Kolbenverdichter für die Verdichtung von fluiden Medien auf Höchstdrücke Die Erfindung bezieht sieh auf einen Kol benverdichter für die Verdichtung von fluiden Medien auf Mehstdriieken von wenigstens einigen hundert Atmosphären. Sie befasst sich zum Beispiel mit. Kolbenverdichtern dieser Art, welehe längere Zeit mit Ausstossdrüeken von über 1000 at arbeiten können, ohne dass nennenswerte Abstützungserscheinungen auf treten.
Es sind Höehstdruekverdiehter bekannt, deren Kolben mit in Nuten des Zylinders ein gesetzten Abdichtungsringen abgedichtet sind zweeks Verhinderung des Durehleekens von Fluidum zwischen Kolben und Zylinder.
Es ist aber besser, ein Kolbenendteil von einigen Zentimetern Länge abzusetzen und auf dem abgesetzten Teil Kolbenringe mittels Distanz ringen und R.iickenringen zu halten und das Ganze mit einer Mutter am Ende des abgesetz ten Kolbenteils festzuhalten unter Zuhilfe nahme eines Dichtungselementes, das das Hin durehlecken zwischen den Ringen und dem ab- ,gesetzten Kolbenteil verhindert. Die Zylinder sind meistens aus Hochqualitäts-Legieiungs- stahl hergestellt und an der Innenoberfläche nitriert, um deren Abnützung auf ein Min destmass zu verringern.
Die Kolbenringe sind üblieherweise aus Gusseisen hergestellt, wobei in einer in halber Länge vorgesehenen Um fangsnut ein Bronzestreifen liegt, der als Selimiermittel zu wirken und ein gegenseiti ges Anfressen zu verhindern hat. Die Di- stanzringe, die den Raum zwischen den Kol benringen und dem Kolben einnehmen sowie die zwischen den Kolbenringen angeordneten Ringe sind üblicherweise auch aus Hochquali- täts-Legierungsstählen hergestellt und mit ni trierter Oberfläche versehen.
Es wurde nun herausgefunden, dass in Verdichtern, welche Gas bei einem Druck von , mehr als 1000 at ausstossen, der Durchmesser des Zylinders bei jedem Druckhab einige Tausendstelzoll zunimmt; die unter und neben den Kolbenringen sich befindenden Ringe nut zen sich ab und halten deswegen die Kolben- , ringe nicht genügend gerade. Das führt dazu, dass die Ringe alle paar Wochen ersetzt und die Zylinder nach jeweils zwei bis sechs Wo chen überholt werden müssen.
Ungeachtet aller Bemühungen zur Erhöhung der Härte ; der Metalloberfläche konnte dieser hohe Ab nützungsgrad nicht verringert werden, und die Ausdehnung des Metallzylinders ist unver meidlich infolge der Elastizität des Metalles.
Um diesen Problemen beizukommen, muss ; man zu andern Baustoffen als Stähl und Guss eisen greifen. Aus gewissen Metallen der vier ten, fünften und sechsten Gruppe des peri odischen Systems der Elemente können Kar- bide hergestellt werden, die äusserst hart sind.
Beispiele hierzu sind die Titan-, die Tantal- und die Wolframkarbide. In dem üblichen, Wolframkarbid enthaltenden Hartmetall ist das Wolframkarbid, das eines der härtesten Karbide ist, mit einem kleinen. Anteil eines Metalles der achten Gruppe des periodischen Systems als Bindemittel versehen, vorzugs weise mit Kobalt.
Solches Hartmetall kann durch das in der Pulvermetallurgie wohl bekannte Sinterverfahren zu vielgestaltigen Gegenständen verarbeitet werden, die sehr hohen Kompressionsbeanspruchungen stand halten, wegen der niedrigen Streckgrenze, aber nur niedrige Zugbeanspruchungen aushalten. Es wurde verwendet bei der Herstellung ver hältnismässig kleiner Bauteile wie Ziehmatri zen, Schnittplättchen für Drehstähle und für Bohrstangen, Büchsenöffnerrädchen; es hat sich als sehr verschleissfest erwiesen. Bisher wurde aber noch nie versucht, dem Verschleiss unterworfene Teile von Verdichtern, wie z. B.
