden durchgehenden Trägerachsen (5) je Spindelrotor (2, 3), die mittels Achsträger (8) am Verdichtergehäuse (1) sowohl am Einlass (1.1) als auch am Auslass (1.2) beidseitig abgestützt werden.

Bei der Ausführung zum Antriebsmotor (4) im Verhältnis zu den wasserabführenden Staurohren (9) an jedem Spindelrotor-Ende gilt stets die Zielsetzung, dass das Wasser fliehkraftbedingt zu den Staurinnen (9.s) strömt. Demzufolge ist also der Motorspalt-Radius R.M stets kleiner als der Radius zum Staurinnenwasser, also: R.M < R.R insbesondere auch auf dem gesamten Wasserströmungsweg.

Diese Bedingung ist in dieser Fig. 2 beispielhaft für den 3-zähnigen Spindelrotor (3) erfüllt, aber zu Demonstrationszwecken am 2z-Rotor (2) nicht erfüllt, indem dort der Fall R.M > R.R dargestellt ist, wenn beispielsweise ein sehr leistungsstarker Motor (4) erforderlich ist. Dann ist eine entsprechende Siphon-Verbindung (18) zur Wasser-Umführung am Motorrotor (4.2) vorzusehen, wobei über eine Austrittbohrung (18. a) gewährleistet wird, dass sich im Motorspalt zwischen Motorstator (4.1) und Motorrotor (4.2) kein Restwasser ansammelt und somit unzulässige Reibung im Motorbereich ergäbe, indem dieses unvermeidbare Restwasser im Motorbereich über die Austrittbohrung (18. a) abfließt bzw. zum Teil verdampft. Dabei steht der gesamte Motor (4) unter dem Druck pi und erfährt somit wegen der hohen Verdampfungsenthalpie eine gute Wärmeabführung, so dass die Effizienz des Motors (4) verbessert wird.

Der Kreisbogen mit 0G.1 ist zur Demonstration des zylindrischen Übergangsbereiches am Verdichtergehäuse (1) reingeklappt dargestellt und dient der Trennung zwischen dem Verdampferraum (13) und dem Verflüssigerraum (14) am Verdichtergehäuse (1) in diesem vorzugsweise zylindrischen Bereich. Die Regulierung an der Wasserpumpe (11) hinsichtlich Druck und Volumenstrom ist dargestellt über einen Pfeil, der durch das Symbolzeichen für eine Wasserpumpe läuft.

Neben Druck und Volumenstrom wird dann über die Wärmetauscher (16. W) der jeweilige Wasserstrom auch noch hinsichtlich Temperaturniveau für jeden Betriebspunkt reguliert. Dabei gelten folgende Bezeichnungen :

WL steht für Wasser zu den Wassergleitlagern (6 und 7)

Ah steht für die Höhen-Differenz, um den der Sammelraum (15) über der Wasserpumpe (11) steht

MK steht für das Wasser zur Motorkühlung (4,a)

S.W steht für das Systemwasser zur Erfüllung der R718-Aufgabenstellung

W.i steht für das Wasser zur Einspritzung in den Arbeitsraum

W.C steht für Kondenswasser aus dem Verflüssigerraum (14),

wobei dieses Kondenswasser (W.C) für die oftmals gewünschte "Direktverflüssigung" zur Wärmeabführung an einen externen Wärmetauscher (16. C) geführt wird, indem ein Teil dieses Kondenswassers nach seiner externen Wärmeabführung zwecks Oberflächenmaximierung als "Regentropfenwald" (R.T) zur direkten Kontakt- Kondensation genutzt wird. In dieser Fig. 2 ist dieser " Regentropfen wa Id" (R.T) im Verflüssigerraum (14) aus Darstellungsgründen vereinfachend nur auf einer Seite gezeigt, wird aber sehr wohl im gesamten Verflüssigerraum (14) umgesetzt.

Das potenzielle Problem zum Frostschutz für dieses am externen Wärmetauscher (16. C) zu kühlende Kondenswasser (W.C) wird dabei vorzugsweise derart gelöst, dass im Betriebsstillstand das in den Leitungen noch befindliche Rest-Kondenswasser beispielsweise in den zumeist frostsicheren Innenbereich zurückfließt und/oder hinreichende Ausdehnungsbereiche erhält, die nicht zu Materialschäden durch Eisbildung wegen der Ausdehnung führen.

