DE102008001540B4

DE102008001540B4 - Kolbenkompressor

Info

Publication number: DE102008001540B4
Application number: DE102008001540A
Authority: DE
Inventors: Paul Jansen
Original assignee: Neumann & Esser Maschinenfabrik & Co KG GmbH
Current assignee: NEUMAN & ESSER GMBH & CO. KG, DE
Priority date: 2008-05-05
Filing date: 2008-05-05
Publication date: 2011-11-17
Anticipated expiration: 2028-05-06
Also published as: EP2116723A2; EP2116723B1; US20090274569A1; DE102008001540A1; EP2116723A3; US8348641B2

Abstract

Es wird ein Kolbenkompressor (1) mit mindestens einem Kompressionszylinder (100) mit einem Kolben (130) sowie mit einem Sauganschluss (118) und einem Druckanschluss (119) beschrieben. Der Sauganschluss (118) und der Druckanschluss (119) sind an einer Stirnseite (112a, 112b) des Kompressionszylinders angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolbenkompressor mit mindestens einem Kompressionszylinder mit einem Kolben sowie mit einem Druckanschluss und einem Sauganschluss.
Die Kompressionszylinder solcher Kolbenkompressoren, die für Drücke von ca. 20 bar bis 450 bar ausgelegt sind, wenden häufig nicht mehr als Sandformguss hergestellt.
Als Halbzeuge kommen geschmiedete Stahlblöcke oder für niedrige Druckbereiche bis zu Bohrungsdurchmessern von etwa 500 mm auch gusseiserne Blöcke, Kokillen bzw. einfache Modellgussblöcke zur Anwendung.
Bei dieser Art der Zylinderkonstruktion müssen alle Gasräume und Kanäle, die beim üblichen Modellguss durch das Einlegen der Sandkerne gebildet wenden, durch teilweise aufwendige Bohrungen oder Fräsarbeiten während der mechanischen Fertigung eingebracht werden. Die DE 299 10 341 U1 zeigt einen typischen Kompressor.
So muss z. B. bei doppelt wirkenden Kompressionszylindern die Verbindung der deckel- und kurbelseitigen Ventilkammern durch eine Längsbohrung hergestellt wenden.
Diese Verbindungsbohrungen müssen am stirnseitigen Ende der Kompressionszylinder durch Deckel – ähnlich den Ventildeckeln – gasdicht verschlossen werden. Diese gasdichte Ausführung erfordert insbesondere bei hohen Betriebsdrücken eine aufwendige konstruktive Lösung.
Die Saug- und Druckanschlüsse sind im Bereich zwischen den jeweiligen Ventilkammern oder direkt an den betreffenden Ventilkammern angeordnet. Die Zugänglichkeit des den Kompressionszylinder umgebenden Raums wird durch die von den Saug- und Druckanschlüssen abgehenden Druck- und Saugrohren stark beeinträchtigt.
Die 1 zeigt einen doppelt wirkenden Kompressionszylinder 10 nach dem Stand der Technik.
Der Kompressionszylinder 10 besitzt mittig eine Zylinderkammer 25, in der der Kolben 30 in Längsrichtung beweglich angeordnet ist. Beidseitig des Kolbens 30 werden zwei Kompressionsräume 20a, 20b gebildet. Stirnseitig ist diese Zylinderkammer 25 durch einen Zylinder-Deckel 13 gasdicht abgeschlossen. Der Kompressionszylinder 10 besitzt in der Zylinderwand 24 einen Sauganschluss 18 und gegenüberliegend einen Druckanschluss 19, die jeweils in einen Verbindungskanal 17a bzw. 17b münden. An den beiden Enden der sich in Längsrichtung parallel zur Längsachse erstreckenden Verbindungskanäle 17a, 17b sind jeweils Ventilkammern 15a bis 15d mit Ventilen 16a bis 16d angeordnet, die über entsprechende Kanäle mit der Zylinderkammer 25 verbunden sind. Herstellungsbedingt sind die Verbindungskanäle 17a und 17b benachbart zu den Ventilkammern 15b, 15c Kammern 22a und 22b stirnseitig offen. Sie müssen also durch separate Deckel 14a, 14b an der vorderen Stirnseite 12a verschlossen werden. An der hinteren Stirnseite 12b wird der Zylinderraum 25 mittels eines Deckels 26 mit einer Abdichtung für die Kolbenstange 32 abgeschlossen. Bei einer anderen Konstruktionsart wird der Zylinderraum 25 als Sackloch-Bohrung ausgeführt. In diesem Fall wird die Kolbenstange mittels einer kleineren Bohrung durch den Zylinderboden geführt. Der abschließende Deckel 26 entfällt somit.