Zylinderbüchsen, Kolbenringe, aus Wolfram karbid-Hartmetall herzustellen, und zwar hauptsächlich weil es bei der Formgebung sol cher Bauteile schwierig ist, den besten Nutzen aus der Härte des Materials zu ziehen und gleichzeitig die Schwierigkeiten, die von sei ner niedrigen Streckgrenze herrühren, und auch die Verarbeitungsschwierigkeiten, die von der Natur des Materials herrühren, zu überwinden. Diese Schwierigkeiten sind be sonders gross bei Kolbenringen, die sehr schnell brechen würden, wenn sie aus Wolf- .eamkarbid-Hartmetall in der für Gusseisen- kolbenringe üblichen Bauart hergestellt wür den.
Die Erfindung bezweckt die Überwindung einiger der mannigfachen Probleme, die sich beim Bau eines Verdichters stellen, der Teile aufweist, welche aus -NTolframkarbid-Hart- inetall bestehen, um einen Verdichter zu schaf fen, der über längere Zeitperioden andauernd mit Ausstossdrücken von zum Beispiel 1000 at und mehr arbeiten kann, ohne überholt wer den zu müssen und ohne dass der Wirkungs grad merklich abfällt.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Kolbenverdichter für die Verdichtung von fluiden 11Tedien auf Höchstdrücke von wenig stens einigen hundert Atmosphären, dadurch gekennzeichnet, dass alle zwecks Abdichtung in Gleitberührung stehenden und dem Druck des Mediums ausgesetzten Teile wenigstens an ihrer Berühiningsoberfläche aus Wolfram karbid enthaltendem Hartmetall bestehen und Massnahmen getroffen sind, damit. das Wolf ramkarbid-Hartmetall praktisch nur auf Druck, nicht aber auf Zug beansprucht ist.
Vorteilhaft ist es, wenn einer der bezüg lich zueinander sich hin und her verschieben- den Teile so mit einer Oberfläehenschieht aus Wolframkarbid-Hartmetall versehen ist, dass diese nur auf Drnek, nicht aber auf Zug be ansprucht ist, während der andere dieser bei den Teile mit mindestens einem Abdichtungs ring versehen ist, der auch aus Wolfranikar- bid-Hartmetall besteht, der mit der Schicht dieses Materials des erstgenannten der beiden Teile zusammenarbeitet.
In einem spezifischen ersten Ausführungs beispiel weist der Zylinder einen Zylinder körper aus legiertem Stahl auf, der an seinem. geschlossenen Ende mit Einlass- und Auslass- ventilen versehen ist und auf einer Zvlinder- büchse aus Wolframharbid-Hartmetall aufge schrumpft ist, damit diese stets nur auf Druck beansprucht ist, und dass der Kolben mit min destens einem Satz aneinanderliegender Kol benringe aus Wolframkarbid-Hartmetall ver sehen ist.
Es ist. dann der Kolbenringsatz mit tels seitlichen Halteringen und einem Distanz haltering aus Wolframkarbid-Hartmetall auf dem Kolben ortsfest gehalten.
In einem spezifischen zweiten Ausfüh rungsbeispiel weist der Zylinder einen Körper aus legiertem Stahl auf, der an seinem ge schlossenen Ende mit Einlass- und Auslassven- tilen und in der Nähe seines offenen Endes mit mindestens einer in ihm ortsfest gehal tenen Stopfbüchsenpackung versehen ist, die aus Wolframkarbid-Hartmetall besteht und mit einem Kolbenmantel aus solchem -Material zusammenarbeitet.
Es stützt sieh dann die Stopfbfiehsenpaekung auf ihrer dem offenen Zylinderende zugekehrten Seite auf einem Stützring aus Wolframkarbid-Hartmetall ab.
Im ersten spezifisehen Ausführungsbeispiel ist die aus Wolframkarbid-Hartinetall in dem in der Pulvermetallurgie üblichen Sinterver- fahren hergestellte Zylinderbüchse innensei iig geschliffen und poliert, worauf der Zylin derkörper darauf aufgeschrumpft. wird.
Beim Aufschrumpfen wird der Zylinderkörper vor zugsweise auf \?00 bis 300 C erhitzt; er ist eng genug bemessen, damit er nach dem Auf schrumpfen einen so hohen Schrumpfdruck auf die Büchse ausübt, dass aueli dann noch eine Di-uekbeanspruehung in der Büchse übrigbleibt, wenn diese sich samt dem Zylin derkörper unter der Einwirkung des innern ( < iis(lruekes im vollen Ausmass gedehnt. hat.
