DE1428002A1

DE1428002A1 - Spaltdichtung fuer den Kolben eines Gaskompressors

Info

Publication number: DE1428002A1
Application number: DE19631428002
Authority: DE
Inventors: Helmut Bauer
Original assignee: Maschinenfabrik Burckhardt AG
Current assignee: Burckhardt Compression AG
Priority date: 1963-03-08
Filing date: 1963-05-21
Publication date: 1969-03-27
Also published as: NL140607B; NL6401571A; US3216334A; GB1049074A; CH408273A

Description

Spaltdichtung· für den Kolben eines Gaskompressors

Spaltdichtungen, bei denen sich ein mit geringem Laufspiel eingeschliffener Kolben in einem Zylinder bewegt und bei denen die Abdichtung durch den Schmiermittelfilm zwischen Kolben und Zylinder erfolgt, sind für kleine Pumpen und Kompressoren bekannt und sind bei geringen Drücken auch vollkommen dicht. Vollkommene Dichtheit wird dann erreicht, wenn die Adhäsionskräfte zwischen Schmiermittel und der Oberfläche des Zylinders und des Kolbens so groß sind, daß der Betriebsdruck das Schmiermittel nicht·aus dem Spalt herausdrücken kann. Dies ist naturgemäß nur bei sehr engen Spalten und bei mäßigen Drücken möglich.

Bei größeren Kolbenabmessungen muß das Laufspiel so groß gewählt werden, daß die Adhäsionskräfte im allgemeinen für eine vollständige Abdichtung nicht mehr ausreichen. Bei höheren Betriebsdrücken kommt hinzu, daß durch diese der Zylinderdurchmesser ausgeweitet und damit der Spalt vergrößert wird. Infolgedessen kann bei grösseren Abmessungen oder bei hohen Betriebsdrücken nicht mehr mit einer vollständigen Abdichtung gerechnet werden, sondern es treten ständig gewisse Leckverluste durch den Spalt auf. Diese Leckverluste

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sind erträglich bei Pumpen, bei denen das Fördermittel zugleich. Schmiermittel ist, da sie nur eine gewisse Verminderung des volumetrischen Wirkungsgrades bewirken.» aber für die Betriebssicherheit nicht schädlich sind. Bei Gaslcompresspren hingegen, machen es derartige Leckverluste umnöglicii, eine genügende Betriebssicherheit zu erreichen, denn offensichtlich be stent die Gefahr des Anfressens, sobald das Schmiermittel aus dem Spalt verdrängt wird und das Gas durchbläst»

Durch die Erfindung soll es nun ermöglicht werden» dei-artige Spaltdichtungen auch bei Hochdruck-Gaskoutpressoren zu verwenden.

Gemäß dieser JSrfindung wird dem abzudichtenden Kolbertspalt eine Schicht von Schmiermittel vorgelagert, die bei geringen Leckverlusten den Kolbenspalt abdichtet. Die durch Leckverluste verloren gegangene Schmiermittelmenge wird kontinuierlich, oder periodisch ergänzt.

Auf der beiliegenden Zeichnung sind in den. Fig. 1-4 vier Ausfüixrungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes in je einem senkrechten Schnitt veranschaulicht.

Beim Ausführiingsbeispiel gemäß der Fig. 1 bewegt -sich ein Kolben 1 mit geringem Laufspiel in einem Zylinder 2 und der Raum 3 über

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dem Kolben ist vom Schmiermittel gefülltj die Schmiermittel— menge im Raum 3 wird vorsichtshalber größer gewählt als diejenige Menge, die während eines Hubspieles durch den Spalt zwischen dem Kolben 1 und dem Zylinder 2 entweicht. Der Kaum 3 ist von dem gasgefüllten Kompressionsraum 4 durch einen Kolben 5 getrennt, welcher frei beweglich ist und durch eine Dichtung 6 den gasgefüllten Raum 4 vom ölgefüllten Raum 3 abtrennt. Dadurch wird erreicht, daß kein Schmiermittel in den Kompressionsraum 4 aufsteigen kann, daß aber im ölgefüllten Raum 3 immer derselbe Druck herrscht wie im gasgefüllten Raum 4. Die Dichtung 6 ist infolgedessen nicht durch Überdrücke von der unteren oder oberen Seite beansprucht, da auf beiden Seiten derselb« Druck herrscht.

