DE1924773A1

DE1924773A1 - Kurbeltrieb mit Kreuzkopf in Sonderbauart fuer Hochdruck-Kolbenverdichter

Info

Publication number: DE1924773A1
Application number: DE19691924773
Authority: DE
Inventors: Vinciguerra Dr Constantino
Original assignee: Nuovo Pignone SpA
Current assignee: Nuovo Pignone SpA
Priority date: 1968-05-14
Filing date: 1969-05-14
Publication date: 1969-11-20
Also published as: JPS4949134B1; NO127635B; NL6906416A; FR2008462A1; NL139805B; CH502537A; AT293594B; BE732791A; ES367691A1; DE1924773B2; LU58650A1; DK124769B; SE339145B

Description

DIPL. ING. DIETRICH LEWALD 8 MÜNCHEN 13 PATENTANWALT FÜRSTENBERGSTRASSE 24

TELEFON 30 05 1-t UND (3753 37)

DEN

Gase 249 / Gomm. 707,067 / DBS 55

HUOTO Plß-HONE S.p.A*, Florenz / ISALIEH

"Kurbeltrieb mit Kreuzkopf in Sonderbauart für Hochdruck-Kolbenverdichter"

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kurbeltrieb mit einem Kreuzkopf₅ der geeignet ist, die linear bewegten Solben von Ho clidruck-Kolbemrer dichtem zu betätigen. Der Haupt nacht eil» der den höchste», erreichbaren Druck bei einem linearen Kompressor begrenzt, beruht, abgesehen von der beachtlichen Genauigkeit in der mechanischen Auslegung der verschiedenen Teile, hauptsächlich s*i£den beweglichen Dichtungen awischen Kolben und Zylinder,, die einen Ye^schleiß proportional zum Druck erleiden., Tatsächlich ruft ein Druckanstieg an einem Dichtungselement ein Ansteigen der Kraft hervor, die die Ringe gegen die Zylindervandung drückt und führt somit au einem Anstieg des Terschleis-=· BeS₅ der dtirch das Gleiten awischen Zylindern und Ringen während der Hin« und Herbewegung des Kolbens hervorgerufen

Andererseits fällt die durch den. Kreuzkopf hervorgerufene Kolbenbewegung niemals genau mit der Zylinderachse susaamien, dies führt ssu.weiteren Stößen fesw· Querkräften sswischen Ringen und Kolben xm& zu kontinuierlichen Lagerungsbewegungen, die oft im SusaaEHsnwirken zu einem Versagen der Abdichtung führen*

Die Arbeitsbedingungen einer Dichtung sowohl hinsichtlich Ringen und Stopfbuchse sind dann umso geeigneter, je mehr die Kolbenbewegung mit der Zylinderachse zusamaenfSlit$ diese Bedingung tritt bei sehr hohen Drücken noch stärker siitage.

Aus Vorstehendem ergibt sich, daß auf des Gebiet der bei sehr hohem Druck arbeitenden Eolbenrerdichtera das eu lösende Hauptproblem, abgesehen von der Verwendung besonderer Dich« tungselemente, in der perfekten Ausrichtung des KoTben-Zylindersystems besteht» Da die Hin- und Herbewegung durch den Kreuzkopf ausgelöst wird* führt dieses Problesi sur Planung eines Kurbeltriebas mit einem Kreuzkopf, bei dem die pexrfekte Koinzidenz der Kolbenbevregung mit der Zylinderachse möglich wird· "_:

Ein Abgehen von den Bedingungen der Idealbewegung, d.h, ein Grund zur PaIsehsusri entlang des ICalbenaylindersystems beruht W auf der Kippbewegung des Kreuzkopfes, tier auf den Kolben ei-. ne Scliwingbewegung um eine Achse senkrecht zu der fies, Zylinders überträgt. Dieses Vsrkippea bexnilit hauptsäehlich auf dem Moment, das durch die Reibung aus der Pendelbewegung der treibst ange um Zapfsn oder Bolzen hervorgerufen wird und auf dem Moment j das bei üblichen Sranskäpfen mit einer einzigen sylin-* driechen Pührung entsteht _r die uater der Kolbenachse angeordnet, ist, in ferbindung mit der irlsitrelbiing unü. den Trägheits-

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kräften der Massen, Sie disymmetriseh am? E©wegungsaehse angeordnet sind. Weitere Gründe der Ealsekausrielitung lassen sieh aus im Ausgangszuetand vorhandenen Versetzungen aufgrund von Fehlern in der Bearbeitung Tino im ZusauiBiejiisaii und aufgrund von Versetzungen, hauptsächlich in der Bbaco des Kurbeltriebes, durch thermische Expansion des Kreuzkopfkärpers ersehen.