Bei den gewählten Bezeichnungen gilt grundsätzlich:

Einlass-Seite mit Index 1 und Auslass-Seite mit Index 2, sowie dem Folgeindex 2 für den 2z-Rotor und dem Foigeindex 3 für den 3z-Rotor, so dass für die jeweilige Druckwasser-Zuführung je Spindelrotor und je Druckseite folgende Bezeichnungen gelten:

• 6.Z.1.2 = Wasserzuführung auf der Einlass-Seite zum 2z-Rotor

• 6.Z.1.3 = Wasserzuführung auf der Einlass-Seite zum 3z-Rotor

Auf der Auslass-Seite gilt für die (6.z)-Wasserzuführung als Teilstrom vom Druckwasser (16) • 6.Z.2.2 = Wasserzuführung auf der Auslass-Seite zum 2z-Rotor

• 6.Z.2.3 - Wasserzuführung auf der Auslass-Seite zum 3z~Rotor

Bei dem auf der Auslass-Seite (1.2) dargestellten Druckwasser (16) sind je Spindelrotor folgende Bezeichnungen zu unterscheiden:

• 16.2 = Druckwasser zum 2z-Rotor (2)

16.3 = Druckwasser zum 3z-Rotor (3)

Die Aufteilung zwischen 7.z und 6.z je Spindelrotor erfolgt über die Querschnitte und Bohrungsanzahl bei den Zuführungen.

Durch die Regulierbarkeit jedes Wasserstroms hinsichtlich Volumenstrom, Druck und Temperatur wird im Betrieb die jeweils effizienteste, also der geringste Gesamt- Energiebedarf, Arbeitsweise im Betrieb erreicht.

In den nachfolgenden Figuren 3 und 4 sind die beiden Spindelrotor-Endbereiche, also Einlass- und Auslass-Seite, noch vergrößert dargestellt.

Fig. 3: Diese beispielhafte Schnitt-Darstellung als Detail-Vergrößerung zu Fig. 1 zeigt im Einlass-Bereich (1.1) sowohl für den 2z-Rotor (2) als auch den 3z-Rotor (3) das Radial-Wassergleitlager (6.1) mit der Druckwasser-Zuführung (6.z.l und 6.z) in dem nur wenige pm-dicken Gleitlagerspalt (6.s) mit der Abstützlänge (a.L), die mindestens um den Faktor 3 bis 5 kleiner als der Gleitlagerradius R.A ist.

Außerdem ist der am Staurohr-Ende (9.e) eingestellte Spaltabstand s.r zur Staurohr- Positionierung dargestellt, um über den eintauchenden Querschnitt das geförderte Staurohrwasser hinsichtlich Druck und Menge bei der bekannten Drehzahl- Abhängigkeit an jedem Staurohr (9) einzustelien, wobei je Staurinne (9.s) vorzugsweise mehrere Staurohre (9) am Umfang eintauchen.

Der Abstand D zur Abtropfnase (8.n) sorgt abhängig von der Aufstellungsorientierung des Verdichters (stehend oder liegend) dafür, dass Leckagewasser der Staurinne (9.s) wieder zugeführt wird.

Fig. 4: Beispielhaft dargestellt als vergrößerte Abbildung aus Fig. 1 für den Auslass- Bereich (1.2) strömt das zugeführte Druckwasser (16) zunächst zur Motorachswasserkühlung (4.a) und dann als Druckwasserzuführung (7z) zum Axial- Wassergleitlager (7) sowie als Druckwasserzuführung (6z) zum Radial- Wassergleitlager (6.2) auf der Auslass-Seite.

Dabei trägt das Axial-Wassergleit-Hauptlager (7.1) über den orts- und gestellfeste Abstützring (7.3) die Axialkraft F ax mit dem Widerlager (7.2) zur axialen Positionssicherung jedes Spindelrotors in Rotorlängsachsrichtung,

Dabei kann die Motorachswasserkühlung (4.a) natürlich alternativ über ein zusätzliches Innenrohr zur getrennten Zu- und Abführung auch als eigener Kreislauf ausgeführt werden und die Druckwasserzuführungen (6z und 7z) zum Axial- Wassergleitlager sowie zum Radial-Wassergleitlager auf der Auslass-Seite unabhängig von der Motorachswasserkühlung (4,a) separat erfolgen, wenn beispielsweise besondere Temperatur-Anforderungen zu erfüllen sind.