Der Elastizitätsmodul von Wolframka.rbid- llartmetall ist viel höher als zum Beispiel der jenige von legiertem Stahl, weshalb die Aus- delinung einer aus diesem Hartmetall her gestellten Büchse unter einem bestimmten Innen(lrtiek nur etwa ein Drittel einer gleich dimensionierten Büchse aus legiertem Stahl beträgt.
Aus diesem Grund ist auch der Ver schleiss an den Kolbenringen erheblich ver- mindert. Ausserdem ist der Verschleiss oder Abrieb an der ans Wolframkarbi(1-Hartmetall hergestellten Büchse vernaehlässigbar klein im. Vergleich zu dem an einem Zylinder aus legiertem. Stahl.
Zweckmässig wird ein Satz von Kolbenrin gen aus Wolframkarbid-Hartmetall verwen det, der aus zwei gleich grossen, aneinander liegenden Ringen besteht. Jeder der Ringe ist radial in Segmente unterteilt, wobei die Teil fugen des einen Ringes in bezug auf diejeni gen des andern Ringes in Umfangsrichtung versetzt sind. Ein geschlitzter Federring aus Gusseisen ist innerhalb der geteilten Ringe an geordnet und übt auf deren Segmente einen ni(lial nach aussen gerichteten Druck aus.
Die Teilfuge dieses Federringes fällt nicht mit denen der Ringe aus Wolfrainkarbid-Hart- inetall zusammen.
Der Kolbenringsatz wird auf dem Kolben durch einen den Gusseisenfederring haltenden :lbstandlialtering und durch Nebenringe ge halten, welche bei der Hin- und Herbewegung (los Kolbens eine axiale Bewegung des Kol- benringsatzes verhindern. Der Abstandhalte- ring und die Nebenringe sind auch aus Wolf- ramkarbid-Hartmetall hergestellt.
Im zweiten Ausführungsbeispiel wird der Kolbenmantel aus Wolframkarbid-Hartmetall zweckmässig nach einem in der Pulvermetall urgie üblichen Sinterungsprozess hergestellt und dann auf einem vollen Kolbenteil aufge lötet; er ist dann zusätzlich festgehalten zwi schen einem Bund am vordern Kolbenende und einem Ring, der auf das hintere Kolben ende aufgeschrumpft ist. In einer Variante dieses zweiten Ausführungsbeispiels besteht der Mantel aus Wolfr.amkarbid-Hartmetall nicht aus einem Stück, sondern aus einer An zahl von nebeneinander angeordneten Ringen aus Wolframkarbid-Hartmetall mit rechtecki gem Querschnitt, welche Ringe einzeln auf den Kolben aufgeschoben und -gelötet sind.
Die zusätzliche Festhaltung dieses Satzes von Ringen geschieht in der gleichen Weise, wie dies oben für den einteiligen Mantel erklärt wurde.
Die Oberflächenschichten aus Wolfram- k.arbid-Hartmetall dieses Beispiels, auf wel chem die Stopfbüehsenpaekungen aufliegen, sind auch durch Löten in den zu ihrer Auf nahme im Zylinder vorgesehenen Taschen be festigt. Es braucht eine solche Oberflächen schicht aus Wolframkarbid-Hartmetall nur auf einer Seite, nämlich der Seite, die dem offenen Ende des Zylinders zugekehrt ist, an geordnet zu sein.
Die Stopfbüehsenpaekung besteht zum Beispiel aus zwei nebeneinander angeordneten, in radialer Richtung mehrmals unterteilten Ringen aus Wolframkarbid-Hart- inetall. Die Segmente jedes dieser beiden Ringe werden durch eine endlose, diesen Ring umgebende Feder an Ort und Stelle gehalten und gegen die Zylinderachse gedrückt. Die Teilfugen des einen Ringes sind gegenüber denen des andern Ringes versetzt.
Es wurde festgestellt, da.ss bei in der einen oder andern Form gemäss der Erfindung aus geführten Verdichtern die Teile aus Wolfram karbid-Hartmetall, die in Gleitberührung sind, so v ersehleissfest sind, dass nach einer zwölf monatigen Betriebsdauer die daran feststell bare Abnutzung vernachlässigbar klein ist und der Wirkungsgrad praktisch unvermindert ist. Diese lange Lebensdauer, verglichen mit der jenigen von einigen Wochen des Verdichters üblicher Bauart, begründet schon allein einen nennenswerten Fortschritt.
