BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft einen Kolbenkompressor zum ölfreien Verdichten eines Gases, mit mindestens einem Kolben, der in einem Zylinder mittels einer Kurbelwelle und einer am Kolben angelenkten Pleuelstange hin- und herbe wegbar ist und dessen der Kurbelwelle zugewendeter
Abschnitt als im Zylinder gleitender, geschmierter Führungs teil ausgebildet ist, wogegen der dem Kompressionsraum zugewendete Abschnitt des Kolbens als trockenlaufender
Gasdichtungsteil ausgebildet ist, wobei im Bereich der Hin und Herbewegung des Führungsteils Ölabstreifmittel vorge sehen sind und in der Zylinderwand in einem Bereich zwi schen den Ölabstreifmitteln und dem Gasdichtungsteil des
Kolbens ein Sammelraum für Leckgas und Lecköl vorge sehen ist, an den mindestens eine Abführleitung ange schlossen ist.
Ein Kompressor dieser Art ist aus der japanischen Patent anmeldung 257 114/86 bekannt. Bei diesem Kompressor wird zwar über die am Sammelraum angeschlossene Abführ leitung, die mit einem Raum tiefen Druckes verbunden ist.
Leckgas und Lecköl im allgemeinen gut aus dem Kompressor abgeführt. Während des Saughubes besteht jedoch die Mög lichkeit, dass der Gasdruck im Sammelraum grösser ist als der Gasdruck im Kompressionsraum. Damit besteht die Ten denz, dass Leckgas aus dem Sammelraum, das mit dem
Lecköl in Berührung gekommen ist, über die Dichtung des
Gasdichtungsteils zum Kompressionsraum zurückströmt.
Wenn dieses Gas im Sammelraum Lecköl in irgend einer
Form (Aerosol, Dampf etc.) aufgenommen hat, kann sich ein
Teil davon in der Dichtung und an der sie umgebenden
Zylinderwand abscheiden, so dass nach längerer Betriebs dauer die Möglichkeit besteht, dass nach und nach ein Ölfilm bis in den Kompressionsraum gelangt und dort das zu kom primierende Gas verschmutzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben kompressor der eingangs genannten Art dahingehend zu ver bessern, dass auch nach längerer Betriebsdauer kein Öl auf die geschilderte Art zum Kompressionsraum gelangen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ; die an den Sammelraum angeschlossene Abführleitung über eine Leitung mit einer das zu komprimierende Gas füh renden Ansaugleitung des Kompressors verbunden ist und dass in dieser Verbindungsleitung ein Leckgas aus dem Sam melraum in die Ansaugleitung förderndes Gebläse angeordnet ist.
Durch das Anbringen der Verbindungsleitung mit dem
Gebläse wird sichergestellt, dass auch während des Saug hubes des Kolbens im Sammelraum stets ein niedrigerer Gas druck herrscht als im Kompressionsraum. Damit besteht auch während des Ansaugens keine Tendenz für eine Gas strömung vom Sammelraum zum Kompressionsraum hin, die etwaiges im Leckgas enthaltenes Öl auf die Zylinderwand abscheiden könnte und mit der Zeit in Richtung zum Kom pressionsraum vorschieben würde. Über die Verbindungslei tung zwischen der Abführleitung und der Ansaugleitung des
Kompressors wird überdies das entwichene Leckgas in den
Kompressor zurückgeführt.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläu tert. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung im
Schnitt:
Fig. 1 einen Tauchkolbenkompressor nach der Erfindung und
Fig. 2 bis 5 je einen abgewandelten Tauchkolbenkom pressor.
Gemäss Fig. 1 weist der Kompressor ein Kurbelgehäuse 1 ; auf, indem eine Kurbelwelle 2 gelagert ist, an deren Kurbel zapfen 3 eine Pleuelstange 4 mit einem Ende angelenkt ist.
Die Pleuelstange 4 ist mit ihrem anderen Ende an einem
Kolben 5 angelenkt, der in einem am Kurbelgehäuse 1 ange schlossenen Zylinder 6 mit im wesentlichen horizontaler
Achse hin- und herbewegbar ist. An dem dem Kurbelgehäuse
1 abgewendeten Ende des Zylinders 6 ist ein Zylinderkopf 7 vorgesehen, an dem eine Saugleitung 8 für das zu komprimie rende Gas und eine Druckleitung 9 für das Abführen des komprimierten Gases angeschlossen sind. Zwischen dem
Zylinderkopf 7 und dem Kolben 5 befindet sich der Kom pressionsraum 10. Im Zylinderkopf 7 sind, durch eine Trenn wand 7' getrennt, ein Saugventil 11 und ein Druckventil 12 angeordnet.