Vorzugsweise können folgende Merkmale vorgesehen sein, einzelne oder mehrere von ihnen:

Das Trägerrohr (12) kann auch gleich als Spindelrotorkörper (2 und 3) ausgeführt werden. Die Rotorinnen-Verdampferkühlung (10) ist möglich, aber nur eine Option, weil die Einspritzung W.i wahrscheinlich ausreichen wird. Die Zähnezahl je Spindelrotor (2 und 3) ist vorzugsweise mit 2 zahnigem Gasförder-Außengewinde bzw. vorzugsweise mit 3 zähnigem Gasförder-Außengewinde. Vorzugsweise sind die beiden Spindelrotoren jedoch 2-zähnig ausgeführt. Dadurch ergibt sich ein Vorteil identischer Bauteile. Die Radial- und Axial-Wassergleitlager (6 und 7) sind ein wichtiges Merkmal. Gleichwohl ist es möglich, dass statt dieser Wassergieitlager einfach klassische Wälzlager kinematisch invers verwendet werden, also Lagerinnenring stehend und Lageraußenring drehend ausgeführt. Das Radial- und Axial-Wassergleitlager (6 und 7) ist also nur die beste Option, aber nicht die einzige Ausführung. In der ausführlichen Beschreibung der einzelnen Elemente sind die Merkmale der vorliegenden Erfindung mit den nachfolgenden Erläuterungen zu den Zeichnungen bzw. Fig. Darstellungen nicht einschränkend dargestellt.

Ein Verdichtergehäuse 1 ist vorzugsweise mit einer Einlass-Seite (1.1) mit Druck pl und einer Auslass-Seite (1.2) mit p2 bei einlassseitig mind. 15%-ig größerem Abstand der Spindelrotorachsen als auslassseitig ausgeführt, wobei das Verdichtergehäuse vorzugsweise zugleich den Verdampferraum (13) mit dem Druck pl und der Verdampfungs-Temperatur tO vom Verflüssigerraum (14) mit dem Druck p2 und der Kondensations-Temperatur tC über eine in diesem Bereich vorzugsweise zylindrische 0G.1-Geh useform trennt, wobei das für einige Anwendungen per Kühistrom (l.K) gekühlte Verdichtergehäuse vorzugsweise mit einer Isolierung (l.i) zum Verflüssigerraum (14) versehen wird.

Ein Spindelrotor 2 ist vorzugsweise mit 2-zähnigem Gasförder-Außengewinde, welches vorzugsweise aus einer Alu-Legierung besteht, kurz "2z-Rotor" genannt, ausgeführt und an jedem stirnseitigen Ende über Wassergleitlagerbuchsen (6) auf seiner eigenen Trägerachse (5) abgestützt.

Ein Spindelrotor 3 ist vorzugsweise mit 3-zähnigem Gasförder-Außengewinde, welches vorzugsweise aus einer Alu-Legierung besteht, kurz "3z-Rotor" genannt, ausgeführt und an jedem stirnseitigen Ende über Wassergleitlagerbuchsen (6) auf seiner eigenen Trägerachse (5) abgestützt.

Ein Außenläufer-Motor 4 für jeden Spindelrotor ist vorzugsweise als Synchronmotor ausgeführt und/oder zwischen beiden Spindelrotor-Lagern (6) im Rotorinneren (also unterhalb des Gasförder-Außengewinde-Fußkreises) positioniert. Dabei können die Motorkabel (4.K) per Zentralbohrung in der Trägerachse (5) aus dem Verdichter geführt werden. Es kann eine elektronische Motorpaar-Synchronisation (20) für den berührungsfreien Arbeitslauf der Spindelrotorpaarung im Betrieb ausgeführt sein.