Aber dazu wurde noch festgestellt, dass infolge der minimalen Abnützung dieser in Gleitberührung stehen den Teile, inklusive den Auflagen der Kolben ringe bzw. der Stopfbüchsenpaekungen, es möglich ist, eine wirksame Abdichtung zwi schen Kolben und Zylinderbüchse oder zwi schen Kolben und Stopfbüchse zu erzielen, und zwar auch bei Betriebsdrücken von 1000 at und mehr, bei Verwendung von nur einem oder zwei Ringen oder von nur einer oder zwei Packungen der oben umschriebenen Aus- fühiting. Diese überraschende und wertvolle Entdeckung erscheint erst im richtigen Licht, wenn man bedenkt, dass Kolben der Kompres soren üblicher Bauart, die bei diesen hohen Betriebsdrücken arbeiten,
meistens mit einer grossen Anzahl von Kolbenringen versehen sind bzw. einer grossen Anzahl von Stopf- büehsenpackuiigen zusammenarbeiten.
Die hauptsächlichsten Teile des ersten Aus führungsbeispiels des Erfindungsgegenstandes sind in Fig. 1 gezeigt. In dieser ist mit 1 ein Zylinder aus legiertem Stahl bezeichnet, der entsprechend den hohen Betriebsdrücken di mensioniert ist. Er ist zweckmässig aus Chrom- Nickel-Molybdä.n-Stahl hergestellt und hat eine Wandstärke von beispielsweise 50 mm. Der Zylinderkopf 2, der ein enges Bohrloch zum Ansaugen und Anstossen von Gas durch nicht gezeigte Rückschlagventile hindurch aufweist, ist in nicht gezeigter Art und Weise dicht am einen Ende des Zylinders befestigt.
Die Zylinderbüchse 3 aus Wolframka.rbid- Ha.rtmetall hat eine Wandstärke von 9 bis 13 mm. Auf dem abgesetzten vordern Endteil des Kolbens sind die zwei Halteringe 5 und 6 befestigt, welche den Kolbenringsatz 8, 9 stützen, dessen federnder, aus Gusseisen her gestellter Expandierring mit 10 und dessen Abstandlialtering mit 11 bezeichnet ist. Eine auf das Kolbenende aufgeschraubte Mutter 12 und eine Büchse 7 halten die Ringe ortsfest auf dem Kolben.
Ein Hindurehlecken von Gas zwischen dem Kolben und den Ringinnen- seiten wird durch einen kupfernen Packungs ring 1.3 verhindert. Im Betrieb wird ein Hin- durehleeken zwischen Kolben und Zylinder büchse verhindert durch den Kolbenringsatz 8, 9, dessen Segmente durch den Expandier ring nach aussen gedrückt werden.
Die Büchse 7 ist mit Spiel in der Zylinderbfichse 3 ein gepasst; zwischen den Halteringen 5 und 6 und der Zy linderbüehse ist genügend Spiel vorhanden, nm eine gegenseitige Berührung zu vermeiden, die unerwünscht ist.
Als zwecks Abdichtung in Gleitberührung stehende, dem Druck des %-erdicliteten 3Ie- diums ausgesetzte Teile sind nur die Büchse 3 und die Ringe 8 und 9 vorhanden. Letztere bestehen aus Wolframkarbid-Hartmetall und werden praktisch nur auf Druck, nicht aber auf Zug beansprucht.
Die radiale Breite des umabgestützten Randteils des Ringes 9 ent spricht dem sehr geringen Spiel zwischen Haltering 6 und der Zylinderbüchse und ist so gering, dass die durch den Mediumdriiek verursachte Biege-Zugbeanspruehung, welcher die Kolbenringe aussen ausgesetzt, sind, ver- nachlässigbar klein ist. Ferner ist auch klar, dass die in der weiter oben beschriebenen Art und Weise mit Schrumpfsitz in den Zylinder körper 1 eingesetzte Zylinderbüchse 3 stets nur auf Druck beansprucht ist.
