DE3127323A1

DE3127323A1 - Schraubenkompressor mit geschlossenem druckgassystem mit oelnebelschmierung

Info

Publication number: DE3127323A1
Application number: DE19813127323
Authority: DE
Inventors: David Norton 06085 Unionville Conn. Shaw
Original assignee: Dunham Bush Inc
Current assignee: Dunham Bush Inc
Priority date: 1980-10-03
Filing date: 1981-07-10
Publication date: 1982-05-27
Also published as: GB2085079B; FR2491558B1; GB2085079A; US4375156A; CA1167812A; FR2491558A1; JPS5776293A; JPS644076B2

Description

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HOFFMANN · ElTL^E & PARTNER

PAT E N TAN WALTE

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) · Dl PL.-ING. W. EITLE · DR.RER. NAT. K.HO FFMANN . Dl PL.-ING. W. LEHN

DIPL.-ING. K.FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 ■ D-8000 MO NCH EN 81 · TELEFON (089) 911087 . TELEX 05-29419 (PATHE)

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Dunham-Bush, Inc./ West Hartford, Californien / USA

Schraubenkompressor mit geschlossenem Druckgassystem mit ölnebelschmierung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schraubenkompressor mit geschlossenem Druckgassystem mit ölnebelschmierung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Derartig bekannte Schraubenkompressoren (US-PS 4 181 474) sind insbesondere bei kleinen Leistungen als einteiliges Gerät ausgebildet. Einige Kompressoren umfassen innerhalb des geschlossenen Gehäuses angeordnete Einrichtungen zur Abtrennung des zur Schmierung der sich bewegenden Teile verwendeten Schmieröls vom Arbeitsfluid. Der Schraubenkompressor kann mit miteinanderkämmenden Rotoren arbeiten, die sich um ihre parallelen vertikalen Achsen drehen. Weiter kann in dem Gehäuse ein elektrischer Antriebsmotor vorgesehen sein, der mit einem der Schraubenrotoren zum direkten Antrieb desselben und zum indirekten Antrieb des damit kämmenden benachbarten Schraubenrotors verbunden ist.

Der aus der US-PS bekannte Schraubenkompressor ist besonders für Kühlsysteme geeignet, und verwendet obere und untere Wälzlager zur drehbaren Lagerung der parallelen

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Achsen der miteinander kämmenden Schraubenrotoren, wobei die Wälzlager zur Aufnahme der radialen und axialen Kräfte dienen, die während der Kompression entstehen und auf die Schraubenrotorwelle wirken. Der geschlossene Kompressor zeichnet sich durch die Verwendung eines geschlossenen Gehäuses aus, das als ölsumpf ausgebildet ist, wobei eine Schmierölmenge den Boden des Gehäuses, der als Sumpf ausgebildet ist, ausfüllt. Da der geschlossene Kompressor einen oben angeordneten elektrischen Antriebsmotor für den Antrieb der miteinander kämmenden Rotoren aufweist, wobei das Arbeitsfluid des Kompressors beim Auslaßdruck zur Kühlung des Motors verwendet wird, neigt zusätzlich das im Arbeitsfluid dampfförmig vorhandene öl dazu, durch die Wälzlager am oberen Ende der Wellen der miteinander kämmenden Rotoren zurückzusickern, um jene Wälzlager zu schmieren und sickert weiter zur Ansaugseite der Maschine. Die ölaufnähme geschieht in der Saugrückführung von dem Verdampfer des Kühlsystems zu den miteinander kämmenden Schraubenrotoren zur Kompression innerhalb der Kompressionskammer.

Durch diese geschlossene Kompressorkonstruktion erübrigt sich eine getrennte Ölpumpe zur Druckzuführung eines gesonderten Schmieröls zu den die Rotorwellen tragenden Lager, damit sich die Rotorwellen um ihre eigenen Achsen drehen können. Die vertikale Anordnung der Kompressorrotoren bewirkt zusammen mit dem Auslaßdruck, der axial über das obere Lager auf die miteinander kämmenden Rotoren wirkt, und zusammen mit dem Eigengewicht der Rotoren und dem Motor, einen Ausgleich der axialen Kräfte, die von der Kompression des Afbeitsfluids herrühren, wobei der geschlosssene Kompressor durch den ölsumpf, einen ölfilter und eine öleinspritzung zum direkten Einspritzen des Öls, in die miteinander kämmenden Rotoren an der Ansaugseite belastet ist.

Innerhalb der letzten Jahre hat man, um die Austrittstemperatur eines kompressiblen Gases, wie z. B. ein Kühlmittel, das während der Kompression mittels eines Schraubenkompressors überhitzt wurde, zu begrenzen, eine verdampfbare Flüssigkeit in das Gas in der Kompressionskammer und in der Nähe der Ansaug- und Auslaßseiten des Kompressors eingespritzt, um die -Kompressoraustrittstemperatur zu begrenzen. Die Steuerung und Begrenzung der Austrittstemperatur dient dazu, gefährliche Temperaturen zu verhindern, die die Bauteile des Kompressors oder das Schmiermittel des Kompressors zerstören, wodurch die Lebensdauer derartiger Bauteile verkürzt wird.

