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Title:
SEALING DEVICE ON A SHAFT JOURNAL OF A DRY-RUNNING HELICAL ROTARY COMPRESSOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1999/057440
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a sealing device on a rotor shaft journal of a dry-running helical rotary compressor which provides a seal between the rotor (1) and an oil-lubricated bearing (7) of the shaft journal (3). Said device comprises a labyrinth seal (11) which is closer to the rotor and a lip seal ring (13) which is closer to the bearing as well as, positioned between the two, an annular space (27) with an air vent (29). The shaft journal supports a bearing race (25) made of a hardened material, which cooperates with the lip seal ring (13) and can also extend across the area of the labyrinth seal (11).

Inventors:
Achtelik, Carsten (Terhardthof 55 Dinslaken, D-46539, DE)
Gilfert, Karl-heinz (Brüderstrasse 2 Oberhausen, D-46145, DE)
Heinz, Arno (Württembergstrasse 37 Oberhausen, D-46149, DE)
Mürmann, Walter (Weierstrasse 61 Oberhausen, D-46149, DE)
Application Number:
PCT/EP1999/002961
Publication Date:
November 11, 1999
Filing Date:
April 30, 1999
Export Citation:
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Assignee:
GHH-RAND SCHRAUBENKOMPRESSOREN GMBH (Steinbrinkstrasse 1 Oberhausen, D-46145, DE)
Achtelik, Carsten (Terhardthof 55 Dinslaken, D-46539, DE)
Gilfert, Karl-heinz (Brüderstrasse 2 Oberhausen, D-46145, DE)
Heinz, Arno (Württembergstrasse 37 Oberhausen, D-46149, DE)
Mürmann, Walter (Weierstrasse 61 Oberhausen, D-46149, DE)
International Classes:
F04C27/00; F16J15/00; (IPC1-7): F04C27/00; F16J15/00
Foreign References:
EP0859154A1
US5364245A
DE2441520A1
Attorney, Agent or Firm:
GLAWE, DELFS, MOLL & PARTNER (Postfach 26 01 62 München, D-80058, DE)
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Claims:
P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Dichtungsanordnung an einem Rotorwellenzapfen eines trockenlaufenden Rotationsschraubenverdichters zur Abdich tung zwischen dem Rotor (1) und einem ölgeschmierten Lager (7) des Wellenzapfens (3), dadurch gekennzeichnet, daß ein den Wel lenzapfen (3) umgebender Gehäusering (9) in seinem dem Ro tor (1) näher liegenden Abschnitt eine an seiner inneren Umfangsflache angeformte Labyrinthspaltdichtung (11) auf weist, an seinem dem ölgeschmierten Lager (7) näher liegen den Abschnitt einen Lippendichtring (13) trägt und dazwi schen eine Ringnut (27) mit Lüftungsöffnung (29) nach außen aufweist, und daß der Wellenzapfen (3) eine der Labyrinthapspaltdich tung (11) gegenüberstehende zylindrische Umfangsfläche (3a) aufweist und einen auf dem Wellenzapfen befestigten, mit dem Lippendichtring (13) zusammenwirkenden Laufring (25) aus gehärtetem Material trägt.
2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lippen dichtring (13) zwei in entgegengesetzte Richtungen abgebo gene, auf dem Laufring aufliegende Dichtlippen (19a, 21a) von unterschiedlicher Länge aufweist, wobei die längere Dichtlippe (19a) zum ölgeschmierten Lager (7) hin gerichtet ist.
3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ölgeschmierten Lager (7) und dem Lippendichtring (13) ein ringförmiger Spritzschirm (33) angeordnet ist.
4. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufring (25) einen kleineren Außendurchmesser hat als die der Laby rinthspaltdichtung (11) gegenüberstehende Umfangsflache (3a) des Wellenzapfens.
5. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufring 25 auch die der Labyrinthspaltdichtung 11 gegenüberstehende Umfangsflache des Wellenzapfens bildet.
6. Trockenlaufender Rotationsschraubenverdichter, bei dem jeder der vier Wellenzapfen am saugund druckseitigen Ende des Hauptläufers und des Nebenläufers mit einer Dichtungs anordnung mit einem der Ansprüche 1 bis 5 abgedichtet ist.
Description:
Dichtungsanordnung an einem Wellenzapfen eines trockenlau- fenden Rotationsschraubenverdichters Bei trockenlaufenden Rotationsschraubenverdichtern wird dem Verdichterraum kein Öl für Schmierung, Kühlung und Abdich- tung zwischen den Rotoren zugeführt. Die Rippen des Haupt- läufers und Nuten des Nebenläufers greifen"trocken"und trotzdem abdichtend ineinander. Solche Schraubenverdichter sind aufgrund der Ölfreiheit des Verdichterraums besonders geeignet für die Anwendung in pneumatischen Fördereinrich- tungen, z. B. für das Befüllen und Entleeren von Silos, Tanks, Tankfahrzeugen und dgl. mit Schüttgütern. Insbeson- dere bei der pneumatischen Förderung von empfindlichen Gü- tern wie Lebensmitteln oder Chemikalien ist es wichtig, daß der Förderluftstrom in hohem Maße frei von Ölanteilen ist.