Die hauptsächlichsten Teile des zweiten Ausführungsbeispiels sind in Fig.2 gezeigt. Ein den hohen Betriebsdriieken entsprechend stark dimensionierter Zylinder 1 aus legier tem Stahl hat wieder einen dicht an einem seiner Enden befestigten Kolbenkopf \? mit engem Bohrloch für das Ansaugen und An stossen von Gas durch nicht gezeigte Rück- sehlagventile hindurch. Der Kern des Kolbens ist mit 3 bezeichnet und dessen Mantel aus Z@ olframkarbid-IIartmetall mit 4.
Letzterer wird auf dem Kolben festgehalten einerseits durch den Bund 5 am vordern Kolbenende, anderseits durch den hinten auf den Kolben teil 3 aufgeschrumpften Ring 13. Die zwei in Segmente aufgeteilten Ringe, die aus W olf- ramkarbid-Hartmetall bestehen und eine Stopfbiichsenpackung bilden, sind mit 6 und 7 bezeichnet, und die endlosen Federn, welche die Segmente dieser Ringe zusammenhalten, mit ä bzw. J. Der Stützring für dieses Paar von in Segmenten unterteilten Ringen ist in <B>10</B> gezeigt.
Der Zylinderbasisteil 11 ist in nicht gezeigter Art und Weise gasdruckdicht mit dem Zylinder 1 verbunden und trägt eine Büchse 12, die mit dem Kolben in Gleitberüh rung steht.
Auch bei diesem zweiten Ausführungsbei spiel sind, wie sich aus dem eben beschriebenen Aufbau ergibt, die Verhältnisse offensichtlich solche, dass alle zwecks Abdichtung in Gleit- berührung stehenden und dem Druck des ver dichteten Mediums ausgesetzten, aus Wolfram karbid-Hartmetall bestehenden Teile 4, 6 und 7 stets praktisch nur auf Druck, nicht aber auf Zug beansprucht sind.
Piston compressor for compressing fluid media to maximum pressures The invention relates to a piston compressor for compressing fluid media to Mehstdriieken of at least a few hundred atmospheres. For example, it deals with. Piston compressors of this type, which can work with discharge pressures of over 1000 at for a long time without any noteworthy support phenomena.
There are Höehstdruekverdiehter known whose pistons are sealed with a set in grooves of the cylinder sealing rings to prevent the Durehleekens of fluid between the piston and cylinder.
But it is better to put down a piston end part a few centimeters in length and ring the piston rings on the stepped part by means of spacers and hold back rings and hold the whole thing with a nut at the end of the stepped piston part with the aid of a sealing element that leaks out between the rings and the offset, offset piston part prevented. The cylinders are mostly made of high quality alloy steel and nitrided on the inner surface in order to reduce their wear to a minimum.
The piston rings are usually made of cast iron, with a bronze strip in a circumferential groove provided in half the length, which has to act as a Selimiermittel and prevent mutual seizure. The spacer rings that occupy the space between the piston rings and the piston, as well as the rings arranged between the piston rings, are usually also made of high-quality alloy steels and provided with a nitrided surface.
It has now been found that in compressors which expel gas at a pressure greater than 1000 atm, the diameter of the cylinder increases a few thousandths of an inch at each pressure; the rings under and next to the piston rings wear out and therefore do not keep the piston rings straight enough. As a result, the rings have to be replaced every few weeks and the cylinders have to be overhauled every two to six weeks.
Notwithstanding all efforts to increase the hardness; the metal surface could not be reduced from this high degree of use, and the expansion of the metal cylinder is inevitable due to the elasticity of the metal.
To address these problems, one must; building materials other than steel and cast iron are used. From certain metals of the fourth, fifth and sixth groups of the periodic system of the elements, carbides can be produced which are extremely hard.
Examples of this are titanium, tantalum and tungsten carbides. In the usual cemented carbide containing tungsten carbide, tungsten carbide, which is one of the hardest carbides, is small in size. Proportion of a metal of the eighth group of the periodic table as a binder, preferably with cobalt.
Such hard metal can be processed by the sintering process, which is well known in powder metallurgy, into a variety of objects that can withstand very high compression loads, but only withstand low tensile loads due to the low yield strength. It was used in the manufacture of relatively small components such as drawing dies, cutting dies for turning tools and for boring bars, can opener wheels; it has proven to be very wear-resistant. So far, however, no attempt has been made to replace parts of compressors that are subject to wear, such as B.
Cylinder liners, piston rings, made of tungsten carbide hard metal, mainly because it is difficult in the shaping of such components to take full advantage of the hardness of the material and at the same time the difficulties arising from its low yield strength, and also to overcome the processing difficulties inherent in the nature of the material. These difficulties are particularly great in the case of piston rings that would break very quickly if they were made from tungsten carbide hard metal of the type customary for cast iron piston rings.