ErfindungsgemäB soll nun ein Kurbel trieb mit Kreuzkopf zur Betätigung der Kolben τοη Verdichtern mit hin- und hergehender Bewegung vorgeschlagen werden,, bei dem unter Beseitigung der Nachteile die Anwendung der Kompressoren für den Bereich sehr hoher Brücke möglich gemacht wird«

Erreicht wird diee durch Tertrendung eines Kreus&opfes besonderer Gestalt, welcher die gesamte Treibstange umgibt und, anstatt auf normalen zylindrischen flächen za arbeiten, bei seiner Hin- und Herbewegung durch, zwei starke Insätse geführt wird, die auf einer die Koltenöewegungsaelise enthaltenden Horisontalebene angeordnet sind und über die gesamte Länge des Kreuzkopf es - abgesehen von der freigelassenen Mittelzone - sich erstrecken, ua so die Brehung der Kempressorkurbelwelle möglich bu machen. Der Kreuzkopf wird weiterhin durch zwei andere Ansätze geführt, die in seinem unteren Teil auf einer vertikalen, die Bewegungsachse enthaltenden Ebene angeordnet sind.

Es soll darauf hingewiesen werden, daß für das in Betracht gezogene Anwendungsgebiet der Kreuzkopf-Kurbeltrieb sehr hohen Drücken und damit Nachteilen ausgesetzt wird« die eine strikte Wartung erfordern*

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Ein weiteres Merkmal des Kreuzkopf-Kurbeltriebs nach der Erfin dung ist darin zu sehen₅ daß abgesehen von einfacher Konstruktion und verminderten Gesamtabmessungen ein schneller Zusammen bau und eine einfache Wartung möglich ist.

Der Kreuzkopf—Eurbeltrißb nach der Erfindung kann gleichzeitig die au Paaren sich gegenüberliegende Zylinder gehörenden Kolben, betätigen.

Die Verwendung normaler Kolbenverdichter mit linearer Hin- und ^ Herbewegung mit Paaren eich gegenüberliegender Zylinder,"dereu Kolben durch einen einzigen Kreuzkopf betätigt sind, wird durch die großen Vorteile nahegelegt, die durch solch eine symmetrische Anordnung: erhalten werden. Wenn nämlich der eine Zylinder ansaugt, komprimiert der andere Zylinder und der Bolzen bzw. Zapfen und der Kreuskopfkurbeltrieb brauchen also nur die Differenz der beißen Schübe aufzunehmen, die Abmessung dieser Teile wird somit vermindert.

Weiterhin nehmen die auf den Zapfen oder Bolzen des kleinen 'Jreibstangenendes wirkenden Schubbeanspruchungen bei jeder Drehung der Verdi chterkux-belwelle gleiche und entgegengesetzte Werte an, x*as, wie an sich bekannt, den günstigsten Zustand fc für den Lauf des Kreuzkopfbolsens darstellt.

Tatsächlich führt nlimlieh die Büchse des kleinen Endes der Treibstange nur eine geringe Schv/ingbewagung um den Kreuzkopf bolzen sue und bei der Schmierung solch einer Kupplung ist ein hydro— dynamischer Effekt nicht au. erwarten« Wenn dagegen die Schubbeanspruehungen am Bolzen wie gesagt bei jeder Drehung der Kur« !»eirolle gleiche und entgegengesetzte Werte annehmen, so stellt sich eine zufriedenstellende Schmierung aufgrund des alternie-

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renden Einführens und Herausfiihrens »wischen den Arbeitsflächen ein.

Bsi nur in einer Richtung wirkenden Schub, v/ie bei denen einfacher Zylinder_? ist eine solche Mögliclikeit nicht gegeben, da das öl nicht in der Lage ist, »T/isohen Bolzen und Büchse einzutreten? schneller und großer Vsrsohleiß tritt auf«

Sine beispielsweise Ausführungsform de?? Erfindung soll nun an~ hand der beiliegenden 55siöhnungen näher erläutert werden, in

3?igur 1 eine perspektivische Darstellung des linear beweg ten Hubkolben^Kompreasors mit Paaren, gegenüberliegender Zylinder gibt, wobei der Kurbeltrieb siH: Kreuzkopf nach der !rfin« dung Aawenciung findet?