Bei trockenlaufenden Schraubenrotoren muß durch geeignete Abdichtung der Wellenzapfen verhindert werden, daß Öl aus den ölgeschmierten Lagern der Wellenzapfen durch Leckage entlang den Wellenzapfen in den Verdichterraum gelangt. Aus GB-A-1189856 ist es bereits bekannt, auf den Wellenzapfen eines Rotationsschraubenverdichters nebeneinander einen ge- wöhnlichen Dichtring und einen Öldichtring anzuordnen, die voneinander durch einen mit der Außenluft verbundenen Rin- graum getrennt sind. Gewöhnliche Dichtringe sind jedoch zur Abdichtung von schnell rotierenden Wellenzapfen, die Um- fangsgeschwindigkeiten von 55-150 m/sec erreichen können, wegen des hohen Verschleisses ungeeignet. Es ist anderer- seits bekannt, den Wellenzapfen eines trockenlaufenden Ro- tationsschraubenverdichters durch zwei nebeneinanderliegen- de, berührungsfreie Labyrinthdichtungen abzudichten, von denen die dem ölgeschmierten Lager näher liegende Laby- rinthdichtung in Form eines Ölrückführgewindes ausgebildet ist. Es hat sich jedoch gezeigt, daß solche berührungsfrei- en Labyrinthdichtungen die Leckage von Öl entlang dem Wel- lenzapfen zum Verdichterraum, insbesondere bei hohem Druk- kunterschied an der Saugseite des Verdichters, nicht immer zuverlässig verhindern können.

Aus DE-A 24 41 520 ist eine Wellendichtung für einen Schraubenrotorverdichter mit Wassereinspritzung bekannt, die mehrere den Rotorzapfen umgebende Dichtungsbunde auf- weist, zwischen denen Ringkammern liegen, von denen eine Ringkammer mit vom Verdichter verdichtetem Gas als Sperrgas beaufschlagt wird und eine andere Kammer eine Drainagekam- mer für Lageröldrainage ist. Die Dichtungsbunde sind Laby- rinthdichtungsbunde, einer davon kann auch eine Berührungs- dichtung sein. Diese Wellendichtung ist eine dynamische Dichtung, die Sperrgas unter Druck verwendet, welches vom Fördergasstrom des Verdichters abgezweigt werden muß und deshalb einen Leistungsverlust bedeutet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ohne Sperr- gas arbeitende Dichtungsanordnung mit besonders hoher Dichtwirkung und trotzdem guter Verschleißfestigeit für ei- nen Wellenzapfen eines trockenlaufenden Rotationsschrauben- verdichters zu schaffen.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhaf- te weitere Ausgestaltungen der Erfindung.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeich- nungen näher erläutert. Es zeigt : Fig. 1 im Axialschnitt eine erfindungsgemäße Ausführungs- form einer Dichtunganordnung an einem Wellenzapfen des Hauptläufers eines Schraubenverdichters ; Fig. 2 in größerem Maßstab einen Schnitt durch einen Lip- pendichtring, wie er bei der erfindungsgemäßen Dichtungsan- ordnung vorzugsweise verwendet wird ; Fig. 3 eine geänderte Ausführungsform der Dichtungsanord- nung.

Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus einem Axialschnitt durch ei- nen Schraubenkompressor und zeigt schematisch einen der Ro- toren, z. B. den Hauptläufer (Rippenrotor) 1, dessen Wellen- zapfen 3 im Gehäuse 5 durch ein Wälzlager 7 gelagert ist.

Das Wälzlager 7 ist ölgeschmiert, vorzugsweise durch eine Schmiereinrichtung (nicht dargestellt), die einen Ölnebel erzeugt.

In das Gehäuse 5 ist ein mit diesem fest verbundener Gehäu- sering 9 eingesetzt. In dem dem Rotor 1 näher liegenden Ab- schnitt des Gehäuserings 1 ist an dessen innerer Umfangs- fläche eine Labyrinthspaltdichtung 11 in Form mehrerer ne- beneinanderliegender Ringrippen angeformt. Diese wirkt be- rührungsfrei mit der zylindrischen Umfangsflache eines Ab- schnitts 3a des Wellenzapfens 3 zusammen, um die Gasabdich- tung zu bewirken.

An dem dem Wälzlager 7 näher liegenden Abschnitt des Gehäu- serings 9 ist in den Gehäusering 9 ein Lippendichtring 13 eingesetzt, der in Fig. 2 mehr im Detail dargestellt ist.

Der in Fig. 2 dargestellte Lippendichtring 13 besteht aus einem äußeren Haltering 15 und einem inneren Haltering 17, zwischen denen zwei Lippenringe 19,21 und eine Flachdich- tung 23 eingespannt sind, die aus flexiblen, elastomeren Materialien bestehen. Die Dichtlippen 19a, 21a der beiden Lippenringe 19,21 sind unterschiedlich lang. Die Dichtlip- pe 19a des Lippenrings 19, die in Richtung auf das Lager 7 hin abgebogen ist, ist länger als die Dichtlippe 21a des Dichtrings 21, die in Richtung auf den Rotor hin abgebogen ist.

