DE4419379A1 - Turboverdichter für Gase - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Turboverdichter für Gase gemäß dem Gattungsbegriff des Hauptanspruches.

Bei Turboverdichtern beispielsweise mit Radial-Laufrädern tritt wegen der Druckdifferenz zwischen der Saug- und der Druckseite des Rotors ein Axialschub auf. Im günstigsten Fall kann dieser Axialschub von geeigneten Axialschublagern aufgenommen werden. Solche Lager sind zwar in zahlreichen Ausführungsformen bekannt, deren Belastungsfähigkeit ist jedoch begrenzt. Insbesondere bei hohen Drehzahlen und großen Druckdifferenzen können die Lager, speziell bei Verwendung von Magnetlagern, die Axialschübe nur teilweise aufnehmen.

Bei der aus DE 37 00 153 A1 bekannten Anordnung wird die Druckdifferenz an der Druckseite durch einen Ausgleichskolben mit einer Labyrinthdichtung abgebaut. Dies bedingt jedoch große Leckverluste, insbesondere bei Verdichtern mit großem Druckgefälle und kleiner Fördermenge. Zudem kann bei höheren Gasdichten eine Anregung zur Rotorinstabilität von dem Ausgleichskolben ausgehen.

Eine andere Lösung ist aus der EP 0 361 844 A1 bekannt. Bei diesem Turboverdichter wird die Gegenkraft zum Ausgleich des Axialschubes durch paarweise an der Saug- und Druckseite angeordnete gasgeschmierte Gleitringdichtungen erzeugt, wobei die Primärdichtung auf der Druckseite einen größeren Durchmesser aufweist als die Primärdichtung auf der Saugseite. Zwischen der Primär- und der Sekundärdichtung muß ein bestimmter Zwischendruck eingehalten werden, damit die gewünschte Gegenkraft zum Axialschub erzeugt wird. Die Einhaltung dieses Zwischendruckes erfordert einen nicht unerheblichen Regelaufwand und es müssen Verbindungsleitungen von den jeweiligen Kammern der Gleitringdichtung zu den Gasreservoirbereichen angeordnet werden. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Turboverdichter für Gase anzugeben, bei dem in konstruktiv einfacher und kostengünstiger Weise und ohne Regelungsaufwand der gewünschte Ausgleich des Axialschubes erreicht wird.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik wird auf der Saug- und auf der Druckseite nur jeweils eine gasgeschmierte Gleitringdichtung angeordnet. Beide Dichtungen sind abmessungsmäßig gleich, so daß der Aufwand für die Ersatzteillagerhaltung niedrig ist und wenig Kosten verursacht. Damit der Ausgleich erreichbar ist, werden die Durchmesser D_D der Gleitringdichtungen größer als üblich gewählt. Üblich sind 40 bis 50% des Laufraddurchmessers, wohingegen erfindungsgemäß ein Durchmesser von mindestens 60% vorzugsweise 70% des Laufraddurchmessers vorgesehen ist. Beide Dichtungen dichten gegen den Umgebungsdruck ab, was bedeutet, daß die auf der Druckseite angeordnete Gleitringdichtung das gesamte Druckgefälle abbauen muß. Da die Gleitringdichtungen inzwischen aber einen hohen technischen Standard erreicht haben, ist es möglich, trotz dieser hohen Belastung Turboverdichter bis zur 200 bar sicher abzudichten.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist darin zu sehen, daß durch den Wegfall des Ausgleichskolbens der Turboverdichter in Längsrichtung kleiner gebaut werden kann bzw. unter Umständen bei gleichem Lagerabstand ein weiteres Laufrad angeordnet werden kann. Außerdem entfällt das bekannte Problem einer Anregung zur Instabilität bei Anordnung eines Ausgleichskolbens.

Aus Fertigungs- und Kostengründen sind die Durchmesser der Standard-Gleitringdichtungen abgestuft, so daß unter Umständen für eine bestimmte Druckstufe ein passender Gleitdichtring nicht vorhanden ist. Eine Sonderanfertigung für die gewählte Druckstufe bietet sich in den meisten Fällen aus Kostengründen nicht an. Die sich wegen Nichtanpassung ergebende Differenz zwischen Axialschub und erzeugter Gegenkraft wird erfindungsgemäß dadurch ausgeglichen, daß man den Durchmesser D_L der im Laufradbereich angeordneten Labyrinthdichtung entsprechend wählt. Wird der Durchmesser größer vorgegeben, ergibt sich ein größerer Axialschub und umgekehrt.