The invention aims to overcome some of the multiple problems that arise in the construction of a compressor having parts which are made of -N-tungsten carbide -hard metal in order to create a compressor which can be used continuously for extended periods of time with discharge pressures of, for example 1000 at and can work more without having to be overtaken and without the efficiency dropping noticeably.
The subject of the invention is a reciprocating compressor for compressing fluid media to maximum pressures of at least a few hundred atmospheres, characterized in that all parts which are in sliding contact for the purpose of sealing and which are exposed to the pressure of the medium consist of hard metal containing tungsten carbide at least on their contact surface and Measures are taken so that. the tungsten carbide hard metal is practically only subjected to pressure, but not to tension.
It is advantageous if one of the parts that move back and forth with respect to one another is provided with a surface layer made of tungsten carbide hard metal so that it is only subjected to pressure, but not to tension, while the other is subjected to this with the parts is provided with at least one sealing ring, which also consists of Wolfranikarbid hard metal, which works together with the layer of this material of the first of the two parts.
In a specific first embodiment, for example, the cylinder has a cylinder body made of alloy steel, which on his. closed end is provided with inlet and outlet valves and is shrunk onto a cylinder liner made of tungsten carbide hard metal so that it is always only subjected to pressure and that the piston is fitted with at least one set of adjacent piston rings made of tungsten carbide hard metal is ver see.
It is. Then the piston ring set is held in place on the piston by means of lateral retaining rings and a spacer ring made of tungsten carbide hard metal.
In a specific second embodiment, the cylinder has a body made of alloy steel, which is provided at its closed end with inlet and outlet valves and near its open end with at least one gland packing held in place in it, which from Consists of tungsten carbide hard metal and works together with a piston skirt made of such material.
It then supports the Stopfbfiehsenpaekung on its side facing the open cylinder end on a support ring made of tungsten carbide hard metal.
In the first specific embodiment, the cylinder liner made of tungsten carbide hard metal in the sintering process customary in powder metallurgy is ground and polished on the inside, whereupon the cylinder body is shrunk onto it. becomes.
When shrinking on, the cylinder body is preferably heated to between 00 and 300 C; it is tight enough so that after shrinking it exerts such a high shrinking pressure on the liner that there is still a di-uek stress in the liner when this together with the cylinder body comes under the action of the inside (<iis ( lruekes has stretched to the full extent.
The modulus of elasticity of tungsten carbide is much higher than that of alloyed steel, for example, which is why the extension of a liner made of this carbide under a certain inside (lrtiek is only about a third of an equally dimensioned liner made of alloyed steel .
For this reason, the wear on the piston rings is also considerably reduced. In addition, the wear and tear on the sleeve made of tungsten carbide (1-hard metal) is negligibly small compared to that on a cylinder made of alloyed steel.
Appropriately, a set of piston rings made of tungsten carbide hard metal is used, which consists of two rings of the same size, lying one against the other. Each of the rings is divided radially into segments, the partial joints of one ring being offset in the circumferential direction with respect to those of the other ring. A slotted spring ring made of cast iron is arranged within the split rings and exerts a ni (lial outward pressure on their segments.
The parting line of this spring ring does not coincide with that of the rings made of tungsten carbide hard metal.
The piston ring set is held on the piston by a spacer ring that holds the cast iron spring ring and is held by secondary rings which prevent the piston ring set from moving axially when the piston moves back and forth. The spacer ring and secondary rings are also made of Wolf made of ram carbide hard metal.
In the second embodiment, the piston skirt made of tungsten carbide hard metal is expediently produced using a sintering process that is usual in powder metal and then soldered onto a full piston part; it is then additionally held between a collar at the front end of the piston and a ring that is shrunk onto the rear end of the piston. In a variant of this second embodiment, the jacket made of tungsten carbide hard metal is not made of one piece, but of a number of juxtaposed rings made of tungsten carbide hard metal with a rectangular cross-section, which rings are individually pushed onto the piston and soldered.
The additional retention of this set of rings is done in the same way as explained above for the one-piece coat.
The surface layers made of tungsten carbide hard metal in this example, on which the stuffing box packings rest, are also fastened by soldering in the pockets provided for receiving them in the cylinder. Such a surface layer made of tungsten carbide hard metal only needs to be arranged on one side, namely the side facing the open end of the cylinder.