Aus der US-PS 3 795 117 ist es bekannt, ein flüssiges Kühlmittel zu verwenden, das von einem Kondensator mit einem Druck , der in der Nähe des Kompressorauslaßdruckes liegt, einzuspritzen, und zwar entweder durch eine fest-.gelegte öffnung, oder eine öffnung, die mittels eines in Längsrichtung einstellbaren Gleitventils ausgebildet wird, und zwar direkt in die Druckkammer, die mittels des Gleitventils und/oder dem Kompressorrotorgehäuse und den miteinander kämmenden Schraubenrotoren begrenzt wird. Das in der Kühlflüssigkeit mitgeführte öl dient teilweise zur Abdichtung der Rotorspitzen und somit der Kompressionskammer, die mittels der miteinander kämmenden Rotoren und dem Rotorengehäuse begrenzt wird. Zusätzlich ist aus dem oben genannten Patent bekannt, eine getrennte Schmieröleinspritzöffnung zu verwenden, die. gemeinsam mit dem Gleitventil ausgebildet ist, damit eine Abdichtung der Arbeitskammer an den Rotorspitzen sichergestellt ist.

Aufgabe der Erfindung ist, einen Schraubenkompressor der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß der ölsumpf, die ölpumpe und der Filter, die normalerweise bei derartigen geschlossenen Kompressoren verwendet werden, entfallen können.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Mit der Erfindung wird in vorteilhafter Weise die Mischbarkeit zwischen öl und einem kondensierbaren Gas oder einem dampfförmigen Arbeitsfluid, wie z. B. einem Kühlmittel, innerhalb eines bestimmten Gewichtsverhältnisses zwischen dem Arbeitsfluid und dem Schmieröl zur ölnebelschmierung der Kompressorlager ausgenutzt.

Weiter wird mit der Erfindung in vorteilhafter Weise eine flüssige Kühlmitteleinspritzung in dem Kompressor erreicht , damit die Kühlung der sich drehenden Kompressorteile sichergestellt ist, um einen gefährlichen Temperaturanstieg während der Kompression zu verhindern, und die Abdichtung der Spitzen der Schraubenrotoren zu dem Rotorgehäuse sicherzustellen.

Der erfindungsgemäße geschlossene Schraubenkompressor zur Verwendung in einem geschlossenen Kompressionskreislauf umfaßt ein geschlossenes zylindrisches Gehäuse mit darin ausgebildeten parallelen, sich schneidenden Bohrungen, die in den entsprechenden miteinander kämmenden Rotoren gelagert sind, und dazwischen eine Kompressionskammer ausbilden. Die Rotoren weisen axiale Wellen zur drehbaren Lagerung der Schraubenrotoren und zur Drehung um die Wellenachsen auf, wobei die Wellen in in dem Gehäuse an-

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geordneten Wälzlagern gelagert sind. An einem Ende weist das Gehäuse eine Ansaugöffnung auf, die mit dem geschlossenen Kreislauf zur Zuführung des gasförmigen Arbeitsfluids zur Arbeitskammer des Kompressors bei einem relativ niedrigen Druck und zur Kompression des Fluids innerhalb der Arbeitskammer mittels der Rotation der miteinander kämmenden Schraubenrotoren, verbunden ist. Die Auslaßöffnung am gegenüberliegenden Ende der Arbeitskammer ist mit dem anderen Ende des Kreislaufs verbunden und liefert das komprimierte Arbeitsfluid bei einem relativ hohen Druck dem Kreislauf zu. Die Erfindung liegt in einem bestimmten Verhältnis eines Schmiermittels zum Arbeitsfluid, wobei das Schmiermittel in dem gasförmigen Arbeitsfluid zerstäubt und von ihm von der Einlaßseite zur Auslaßseite in nebeliger Form mitgeführt wird. Ein Kreislauf für ein geringes Volumen des Arbeitsfluids zwischen den Wälzlagern führt durch die miteinander kämmenden Schraubenrotoren, um eine ölnebelschmierung der abgedichteten Lager und eine Schmierung der Rotoren innerhalb der Bohrungen mittels eines Druckunterschieds zwischen der Ansaug- und Auslaßöffnung des Schraubenkompressors zu erreichen. Hierdurch entfällt eine Kompressorbohrung, ein ölsumpf, ein ölabscheider und eine Pumpe zur Zuführung des Öls zu den Lagern.