Pigur 2 ist oin Vertikalseimitt durch die Ausführungsform nach H girr 1 ?

I'^sigur 3 ist eine perspektivische Iiaratellung des Kurbel« {;rlebes (alt eiern Kreuskopf nach der Erfiiulungl

Vigur 4 r.eigt einen StirnacJmitc durch den Kurbeltrieb

X.n (ΪΌ·ΰ. J'.tgTireri 3«igt figur 1 ein. Stshlgeüäuse 1, welches als 'i!räg--iS? für die beiden gegentiberliegaüiclen Zylinder 2 und 3 und .für die Kurbelwelle 4 äes -Eompreaaors wirkt, durch die der pf in realprokiereD.de Sewegimg -ireraetzt wird»

b'i.-ios 2 flöigt die Lagö cIöb Kröualcop-tn 5 iwa.srhalb des Stahl- :'--eija.-i.-;.-s;j i j 3s fall b ■%·.■.f._;. daß aeitte Länge praktisch gleich der ■"-i3---i i^:--a;ä.u:^i>o i :l -<- ΐ-.. ü:v?y] ohtlieh aiucl die 'haiden au den sich

r-ilern ■■'· ba*'- 3 gßhöronden Eolbenstangsn

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und 7 am Mittelpunkt der Stirnwände des Kreuzkopfes 5 befestigt; flache Führungen 8 und 9 fler beiden irertikalen Ansätze 10 und 11 des Kreusskopfes sind zu sehen.-;

Der Kreuzkopf 5 nach der Erf indiiag bestallt aus eiisez* oberen starren Stalilkonstroktion 5¹ und einer unteren ähnlichen starren Stahlkonatraktion 5ⁿ _? welche syüi&efcriseh durch sine Reihe von Bolzen 12 befeatigt ist. Jede Konstruktion bestellt aus zwc-L ähnlichen, mittels dsr Blöcke 13 und 14 i'«n Abstand angeoräne-= teil Seitenteilen, die integral mit den Seiten an iiiren Enden ausgebildet sind. Die Treibstange \5 kann dalier in diesem %wL-üchenraum zur ¥irktmg kommen.. Da die Seitenteile dia durcli die sehr no hen Drücke ausgeübten Beanspruchungen zu. tr&gan habaiij sind sie mit Rippen 16 verstärkt* Jede Seite weist weiterhin eine Öffnung 17 auf, durch, die die Kurbelwelle des Kompressors 4 geführt ist. Die Öffnung 1? iauß -von derartiger Größe sein, daß die Bewegung der Kurbelwelle und damit die Kreuzkopf-Hin- und Herbewegung möglich wird. Jede Seite weist weiterhin eine halbkreisförmige Überhöhung 18 (lobe) auf* so äaß beim Zusammensetzen der beider» Konstruktionen 5* und 5" eia kreisförmiges Loch entsteht, in dem der Bolzen 19 des kleinen Endes der Treibstange geführt ist. Dieser Bolzen i3t dann an äem durch die beiden Fcnstruktionen gebildeten Rahmen darch zwei federnde Ansshlagriiige mit konischer- Oberfläche- die auf die konischen Enden des Zapfens passen_s befestigt (in Figur 3 ist nur ein Aneehlagring su sehen, der andere ist auf der· entge=- gengesetzten Seite symmetrisch zur Achse der Stangen 6 und 1 angeordnet).

Zwischen den Konstruktionen 5* und 5^a werden zwei feste Stahlscheiben 21 12nd 22 eingefühlt, die sieh über die gesamte Mmge des Kreuzkopf es, bis auf die gone, wo die Kurbelwelle 4 arbei-

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tet, erstrecken. Diese Ansätze (wings) stellen von beiden Seiten des Sabmens der- beiden Konstruktionen 5^f und 5" vor und bilden hierdurch viel* Gleit-blöcke _f die In entsprechende flache Horisontalführungeii 23 eintreten, Oie durch das Gehäuse 1 abgestützt sind tuid jeweils in der Mitte ihres Stirnteiles eine Verdickung 24 aufweisen₅ an die das Ende der Kolbenstange befestigt ist.

