DE2150035A1 - Zylinder fuer Hubkolbenverdichter - Google Patents

Description

ZYLINDER FÜR HUBKOLBENVERDICHTER

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Hubkolbenverdichter und genauer auf Zylinder für Hubkolbenverdichter.

Die Erfindung kann auch bei Pumpen, einschließlich Spülpumpen für Verbrennungsmotoren, angewandt werden.

Es sind Zylinder für Hubkolbenverdichter mit zylindrischen Saug- und Druck ventilen allgemein bekannt.

Bei den bekannten Zylindern befinden sich die Ventile in Aussparungen in dem Gehäuse und in den Deckeln.

Bei den derartig ausgeführten Zylindern ist wenig Platz zum Unterbringen der Ventile vorhanden und die Durchlaßquerschnitte in letzteren sind unzureichend· Des-

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halb müssen in den Ventilen verhältnismäßig hohe Gasgeschwindigkeit en zugelassen werden und es müssen hohe Energieverluste in Kauf genommen werden, die 10... 15% der vom Verdichter aufgenommenen Energie erreichen. Es werden, um diese Verluste zu begrenzen, mäßige mittlere Geschwindigkeiten des Kolbens in den Verdichtern gewählt, die nur halb so groß wie die in Verbrennungsmotoren sind. Ein weiterer Nachteil der derartig ausgeführten Zylinder ist das verhältnismäßig große Volumen des "Totraums", der durch, die Ventilaussparungen und den öffnungen, welche diese Aussparung«?*.!, mit dem Zylinderraum verbinden, gebildet ist.

Beide Nachteile haben größere Außenmaße und höheres Gewicht des Verdichters zur Folge sowie sind der Grund für eine komplizierte Zylinderform.

Ee ist das Ziel der Erfindung, die erwähnten Nachteile zu beseitigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinder für Hubkolbenverdichter zu schaffen, welcher die Wirtschaftlichkeit des Zylinders erhöht, höhere Kolbendurchschnittsgesehwindigkeit zuläßt sowie geringeres Gewicht und kleinere Außenmaße des Verdichters bei vereinfachter Zylinderkonstruktion eicherstellt.

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Die gestellte Aufgabe wird durch einen Zylinder für Hubkolbenverdichter mit zylindrischen Saug- und Druckventilen gelöst, bei dem erfindungsgemäß die Ventile im stirnseitigen Zylinderteil aufeinanderfolgend, direkt hintereinander und koaxial mit der Lauffläche des Zylinders angeordnet sind sowie mit einer Saug- und einer Druckkammer, welche die Ventile umgeben, in Verbindung stehen.

Am zweckmäßigsten wird der Zylinder so ausgeführt,

daß sich das Druckventil näher am Zylinderkopf befindet.

bei Es ist zweckmäßig, den Zylinder doppeltwirkende."

Aisgeführung mit zwei Paaren zylindrischer Ventile auszurüsten, die zu gegenüoerliegenden Zylinderräumen gehören, und mit einer .-.-■; ... Lauf büchse zu versehen, die mit ihren Stirnseiten an einem Ventil des Ventilpaars der gegenüberliegenden Zylinderräume anliegt und einen Außendurchmesser besitzt, der nicht kleiner als der Außendurchmesser der Ventile ist, so daß alle Zylinderventile zusammen mit der Büchse über eine der stirnseitigen Zylinderbohrungen herausgezogen werden können.

Nachstehend wird die vorliegende Erfindung durch ausführliche Beschreibung konkreter Ausführungsbeispiele derselben und beiliegende Zeichnungen erläutert; es zeigt JPig .1 die Gesamtansicht einer der Ausführungsvarian-

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einem ten eines doppeltmrkenden Zylinders mit gemeinsamen,

die Zylinderbuchse und die Saugventile umgebenden Saugraum, im Längsschnitt,

Fig.2 eine andere Ausführungsvariante des doppeltwirkenden Zylinders mit getrennte jedes der Saugventile umgebendenSaugräumen im Längsschnitt,

Fig.3 eine weitere Ausführungsvariante des Zylinders, bei der die zylindrischen, die Saug- und Druckventile umgebenden Räume durch Innenkanäle miteinerSaug- und einer Drucksammelleitung verbunden sind, im Längsschnitt und Fig.4 einen Schnitt nach Linie IV-IV der Fig.2.

Die vorliegende Erfindung besteht aus einem Zylinder für Hubkolbenverdichter mit zylindrischen Saug- und Druckventilen, die aufeinanderfolgend hintereinander und koaxial mit der Lauffläche des Zylinders angeordnet sind, wobei die Ventile durch Dichtungen voneinander getrennt sind. Auf diese Weise werden das Saug- und das Druckventil in Form von Hingen angeordnet, die koaxial zur Zylinderbüchse liegen.

Bei einer solchen Ausführung des Zylinders können leicht große Durchlaßquerschnitte durch Wählen der zu diesem Zwecke erforderlichen Breite der zylindrischen Ventile vorgesehen werden. Hierbei werden die Energieverluste in den Ventilen vermindert, kann die Arbeiiegeechwin-

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digkeit des Hubkolbenverdichters bedeutend erhöht und gleichzeitig wesentliche Vergrößerung des "Totraums" vermieden werden, was insgesamt äußerst wichtig zum Schaffen von schneilaufenden, wirtschaftlichen und kompakten Hubkolbenverdichtern ist.

