DE3319112C2 - Turboverdichter für hohe Drehzahlen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Turboverdichter, der durch einen mit ihm als Baueinheit ausgebildeten Elektromotor mit hoher Drehzahl angetrieben wird. Der Turboverdichter hat auf derselben Welle (1) zwei frei überstehende Verdichterstufen (4, 5), einen Elektromotor (2, 3), Magnetlager (6, 7) und einen magnetischen Anschlag (8). Der Elektromotor, die Magnetlager und der Anschlag befinden sich in einem unter Unterdruck stehenden dichten Gehäuse (10). Zwei durch Längsverschiebung eines Teils (35) und der Welle (1) einstellbare radiale Dichtungen ermöglichen eine maximale Abdichtung des Innenraums.

Description

dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Unterdruckes im Gehäuse (10) in einer Leitung (23), durch die das Gehäuse (10) mit der Verdichteransaugöffnung (11) verbunden ist, ein mit dem Förderdruck beaufschlagter Injektor (24) eingebaut ist

2. Turboverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Radialspaiten zwischen dem druckdichten Gehäuse (10) und zwei auf den beiden Wellenenden befestigten Verdicher-Laufrädern (4, 5) je eine Labyrinthdichtung (20,21) vorgesehen ist, von denen die eine (20) durch gesteuerte Längsverschiebung eines Tragstücks (35) und die andere (21) durch gesteuerte Längsverschiebung der Motorwelle (1) mittels eines magnetischen Anschlags (8,27,28) einstellbar ist

Die Erfindung betrifft einen Turboverdichter für hohe Drehzahlen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

In der nachveröffentlichten EP-Patentanmeldung 00 87 197 ist ein derartiger Turboverdichter für z.B. Wärmepumpen, Kältemaschinen und Klimaanlagen beschrieben, dessen elektrischer Antriebsmotor in einem abgedichteten Gehäuse angeordnet ist Auf jedem Ende der Motorwelle sitzt ein Laufrad einer ersten und zweiten Verdichterstufe. Die Motorwelle ist im Gehäuse in zwei radialen Magnetlagern gelagert und axial durch einen magnetischen Scheibenanschlag gehalten, um auch bei hoher· Drehzahlen die bei ölgeschmierten Lagern auftretenden Schmier- und Leckage-Probleme zu vermeiden.

Aus der DE-OS 23 15 093 ist ein Verdichter mit integriertem Elektromotor in Vertikalbauart bekannt, bei dem auf einem Ende der Motorwelle ein gegenüber einem Einlaufstutzen durch Labyrinthdichtungen axial abgedichtetes Laufrad befestigt ist. Das Gewicht des Laufrades, der Welle und des Läufers dieses inbesondere für Atomkraftwerke ausgelegten Turboverdichters wird auf ein flüssigkeitsgeschmiertes Axiallager übertragen, dessen Rollen in ein gekühltes Schmiermittelbad eintauchen. Die Zentrierung der Motorwelle und des Rotors erfolgt mittels Laufbuchsen, die über Membranen an dem druckdichten Gehäuse befestigt sind. Um ölleckagen in das Fördermedium zu vermeiden, ist das ölgeschmierte Axiallager durch eine Labyrinthdichtung und ein Sperrgas gegen das Innere des Motorgehäuses äbgciiiChici.

Für Höchstdrehzahlen im Bereich von einigen zehntausend Umdrehungen pro Minute sind diese Turboverdichter jedoch weniger geeignet, weil bei derartig hohen Drehzahlen eine erhebliche Luftreibung des im Gehäuse umlaufenden Läufers eintritt, die zu entsprechend hohen Erwärmungen und damit Leistungsverlusten führt.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Turboverdichter für höchste Drehzahlen die durch Luftreibung des Läufers verursachten Leistungsverluste zu vermindern.

s Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

ίο Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigt ■-

F i g. 1 den oberen Teil eines zweistufigen Turboverdichters im axialen Längsschnitt;

F i g. 2 die erste Verdichterstufe des Turboverdichters nach F i g. 1 in vergrößertem Axialschnitt;

F i g. 3 die zweite Verdichterstufe des Turboverdichters nach F i g. 1 im Axialschnitt; Fig.4 eine andere Ausführung der Abdichtung im

Bereich der ersten Verdichterstufe;

Fig.5 in vergrößertem Maßstab einen Ejektor zur Unterdruckerzeugung im Gehäuse.