Ein Motorstator 4.1 ist vorzugsweise mit Motorkabeln (4.K) und vorzugsweise vergossenen Motorwicklungen ausgeführt, wobei dann vorzugsweise das Statorpaket dreh- und ortsfest auf jeder Trägerachse (5) sitzt und vorzugsweise unter dem Druck pl steht und über die Motorachswasserkühlung (4.a) die Motorverlustwärme über den Druckwasserstrom (16) abgeführt wird.

Ein Motorrotor 4.2 ist vorzugsweise drehfest mit dem jeweiligen Spindelrotor (2, 3) verbunden, vorzugsweise ist er mit Permanentmagneten ausgeführt, mit dem Innen- Radius R.M und hinsichtlich der Zentrifugalkräfte entsprechend gesichert

Eine gestelh/ortsfeste Trägerachse 5 für jeden Spindelrotor ist vorzugsweise über die gesamte Rotorlänge durchgehend ausgebildet und je Seite von Achsträgern (8.1 und 8.2) gehalten, die sich am Verdichtergehäuse (1) abstützen, wobei vorzugsweise zur gezielten Spieleinstellung die axiale Positionierung jedes Spindelrotors im Verdichtergehäuse vorzugsweise über Wellenmuttern (5.W) an jedem Ende der Trägerachse (5) und/oder über Schälscheiben (S.s) zwischen den Achsträgern (8) und dem Verdichtergehäuse (1) erfolgt.

Ein Radial-Wassergleitlager 6 ist vorzugsweise als Gleitlager mit dem Prozesswasser als Schmiermedium zur Aufnahme der Spindelrotor-Radialkräfte mit einer rotorfest drehenden Gleitlagerlaufbuchse (6.b) mit kurzer Abstützlänge (a.L) ausgeführt, wobei "kurz" kleiner (also vorzugsweise etwa mindestens um Faktor 3 bis 5 kleiner) als der Gleitlagerradius R.A beim Gleitlagerspalt (6.s) bedeutet, und einer

vorzugsweise gezielt angepassten Gegenlauffläche (6.g) auf der Trägerachse (5) sowie mit Druckwasserzuführung (6.z), wobei als Gleitlager-Werkstoff vorzugsweise ein Keramik-Material zu wählen ist.

Ein Axial-Wassergleitlager 7 dient zur Aufnahme der Axialkräfte jedes Spindeirotors. Das Axial-Wassergleit-Hauptlager 7.1 dient zur Aufnahme der Axialkräfte, die im Betrieb des Verdichters durch die Druckdifferenz Dr = p2 - pl sowie abhängig von der Verdichter-Aufstellung (stehend / liegend) durch die Gewichtskräfte erzeugt werden. Das Axial-Wassergleit-Widerlager 7, ' 2 dient zur axialen

Rotorgegenpositionierung und als Widerlager zum Axial-Wassergleit-Hauptlager

(7.1), wobei an dieser Lagerstelle am kleineren Innen-Durchmesser der Druck pl anliegt und am Außen-Durchmesser der Druck p2 herrscht, also die nötige Drucktrennung bei der (vorzugsweise) durchgehenden Trägerachse (5) erfolgt.

Ein mit der Trägerachse fest verbundener Abstützring 7.3 hat Druckwasserzuführungen (7.z) zu jeder Axialgleitlagerfläche, wobei über die Querschnitte und Anzahl dieser Zuführungen die jeweilige Druckwassermenge spezifisch zu jedem Wassergleitlager eingestellt wird.

Ein Achsträger 8 dient zur Fixierung und Aufnahme jedes Trägerachs-Endes mit Abstützung am Verdichter-gehäuse (1) auslassseitig als (8.2) und einlassseitig als

(8.1) und ist über Kragarme (8.K) ausgeführt, um insbesondere am Einlass (1.1) den Durchtritt des Fördermediums zu ermöglichen.