Die seitlichen Anschlüsse 18 und 19 haben einen erheblichen Einfluss auf die äußeren Abmessungen des Kompressionszylinders 10. Wesentliche Nachteile dieser Konstruktion liegen in einer Vergrößerung der Halbzeuge sowie in einer starken Einschränkung der Begehbarkeit bei vertikal angeordneten Kompressoranlagen. Bei horizontalen Kompressoren, deren Kompressionszylinder häufig zum Fundament hin abgestützt werden, behindern häufig die unterhalb des Druckstutzens liegenden Behälter diese Abstützung.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Kompressor bereitzustellen, der kompakter und platzsparender sowie kostengünstiger ausgestaltet ist.
Diese Aufgabe wird mit einem Kompressor gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Druckanschluss und der Sauganschluss an einer Stirnseite des Kompressionszylinders angeordnet sind.
Aufgrund der veränderten Anordnung der Saug- und Druckanschlüsse werden sowohl die Kompressionszylinder- als auch die Kolbenlänge erheblich verkürzt, was die Beschaffungskosten der Halbzeuge entsprechend reduziert. Gleiches gilt für die Zylinderlaufbuchse und die Kolbenstange.
Aufgrund der geringen Masse der Zylinder und der aus der Zylinderverkürzung resultierenden geringen Kolbenmasse werden sowohl die statische Belastung für das Fundament als auch die dynamisch wirkenden Massenkräfte der Maschine deutlich reduziert.
Insbesondere bei vertikalen Kompressoranlagen kann durch die erfinderische Anordnung von Saug- und Druckanschluss die Rohrleitungsführung so verändert werden, dass ein ausreichender Arbeitsraum für Inspektion und Montagearbeiten zur Verfügung steht.
Vorzugsweise weist der Kompressionszylinder eine einseitig am Kolben angeordnete Kolbenstange auf, wobei der Druckanschluss und der Sauganschluss an der der Kolbenstange abgewandten Stirnseite des Kompressionszylinders angeordnet sind. Die Anschlüsse liegen in einer frei zugänglichen Stirnseite, nämlich der vorderen Stirnseite des Kompressionszylinders, was die Rohrleitungsführung weiter vereinfacht.
Vorzugsweise ist der Kompressionszylinder ein doppelt wirkender Kompressionszylinder.
Bei dieser Ausführungsform weist der Kompressionszylinder vorzugsweise saugseitig und druckseitig jeweils zwei in Richtung der Zylinderachse beabstandet angeordnete Ventilkammern auf, die über jeweils einen nach außen abgeschlossenen Verbindungskanal miteinander verbunden sind. Unter einem nach außen abgeschlossenen Verbindungskanal wird ein Kanal verstanden, der z. B. nicht über seitliche Bohrungen oder Kanäle zugänglich ist. Jeweils eine druckseitige Ventilkammer ist über eine Anschlusskammer mit dem Druckanschluss und eine saugseitige Ventilkammer ist über eine Anschlusskammer mit dem Sauganschluss verbunden.
Durch den Wegfall der seitlich an der Zylinderwand vorgesehenen Anschlüsse können die Verbindungskanäle, die Zylinderkammer und der Kolben deutlich kürzer ausgeführt werden. Es sind Verkürzungen von 20% bis zu 30% möglich.
Die Verlegung der Anschlüsse an die Stirnseite kann insbesondere bei den doppelt wirkenden Kompressionszylindern für eine deutlich kompaktere Bauweise genutzt werden.
Vorzugsweise besteht der Kompressionszylinder aus Stahl, insbesondere aus Schmiedestahl, wobei der Verbindungskanal und die Anschlusskammer durch eine einzige Bohrung gebildet sind. Der Herstellvorgang wird erheblich vereinfacht, weil die zusätzliche Herstellung gesonderter Rohrleitungsanschlüsse an der Zylinderwand entfällt.
Kompressoren mit solchen aus Schmiedestahl bestehenden Kompressionszylindern werden vorzugsweise in Druckbereichen von 100 bar bis 450 bar eingesetzt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht der Kompressionszylinder aus einem gusseisernen Block. Die Verbindungskanäle und die Anschlusskammern werden auch hier entsprechend dem Stahlzylinder durch mechanische Bearbeitung hergestellt.
Kompressoren mit derartigen Kompressionszylindern werden vorzugsweise im Bereich von 20 bar bis 99 bar eingesetzt.
Die durch die geänderte Anordnung der Saug- und Druckanschlüsse erzielte Kostenreduzierung kann dadurch noch gesteigert werden, dass die Verbindungskanäle über einfachen Modellguss lediglich vorgegossen, nicht aber mehr mechanisch bearbeitet werden.