An. einer geeigneten Stelle des Hubes wird durch eine Bohrung 7 das im Raum 3 verlorene Schmiermittel nachgefüllt. Offensichtlich ist es notwendig, genau so viel Schmiermittel nachzufüllen *ie durch den Spalt zwischen dem Kolben 1 und dem Zylinder 2 entwichen ist} wenn zu wenig Schmiermittel nachgefüllt würde, so würde mit der Zeit der Kolben 5 auf dem Kolben 1 aufsitzen und es wäre dann kein Schmiermittel mehr vorhanden, um den Spalt zwischen dem Kolben 1 und dem Zylinder 2 abzudichten. Die Folge davon würde sein, daß Gas durchschlagen, würde und daß die Schmierung und die Betriebssicherheit gefährdet wäre.

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Venn andererseits zu viel Schmiermittel nachgefüllt würde, so würde das Schniiermittelvolumen im Raum 3 ständig steigen und der frei schwebende Kolben 5 würde weiter vom Hauptkolben 1 entfernt werden, so daß er schließlich gegen das Ende des Zylinders anstoßen würde, was ebenfalls unzulässig ist. Der frei schwebende Kolben 5 ist infolgedessen mit einer Hubbegrenzung 8 versehen, welche das größte Volumen im Raum 3 begrenzt.

Die Einrichtung, welche das Schmiermittel durch die Bohrung 7 unter dem erforderlichen Druck nachfüllt, ist für die Erfindung unerheblich und infolgedessen in Fig. 1 nicht dargestellt. Sie besteht zweckmäßigerweise aus einem Druckspeicher, in welchem das Schmiermittel unter dem benötigten Druck vorrätig gehalten

wird. Dieser Druckspeicher kann z.B. pneumatisch oder durch Federdruck belastet werden und die Aufgabe, den Druckspeicher rechtzeitig wieder aufzufüllen, kann mit bekannten technischen Mitteln in einfacher Weise gelöst werden.

Selbstverständlich muß der Kaum 3 im richtigen Moment aufgefüllt werden, d.h. wenn er sich gerade gegenüber der Bohrung 7 befindet. Wenn der Abstand zwischen dem Hauptkolben 1 vmA dem frei beweglichen Kolben 5 größer ist als die Hublänge, dann wird die Bohrung 7 ständig in Verbindung mit dem Raum 3 etahen tind die Nachfüllung durch den Speicher erfolgt kontinuierlich» Wenn der Abstand zweichen dem frei beweglichen Kolben 5 und dem Hauptkolben 1 kleiner ist als die Hublänge, dann muß durch ein gesteuer-

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tes Ventil der Ölzufluß durch die Bohrung 7 geöffnet werden, so-•bald der Kaum 3 sich in geeigneter Stellung befindet. Auch dies ist durch bekannte technische Mittel leicht zu erreichen. An und für sich könnte jede beliebige Stellung des Hubes zum Nachfüllen gewählt werden. Es empfiehlt sich jedoch, das Nachfüllen im unteren toten Punkt vorzunehmen, weil in diesem Punkt der Gasdruck in Raum k am geringsten ist und weil dann der geringste Öldruck zum Nachfüllen des Raumes 3 ausreicht.

Diese an Hand von Fig. 1 erläuterte Erfindung kann selbstverständlich auch in anderen Formen ausgeführt werden und eine andere Form ist als Beispiel in Fig. 2 dargestellt. Dabei haben die eingesetzten Zahlen wiederum die gleiche Bedeutung wie in Fig. 1.

1 ist der mit geringem Spiel im Zylinder 2 βIngeschiiffene Kolben, 3 ist der Vorrateraum des Schmiermittels, welches den Spalt zwischen dem Kolben 1 und dem Zylinder 2 abdichten soll und 4 ist der Kompreesioneraum, welcher mit Gas gefüllt ist. Durch ein eingeachlifi'enen Kolben 5 wird erreicht, daß der Druck im Kompressionsraum k und im Vorratsraum des Schmiermittels 3 ständig gleich sein muß und durch eineDichtung 6 wird des„ geförderte Gas und das Schmiermittel voneinander getrennt. 7 ist die Bohrung, welche zum Nachfüllen des Vorratsraumes 3 dient und die Bewegung dee frei beweglichen Kolbens 5 wird durch einen Anschlag 8 begrenzt.