Im Bereich des Lippendichtrings 13 ist auf einen Abschnitt 3b des Wellenzapfens 3 ein Laufring 25 befestigt, vorzugs- weise aufgeschrumpft. Der Laufring 25, der z. B. ein han- delsüblicher Laufring für ein Wälzlager sein kann, besteht aus Stahl mit speziell gehärteter Umfangsfläche, an der die Lippen 19a und 21a des Lippendichtrings 13 anliegen. Der Außendurchmesser des Laufringes 25 ist kleiner als der Au- ßendurchmesser des mit der Labyrinthdichtung 11 zusammen- wirkenden Abschnitts 3a des Wellenzapfens.

Die gehärtete und extrem präzis bearbeitete, z. B. polierte, Außenfläche des Laufrings 25 ergibt eine besonders ver- schleißmindernde Anlagefläche für die Dichtlippen des Lip- pendichtrings 13. Die Lippenringe 19,21 bestehen vorzugs- weise aus einem elastomeren Material auf der Basis von Flu- orkohlenwasserstoffpolymer.

In dem Gehäusering 9 ist zwischen der Labyrinthspaltdich- tung 11 und dem Lippendichtring 13 eine umlaufende Ringnut 27 ausgebildet, die durch eine Öffnung 29 des Gehäuserings 9 mit einem zur Atmosphäre hin offenen Raum 31 des Gehäuses 5 verbunden ist.

Zwischen dem Lager 7 und dem Lippendichtring 13 ist auf dem Wellenzapfen 3 ein Ring 33 mit einem Außenflansch befe- stigt, der einen Spritzschirm bildet, der den direkten Zu- tritt von in das Lager 7 eingespritzten Öltröpfchen zum Lippendichtring 13 verhindert.

Im Betrieb des Schraubenverdichters wirkt die Labyrinth- spaltdichtung 11 in üblicher Weise als Gasdichtung, während der Lippendichtring 13 als Oldichtung mit besonders hoher Dichtwirkung wirkt, wodurch die Leckage von Öl aus dem La- ger 7 an dem Lippendichtring 13 vorbei in Richtung auf die Labyrinthdichtung 11 mit hoher Sicherheit verhindert wird.

Die im Bereich der Ringnut 27 des Gehäuserings 9 liegende Stufe zwischen der Außenfläche des Laufrings 25 und der Au- ßenfläche des Abschnitts 3a des Wellenzapfens wirkt einem Kriechen von Öl entlang der Oberfläche entgegen. Etwaige flüchtige Bestandteile des Öls, die in den Bereich der Ringnut 27 gelangen, entweichen über die Lüftungsöffnung 29 an die Außenluft.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist der Wellenzapfen 3 des trockenlaufenden Rotors 1 eines Schrau- benkompressors in dem Gehäuse 5 mittels öl-oder fettge- schmierten Wälzlagern 7 im Gehäuse 5 gelagert. Ein zweiter Rotor, der mit dem Rotor 1 in bekannter Weise ein Eingriff ist, ist bei 2 angedeutet.

Wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sind in dem Gehäuse 5 ein dem Wälzlager 7 benachbarter Lippendichtring 13 und ein dem Rotor 1 benachbarter Labyrinthdichtring 11 einge- setzt. Dazwischen befindet sich ein Ringraum 27, der über eine Lüftungsöffnung 29 mit einem Entlüftungskanal 31 des Gehäuses verbunden ist und über diesen mit der Außenluft in Verbindung steht.

Auf dem Wellenzapfen 3 ist ein Laufring 25 von solcher axialen Lange befestigt, z. B. aufgeschrumpft, daß er nicht nur mit dem Lippendichtring 13 zusammenwirkt, sondern sich auch über den Bereich des Labyrinthdichtrings 11 erstreckt.

Der wie bei der voherigen Ausführungsform speziell gehärte- te und polierte Laufring 25 hat zwar im normalen Fall keine Berührung mit dem Lippendichtring 11. Sollte es aber doch einmal durch eine Betriebsstörung zu einer Berührung zwi- schen dem Lippendichtring 11 und dem Laufring 25 kommen, so wird hierdurch nicht der Wellenzapfen 3, sondern nur der Laufring 25 beschädigt, so daß durch bloßes Auswechseln des Laufrings 25 der einwandfreie Dichtungszustand wieder her- gestellt werden kann. Außerdem hat der verlängerte Laufring gemäß Fig. 3 den weiteren Vorteil, daß er als Abstandshal- ter zwischen der Stirnfläche la des Rotors 1 und den Wälz- lagern 7 dienen kann. Hierdurch wird erst möglich, durch exakte Bemessung der Axiallänge des Laufrings 25 gleichzei- tig den stirnseitigen Spalt zwischen der Stirnfläche la des Rotors 1 und der entsprechenden Stirnfläche des Gehäuses 5 sehr präzise einzustellen.