Vorzugsweise sind in der Nähe des Endes der Wellen für die entsprechenden Schraubenrotoren radiale Kanäle vorgesehen, die sich zum Inneren der abgedichteten Lager hin öffnen und über eine Bohrung mit schmalem Durchmesser mit der axialen Bohrung in der Rotorwelle verbunden sind, sodaß der Kreislauf mit dem begrenzten Volumen zwischen den Lagern, durch die Schraubenrotoren und die Gehäusebohrungen geschlossen ist.

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Die Schraubenrotoren können, wenn ein Niederdruckkühlmittel im geschlosssenen Kreislauf verwendet wird, ebenfalls ohne Einspritzung eines flüssigen .Kühlmittels in die von den miteinander kämmenden Schraubenrotoren begrenzte Kompressionskammer arbeiten. Wenn der geschlossene Kühlmittelkreislauf jedoch einen Kondensator und einen Verdampfer in der Reihenfolge von der KompressorausIaB-öffnung zur Ansaugöffnung aufweist, können Einrichtungen vorgesehen sein, um etwas des kondensierten flüssigen Kühlmittels aus dem Kondensator, abzuziehen und es in flüssiger Form durch eine Einspritzöffnung zu einer der Bohrungen, die die miteinander kämmenden Rotoren tragen, einzuspritzen, um die Kühlung des Kühlmittels innerhalb der Kompressionskammer zu erleichtern. Das am geschlossenen Kreislauf geführte gasförmige Arbeitsfluid kann, wenn es ein Kühlmittel ist, R 12 oder R 22 sein. Das Arbeitsfluid kann Helium sein, wobei der Kompressor bei Ansaug- und Auslaßdrücken arbeitet , bei denen das Helium nicht überhitzt , sondern kondensiert ist. Das Kühlmittel kann ein gewöhnliches, im Handel erhältliches , Schmieröl auf.. Erdölbasis sein. Das Gewichtsverhältnis des auf Erdölbasis bestehenden Schmiermittels zum gasförmgien Arbeitsfluid liegt etwa zwischen 0,25 Gew.%bis 12 Gew.% der Lösung.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht des geschlossenen

Kreislaufs mit dem Niederdruckkühlmittel und dem ölnebelgeschmierten Schraubenkompressor.

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Die Erfindung kann bei einem geschlossenen Druckgaskreislauf mit einem Schraubenkompressor, der dazu dient, das Gas durch den Kreislauf von der Hochdruckauslaß-Öffnung des Kompressors zur Niederdruckeinlaßöffnung des Kompressors zu drücken, verwendet werden. Der erfindungsgemäße Kompressor kann in einem geschlossenen Kühlmittelkreislauf verwendet werden, in dem ein Niederdruckkühlmittel, wie z. B. R 12, als Arbeitsfluid verwendet wird. Ebenfalls kann man als Arbeitsfluid R 22 als Kühlmittel, oder Helium verwenden. Das Helium soll bei den von dem Kompressor gelieferten Drücken nicht kondensierbar sein, wobei das Gas durch den Kreislauf von der Hochdruckaus laß seifce des Kompressors zur Niederdruckeinlaßseite im nicht überhitzten, jedoch auch nicht in kondensiertem Zustand strömen.

Der geschlossene Kühlmittelkreislauf 10 umfaßt der Reihenfolge nach einen geschlossenen Rotationsschraubenkompressor 12, einen Konsensator 14 und einen Verdampfer 16. üblicherweise ist ein thermisches Expansionsventil 18 in dem Kreislauf auf der Einlaßseite des Verdampfers 16 vorgesehen. Die Rohrleitung 20 dient der Verbindung der Auslaßseite 22 des Kompressors 12 mit der Einlaßseite des Kondensators 14, der Auslaßseite des Kondensators 14 mit der Einlaßseite des Verdampfers 16, wobei in dieser Leitung ein Entspannungsventil 18 vorgeshen ist, der Auslaßseite des Verdampfers 16 mit der Einlaßseite 24 des Kompressors.

Der dargestellte Schraubenkompressor kann eine abgeänderte Form des Schraubenkompressors gemäß der US-PS 4 181 474 sein, d. h., er ist als geschlossener Schraubenkompressor ausgebildet, bei dem ein elektrischer Antriebsmotor im Inneren des Gehäuses angeordnet ist. Der Kompressor der

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genannten Patentschrift muß insoweit abgeändert werden, daß die ölabtrennung des elektrischen Antriebsmotor und die oben liegenden Tellerabscheider weggelassen werden. In diesem Fall dient die untere Hälfte des Gehäuses nicht als ölsumpf,und der Kühlmittelkreislauf des Kompressors hat sowohl eine Verbindung zur Saugöffnung des Kompressors als auch zur Auslaßöffnung des Kompressors , und zwar von dem Gehäuseinneren isoliert. Weiter muß das Kühlmittel gut mit dem öl mischbar sein, vorausgesetzt, daß das Kühlmittel innerhalb des kritischen Gewichtsverhältnisses gemäß der Erfindung vorliegt.