'Eine Anordnung, wie eie in Fig. 1 und Fig. 2 schematisch dargestellt ist, genügt vollkommen für alle Fälle, bei denen der Be-

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triebszustand des Kompressors genau bekannt st, und bei dem vor allen Dingen bekannt ist, welcher Gasdruck in dem Augen- · blic-k herrscht, wo die Vorratskammer 3 mit der Nachfüllbohrung 7 in Verbindung steht. Es ist dann möglich, den Speicherdruck · des nachgefüllten Schmiermittels so zu regulieren, daß er genau dem Gasdruck im Raum k in diesem Augenblick entspricht und daß eine einseitige Überlastung der Abdichtung.6 vermieden werden kann.

¥enn jedoch ein Kompressor unter stark wechselnden Betriebsbedingungen arbeiten muß, und wenn infolgedessen eine einseitige Überlastung der Abdichtung 6 nicht ausgeschlossen werden kann, empfiehlt sich eine andere Anordnung, um diese Überlastung zu vermeiden, die schematisch in Figi 3 dargestellt ist.

Wiederum ist mit 1 der eingeschliffene Kolben bezeichnet, der sich mit geringem Spiel im Zylinder 2 bewegt und mit 3 die Vorratskammer des Schmiermittels, die durch den frei beweglichen Kolben 5 und die Abdichtung 6 vom Gasraum k getrennt ist. Wiederum ist mit 7 die Nachfüllbohrung bezeichnet, jedoch ist diese Nachfüllbohrung nunmehr konzentrisch im Kolben angebracht. Wenn eine hinreichende Menge von Schmiermittel in den Raum 3 nachgefüllt ist, dann wird sich ein Ventil 9- schließen, so wie sich der Kolben 5 um die vorgesehene Entfernung gegenüber dem Kolben 1 bewegt hat. Der weitere Nachfluß von Schmiermittel wird dadurch unterbunden, und eine Überlastung der Abdichtung 6 wird

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vermieden, gleich welcher Druck im Raum 4 in diesemAugenblick herrscht.

Bei der nachfolgenden Bewegung des Hauptkolbens 1 wird eine gewisse Menge von Schmiermittel aus dem Raum 3 verloren gehen, weil sie durch den Spalt zwischen dem Kolben 1 und dem Zylinder 2 entweicht. Dadurch wird das Ventil 9 wiederum geöffnet werden. Gleichzeitig wird der Gasdruck im Raum k steigen und somit auch der Schmiermitteldruck im Raum 3· Um zu verhindern, daß dieser Druck, der leicht höher werden kann als der im Speicher, vorhandene Schmiermitteldruck/ in den Speicher zurückschlägt, ist ein Rückschlagventil 10 vorgesehen.

In Fig. h ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Da hierbei die gleichen Ziffern zur Bezeichnung der gleichen Elemente verwendet worden sind, wie in Fig. 3» erübrigt sich eine Wiederholung der Beschreibung.

Die Zuführung dee Schmiermittels zu der Bohrung 7f die gemäß Fig. 3 und Fig. h eich in der Mitte des Kolbens befindet, kann durch verschiedene Mittel erfolgen, die auch hier weggelassen wurden, weil sie abseits der Erfindung liegen. Der Druckspeicher und die Naohftillpumpe des Druckspeichere könnten z.B. im Inneren der Kolbenstange oder im Innern dee Kreuzkopfes untergebracht sein. Es ist auch möglich, diese Organe außerhalb unterzubringen Und die Zuführung dee Schmiermittels durch eine bewegliche Lei-

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tung, durch, ein Gelenkrohr oder durch eine Abdichtung zu bewerksteliigeno Die technischen Mittel zur Lösung dieser Aufgabe sind bekannt und deshalb hier nicht gezeigt.