Der Kolben 5, der vom Kurbeltrieb 2 bis 4 direkt ange trieben ist, weist einen Führungsteil 5' am dem Kurbeltrieb zugewendeten Ende und einen Gasdichtungs- oder Arbeitsteil 5" am dem Kompressionsraum 10 zugewendeten Ende auf. Die Teile 5t und 5" haben im wesentlichen gleichen Durchmesser. Der Führungsteil 5' liegt bei der Hin- und Herbewegung an der Wand des Zylinders 6 mehr oder weniger an und ist geschmiert, indem z. B. Öl aus dem Kurbelgehäuse 1 an die Zylinderwand gelangt. Am Führungsteil 5' sind in Ringnuten mehrere Ölabstreifringe 13 untergebracht, die an der Zylinderwand anliegen und den grössten Teil des in den Zylinder gelangenden Öls zum Kurbelgehäuse
1 zurückführen. Die Ölabstreifringe können auch - statt im Führungsteil - in der diesen umgebenden Zylinderwand angeordnet sein.
Der Arbeitsteil 5" des Kolbens 5 ist an seinem äusseren Umfang mit Labyrinthdichtungsrillen versehen, die zusammen mit der umgebenden Wand des Zylinders 6 eine berührungslose Dichtung bilden. Am Zylinder 6 ist in dem Bereich, in dem bei in Fig. 1 linker Totpunktlage des Kolbens 5 das dem Kurbelgehäuse 1 zugewendete Ende des Arbeitsteils 5" liegt, eine Ringnut 14 vorgesehen, die einen Sammelraum 15 bildet, und zwar für Leckgas, das vom Kompressionsraum 10 her über die Labyrinthdichtung entweicht, und für Lecköl, das von den Ölabstreifringen 13 nicht in das Kurbelgehäuse 1 zurückgeführt worden ist und das sich im unteren Teil des Raumes 15 sammelt. An der tiefsten Stelle des Sammelraums 15 ist eine Leitung 16 angeschlossen, die mit Kühlrippen 16' versehen ist und die im Raum 15 angesammeltes Lecköl zum Kurbelgehäuse 1 zurückführt.
Im oberen Bereich des Sammelraums 15 ist eine Leitung 17 angeschlossen, die über einen Druckausgleichsbehälter 18, ein Gebläse 20 und einen Filter 21 zur Ansaugleitung 8 führt.
Zwischen dem Druckausgleichsbehälter 18 und dem Gebläse 20 zweigt eine Druckausgleichsleitung 22 ab, die in das Kurbelgehäuse 1 mündet.
Im Betrieb des Kompressors schöpft das Gebläse 20 eine so grosse Leckgasmenge, dass trotz den beim Kompressionshub und beim Saughub stark variierenden Leckgasmengen, zusammen mit den durch die Hin- und Herbewegung des Führungsteils 5' bewirkten Ventilationsgasmengen, ein Unterdruck im Sammelraum 15 gegenüber dem tiefsten Druck im Kompressionsraum 10 gehalten wird. Da der Ventilationsdruck während des Saughubes des Arbeitsteils 5" steigt, entspricht diese Schöpfmenge des Gebläses 20 also mindestens der Verdrängermenge des Führungsteils 5,.
Andererseits sollte diese Menge während des Kompressionshubes wieder in das Kurbelgehäuse 1 zurückströmen. Stattdessen schöpft das Gebläse 20 auch in dieser Phase das gleiche Volumen ab. Die Folge ist ein Absinken des mittleren Druckes im Sammelraum 15, bis die zuströmende mittlere Leckgasmenge und die vom Gebläse abgeschöpfte mittlere Gasmenge im Gleichgewicht sind.
Der Kompressor gemäss Fig. 2 ist gleich aufgebaut wie derjenige nach Fig. 1, es sind jedoch zusätzlich zwei Rückschlagventile vorhanden, und zwar ein Rückschlagventil 25 in der Leitung 17 zwischen dem Sammelraum 15 und dem Druckausgleichsbehälter 18 sowie ein Rückschlagventil 26 in der Leckölabführleitung 16.