Der geschlossene Druckgaskreislauf verwendet ein übliches Niederdruckkühlmittel., wie z. B. R 12, und der Kompressor 12 umfaßt einen horizontalen Kompressor relativ kleiner Kapazität , wie er z. B. innerhalb eines Omnibusseövorgesehen ist, wobei der Kompressor von dem Motor des Fahrzeugs angetrieben wird« In diesem Fall ist der Kompressor 12 an dem Motorgehäuse (nicht gezeigt) mittels Befestigungslaschen 26 befestigt. Die Laschen tragen ein aus Abschnitten bestehendes geschlossenes Gehäuse 28, das aus einem Hochdruckgehäuse 30 von allgemein zylindrischer Form, einem mittleren Gehäuse 32 von zylindrischer Form und einem Niederdruckgehäuse 3 4 von abgewandelter zylindrischer Form umfaßt. Die zylindrischen Kompressorgehäuseabschnitte sind aneinander liegend mittels Ohrringen 36 abgedichtet, die auf den gegenüberliegenden Seiten des mittleren Gehäuses 32 liegen und mit den gegenüberliegenden radialen Flächen der Gehäuseabschnitte 33 und 3 4 in Berührung kommen. Die Gehäuseabschnitte können mittels Schrauben 38 oder Ähnlichem verbunden sein.

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Das mittlere Gehäuse 32 umfaßt ein -Paar zylindrische sich schneidende Innenbohrungen 40 und 42, in denen die miteinander kämmenden Schraubenrotoren 44 bzw. 46 gelagert sind. Die miteinander kämmenden Schraubenrotoren 44 und 46 sind einstückig mit Antriebswellen 48 bzw. 5 0 versehen. Das Hochdruckgehäuse 3 0 weist eine erste Bohrung 52 in der Größe der Welle 48 am Ende des Rotors 44 und eine zweite Bohrung 5 4 in der Größe der Welle 50 auf, in die sich diese Wellenabschnitte erstrecken. Die Bohrung 52 ist mit einer Gegenbohrung 52a und die Bohrung 54 mit einer Gegenbohrung 54 a versehen. Die Gegenbohrungen 52a und 54a bilden entsprechende Kammern 57 , 59 zur Aufnahme und Lagerung von Wälzlagern 56 bzw. 58 an der Hochdruck- oder Auslaßseite für ein Ende der Wellen 50 und 52 aus. Die Gegenbohrungen 52a und 54 a sind zu den axialen Endwänden 3 0a des Hochdruckgehäuses 30 geöffnet, wobei sich über die Öffnung eine kreisförmige Endplatte 60 erstreckt. Die Endplatte 60 ist an der Endfläche 30a des Hochdruckgehäuses 30 angeschraubt oder anderweitig befestigt. In einer Ringnut in der Endfläche 3 0a ist eine Orringdichtung 62 zur Abdichtung des Endes des geschlossenen Kompressorgehäuses 28 vorgesehen. An der gegenüberliegenden Seite des Kompressors ist das" ■Niederdruckgehäuse 34 mit einer ersten Bohrung zur Aufnahme, des anderen Endes der Welle 48 vorgesehen, wobei die Bohrung 60 axial innerhalb in Richtung des mittels der Welle 48 getragenen Schraubenrotors 44 eine Gegenbohrung 6 4a aufweist.

Das Niederdruckgehäuse 34 ist weiter mit einer zweiten Bohrung 66 versehen, die das rechte Ende der Welle 50 des Schraubenrotors 56 aufnimmt. Die Bohrung 66 erstreckt

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sich nur durch einen Teil des zylindrischen Niederdruckgehäuses 34 und endet in einer kuppelförmigen Wand 66a , die von dem Boden der Bohrung 66 begrenzt wird. Die Bohrung 66 begrenzt einen zylindrischen Raum oder eine Kammer 67 , in der eine erste Ansaugseiten- oder Niederdruck- Wälzlageranordnung 68 befestigt ist. Innerhalb einer Kammer 65, die von der Gegenbohrüng 64a begrenzt wird, und zwischen dem Niederdruckgehäuse 34 und der Welle 48 ist eine zweite Saugseiten- oder Niederdruck- Wälzlageranordnung 7 0 vorgesehen, die eine Labyrinthdichtung 7 0a aufweist, die der in der US-PS 4 181 474 beschriebenen ähnlich ist. Die axiale Endfläche 34a des Gehäuseabschnitts 34 , das von dem Gehäuseabschnitt entfernt angeordnet ist, der dem Schraubenkompressor 44 und 46 gegenüberliegt, trägt eine ringförmige Endplatte 72 mit einem axialen Ringvorsprung 72a , der sich in eine weitere, kleine Gegenbohrüng 64b des Gehäuseabschnitts 34, radial entfernt von der Welle 48,erstreckt. Die Welle 48 erstreckt sich durch eine Kreisöffnung mit größerem Durchmesser oder eine axiale öffnung 74 innerhalb der Endplatte 72. Der Ringvorsprung 72a weist auf seiner radial äußeren Fläche eine Umfangsaussparung auf, in der eine Dichtung in Form eines Ohrrings 76 vorgesehen ist. Die Endplatte 72 ist an dem Niederdruckgehäuse 34 mittels Schrauben 78 befestigt. Der Ringvorsprung 72a weist weiter eine radiale Stufe 72b mit einer ümfangsaussparung 72c auf, in der ein Ring 80 mit einem inneren Durchmesser gelagert ist, der größer als der Durchmesser der Welle 48 ist, die sich durch den Ring 80 erstreckt. Der Ring 80 trägt eine Schraubenfeder 82, die einen axialen Druck auf die Dichtung 83 ausübt, die die Saugseite der Wälzlageranordnung zur Atmosphäre außerhalb des geschlossenen Kompressors abdichtet. Diese Dichtung 83 ist zusätzlich zur Labyrinth-