The packing of the stuffing box consists, for example, of two rings made of tungsten carbide hard metal, arranged next to one another and subdivided several times in the radial direction. The segments of each of these two rings are held in place by an endless spring surrounding this ring and pressed against the cylinder axis. The joints of one ring are offset from those of the other ring.
It has been found that in the case of compressors made in one form or another according to the invention, the parts made of tungsten carbide hard metal which are in sliding contact are so resistant to damage that after twelve months of operation the wear that can be detected on them is negligible is small and the efficiency is practically undiminished. This long service life, compared to that of a few weeks for the compressor of the usual design, alone constitutes a significant advance.
However, it was also found that due to the minimal wear and tear of these parts, including the supports for the piston rings and the stuffing box fittings, it is possible to achieve an effective seal between the piston and the cylinder liner or between the piston and the stuffing box. even at operating pressures of 1000 atm and more, when using only one or two rings or only one or two packings of the designs described above. This surprising and valuable discovery only appears in the right light when you consider that pistons in compressors of conventional design, which work at these high operating pressures,
are usually provided with a large number of piston rings or a large number of stuffing box packets work together.
The main parts of the first exemplary embodiment from the subject invention are shown in FIG. In this, 1 denotes a cylinder made of alloy steel, which is dimensioned according to the high operating pressures di. It is expediently made of chrome-nickel-molybdenum steel and has a wall thickness of 50 mm, for example. The cylinder head 2, which has a narrow borehole for sucking in and pushing gas through non-return valves (not shown), is tightly attached to one end of the cylinder in a manner not shown.
The cylinder liner 3 made of tungsten carbide carbide has a wall thickness of 9 to 13 mm. On the remote front end part of the piston, the two retaining rings 5 and 6 are attached, which support the piston ring set 8, 9, the resilient expansion ring made of cast iron with 10 and the spacer ring with 11. A nut 12 screwed onto the end of the piston and a bush 7 hold the rings in place on the piston.
A copper packing ring 1.3 prevents gas leaking through between the piston and the inner sides of the ring. During operation, the piston ring set 8, 9 prevents the piston and cylinder liner from leaking back, the segments of which are pressed outwards by the expanding ring.
The sleeve 7 is fitted with play in the cylinder sleeve 3; there is enough play between the retaining rings 5 and 6 and the cylinder sleeve, nm to avoid mutual contact, which is undesirable.
Only the sleeve 3 and the rings 8 and 9 are present as parts which are in sliding contact for the purpose of sealing and are exposed to the pressure of the% -erdicliteten 3Ie- dium. The latter consist of tungsten carbide hard metal and are practically only subjected to pressure, but not to tension.
The radial width of the supported edge part of the ring 9 corresponds to the very small play between the retaining ring 6 and the cylinder liner and is so small that the tensile bending stress caused by the medium pressure to which the piston rings are externally exposed is negligibly small. Furthermore, it is also clear that the cylinder liner 3 inserted into the cylinder body 1 with a shrink fit in the manner described above is always only subjected to pressure.
The main parts of the second embodiment are shown in Fig.2. A cylinder 1 made of alloyed steel, which is made of alloyed steel and which is appropriately dimensioned for the high operating pressure, has a piston head fastened tightly to one of its ends with a narrow borehole for sucking in and pushing gas through check valves (not shown). The core of the piston is designated with 3 and its jacket made of tungsten carbide-IIartmetall with 4.
The latter is held on the piston on the one hand by the collar 5 at the front end of the piston, on the other hand by the ring 13, which is shrunk onto the piston part 3 at the rear. The two rings, which are made of tungsten carbide hard metal and form a stuffing box packing, are divided into segments denoted by 6 and 7, and the endless springs that hold the segments of these rings together with ä and J. The support ring for this pair of rings divided into segments is shown in <B> 10 </B>.
The cylinder base 11 is connected to the cylinder 1 in a gas pressure-tight manner, not shown, and carries a sleeve 12 which is in Gleitberüh tion with the piston.
In this second embodiment, too, as can be seen from the structure just described, the conditions are obviously such that all parts 4, 6 made of tungsten carbide hard metal that are in sliding contact for the purpose of sealing and exposed to the pressure of the compressed medium and 7 are always practically only subjected to pressure, but not to train.