DE3319112A1 - Turboverdichter-baueinheit mit hoher drehzahl - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Turborverdichter-Baueinheit nut hoher Drehzahl. Der Turboverdichter wird durch einen mit ihm al a Baueinheit ausgebildeten Elektromotor mit hoher Drehzahl angetrieben.

Ein Turboverdichter ist eine Rotationsmaschine mit wenigestens einem als Rotor dienenden Rad und mit wenigstens einer als Diffusor wirkenden Förderspirale" die ein gasförmiges Fluid, etwa "Freon", verdichtet. Wenn je Rad ein merklicher Verdichtungsgrad in der Größenordnung von beispielsweise 2,5 erzielt werden soll, muß mit einer sehr hohen Drehzahl in der Größenordnung von 10 000 U/min oder einigen 10 000 U/min gearbeitet werden.

Es gibt gegenwärtig Turboverdichter mit hoher Drehzahl, bei denen zwischen dem antreibenden Elektromotor und der das oder die Räder des Turboverdichters antreibenden Welle ein mechanisches übersetzungsgetriebe angeordnet ist. Bei diesen Vorrichtungen befindet sich zwischen dem Rotor des Elektromotors und dem Eingangszahnrad des Übersetzungsgetriebes eine nachgiebige Niederdrehzahlkupplung und zwischen dem Ausgangszahnrad des Übersetzungsgetriebes und dem Rotor des Turboverdichters eine nachgiebige Hochdrehzahlkupplung.

Diese bisherigen Vorrichtungen haben einige Nachteile:

- Das Übersetzungsgetriebe und seine zugehörigen Kupplungen benötigen eine kostspielige und viel Energie verbrauchende Schmiervorrichtung.

- Das Problem der kritischen Drehzahl ist auf Grund der Vielzahl der sich drehenden Teile komplex.

- Auf Grund der großen Anzahl von mechanj sehen Teilen ist die· Zuverlässigkeit der Verdichtereinheit nicht sehr 'jut.

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- Auf Grund des Vorliegens mehrerer beweglicher Teile ergeben sich Ausfluchtungsprobleme.

- Da die Verdichtereinheit nicht kompakt ist, befinden sich die verschiedenen Komponenten im allgemeinen auf unterschiedlichen Gestellen und Trägern, was sich auf die Kosten der Anordnung auswirkt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Turboverdichter-Baueinheit mit hoher Drehzahl, die die oben angegebenen Nachteile nicht aufweist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen gesamten Längsschnitt eines zweistufigen Turboverdichters nach der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt des Rads der ersten Stufe mit den zugehörigen Dichtungen;

Fig. 3 einen Schnitt des magnetischen Anschlags, des Rads der zweiten Stufe und der zugehörigen Dichtungen;

Fig. 4 einen Schnitt einer Ausführungsvariante der Vorrichtung zur Einstellung der zum Rad der ersten Stufe gehörenden radialen Dichtung;

Fig. 5 eine vergrößerte schematische Ansicht der Strahlpumpe des Turboverdichters von Fig. 1.

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Fig. 1 zeigt einen als Baueinheit ausgebildeten Motorverdichter mit einer Welle 1. Die Welle 1 trägt in ihrer Mitte einen Rotor 2 eines mit hoher Drehzahl laufenden Elektromotors. Der Rotor 2 ist von einem Stator 3 umgeben. Ein derartiger Elektromotor liefert eine Leistung von einem bis mehreren 100OkW bei einer Drehzahl von 10 000 bis 15 000 U/min.·

Die Welle 1 trägt frei überstehend an jedem ihrer Enden ein erstes Ansaugrad 4, das das rotierende Element de^;r ersten Ver- ι dichtungsstufe bildet, und ein zweites Ansaugrad 5, das das rotierende Element der zweiten Verdichtungsstufe bildet. Die Lagerung der Welle 1 erfolgt durch zwei Magnetlager 6 und 7, die unter der Kontrolle von Stellungsgebern 32 eingestellt werden und zu denen ein magnetischer Anschlag 8 gehört, der die ; Einstellung der Lage in Längsrichtung der Welle 1 ermöglicht. Fig. 1 zeigt Notlaufwälzlager 9, auf denen die Welle 1 ruht, wenn kein elektrischer Strom vorhanden ist.

Die durch den Elektromotor 2, 3, die Magnetlager 6, 7 und den magnetischen Anschlag 8 gebildete Anordnung befindet sich in einem dichten Gehäuse 10. Das Ansaugrad 4 der ersten Stufe ist verbunden mit einem Niederdruck- oder Ansaugkanal 11 und mit einer Förder- oder Entnahmespirale 12 der ersten Stufe, die ihrerseits in eine Förderleitung 13 der ersten Stufe mündet.

Das bei 13 austretende verdichtete Fluid wird über eine Rohrleitung 14 bis zu einem Ansaugstutzen 15 der das zweite Ansaugrad 5 aufweisenden zweiten Verdichtungsstufe geleitet. Die zweite Verdichtungsstufe hat, wie die erste Verdichtungsstufe, eine Förderspirale 16 und eine Förderleitung 17, die mit der das verdichtete Auslaßfluid liefernden Förderleitung 18 verbunden ist.