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dichtung 7 0a des Wälzlagers 70 vorgesehen.

Die Wälzlager umfassen in einer bevorzugten Ausführungsform geneigte Rollenlager (2) und nehmen sowohl die Druckkräfte, als auch die durch die Welle auf die festen Bauteile der Maschine, insbesondere die Gehäuse 30, 32 und 34, wirkenden radialen Kräfte auf. Beispielsweise umfaßt das Wälzlager 56 zwei Sätze schräger Rollenlager, die um ihre Achsen drehbar befestigt und zwischen geeigneten radialen inneren und äußeren Käfigen angeordnet sind. Die Wirkungsweise und Anordnung der Wälzlager ist im einzelnen in der US-PS 4 181 474 beschrieben.

Weiter ist aus der US-PS 4 181 47 4 bekannt, daß zwischen den sich drehenden Bauteilen des Kompressors und den festen Bauteilen ein Spiel vorhanden sein muß, und daß das komprimierte gasförmige Arbeitsfluid zwischen den beabstandeten sich drehenden und den nicht beweglichen Bauteilen strömt, und zwar in Folge der Druckdifferenz . zwischen der Saugseite des -Kompressors an der Saugöffnung 24 und der Auslaßseite des Kompressors an der Auslaßöffnung 20. Die vorliegende Erfindung arbeitet mit einem kleinen Volumen oder einer kleinen Durchflußmenge Arbeitsfluid in gas- oder dampfförmiger Form, die das mischbare Schmiermittel in nebeliger Form zu den zu schmierenden Bauteilen trägt. Weiter dient das mischbare öl innerhalb des Hauptstroms des Arbeitsfluids, der durch die Kompressionskammer (definiert durch die miteinander kämmenden Schrauberirotoren 44,46 und die Gehäusebohrungen 40 und 42 im mittleren Gehäuse 32) strömt, dazu, eine Abdichtung zwischen den Spitzen der Schraubenkompressorflügeln auf den entsprechenden Rotoren in ihrer Berührungszone, und mit den Gehäusebohrungen während der Drehung der Rotoren 44, 46 auf den entsprechenden Rotorwellen 48 und 50 zu schaffen.

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Die vorliegende Erfindung verwendet in einer bevorzugten Ausführungsform axiale Strömungskanäle innerhalb der Wellen selbst, die einen kleinen Durchmesser aufweisen und sich zu den Kammern der Wälzlager an den entsprechenden Enden der Welle 48 und 50 öffnen, um eine Verteilung des ölnebels, der in dem Arbeitsfluid zu diesen Wälzlagern in geschlossenem Kreislauf geführt wird, zu erreichen. Diese Bewegung wird durch die Druckdifferenz des Arbeitsfluids bewirkt, die zwischen der Saug- und Auslaßseite des Kompressors besteht.

Insbesondere ist die Welle 48 mit einer Bohrung 84 kleinen Durchmessers versehen, die sich vom linken Ende 48a der Welle 80 zum gegenüberliegenden Ende 48b der Welle erstreckt. Das Ende 48b ist mit einer Kerbverzahnung zur Verbindung mit der Antriebswelle (nicht gezeigt) versehen, und umfaßt vorzugsweise ein entweder direkt oder indirekt mittels der Hauptantriebsmaschine angetriebenes Antriebselement. Die Bohrung 84 endet an einem axialen Punkt 84a hinter dem Ende des Wälzlagers 7Ό, entfernt von der Saugöffnung 24,und somit auch entfernt von der Kompressionskammer. Ein oder mehrere radiale Kanäle, wie z. B. der Kanal 86, öffnen sich von der axialen Bohrung 84 zum äußeren der Welle 48 und zur Kammer 65, die das Wälzlager 70 aufnimmt. Das gegenüberliegende Ende 48a der Welle ist von der Endplatte 60 mit einem Abstand angeordnet, sodaß die Bohrung 84 sich axial zur Kammer 57 öffnet, in der das Wälzlager 56 an der Äuslaßsei,te des Kompressors angeordnet ist. Weiter umfaßt die Welle 48 einen sich axial erstreckenden Abschnitt 48c, der einai etwas-geringeren Durchmesser als die Bohrung 52 in dem Hochdruckgehäuse 30 aufweist, durch den sich ein Teil der Welle erstreckt, sodaß das Arbeitsfluid beim Auslaßdruck des Kompressors durch die Kammer 57 mit dem Wälzlager 56 fließen kann. Die sich