In der Zeichnung wird anhand einer skizzenhaften Darstellung die erfindungsgemäße Anordnung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt in einem halbseitigen Längsschnitt skizzenhaft und in einem Ausschnitt die wesentlichen Elemente eines erfindungsgemäßen Turboverdichters. In einem nicht dargestellten Gehäuse sind eine langgestreckte Rotorwelle 3 angeordnet, die mit beispielsweise fünf Laufrädern 4 bis 8 bestückt ist.

An den beiden Enden stützt sich die Rotorwelle 3 auf nicht näher dargestellte Lager 9, 10 ab. Zwischen den Lagern und dem Laufrad ist erfindungsgemäß eine gasgeschmierte Gleitringdichtung 11, 12 sowohl auf der Saug- 13, wie auf der Druckseite 14 angeordnet. Herrührend von der Druckdifferenz zwischen der Druck 14- und der Saugseite 13 wird ein Axialschub in Richtung Saugseite 13 erzeugt, hier gekennzeichnet durch einen geschlossenen Pfeil 15. Da die Gleitringdichtung 11 auf der Druckseite 14 mit dem vollen Gasdruck und die Gleitringdichtung 12 auf der Saugseite 13 mit dem Saugdruck beaufschlagt wird, entsteht eine Reaktionskraft, die dem Axialschub 15 entgegengerichtet ist. Diese Reaktionskraft ist hier mit einem gestrichelt gezeichneten Pfeil 16 gekennzeichnet. Im Idealfall sind beide Kräfte 15, 16 gleich groß, so daß die Rotorwelle 3 frei von Längskräften sich drehen kann und damit die Lager 9, 10 nicht belastet werden. Damit die entsprechende Gegenkraft 16 überhaupt erzeugt werden kann, entspricht der wirksame Dichtdurchmesser D_D der Gleitringdichtung 11, 12 annähernd dem Dichtdurchmesser D_L des Deckscheibenlabyrinths 18 des jeweiligen Laufrades 17. Beide Gleitringdichtungen 11, 12 sind abmessungsmäßig gleich, so daß der Aufwand für die Ersatzteillagerhaltung niedrig gehalten werden kann.

Falls aus konstruktiven oder Anpassungsgründen ein vollkommener Ausgleich nicht erreichbar ist und eine Differenz zwischen Axialschub und Gegenkraft bestehen bleibt, unabhängig davon, welche Kraft überwiegt, ist erfindungsgemäß eine Anpassung dadurch möglich, daß durch die Wahl des Durchmessers D_L der im Laufradbereich angeordneten Labyrinthdichtung 17 (hier nur für das linke Laufrad 8 dargestellt) ein größerer oder kleinerer Axialschub erzeugbar ist.

Claims (4)

1. Turboverdichter für Gase, der ein Gehäuse mit einem saugseitigen Einlaß und einem druckseitigen Auslaß aufweist und mit einer Welle und wenigstens einem auf der Welle befestigten Laufrad und zwei die Welle abstützenden Lagern und einem auf der Saug- und Druckseite zwischen Lager und Laufrad angeordneten gasgeschmierten Gleitringdichtungssystem und einer am Ende zwischen dem rotierenden und nicht rotierenden Teil des Laufrades angeordneten Labyrinthdichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitringdichtungssystem nur je eine Gleitringdichtung (11, 12) auf der Saug(13)- und der Druckseite (14) aufweist und beide Gleitringdichtungen (11, 12) gleiche Abmessungen haben und der größte wirksame Durchmesser D_D der Gleitringdichtung (11, 12) mindestens 60% des Laufraddurchmessers (4-8, 17) beträgt und beide Dichtungen (11, 12) gegen den Umgehungsdruck abdichten.

2. Turboverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der größte wirksame Durchmesser (D_D) der Gleitringdichtung (11, 12) 70% des Laufraddurchmessers (4-8, 17) beträgt.

3. Turboverdichter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine etwaige Differenz zwischen Axialschub (15) herrührend vom Laufrad (4-8, 17) und erzeugten Gegenkraft (16) durch die Gleitringdichtung (11, 12) durch die Wahl des Durchmessers (D_L) der im Laufradbereich angeordneten Labyrinthdichtung (18) ausgleichbar ist.

4. Turboverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der wirksame Durchmesser (D_D) der Gleitringdichtung (11, 12) annähernd gleich groß ist wie der Dichtdurchmesser (D_L) des Deckscheibenlabyrinths (18).