Der Kompressor und das Gebläse gemäss Fig. 2 funktionieren gleich wie zu Fig. 1 beschrieben. Das gasseitige Rückschlagventil 25 verhindert ein Rückströmen von mit Lecköl beladenem Leckgas aus der Leitung 17 in den Sammelraum
15, wenn durch die Ventilation der Leckgasdruck die Tendenz hat, zu steigen. Das ölseitige Rückschlagventil 26 verhindert, dass ein derartiger Druckausgleich mit einer entsprechenden Ölmenge erfolgt, die die im Sammelraum 15 befindliche Ölmenge wesentlich erhöhen würde, was zu stärkerer Verschmutzung des Leckgases führen könnte.
Beim Kompressor gemäss Fig. 3 ist dem Gebläse 20 ein Regelventil 19 vorgeschaltet, das durch eine Regelanordnung gesteuert wird, die aus einem Messwandler 27 und einem Servomotor 23 besteht. Der Messwandler 27 misst ständig über eine Signalleitung 28 den Leckgasdruck im Sammelraum 15 und erhält über eine Signalleitung 29 einen Messwert über die Winkelstellung der Kurbelwelle 2. Der Messwandler 27 ist so eingerichtet, dass von den bei ihm eingehenden Druckmesswerten nur ein ganz bestimmter Messwert bei einer vorgegebenen Winkelstellung der Kurbelwelle zum Servomotor 23 weitergegeben wird, in dem dieser Messwert mit einem über eine Leitung 30 zugeführten Signal verglichen wird, das den Gasdruck in der Ansaugleitung 8 repräsentiert.
Durch diese Regelschaltung wird erreicht, dass die über die Leitung
17 abgesaugte Leckgasmenge vom Regelventil 19 so eingestellt wird, dass bei einer bestimmten Stellung des Arbeitsteils 5" während des Saughubes die Druckdifferenz Ap zwischen dem Gasdruck im Kompressionsraum 10 und dem Leckgasdruck im Sammelraum 15 einem Wert entspricht, der ein Zurückströmen von mit Ö1 beladenem Leckgas über die Labyrinthdichtung zum Kompressionsraum 10 hin verhindert. Auch bei diesem Kompressor können in den Leitungen 16 und 17 den Rückschlagventilen 25 und 26 entsprechende Rückschlagorgane angeordnet sein.
Fig. 4 zeigt die Anwendung der Regelanordnung gemäss Fig. 3 bei einem Kompressor, der auf einer höheren Druckstufe als der ersten Stufe arbeitet. Eine der Ausgleichsleitung 22 entsprechende Leitung entfällt hier und das Rückführen des Lecköls aus dem Sammelraum 15 erfolgt über ein in der Leitung 16 angeordnetes Sammelgefäss 31, das ein automatisch oder handbetätigtes Verschlussorgan 32 zum chargenweisen oder kontinuierlichen Leeren des Gefässes 31 aufweist.
Das Messen und periodische Festhalten des Leckgasdruckes PL für das Einhalten eines bestimmten Druckunterschiedes gegenüber dem Saugdruck setzt voraus, dass dieser Saugdruck konstant ist. Dies ist aber insbesondere für eine höhere Kompressorstufe nicht der Fall, weil einerseits das Puffervolumen zwischen dieser Stufe und der vorhergehenden Stufe klein ist und ausserdem das Ausschieben des komprimierten Gases der vorhergehenden Stufe und das Ansaugen der höheren Stufe zeitlich nicht genügend genau abgestimmt werden können. Es entstehen Pulsationen. Da sich auch der momentane Druckwert im Innern des Zylinders in Abhängigkeit von Variationen des Ansaugdruckes verändert, wird beim Kompressor gemäss Fig. 5 die Druckdifferenz Ap aus dem Druck in der Ansaugleitung 8 und dem Leckgasdruck im Sammelraum 15 in einem Druckdifferenzmessgerät 33 gebildet.
Der hier gebildete Ap-Wert wird als fester Wert für eine volle Umdrehung der Kurbelwelle 2 mit einem Sollwert für p verglichen. Die daraus resultierende Abweichung dieser beiden Werte wird als Proportionalgrösse für das Einstellen des Öffnungsquerschnitts des Ventils 19 benutzt. Im übrigen ist der Kompressor gleich aufgebaut wie der gemäss Fig. 4.