Staurohre 9 dienen zur Rückführung (9.r) des aus den Gleitlagern austretenden Lagerschmierungswassers mit Staurinne (9.s) zur Sammlung dieses Wassers über die Durchlass-Öffnungen (9.d), die sowohl Wasser als auch Wasserdampf aus dem Rotorinnen-Achsraum passieren lassen, vorzugsweise mit Ausbildung des Zentrifugal-Wasserrings, in den die gekröpften Staurohr-Enden (9,e) zielgerecht eintauchen, wobei die zum Sammelbehälter (15) zurückzuführende Wassermenge (9,r) über Anzahl, Querschnitt und jeweilige Eintauchtiefe der Staurohre angepasst wird, und zudem Leckagewasser per Abstand D zur Abtropfnase (8.n) der Staurinne (9.s) zugeführt wird, und über unterschiedlich tiefes Eintauchen sowie entsprechende Querschnitts-Gestaltung die abzuführende Wassermenge eingestellt wird, wobei das gekröpfte Staurohrende (9,e) sowohl die Montage als auch die Positionierung (insbes. die Eintauchtiefe mit dem Spaltabstand s.r zum Rinnenboden) gezielt ermöglicht.

Die Rotorinnen-Verdampferkühlung ist für alle Applikationen mit besonderen Temperatur-Anforderungen zylindrisch ausgeführt unter den Druck pl mit gezielter Wasser-Zuführung (10. z) per Zuführrohr (10. r) und Dampfaustritt (10. d) auf der Einlass-Seite (1.1).

Mindestens eine Wasserpumpe 11 ist extern (separat) zur Versorgung der Gleitlager mit Druckwasser reguliert hinsichtlich Druck und Voiumenstrom, z.B. mit 7 bar bei 6 Liter/min vorgesehen, wobei üblicherweise das Axialgleitlager (7) mehr Wasser als das Radialgleitlager (6) benötigt, was über die Ausführung hinsichtlich Durchmesser und Anzahl der Zuführbohrungen (6.z und 7.z) erfolgt, wobei die Wasserpumpe (11) insbesondere beim Start des Verdichters zunächst den Wassergleitlagern (6 und 7) die erforderliche Wassermenge für den sogen, "hydrostatischen" Schmierfilmaufbau zuführt, was besonders beim Starten für ein Radiallager mit stehender Achse und rotierender Laufbuchse wichtig ist, weil der Aufbau des hydrodynamischen Schmierfilms durch die Rotationsbewegung anders als bei zentral drehender Welle erfolgt. Die Wasserpumpe (11) bedient sich aus dem Sammelbehälter (15), der geodätisch um die Höhendifferenz Ah oberhalb der Wasserpumpe (11) angeordnet ist, wobei mit zunehmender Verdichter-Drehzahl die Wasserpumpe (11) durch die Staurohrpumpen (9) entlastet wird, indem die Staurohrpumpen (9) drehzahlabhängig zunehmend mehr Wasserdruck aufbauen.

Das Trägerrohr 12 dient zur Erzeugung der erforderlichen Biegesteifigkeit, insbesondere durch die Materialwahl (beispielsweise als rostfreier Stahl) für jede Spindelrotor-Rotationseinheit, wobei der Spindeltotor-außengewindekörper (vorzugsweise aus einer Alu-Legierung bestehend) sich auf diesem Träger- rohr außen drehfest abstützt und dieses Trägerrohr auf der Innenseite sowohl die Wassergleitlager hält als auch den Motorrotor (4.2) zur Einleitung der

Antriebsleistung in den Spindelrotor, um die Verdichteraufgabe zu erfüllen.

Der Verdampferraum 13 steht im Betrieb unter dem Druck pl und hat eine Topfhaube (13.h) am Verdichtergehäuse (1), über dessen vorzugsweise 0G.1- Gehäusegestaltung er in diesem Bereich abdichtend gehalten wird, er ist vorzugsweise mit einer wärmetechnischen Isolierung (13. i) versehen.

Der Verflüssigerraum 14 steht im Betrieb unter dem Druck p2 steht. Er hat eine Topfhaube (14. h) am Verdichtergehäuse (1), über dessen vorzugsweise 0G.1- Gehäusegestaltung er in diesem Bereich abdichtend gehalten wird.