Die beiden Ansstse 21 und 22 sind mittels nicht-dargestellter Schrauben an die untere Konstruktion 5^ft befestigt und weiterhin zwischen den beiden Konstruktionen 5* und 5™ über eine Reihe von Bolzen 12 arretiert. Diese Ansätze, wie Figur 3 und deutlich erkennen lassen- sind auf einer Horizontalebene ruhend angeordnet, die die Bewegungsacbse der Kolben koineident mit der Achse der Stangen 6 und 7 enthält. An die Bistan«- . blöcke 13 der unteren Konstruktion 5^R sind dann swei weitere vertikale Ansätze 10 und 11 durch Bolzen verspannt, die in geeignete vertikale flache, vom Gehäuse 1 getragene Führungen 8 und 9 eintreten (in den figiar@f! 3 nnä 4 ist nur eier Ansatz 11 und die entsprechende Führung 9 au sehen, der Ansatz 10 und die Führung 8 befinden sich am anderen Ende des Kreuzkopfs). Die vertikalen Ansät se 10 und 11 und die entsprechenden Führungen 8 und 9 sindf wie in Figur 4 dargestellt, auf einer vertikalen, ebenfalls die Bewegungsachee der Kolben enthaltenden Ebene angeordnet, d.h. sie sind symmetrisch zian Stirnabechnitt des Kreuzkopfes angeordnet- Wenn daher aufgrund der Drehung,der Kompressor-Kurbelwelle 4 die Treibstange 15 eine resiprokierende Bewegung auf den durch die beiden Konstruktionen 5* und 5^M gebildeten Rahmen tibertragt, so wird dieser Rahmen durch die AnsMtze 21 und 22 in seiner resiprokierenden Bev^regung durch die flachen Horisontalfiihrungen geführt, die auf der die Bev/egungsaeiise der Kolben enthaltenden Ebene wirken. Hierdurch ü/eräen bis auf vernachläßsigbare Werte die lacb-

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teile reduziert, die von der Kippbewegung und von Bearbeitungsund Montageungenauigkeiten herrühren. Die von den Kippbewegungen herrührenden Schwingungen werden umao kleiner, je schmaler der Spalt a zwischen den Führungen und den Gleifblöekea dee Kreuzkopfes und je größer die Gleitlänge 1 ist.

Der erfindungsgemäße Kreuzkopf, der den größten Teil der Masohinenbreite einnimmt, besitzt eine recht beachtliche Gleitlänge 1 und der Spalt £, der bei den üblichen Kreuzköpfen einige Zehntel Millimeter betragen muß, um die thermische Ausdehnung des Crleitkörpers zu kompensieren, kann bis auf Hundertstel Millimeter reduziert werden, da jetzt der Abstand zwischen den Führungen nur wenige Zentimeter beträgt; die zulässigen Schwingungen, proportional zum Verhältnis s/l werden daher so klein wie möglioh.

Da darüberhinaus flache Führungen koinzident mit der Bewegungsachse der Kolben verwendet werden, wird es möglich, eine Einheit völlig symmetrisch hinsichtlich der die Bewegungsachse enthaltenden Horizontalebene zu gestalten; auf diese Weise wird es möglich, sowohl die alternierenden Kippmomente aufgrund der Reibkräfte auf die Führungen und die Momente auf- grund der Trägheitskräfte der Massen zu beseitigen, die symmetrisch bezüglich der Bewegungsachse angeordnet sind.

Der erfindungsgemäße Kreuzkopf, der sowohl in einer horizontalen Ebene wie in einer die Bewegungsachse der Kolben enthaltenden vertikalen Ebene durch die Ansätze 10 und 11 und die entsprechenden flachen Führungen 8 und 9 geführt ist, ermöglicht des weiteren eine Beseitigung der Versetzungen aufgrund thermischer Expansion« Diese auf die Erwärmung zurückzuführenden Expansionen können die Bewegungsachse nicht verändern,

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da sie immer symmetrisch bezüglich dieser Achse auftreten.