Die oben beschriebenen Kolben-Spaltabdichtungen ermöglichen es, bis zu sehr großen Leistungen Graskompressoren zu bauen» deren Kolben vollkommen gasdicht sind, da der unvermeidliche Leckverlust nur aus Schmiermittel besteht, welches leicht ersetzt werden kann. Gleichzeitig ist es möglich, eine praktisch ölfreie Kompression zu verwirklichen, da die Abdichtung 6 zwischen dem gasgefüllten Raum 4 und dem ölgefüllten Raum 3 keinerlei einseitigen Überdrücken unterworfen ist, und infolgedessen nicht durch Abnützung in4.hrer Wirkung beeinträchtigt werden kann·

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Claims

[γ. Spaltabdichtung für den Kolben ein·· Gaskompressors» der eioh ■it ferine·« Laufepi·!. i« Kompreasorzylindsr bewegt* daduroh gekennzeichnet, daß dem abzudichtenden Kolbenapalt «in· Jehioht τοη Schmiermittel vorgelagert ist, di· bei geringen Leckverluste)» 4«n K»lbenspalt aWiohtet.

Spaltabdi«htiuig nach Anspruch 1_f daduroh g«kennseiehn«t_v daO 41· de« Kolbenspalt vorgelagerte Sehaieraittelsohioht τ·· 0aunr«psi (k) d·· Ko«ipr«8sors durch einen Jfei beweglichen Kolben (5) g»tr«nn%

3· SpaltaMioliteneT aa«h Anspruch 1, dadur·* gekeniuieiohnet· daÄ dl« umm Kolb*««y«lt V9r«;«lag«rt· Seh«i«rsiittttlschleht roe Oa*raws, (k) d·· KoHpr«ss«r« dureJi #in· Meabran («trennt ist·

%. SpaltaMiehtuntr naoh den Ansprüchen 1 · 3t gekennselehnet durch •in«n Ton dar dws Xolbenspalt rorgelagerten Sehsil«rsiltt«laonieht •usg«h«nd·» Kanal. (7)# der su «in·* außerhalb das Xeaproasaraylinumrm Torg«eeh«n«n Torrat von unter Druck stehende« 8oh«l«r«itt·! hinfuhrt■

Spaltabdichtung na«h den Anspruch«» t · k₉ gekennselchnet dureh einen a« Bawptkelben (1) vorgesehenen Anschlag (8), gegen dam dar twmt bairagll·«· Kalb·« (5) bei seiner B»wagu»g sum CNisrau« (4») umm atoapr····*· him itlft um« — di· Xaehfuilumg d·· durah LeaJnrerluat·

909813/0565 bad original

m IO -

verlorenen Schmiermittels in den Rau* zwischen d» abzudichtenden Kolbenspalt und dem frei bewegliehen Kolben (5) unterbricht*

6· Jpaltabdichtung nach den Ansprüchen 1-5» dadurch gekenneei&h·» not, daß der frei bewegliche Kolben (5) in der Bohrung des Kost* presser zylinder s (2) läuft und dagegen durch eine Dichtung {©") abgedichtet ist (Fig. 1 und 3).

7· Spaltabdichtung nach den Ansprüchen 1-5» dadurch gekennseieb/» net_t daß der frei bewegliche Kolben (5) In einer Bohrung des Hauptkolbens (i) läuft und daß der Hauptkolben oberhalb der dm abzudichtenden Kolbenspalt vorgelagerten Schmierraittelsohicht gegen den Kompressoraylinder (2) durch eine Dichtung (6) abgedichtet ist (Flg. 2 und k)*

8· Spaltabdichtung nach Anspruch Ί, dadurch gekennmeiennet» daß der Kanal (?) für die Ergänzung der Leckverlust· in der ¥and (2) des Koapressoraylinders angeordnet 1st (Fig. 1 und 2) *

9 t Spaltabdichtung nath Anspruch k₀ dadurch gekennseiohne t, daß der Kanal (7) für die ErgÄnsung der Leckverluste konsentrlseh iis Hauptkelben (i) angeordnet ist (Fig. 3 und 4)*

10. Spaltabdichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennseichaiet* .4*4 in de« i» Hauptkelben (i) vorgesehenen Kanal (7} fur die Xrgllnsuag der Leelnrerluste ein in Abhängigkeit vo« Abstand des Hauptkelbaa*

(i) vesi frei b«w»«14«beA Kelben (5) gesteuertes Ventil (f) uad ei»

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