Die erfindungsgemäßen Zylinder sind in horizontalen, vertikalen als auch in Kompressoren in V-Bauart verwendbar.
Solche Kompressoren werden bei der Verdichtung sämtlicher Gase, vorzugsweise in der chemischen, petrochemischen, und in der pharmazeutischen Industrie als auch bei der Erdgasspeicherung eingesetzt.
Vorteilhafte Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 einen Kompressionszylinder gemäß dem Stand der Technik
2 eine schematische Darstellung eines horizontalen Kompressors im Schnitt,
3 einen Schnitt durch einen der in 2 gezeigten Kompressionszylinder mit eingebautem Kolben und Kolbenstange,
4 einen vertikalen Kompressor in Seitenansicht.
In der 2 ist ein horizontaler Kompressor 1 dargestellt, der in der Mitte einen durch einen Motor angetriebenen Kurbeltrieb 2 und seitlich davon angrenzend zwei Kompressionseinheiten aufweist, die jeweils aus sog. Zwischenstücken 3a, 3b und einem doppelt wirkenden Kompressionszylinder 100 bestehen, der zwei Kompressionsräume 120a, b beidseitig des Kolbens 130 aufweist.
Die Kompressionszylinder 100 weisen in der Zylinderkammer 125 jeweils einen Kolben 130 auf, der über eine Kolbenstange 132 mit dem Triebwerk 2 verbunden ist.
Der Kolben 100 ist in 3 vergrößert dargestellt. Es ist zu sehen, dass der Kompressionszylinder 100 deutlich kürzer ausgeführt ist, als dies bei dem Kompressionszylinder 10 gemäß der 1 nach dem Stand der Technik der Fall ist. Die Verkürzung beträgt hier ca. 23%.
In der Zylinderwand 124 befinden sich die Ventilkammern 115a bis 115d mit den Ventilen 116a bis 116d.
Im oberen Teil der Darstellung der 3 befindet sich die saugseitige Anordnung der Ventilkammern 115a, 115b mit dem saugseitigen Anschluss 118. Die beiden Ventilkammern 115a und 115b sind mittels des Verbindungskanals 117a miteinander verbunden, der nach außen hin abgeschlossen ist. Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist es nicht erforderlich, im Bereich des Verbindungskanals 117a den Sauganschluss vorzusehen. Die Ventilkammern 115a, 115b sind durch nicht gezeigte Ventildeckel verschlossen. In der Verlängerung des Verbindungskanals 117a befindet sich die Anschlusskammer 122a, die am Sauganschluss 118 endet.
Im unteren Teil der Darstellung der 3 ist die druckseitige Anordnung der Ventilkammern 115c und 115d dargestellt. Auch diese beiden Kammern sind durch einen Verbindungskanal 117b miteinander verbunden. Auch dieser Kanal ist nach außen abgeschlossen. Ebenfalls in der Verlängerung befindet sich die Anschlusskammer 122b und der druckseitige Anschluss 119.
Der in der 3 gezeigte Kompressionszylinder 100 kann beispielsweise aus einem Stahlblock hergestellt sein. Die Verbindungskanäle 117a, b sowie die Kammern 122a und 122b wenden durch jeweils eine einzige Bohrung von der vorderen Stirnseite 112a eingebracht. Zusätzliche Bohrungen für den Druckanschluss und den Sauganschluss sind somit nicht erforderlich.
Die Zylinderkammer 125 wird durch den Zylinder-Deckel 113 verschlossen.
Die hintere Stirnseite 112b ist als fester Zylinderboden 126 ohne Deckel mit einer Aufnahmebohrung für die Kolbenstangendichtung, die hier nicht gezeigt ist, ausgeführt.
In der 4 ist eine Seitenansicht eines vertikalen Kompressors 1 dargestellt. Der Kompressionszylinder 100 ragt senkrecht nach oben und besitzt an der vorderen Stirnseite 112a den Sauganschluss 118 und den Druckanschluss 119. Von diesen Anschlüssen 118 und 119 gehen die entsprechenden Saug- und Druckrohre 140, 142 nach oben ab, wodurch der den Kompressionszylinder 100 umgebende Raum 5 deutlich vergrößert wird, so dass Bedienungspersonal dort aufrecht zur Ausführung von Wartungsarbeiten stehen kann. Die gemäß Stand der Technik vorgesehenen Saug- und Druckanschlüsse 18 und 19 sind in der 4 gestrichelt eingezeichnet. Weiterhin sind in der 4 der für die Verdichterstufe vorgesehene Saugpulsationsdämpfer 143 sowie der für das Abkühlen des verdichteten Gases benötigte Wärmetauscher 144 zu sehen.
Bezugszeichenliste