Auch, führt die Bearbeitung an Gestellen großer Abmessung wie nach der Erfindung, selbst unter Verwendung der besten Werkzeugmaschinen, unvermeidliche geometrische Ungenauigkeiten herbei * TTm die sum Ausrichten des Kolben-Zylindersystems erforderliche Genauigkeit zu erreichen, wird eine Handeinstellung notwendig. Es ist Iclar, daß diese Einstellung für den Pail flacher Führungen und Oberflächen leichter wird als für den Pail der üblichen zylindrisehen !Führungen und Plächent Hierin liegt ein weiterer Torteil der Erfindung,

Schließlich ermöglicht der Kreuzkopf nach der Erfindung eine schnelle und einfachere Wartung für den Pail, daß Schäden auftreten sollten. Diö üblichen Kreuzköpfe sind von derartiger !Formgebungy daß die Entfernung von einem ihrer Teile den verbleibenden Seil labil macht, wobei dies im" Wartungsfalle erforderlieh macht, daß der gesamte Kreuzkopf Element um Element auseinandergenommen wird, was selbstverständlich einen Zeitverlust bedeutet. Erfindungsgemäß gentigt es dagegen, die Reihe von Bolzen 12 loszuschrauben und nur die obere Konstruktion 5¹ zu entfernen, um jeden Teil des Kreuzkopfes leicht zugänglich zu machen.

Selbst wenn die-Konstruktion 5' entfernt ist, wird die Einheit nämlich nicht labil, verbleibt vielmehr stabil und steif, da die Ansätze bztf. Schenkel 21 und 22, die auf den entsprechenden Führungen 23 ruhen., den gesamten Rahmen tragen und starr an die untere Konstruktion 5ⁿ angeschraubt sind. Die'Ausrichtung, der Stangen und Führungen wird nicht verändert ₉ da diese an der unteren Konstruktion 5" befestigt verbleiben.

Patentansprüche

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Claims

Case 249 ' " PATENTANSPRÜCHE

1.) I Kur "bei tri el) mit Kreuzkopf in Sonderbauart für Hochdruck-Jiolbenverdicliter mit Paaren sich gegenüberliegender Zylinder, einem die Zylinder tragenden Stahlgehäuse, wobei die Kompressor-Kurbelwelle und die Führungen, auf denen der hin- und hergehende Kreuzkopf gleitet, durch eine !Treibstange bebätigt werden, gekennzeichnet durch zwei ähnliche steife Konstruktionen (5'» 5")? die sich fast über die gesamte Länge des G-ehäiissa (1) erstrecken und wobei diese oberen und unteren Konstruktionen (5M 5") symmetrisch verschraubt und die gesamte Treibstange (15) umgebend angeordnet sind und eine öffnung für die Kurbelwelle (5) und ein Loch für den Treibstaxigendrehzapfen (19) bilden.

2,) Kurbeltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden steifen Konstruktionen jeweils durch zwei mit Rippen (16) verstärkte Seitenteile gebildet sind, die durch an ihren Enden integral ausgebildete Mstanzblöcke (135 H) im Abstand gehalten sind»

3.) Kurbeltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen diesen steifen Konstruktionen zwei flache Ansätze (8? 9) eingeführt sind, die an die untere Konstruktion angeschraubt sind und über die gesamte Länge eben dieser Konstruktionen jedoch entsprechend der öffnung für die Kurbelwelle sich erstrecken und, vorstehend von dea Konstruktionen, vier horizontale flache (Jleitblöcke bilden, wobei die Gleitblöcke auf einer horizontalen, die Bewegungsachse der Kolben der beiden sich gegenüberliegenden Zylinder enthaltenden

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Ebene angeordnet sind.

4.) Kurbeltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitblöcke auf horizontalen, flachen durch das Stahlgehäuse gelagerten Führungen ruhen.

5.) Kurbeltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß unter der unteren Konstruktion und an ihren vorderen Enden zwei vertikale flache Ansätze (10; 11) vorgesehen sind, die in zwei vertikale flache Führungen (8; 9) eintreten, welche ihrerseits durch das Stahlgehäuse (1) angeordnet auf einer vertikalen, die Bewegungsachee der Kolben enthaltenden Ebene abgestützt sind,

6.) Kurbeltrieb mit einem Kreuzkopf in Sonderbauart zur Betätigung der Kolben eines Hochdruck-Kompressors mit hin- und hergehender Linearbewegung, mit Paaren sich gegenüberliegender Zylinder, im wesentlichen wie dargestellt und beschrieben.

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