Bei dem <n F i g. 1 schematisch dargestellten Turboverdichter mit integriertem Elektromotor ist auf der Motorwelle 1 im mittleren Teil ein Läufer 2 befestigt, der zusammen mit einem ihn umgebenden Stator 3 den Elektromotor bildet, welcher bei Drehzahlen von 10 000 bis 15 000 U/'min eine Leistung von 1000 bis mehreren 1000 kW liefert

An jedem freien Wellenende ist ein Laufrad 4,5 einer ersten und zweiten Verdichterstufe befestigt Die radiale Lagerung der Motorwelle 1 erfolgt durch zwei Magnetlager 6, 7, die von Stellungsgebern 32 eingestellt werden. Ein magnetischer Scheibenanschlag 8 ermög licht die Einstellung der Motorwelle 1 in Längsrichtung. Bei abgeschaltetem Strom ist die Motorwelle 1 in Notlauf-Wälzlagern 9 aufgenommen.

Die aus dem Elektromotor 2,3, den Magnetlagern 6,7 und dem magnetischen Scheibenanschlag 8 gebildete Baugruppe ist in einem druckdichten Gehäuse 10 angeordnet. Das Laufrad 4 der ersten Verdichtungsstufe ist mit einem Ansaugkanal 11 und mit einem Spiralgehäuse 12 verbunden, an das eine Förderleitung 13 angeschlossen ist. Das in der ersten Stufe verdichtete Gas wird über eine Rohrleitung 14 zu einem Einlaßstutzen 15 der zweiten Verdichtungsstufe gefördert, die das zweite Laufrad 5 sowie ein Spiralgehäuse 16 und einen mit der Förderleitung 18 verbundenen Abströmstutzen 17 aufweist.

Die beiden Laufräder 4,5 sind durch axiale Labyrinth dichtungen 19 zwischen Druck- und Saugseite und durch radiale Labyrinthdichtungen 20, 21 gegenüber dem druckdichten Gehäuse 10 abgedichtet. Im Innenraum des Gehäuses 10 wird ein geeigneter Unterdruck aufrechterhalten, dessen Wert dem Ansaugdruck im Ansaugkanal 11 entsprechen oder deutlich unter diesem liegen kann. Zur Erzeugung und Aufrechterhaltung dieses Unterdruckes ist der Innenraum des Gehäuses 10 über eine Rohrleitung 23 mit dem An saugkanal 11 der ersten Verdichterstufe verbunden. In dieser Rohrleitung 23 ist ein Injektor 24 eingebaut, dessen Drosselstelle 25 an der Austrittsmündung einer mit der Förderleitung 18 verbundenen Düse 26 liegt. Der auf diese Weise erreichbare Unterdruck im Gehäuse 10 entspricht etwa einem Drittel des Ansaugdruckes. Um einen dem Ansaugdruck entsprechenden Unterdruck im Gehäuse zu erhalten, wird der Injektor lediglich abgeschaltet.

Wie in F i g. 3 dargestellt, ist der magnetische Scheibenanschlag 8 zwei Statorelementen 27, 28 und einem Stellungsgeber zur Ermittlung der axialen Position des Scheibenanschlags zugeordnet Der Geber 29 und die Statorelemente 27, 28 sind an eine Steuerung angeschlossen, die eine Einstellung der Position des Anschlags 8 in Längsrichtung und damk ein minimales Spiel zwischen dem abriebfähigen Element 30 der Dichtung 21 und dem Labyrinth 31 gestattet Gemäß F i g. 2 ist dem Labyrinth 33 der Dichtung 20 ein abriebfähiges Element 34 mit glatter Fläche zugeordnet Dieses Element 34 ist an einem magnetisierbaren Tragstück 35 befestigt das durch Magnetisierungsspulen 36 und einen mit der Steuerung verbundenen Stellungsgeber 37 axial verstellt werden kann. Die in den Magnetspulen 27,28 und 36 fließenden Ströme werden von der Steuerung so geregelt, daß zwischen den Elementen 30,31 der Labyrinthdichtung 21 und den Elementen 33, 34 der Labyrinthdichtung 20 jeweils ein minimales Spiel erhalten wird.

Bei der Ausgestaltung nach F i g. 4 ist das Tragstück 35 der Labyrinthdichtung 20 nicht elektromagnetisch verschiebbar, sondern dehnt sich durch Erwärmen mittels eines elektrischen Heizwiderstandes mehr oder weniger aus, welcher von einem Stellungsgeber 37 gesteuert wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

30

35

40

45

50

55

60

65

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Turboverdichter für hohe Drehzahlen,

— mit einem integrierten elektrischen Antriebsmotor in einem druckdichten Gehäuse und

— mit mindestens einem auf der Motorwelle befestigten Laufrad,