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schneidenden Bohrungen 40 und 42 zusammen mit den Kammern 65 und 57,als auch die axiale Bohrung 84/und der radiale Kanal 86 innerhalb der Welle 48 dienen zur Ausbildung eines begrenzten Volumens und eines geschlossenen Kreislaufes des Arbeitsfluids mit dem nebeiförmigen Schmiermittel. Das in diesem geschlossenen Kreislauf strömende Arbeitsfluid wird nur aufgrund des Druckunterschieds zwischen der Saug- und Auslaßseite des Schraubenkompressors im Kreis geführt.

•Für den mit dem Rotor 44 kämmenden Rotor 48 ist eine sehr ähnliche Anordnung vorgesehen, um einen zweiten geschlossenen Kreislauf für ein begrenztes Volumen oder eine begrenzte Durchflußmenge des Arbeitsfluids zu schaffen, das das nebeiförmige Schmiermittel mit sich führt. Insbesondere weist die kürzere axiale Welle 5 0 eine Bohrung 88 kleinen Durchmessers von der Endfläche 5 0a über die gesamte Länge der Welle zur gegenüberliegenden Endfläche 50b auf. Die Endfläche 50a der Welle 50 ist axial von der Endplatte 60 beabstandet angeordnet , sodaß sich die Bohrung 88 der Welle 5 0 mit kleinem Durchmesser zur Kammer 59 mit dem Wälzlager 58 öffnet. Die Endfläche 5 0b der Welle 5 0 ist im Abstand von der Endplatte 56a des Niederdruckgehäuses 34 angeordnet. Die axiale Bohrung 88 der Welle 50 öffnet sich somit zur Kammer 67 mit dem Wälzlager 68 an der Saugseite des Schraubenrotors 46, der von der Welle 50 getragen wird. Weiter ist die Welle 5 0 mit einem sich axial erstreckenden Wellenabschnitt 50b versehen, der sich von der Hochdruck- oder Auslaßseite 46 a des Rotors 46 erstreckt. Die Endfläche 46a ist im Abstand von der Endfläche 30b des Hochdruckgehäuses 3 0 angeordnet, sodaß das unter hohem Druck stehende Arbeitsfluid durch den Spalt gelangt, insbesondere zwischen der Bohrung 54 des Hochdruckgehäuses

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und dem Wellenabschnitt 5 0c und in die Kammer 59 mit dem Wälzlager 58 eintritt.

Auf diese Weise wird ein ähnliches geringes Volumen oder eine ähnliche geringe Durchflußmenge des Arbeitsfluids mit dem nebeiförmigen Schmiermittel in den geschlossenen Kreislauf geführt. In Folge der Druckdifferenz-zirkuliert das nebeiförmige öl von der Auslaßseite des Kompressors zur abgedichteten Kammer mit der Wälzlageranordnung 58, durch die Bohrung 88 und durch die Kammer 69 mit dem Wälzlager 68 und zurück zur Auslaßseite, die durch die Endfläche 46b des Schraubenkompfessors 46 begrenzt wird* Die Pfeile in der einzigen Fig. stellen die Strömung des Arbeitsfluids mit dem nebeiförmigen öl in der dargestellten Ausfuhrungsform dar, wobei das Arbeitsfluid das Kühlmitte R12 in Dampfform ist, daß die sich bewegenden Kompressorteile, insbesondere die Wälzlager für die beiden Schraubenrotoren mittels des Schmiermittels schmiert.