Erfindungsgemäß sind beide Verdichtungsstufen nicht nur mit einer axialen Labyrinthdichtung 19 an den Deckeln der Ansaugräder 4 und 5, sondern auch noch mit stirnseitigen oder radialen Dichtungen 20, 21 versehen, die zur Achse 22 der Welle 1 senkrecht verlaufen Diese Dichtungen sind Labyrinthdichtungen, die an einer abrieb-

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Γ.ΊΙι i <j(M) '|l'iLli"ii !'Mache an Ii eg an und durch axiale Verschiebung dieser Fläche einstellbar sind, was im folgenden im einzelnen beschrieben wird.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der Innenraum des Gehäuses 10 unter einem gegebenen Druck gehalten. Dieser Druck kann z. B. der Atmosphärendruck oder der im Ansaugkanal 11 herrschende Ansaugdruck sein, kann aber auch vorteilhaft, wie beim betrachteten Beispiel, ein Druck sein, der deutlich kleiner als der Ansaugdruck der Anordnung ist.

Die Herstellung des Unterdrucks im Innenraum des Gehäuses 10 eirfolgt durch Verbinden dieses Innenraums mit dem Ansaugkanal 11 über eine Rohrleitung 23 mit einem Unterdruckkreis 24, der in Fig. 5 in vergrößertem .Maßstab dargestellt ist und ganz einfach aus einer Strahlpumpe besteht, deren Hals 25 mit einer Einspritzdüse 26 verbunden ist, die mit der Förderleitung 18 der zweiten Stufe des Verdichters verbunden ist. Man erhält auf diese Weise im Gehäuse 10 einen Druck, der etwa gleich einem Drittel des im Ansaugkanal 11 herrschenden Drucks ist.

Um als Variante auf den Innenraum des Gehäuses 10 den Ansaugdruck auszuüben, genügt es, die Einspritzdüse 26 der Strahlpumpe 24 nicht mehr zu speisen.

Im folgenden wird die Einstellvorrichtung der radialen Dichtungen 20 und 21 in Verbindung mit Fig. 2 und 3 beschrieben.

Gemäß Fig. 3 ist der magnetische Anschlag 8 zwei Statorelementen 27, 28 und einem Geber 29 zur Ermittlung der axialen Stellung zugeordnet. Der Geber 29 und die Statorelemente 27, 28 sind mit einer Steueranordnung verbunden, die eine Einstellung der Lage in Längsrichtung des Anschlags 8 und folglich der Welle 1 gestattet zur Erzielung eines minimalen Spiels zwischen dem abriebfähigen Element 30 der Dichtung 21 und dem gegenüberliegenden Labyrinth 31

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Gemäß Fig. 2 hat die Dichtung 2 0 auch ein Labyrinth 33, das einem glatten und abriebfähigen Teil 34 gegenüberliegt. Der abriebfähige Teil 34 wird aber von einem magnetisierbarer! Teil getragen, das bewegbar ist unter der Wirkung eines in Magnetisierungsspulen 36 fließenden Stroms und unter der Steuex-ung eines Stellungsgebers 37, der mit der elektronischen Steuerzentrale des Verdichters verbunden ist. Die in den Spulen 27, 28 und 36 fließenden Ströme werden durch die elektronische Zentrale derart geregelt, daß zwischen den Elementen 30 und 31 der Dichtung 21 und den Elementen 33 und 34 der Dichtung 20 ein minimales Spiel erhalten wird.

Fig. 4 zeigt eine Variante der Vorrichtung zur Einstellung der Dichtung 20, bei der das tragende Teil 35 nicht mehr durch elektromagnetische Wirkung verschiebbar ist, sondern sich durch einen Heizwiderstand 38 mehr oder weniger ausdehnen kann, der mit einem Strom gespeist wird, dessen Stärke durch den Stellungsgeber 37 gesteuert wird.

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Claims (4)

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   BEETZ & PARTNER
   Steinsdorfstr. 10,8000 München 22

   CREUSOT-LOIRE
   75οο8 Paris, Frankreich

   Turboverdichter-Baueinheit mit hoher Drehzahl

   Ansprüche

   Turboverdichter-Baueinheit mit hoher Drehzahl,
   gekennzeichnet

   - durch eine an beiden Enden frei überstehende einteilige
   Welle (1) mit wenigstens einem Rad (4, 5) zur Beschleunigung eines zu verdichtenden Fluids,

   - durch einen Elektromotor (2, 3) mit hoher Drehzahl, dessen von der Welle (1) getragener Rotor (2) sich im Mittelteil der Welle (1) befindet,

   - durch wenigstens zwei Magnetlager (6, 7) zur Lagerung der Welle (1) ,

   - durch einen magnetischen Anschlag (8) zur Einstellung der axialen Lage der Welle (1),

   - duich ein dichtes Gehäuse (10), das wenigstens den Elektromotor (2, 3), die Magnetlager (6, 7) und den Anschlag (8) umschließt,

   - durch wenigstens eine erste radiale Dichtung (21), die an einem Ende des Turboverdichters angeordnet und durch
   axiale Verschiebung der Welle (1) mit Hilfe des Anschlags (8) einstellbar ist,

   310-82/63

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   - durch wenigstens eine zweite radiale Dichtung (20), die am anderen linde des Turboverdichters angeordnet und durch gesteuerte Längsverschiebung eines Tragstücks (35) einstellbar ist, und

   - durch wenigstens einen Kreis, der den Innenraum des Gehäuses (10) unter einen gegebenen Druck setzt.
2. 2. Turboverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   - daß der Kreis aus mehreren Rohrleitungen (22) besteht, die das Gehäuse (10) mit dem Ansaugkanal (11) des Turboverdichters verbinden.
3. 3. Turboverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   - daß der Kreis eine durch Ansaugen wirkende Unterdruckvorrichtung (24) aufweist.
4. 4. Turboverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

   - daß die Unterdruckvorrichtung wenigstens eine Strahlpumpe (24) aufweist, die durch eine der Förderleitungen (18) des Turboverdichters gespeist wird.

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