Der Sammelbehälter 15 für das Prozesswasser steht geodätisch um Ah über der Wasserpumpe (11), er ist vorzugsweise nicht nur für das Rückführwasser (9.r), sondern auch für Systemwasser (S.W) vorgesehen. Der Druckwasserstrom 16 wird von der Wasserpumpe (11) gefördert und am ausiassseitigen Ende jeder Trägerachse (5) zentral zugeführt. Wobei dieses Wasser vorzugsweise zunächst die Motorachswasser-kühlung (4,a) durchströmt und dann über Zuführungen (7.z) zum Axial-Wassergleitlager (7) sowie über die Zuführung (6.z) zum auslassseitigen Radial-Wassergleitlager (6.2) an jedem Spindelrotor strömt. Wobei am einlassseitigen Ende jeder Trägerachse die Wasserzuführung (6.z) ebenfalls von der Wasserpumpe reguliert unter dem geforderten Druck und Volumenstrom erbracht wird, wobei applikationsspezifisch per Wärmetauscher (16. W) die Wassertemperatur je Teilstrom zur Leistungs-optimierung gezielt eingestellt wird, und außerdem die Wasserpumpe auch die Wasser-Einspritzung (W.i) mit Sprühnebel-Bildung in den Verdichter-Arbeitsraum übernimmt, um die Verdichter-Effizienz zu erhöhen, wobei die Wasserpumpe (11) für die verschiedenen Betriebsbedingungen gezielt regulierbar ist (dargestellt durch den Pfeil in dem Symbol) hinsichtlich Volumenstrom und erzeugtem Druck, wobei jeder

Wärmetauscher (16. W) in jedem der genannten Druckwasser-Teilströme die Wassertemperatur in jedem Betriebspunkt einstelit, um den geringsten Gesamtenergiebedarf zu erreichen.

Der Wärmetauscher 16. C dient zur externen Wärmeabführung bei

"Direktverflüssigung" über Kühlung für kondensiertes Wasser (W.C), welches dann zurückgeführt als "Regentropfenwald" (R.T) zur direkten Kontakt-Kondensation im Verflüssigerraum (14) genutzt wird.

Ein Wärmetauscher 16. W ist in den Druckwasser-Zuführungen zu folgenden Stellen angeordnet: :

• Druckwasserzufluss (6.Z.1) zum Radial-Wassergleitlager (6.1) auf der Einlass-Seite

• Druckwasserzufluss (6.Z.2) zum Radial-Wassergleitlager (6.2) auf der Auslass- Seite

• Druckwasserzufluss (7.z) zum Axial-Wassergleitlager (7)

• Druckwasserzufluss (16) zum Motorachswasserkühlung (4.a)

• Druckwasserzufluss (W.i) zur Einspritzung in den Verdichter-Arbeitsraum sowie applikationsspezifisch außerdem mit gezielter (Kühl-)Wasserzuführung zu folgenden Stellen:

• Rotorinnenkühlung (10) • Gehäusekühlung (l.K).

Wenn beispielsweise bei Stromausfail die elektronische Motorpaar-Spindelrotor- Synchronisation 20 zunächst zwar in generatorischen Betrieb geht, um synchronisiert (also ohne mechanische Berührung zwischen den Spindelrotoren) gezielt herunterzufahren, aber bei geringen Drehzahlen die kinetische Energie zur Stromversorgung nicht mehr ausreicht, dann sorgt eine Notfall-Synchro-Verzahnung 17 dafür, dass die kritische Berührung zwischen den Arbeitskammerflanken des Gasförder-Außengewindes beider Spindelrotoren (2 und 3) vermieden wird, wobei es bei der Ausführung zur elektronischen Motorpaar-Spindelrotor-Synchronisation (20) auch Lösungen gibt, bei denen diese Notfall-Synchro, -Verzahnung entfällt, also gar nicht mehr eingebaut wird.

Eine Siphon-Verbindung oder weiterreden dient 18 zur Wasser-Umführung am Motor mit zur Einlass-Seite führenden Austritt-bohrungen (18.a) für den Fall, dass der Motor (4) größer auszuführen ist, also wenn R.M > R.R ist.

Anzustreben ist insbesondere bei der Motorauslegung jedoch vorzugsweise folgende Bedingung :

R.M < R.R.

Eine Vakuumpumpe 19 mit entsprechender Wasserdampfverträglichkeit wird zur Erzeugung des Unterdrucks in dem R718-Gesamtsystem, insbesondere genutzt, um Fremdgase, die in das R718-Vakuumsystem eingedrungen sind, als Evakuierungsvorgang bei Betriebsstillstand wieder abzupumpen.