Wenn der dargestellte Kompressor beispielsweise als Kompressor für ein Niederdruckkühlmittel für eine Klimaanlage in einem Omnibus verwendet wird, ist es nicht notwendig, den während der Kompression des Arbeitsfluids, innerhalb der Kompressionskammer, die mittels der miteinander kämmenden Schraubenrotoren 44 und 46 begrenzt wird, entwickelten Druck auszugleichen, d. h., der Druck, der auf die Rotoren wirkt und sie axial von links nach rechts in der Fig. verschiebt. Es ist jedoch nötig, daß das Schmiermittel oder "Öl, das von dem Arbeitsfluid in nebeliger Form rückgeführt wird, nahezu 100%ig mit dem Arbeitsfluid an der Hochdruckseite des Kompressors mischbar ist, d .h., auf der Seite, die sich zur Auslaßöffnung 22 öffnet. Weiter soll darauf hingewiesen werden, daß es

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notwendig ist, daß der Kompressor innerhalb eines geschlossenen Kreislaufsystems arbeitet,in dem eine 100 %ige Rückführung des Arbeitsfluids gegeben ist. Andererseits würde das System teuer und das in Nebelform mitgeführte Schmiermittel ginge verloren und müßte wieder ersetzt werden. Weiter ist zu bemerken, daß das nebeiförmige Öl eine Verschlechterung der Wärmeübertragung des Kondensators 10 und des Verdampfers 16 bewirkt. Dies wird jedoch dadurch ausgeglichen, daß kein ölabscheider, keine öldruckpumpe zur Schaffung des notwendigen Drucks für die Lagerschmierung des Kompressors notwendig ist. Der ölabscheider, der das öl aus dem Arbeitsfluid abscheidet, bevor das ölfreie Kühlmittel oder ein anderes gasförmiges Arbeitsfluid dem Kondensator oder dem Verdampfer zugeführt wird, steigert zwar die Wärmeübertragung innerhalb des geschlossenen Kreislaufs. Wie bereits oben erwähnt, muß das Schmiermittel bei dem Kühlmittel R 12 ein geringeres Massenverhältnis und bei dem Kühlmittel R 22 ein größerers Massenverhältnis aufweisen. Das öl kann irgendein Schmiermittel auf Erdölbasis oder ein synthetisches Schmiermittel sein, wobei es solange geeignet ist, solange es die Rotoren abdichtet und die Lager des Kompressors schmiert. Das Schmiermittel kann ein im Handel erhältliches öl sein, wie es beispielsweise von der Sun Oil Company unter der Bezeichnung SUNISCO 5G hergestellt wird. Das Gewichtsverhältnis des Schmieröls zum gas- oder dampfförmigen Arbeitsfluids des Kompressors liegt ungefähr in der Größenordnung von 0,25 bis 12 %. Während die Erfindung in Verbindung mit einem Kühlmittel beschrieben wurde, das aus einem leicht kondensierbaren, dampfförmigen oder gasförmigen Arbeitsfluid besteht, kann als Kühlmittel ebenfalls Helium verwendet werden, wobei das Helium als im wesentlichen nicht kondensierbares Gas vorliegt und stromabwärts des

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Kompressors vor der Rückführung zum Kompressor an der Saugseite in nicht überhitzter Form vorliegt, jedoch ebenfalls nicht kondensiert ist.

Die dargestellte Ausführungsform der Erfindung zeigt einen Kompressor ohne ölsumpf, ölabscheider und ölpumpe mit einem geschlossenen Kreislauf, in dem das Arbeitsfluid aus einem geeigneten Kühlmittel besteht, und wobei ein geringer Volumenstrom flüssigen Kühlmittels von dem Kondensator 14 mittels der Umgehungsleitung 90, die mit einem Ende 90a mit dem Kondensator und mit dem anderen Ende 90b mit einem radialen Kanal 92 innerhalb des mittleren Gehäuses 32 verbunden ist, umgeleitet wird. Der Kanal 92 bildet eine Kühlmitteleinspritzöffnung 92a für flüssiges Kühlmittel an einem Ende der Bohrung 40 aus, die von der Saugseite und Auslaßseite des Kompressors getrennt ist. Das Einspritzen des Kühlmittels dient zur Kühlung des Arbeitsfluids während der Kompression. In der Leitung 90 ist ein geeignetes Regelventil 94 vorgesehen, das von einem Elektromagnet betrieben werden kann und mit einem Temperatur- und/oder Druckfühler (nicht gezeigt) innerhalb des Kühlsystems verbunden ist, um die flüssige Kühlmitteleinspritzmenge im Verhältnis zur Leistung der Anlage oder Ähnlichem einzuspritzen. Die geringe ölmenge im Kühlmittel, das in die Kompressionskammer über die Einspritzöffnugn 92 eingespritzt wird, mischt sich leicht mit dem Kühlmitteldampf der Saugseite, der das Kühlmittel in nebeliger Form mit sich führt. Das öl dichtet die Rotorspitzen ab, um die kompression zu verbessern.