1: Kolbenkompressor
2: Kurbeltrieb
3a, b: Zwischenstück
5: Umgebungsraum
10, 100: Kompressionszylinder
12a, 112a: vordere Stirnseite
12b, 112b: hintere Stirnseite
13, 113: Zylinderdeckel
14a, b: Deckel
15a–d, 115a–d: Ventilkammer
16a–d, 116a–d: Ventil
17a, b, 117a, b: Verbindungskanal
18, 118: Sauganschluss
19, 119: Druckanschluss
20a, b, 120a, b: Kompressionsraum
22a, b: Kammer
122a, b: Anschlusskammer
24, 124: Zylinderwand
25, 125: Zylinderkammer
26: Deckel
126: Zylinderboden
30, 130: Kolben
32, 132: Kolbenstange
140: Saugrohr
142: Druckrohr
143: Saugpulsationsdämpfer
144: Wärmetauscher

Claims

Kolbenkompressor (1) mit mindestens einem Kompressionszylinder (100) mit einem Kolben (130) sowie mit einem Sauganschluss (118) und einem Druckanschluss (119), dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressionszylinder (100) ein doppelt wirkender Kompressionszylinder ist, dass der Kompressionszylinder (100) saugseitig und druckseitig jeweils zwei in Richtung der Zylinderlängsachse beabstandet angeordnete Ventilkammern (115a–d) aufweist, die über jeweils einen nach außen abgeschlossenen Verbindungskanal (117a, b) miteinander verbunden sind, und dass jeweils eine saugseitige Ventilkammer (115b) über einen Verbindungskanal (117a) mit dem Sauganschluss (118) und eine druckseitige Ventilkammer (115c) über einen Verbindungskanal (117b) mit dem Druckanschluss (119) verbunden ist, und dass der Sauganschluss (118) und der Druckanschluss (119) an einer Stirnseite (112a, 112b) des Kompressionszylinders (100) angeordnet sind.
Kolbenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressionszylinder (100) eine einseitig am Kolben (130) angeordnete Kolbenstange (132) aufweist, und dass der Sauganschluss (118) und der Druckanschluss (119) an der der Kolbenstange abgewandten Stirnseite (112a) des Kompressionszylinders (100) angeordnet sind.
Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressionszylinder (100) aus Stahl besteht und dass der Verbindungskanal (117a, b) und die Anschlusskammer (122a, b) durch eine einzige Bohrung gebildet ist.
Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressionszylinder (100) aus einem gusseisernen Blick besteht und dass das Verbindungskanal (117a, b) und die Anschlusskammer (122a, b) durch eine einzige Bohrung gebildet sind.