DESCRIPTION
The invention relates to a piston compressor for oil-free compression of a gas, with at least one piston which can be moved back and forth in a cylinder by means of a crankshaft and a connecting rod articulated on the piston, and which faces the crankshaft
Section is formed as a sliding lubricated guide part in the cylinder, whereas the portion of the piston facing the compression space as a dry-running
Gas seal part is formed, wherein in the area of the back and forth movement of the guide part oil wiping means are provided and in the cylinder wall in an area between the oil wiping means and the gas sealing part of the
Piston a collecting space for leak gas and leak oil is provided, to which at least one discharge line is connected.
A compressor of this type is known from Japanese patent application 257 114/86. With this compressor, the discharge line connected to the collecting space is connected to a room with low pressure.
Leakage gas and leakage oil are generally well discharged from the compressor. However, during the suction stroke there is the possibility that the gas pressure in the collecting space is higher than the gas pressure in the compression space. There is therefore a tendency for leakage gas to come out of the collecting room and into the
Leakage oil has come into contact via the seal of the
Gas seal part flows back to the compression space.
If this gas leaks in any of the plenum
Form (aerosol, steam, etc.) can occur
Part of it in the seal and on the surrounding area
Separate the cylinder wall so that after a long period of operation there is the possibility that an oil film will gradually get into the compression chamber and contaminate the gas to be compressed there.
The invention has for its object to improve a piston compressor of the type mentioned in such a way that even after a long period of operation no oil can get to the compression space in the manner described.
According to the invention, this object is achieved in that; the discharge line connected to the collecting space is connected via a line to a suction line of the compressor leading to the gas to be compressed and in that connecting line a leak gas from the collecting space is arranged in the suction line promoting blower.
By attaching the connecting line with the
The blower ensures that there is always a lower gas pressure in the plenum than in the compression space even during the suction stroke of the piston. So there is no tendency for a gas flow from the plenum to the compression space even during the intake, which could separate any oil contained in the leakage gas onto the cylinder wall and would advance over time towards the compression space. Via the connecting line between the discharge line and the suction line of the
The leaked gas escapes into the compressor
Compressor returned.
Several exemplary embodiments of the invention are explained in more detail in the following description with reference to the drawing. They each show a schematic representation in
Cut:
Fig. 1 shows a plunger compressor according to the invention and
Fig. 2 to 5 each a modified Tauchkolbenkom pressor.
1, the compressor has a crankcase 1; on by a crankshaft 2 is mounted, on the crank pin 3 a connecting rod 4 is hinged at one end.
The connecting rod 4 is at one end
Piston 5 articulated in a cylinder 6 connected to the crankcase 1 with a substantially horizontal
Axis is reciprocable. On the crankcase
1 facing away from the end of the cylinder 6, a cylinder head 7 is provided, to which a suction line 8 for the gas to be compressed and a pressure line 9 for discharging the compressed gas are connected. Between the
Cylinder head 7 and the piston 5 is the compression chamber 10. In the cylinder head 7 are separated by a partition 7 ', a suction valve 11 and a pressure valve 12 are arranged.
The piston 5, which is driven directly by the crank mechanism 2 to 4, has a guide part 5 'at the end facing the crank mechanism and a gas sealing or working part 5 "at the end facing the compression space 10. The parts 5t and 5" have essentially same diameter. The guide part 5 'lies in the back and forth movement on the wall of the cylinder 6 more or less and is lubricated by z. B. oil from the crankcase 1 reaches the cylinder wall. On the guide part 5 ', several oil scraper rings 13 are accommodated in annular grooves, which abut the cylinder wall and most of the oil entering the cylinder to the crankcase
1 return. The oil control rings can also be arranged in the cylinder wall surrounding them instead of in the guide part.
The working part 5 "of the piston 5 is provided on its outer circumference with labyrinth sealing grooves which, together with the surrounding wall of the cylinder 6, form a non-contact seal. The cylinder 6 is in the area in which the dead center position of the piston 5 in FIG the end facing the crankcase 1 of the working part 5 ", an annular groove 14 is provided, which forms a collecting space 15, specifically for leakage gas that escapes from the compression space 10 via the labyrinth seal, and for leakage oil that does not escape from the oil control rings 13 into the Crankcase 1 has been returned and that collects in the lower part of the room 15. At the deepest point of the collecting space 15, a line 16 is connected, which is provided with cooling fins 16 'and which leads the leaked oil collected in the space 15 back to the crankcase 1.