Eine elektronische Motorpaar-Spindelrotor-Synchronisation 20 (als Blockkasten mit pC + 2FU dargestellt) hat einen Mikro-Controller (als pC gezeigt), der die beiden Frequenzumrichter (als FU benannt) zu jedem Antriebsmotor (4) für jeden Spindelrotor (2 und 3) derart reguliert (steuert), dass die beiden Spindelrotoren im Betrieb ohne Berührung gegensinnig rotierend arbeiten.

Wenn der Außenläufer-Motor (4) einen Luftspalt-Radius R.M kleiner als der

Staurinnenwasser-Radius R.R hat, strömt jegliches Wasser im Rotorinnenraum über ein stetiges Radius-Gefälle fliehkraftbedingt vom Motor (4) zur Staurinne (9.r) und führt dabei Verlustwärme insbesondere durch seine teilweise Verdampfung ab.

Vorzugsweise ist mindestens ein Achsträger (8) vorgesehen und ist je Spindelrotor die Trägerachse (5) an jedem Ende über Achsträger (8) drehfest gehalten. Dabei wird vorzugsweise die axiale Positionierung insbesondere zur gezielten

Spieleinsteliung zwischen Spindelrotorkopf und Verdichtergehäuse- Arbeitsraumbohrung über eine nichtzylindrische Spindelrotoraußenform erreicht und erfolgt vorzugsweise über Wellenmuttern (5.W) und/oder Schälscheiben (5.s).

Um bei einer Verdichtung von Wasserdampf als R718 insbesondere für die Kälte-, Klima- und Wärmepumpen-Technik das zuverlässige und effiziente Betriebsverhalten zu verbessern bei gleichzeitig geringerem Bauvolumen sowie reduzierten Anschaffungs- und Betriebs-Kosten, werden für eine 2-Wellen- Rotationsverdrängermaschine bei jedem Spindelrotor (2 und 3) Radial- und Axial-Wassergleitlager (6 und 7) auf einer feststehenden durchgehenden

Trägerachse (5) mit integriertem Außenläufer-Motor je Spindelrotor (2 und 3) bei elektronischer Motorpaar-Synchronisation (20) vorgeschlagen, wobei

Staurohrpumpen (9) an jedem Spindelrotorende das aus den Wassergleitlagern (6 und 7) austretende Wasser aufnehmen und drehzahlabhängig die

Wasserpumpe (11) zur Druckwasserversorgung (16 sowie 6.z und 7„z)

entlasten, wobei außerdem die Trennung zwischen pl als Einlass- und p2 als Auslass-Druck des Verdichters an der durchgehenden Trägerachse (5)

vorzugsweise am Axial-Wassergleit-Widerlager (7,2) erfolgt, sowie überdies an jedem Spindelrotor die Biegesteifigkeit per Trägerrohr (12) erzeugt wird.

Bezugszeichenliste

1 Verdichtergehäuse

1.1 Verdichter-Einlass-Seite im Betrieb mit dem Druck pl

1.2 Verdichter-Auslass-Seite im Betrieb mit dem Druck p2 l.K Gehäuse-Kühlstrom

1.1 Gehäuse-Isolierung

2 Spindelrotor

3 Spindelrotor

4 Außenläufer-Motor

4.1 Motorstator

4.2 Motorrotor

4.a Motorachswasserkühlung

4.K Motorkabel

5 Trägerachse

5.s Schälscheiben

5.W Wellenmuttern

6 Radial-Wassergleitlager

6.1 Radial-Wassergleitlager auf der Verdichter-Einlass-Seite (1.1), wo der

Druck pl herrscht 6.2 Radial-Wassergleitlager auf der Verdichter-Auslass-Seite (1.2), wo der Druck p2 herrscht

6.b Gleitlagerlaufbuchse, drehfest am jedem Ende des jeweiligen Spindelrotors (2, 3)

6.g Gegenlauffläche auf der gestellfesten Trägerachse (5)

6.s Gleitlagerspalt zwischen Gleitlagerlaufbuchse (6.b) und Gegenlauffläche (6.g)