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Leerseite

Claims

HOFFMANN · EITIiE & PARTNER

P AT E N T AN WÄI/Γ E

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) · Dl PL.-ING. W. EITlE · D R. RE R. NAT. K. H O FFMAN N . DIPL.-ING. W. LEHN

DIPL.-ING. K. FDCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 · D-8000 MD NCH EN Bl . TELEFON (089) 911087 . TELEX O5-29Ä1V (PATHE)

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Dunham-Bush, Inc., West Hartford, Californien / USA

Schraubenkorapressor mit geschlossenem Druckgassystem mit ölnebelschmierung

PATENTANSPRÜCHE

1 J Schraubenkompressor mit geschlossenem

Druckgassystem mit ölnebelschmierung, bestehend aus einer Niederdruckansaugöffnung und einer Hochdruckauslaßöffnung und einer geschlossenen, den geschlossenen Schraubenkompressor und die öffnungen verbindenden Kreislaufeinrichtung für einen kontinuierlichen Umlauf eines gas- oder dampfförmigen Arbeitsfluids zwischen den öffnungen mittels der Kreislaufeinrichtung und durch den Schraubenkompressor mittels einer Druckdifferenz in Folge der Kompression innerhalb des Kompressors, wobei der Kompressor ein geschlossenes Gehäuse , sich schneidende parallele Bohrungen innerhalb des Gehäuses und in den Bohrungen wellengelagerte, sich um die Achse ihrer entsprechenden Welle drehende, miteinander kämmende Schraubenrotoren aufweist, die zusammen mit den Bohrungen die

Kompressionskammer bilden, und an einem Ende zur Kreislaufeinrichtung über die Ansaugöffnung und am anderen Ende zur Kreislaufeinrichtung über die Auslaßöffnung geöffnet sind, und wobei der Kompressor weiter in dem Gehäuse gelagerte, abgedichtete Wälzlager zur drehbaren Lagerung der auf beiden Seiten der Schraubenrotoren vorgesehenen Wellen,und zur Aufnahme der darauf wirkenden, axialen und radialen Kräfte aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossene Druckgassystern ein Kühlsystem (10) ist, wobei das gas- oder dampfförmige Fluid ein Schmiermittel auf Erdölbasis in nebeliger Form in einem Gewichtsverhältnis in bezug auf das Fluid von etwa 0,25% bis 12% mitführt, und daß der Kompressor (12) einen im Kreislauf angeordneten, die Kompressionskammer und die abgedichteten Wälzlager (56,58,68,70) umfassenden Schmiermittelweg zur ununterbrochenen Schmierung der Wälzlager (56,58,68,70) mittels des im Arbeitsfluid mitgeführten nebeligen Schmiermittels aufweist.
2. Schraubenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlosssene Kompressorgehäuse (28) und die Schraubenrotoren (44,46) an den entsprechenden Enden der Rotoren (44,46), die in den Wälzlagern (56,58,68,70) gelagert sind, abgedichtete Kammern (57,59,65,57) begrenzen, wobei der im Kreislauf angeordnete Schmiermittelweg zwischen den Wälzlagern (56,58,68,70) in den Rotorwellen (48,50) angeordnete, zu den entsprechenden, abgedichteten Kammern (57,59,65, 67) an den gegenüberliegenden Enden (58a,b; 50a,b) der Rotoren (44,46) führende Kanäle (44,88) umfaßt, daß zwischen den Rotorwellen (48,50) ,den Schraubenrotoren (44,46) und dem Kompressorgehäuse (28) getrennte Spalte vorgesehen sind, sodaß das hochmischbare, nebelige öl, mittels des sich kontinuierlich durch die Arbeitskammer

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bewegenden Arbeitsfluid aufgrund des Druckunterschieds des Gases von den abgedichteten Kammern (57,59) mit den Wälzlagern (56,58) benachbart zur Kompressorauslaßöffnung (22)durch die in den Wellen angeordneten Kanäle (84,88) zu den Kammern (65,67) mit den Wälzlagern (68, 70) benachbart zur Kompressoransaugöffnung (24) zur Vereinfachung der ölnebelschmierung der entsprechenden Wälzlager (56,58,68,70) geführt wird.
3. Schraubenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorwellen (48,59) jeweils einen Teil des geschlossenen Schmiermittelwegs bildende , axiale Bohrungen (84,88) aufweisen, und daß mindestens eine der Wellen (48,59) einen radialen , von der axialen Bohrung (84) zur äußeren Umfangsflache der Welle (48). führenden, sich zu.einer der abgedichteten Kammern mit den Wälzlagern offenen Kanal aufweist.
4. Schraubenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsfluid ein kondensierbares Kühlmittel aufweist, und das System weiter einen, mit dem Kompressor (12) in Reihe geschalteten Kondensator (14) und einen Verdampfer (16) aufweist, daß eine von dem Kondensator (14) zur Arbeitskammer des Kompressors (12) führende Abzweigleitung (90) zum Einspritzen von flüssigem Arbeitsfluid zwischen der Ansaug- und Auslaßöffnung (22,24) zum Kühlen '.des Arbeitsfluids während des Verdichtens vorgesehen ist, wobei das im Arbeitsfluid mitgeführte dampfförmige öl durch die Arbeitskammer strömt und dabei verdichtet wird.