In the upper area of the collecting space 15, a line 17 is connected, which leads to the suction line 8 via a pressure expansion tank 18, a blower 20 and a filter 21.
Between the surge tank 18 and the blower 20 branches off a pressure equalization line 22 which opens into the crankcase 1.
During the operation of the compressor, the blower 20 draws such a large amount of leakage gas that, despite the leakage gas amounts which vary greatly during the compression stroke and the suction stroke, together with the ventilation gas amounts caused by the back and forth movement of the guide part 5 ', a negative pressure in the collecting space 15 compared to the lowest pressure is held in the compression space 10. Since the ventilation pressure rises during the suction stroke of the working part 5 ″, this scooping quantity of the blower 20 thus corresponds at least to the displacement quantity of the guide part 5.
On the other hand, this amount should flow back into the crankcase 1 during the compression stroke. Instead, the blower 20 scoops the same volume in this phase as well. The result is a decrease in the mean pressure in the collecting space 15 until the inflowing mean leakage gas quantity and the mean gas quantity skimmed off by the blower are in equilibrium.
The compressor according to FIG. 2 is constructed in the same way as that according to FIG. 1, but there are also two non-return valves, namely a non-return valve 25 in the line 17 between the collecting space 15 and the surge tank 18 and a non-return valve 26 in the leak oil discharge line 16.
The compressor and the blower according to FIG. 2 function the same as described for FIG. 1. The gas-side check valve 25 prevents backflow of leakage gas loaded with leakage oil from line 17 into the collecting space
15 if the ventilation gas pressure tends to increase. The oil-side check valve 26 prevents such pressure equalization from taking place with a corresponding amount of oil, which would significantly increase the amount of oil in the collecting space 15, which could lead to greater contamination of the leakage gas.
3, the blower 20 is preceded by a control valve 19 which is controlled by a control arrangement which consists of a transducer 27 and a servo motor 23. The measuring transducer 27 constantly measures the leakage gas pressure in the collecting space 15 via a signal line 28 and receives a measured value via the signal line 29 about the angular position of the crankshaft 2. The measuring transducer 27 is set up in such a way that only a very specific measured value of one of the pressure measured values received by it Given the predetermined angular position of the crankshaft to the servo motor 23, this measured value is compared with a signal supplied via a line 30, which represents the gas pressure in the intake line 8.
This control circuit ensures that the line
17 sucked-off leakage gas quantity is set by the control valve 19 such that, at a certain position of the working part 5 "during the suction stroke, the pressure difference Ap between the gas pressure in the compression space 10 and the leakage gas pressure in the collection space 15 corresponds to a value that overflowed back of leaked gas loaded with oil over prevents the labyrinth seal towards the compression space 10. Also in this compressor, check valves corresponding to the check valves 25 and 26 can be arranged in the lines 16 and 17.
FIG. 4 shows the application of the control arrangement according to FIG. 3 to a compressor which works at a higher pressure level than the first level. A line corresponding to the compensating line 22 is omitted here and the leakage oil is returned from the collecting space 15 via a collecting vessel 31 arranged in the line 16, which has an automatically or manually operated closure member 32 for batchwise or continuous emptying of the vessel 31.
The measurement and periodic recording of the leakage gas pressure PL for maintaining a certain pressure difference compared to the suction pressure presupposes that this suction pressure is constant. However, this is not the case, in particular, for a higher compressor stage because, on the one hand, the buffer volume between this stage and the previous stage is small and, in addition, the pushing out of the compressed gas of the previous stage and the intake of the higher stage cannot be coordinated with sufficient timing. There are pulsations. Since the instantaneous pressure value inside the cylinder also changes as a function of variations in the intake pressure, the pressure difference Ap in the compressor according to FIG. 5 is formed from the pressure in the intake line 8 and the leakage gas pressure in the collecting space 15 in a pressure difference measuring device 33.
The Ap value formed here is compared as a fixed value for a full revolution of the crankshaft 2 with a target value for p. The resulting deviation of these two values is used as a proportional variable for setting the opening cross section of the valve 19. Otherwise, the compressor is constructed in the same way as that according to FIG. 4.