6.z Druckwasserzuführungen zum Radial-Wassergleitlager

7 Axial-Wassergleitlager

7.1 Axial-Wassergleit-Hauptlager

7.2 Axial-Wassergleit-Widerlager

7.3 Abstützring

7.z Druckwasserzuführungen zum Axial-Wassergleitlager

8.K Kragarme

8.1 einlassseitige Kragarme

8.2 auslassseitige Kragarme

8.n Abtropfnase

9 Staurohre

9,d Durchlass-Öffnungen

9.e Staurohr-Ende

9.r Wasserrückführung per Staurohr

9.s Staurinne WO 2019/166311 PCT/EP2019/054282 Rotorinnen-Verdampferkühlung

Dampfaustritt

Zuführrohr

Wasserzuführung

Wasserpumpe

Trägerrohr

Verdampferraum

Verdampferraum-Topfhaube

Verdampferraum-Isolierung

Verflüssigerraum

Verflüssigerraum-Topfhaube

Sammelbehälter

Druckwasserstrom

Wärmetauscher

Wärmetauscher

Notfall-Synchro. -Verzahnung

Siphon-Verbindung

Vakuumpumpe

Elektronische Motorpaar-Spindelrotor-Synchronisation Liste der Kennzeichnungen:

0G.1 Durchmesser am Verdichtergehäuse (1) im vorzugsweise zylindrischen

Trenn-Bereich von Verdampferraum (13) und Verflüssigerraum (14) a.L Abstützlänge zwischen Gleitiagerbuchse (6.b) und Achsträger (8), wobei der Wert für (a.L) vorzugsweise um mindestens Faktor 3 bis 5 kleiner ist als der Gieit!agerspalt-Radius (R.A)

D Abstand zwischen Abtropfnase (8.n) und Staurinne (9.s), um abhängig von der Aufsteliungsorientierung der Verdichtermaschine (stehend oder liegend) Leckagewasser der Staurinne (9.s) zuzuführen

Ah geodätische Höhendifferenz, um die der Sammelbehälter (15) über der

Wasserpumpe (11) steht

F sx Axialkräfte je Spindelrotor, entstehend durch die Druckdifferenz zwischen p 2 und pi sowie abhängig von der Verdichteraufstellung (also stehend oder liegend) die Rotorgewichtskräfte

R.A Radius im Gleitlagerspalt (6.s) am Radial-Wassergleitlager (6)

R.M Innen-Radius (auch Luftspalt-Radius) des Motorrotors (4.2), der vorzugsweise stets kleiner als der Staurinnenwasser-Radius R.R ausgeführt wird.

R.R Radius zum Staurinnenwasser, welches von mehreren Staurohren (9) als

Rückstrom (9.r) gefördert wird, wobei der Wert für R.R vorzugsweise nicht kleiner als R.M ausgeführt wird, damit im Motorbereich das Wasser fiiehkraftbedingt zu jeder Staurinne (9.s) an jedem Spindelrotorende getrieben wird.

R.T Regentropfenwald als Oberflächen-Maximierung zur direkten Kontakt- Kondensation im Verflüssigerraum (14) s.r Spaltabstand des jeweiligen Staurohr-Endes (9.e) zum Boden der

Staurinne (9.r) S.W Systemwasser zur Erfüllung der Kernaufgabe des R718-

Verdrängerverdichtersystems:

• Verdampfung mit Wärmeaufnahme im Verdampferraum (13) unter dem Druck pi

• Verdichtung von R718 vom Druck pi auf Druck p 2 in der

Verdrängermaschine mit den beiden gegenläufigen Spindelrotoren (2 und 3)

• Verflüssigung (vorzugsweise als "Direktverflüssigung" ausgeführt) mit Wärmeabgabe im Verflüssigerraum (14) unter dem Druck p 2

W.C Kondensiertes Wasser zur "Direktverflüssigung" über den externen

Wärmetauscher (16. c) gekühlt und dann zurückgeführt als

"Regentropfenwald" (R.T) im Verflüssigerraum (14) zur direkten Kontakt- Kondensation unter dem Druck p 2 genutzt

W./ Wassereinspritzung in den Verdichter-Arbeitsraum, vorzugsweise als feiner

Sprühnebel und etwa im Bereich der halben Rotoriänge mit ± 30%