Außerdem wird die Betriebssicherheit des Verdichters durch bessere Arbeitsbedingungen des Kolbens erhöht. Bei den Zylindern bekannter Konstruktionen mit Ventilkammern am Gehäuse verformt die Kraft, mit der die Ventile befestigt sind, den Zylinder. Zu den Verformungen durch Kräfte kommen noch Verformungen durch Temperaturen hinzu. Letztgenannte Verformungen entstehen, däedie Saugventile an einer Gehäuseseite und die Druckventile an der anderen angeordnet sind. Bei den erfindungsgemäß ausgeführten Zylindern sind solche Verformungen nicht vorhanden, und da die Zylinderform genau- beibehalten wird ist beim Verdichterbetrieb vollkommenes Anliegen des Kolbens sichergestellt, wodurch Verschleiß der Reibflächen und Ausströmen von Gas vermindert werden.

Diese Erfindung ermöglicht es, zylindrische Ventile, insbesondere zylindrische Schrägsitzventile, mit vergrößertem Durchlaßquerschnitt, der 2...5mal größer als der Durchlaßquerschnitt in üblichen Ventilen ist, anzuordnen.

Bekanntlich senken sich die Energieverluste proportional

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dem Quadrat der Durchlaßquerschnittvergrößerung. Dieser Umstand ermöglichtes, die Energieverluste in den erfindungsgemäß ausgeführten Ventilen um das 4...25fache zu senken oder bedeutend die Arbeitsgeschwindigkeit der Hubkolbenverdichter vieler Typen und Zweckbestimmungen zu steigern· In Verbindung hiermit sind in erster Linie Gasförder-Hubkolbenverdichter zu erwähnten. Sie arbeiten bei verhältnismäßig niedrigen Druckverhältnissen und deshalb belasten die Energieverluste, welche in den Ventilen entstehen, die geleistete nützliche Arbeit mit großen Unkosten. Folglich ist dank des Widerstands in den Ventilen dieser Maschine der Energieaufwand größer als bei anderen Maschinen und dementsprechend der Nutzen bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung höher.

Es ist vor allem zweckmäßig, die erxindungsgemäß ausgeführten Zylinder für Mittel- und Hochdruck stufen zu verwenden. Es ist nicht schwierig, für .sie zylindrische Ventile mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser herzustellen. Das Gewicht dieser Ventile und der Büchse ermöglicht es, sie ohne Sondervorrichtungen gemeinsam leicht aus dem Zylinder herauszuziehen.

Bei Gasmotorverdichtern, bei denen der Verdichter zusammen mit dem Verbrennungsmotor ausgeführt ist und mit ihm gemeinsames Triebwerk besitzt, wird eine verminderte

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Motorkolbengeschwindigkeit gewählt, die gleich der für den Verdichter zulässigen Geschwindigkeit ist. Der Einsatz von erfindungsgemäßen Zylindern bei letzterem vermindert diese Begrenzung. Beim Erhöhen der Arbeitsgeschwindigkeit der Gasmotorverdichter, welche recht wesentlich anwachsen kann, und beim gleichzeitigen Erhöhen der Kurbelwellendrehzahl werden Gewicht und Außenmaße der Maschine geringer. Dieser Umstand ist umso wichtiger, da Gasmotorverdichter in vielen fällen an schwerzugängliche Stellen gebracht werden müssen.

Der in Fig.1 abgebildete Zylinder besitzt ein Gehäuse 1, Deckel 2 und 5, die sich auf beiden Seiten des Gehäuses befinden, einen Kolben 4 mit Kolbenstange 5, eine Büchse 6 und vier zylindrische Ventile 7 und 8, von denen die beiden Ventile 7 Saugventile und die beiden Ventile 8 Druckventile sindi. Alle diese Ventile sind koaxial mit der Laufläche 9 des Zylinders oder genauer seiner Büchse angeordnet.

Der Zylinder ist doppeltwirkend. Seine Arbeitsräume 10 und 11 befinden sich auf beiden Seiten des Kolbens 4. Zum Einsaugen von Gas in den Zylinder ist ein Saugstutzen 12 vorgesehen, welcher mit einer Saugkammer in Verbindung steht, die die Büchse 6 und die Saugventile umgibt.

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An aeder Stirnseite der Büchse 6 schließt sich ein Paar der Ventile. 7 und 8 an, wobei das Druckventil 8 nä-Aer am Zylinderkopf liegt.

Die Büchse wird in das Gehäuse 1 des Zylinders ^rei eingesetzt. Die Ventile 7 und 8 werden, um die Demontage zu erleichtern, mit der Büchse 6 verbunden und können zusammen mit ihr auf der Seite des Deckels 3 herausgenommen werden.

Die zylindrischen Druckventile 8 werden von kreisförmigen Druckkammern 14 umgeben, die zum ungehinderten Ausströmen des Gases erforderlich sind, wobei diese Kammern von der Saugkammer 13 durch einen zwischen cien Ventilen 7 und 8 befindlichen King 15 getrennt sind. Leitzterer wird beispielsweise durch Gummidichtung oder - stülp in der Zwischenwand 17 abgedichtet.

Ähnliche Dichtungen oder Stulpe 16 werden auch im Zylinder zum Abdichten der Deckel 2 und 3 sowie eines Außenrings 18, der zum Festhalten der Ventilelemente dient, verwendet.

Der in Fig.1 abgebildete Zylinder arbeitet folgendermaßen.

Gas gelangt über den Saugstutzen 12 in die Saugkammer 13, kühlt auf seinem Weg die Büchse 6, strömt über die Saugventile 7 entweder in den Arbeitsraum 10 oder den

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Arbeitsraum 11 des Zylinders.

Da die zylindrischen Saugventile 7 von den Deckeln 2 und J weiter als die Druckventile 8 entfernt sind, wird das angesaugte Gas nicht unerwünschterweise erwärmt, wodurch andernfalls die Verdichtungsarbeit vergrößert würde.

Aus dem Arbeitsraum 10 beziehungsweise 11 des Zylinders austretendes, komprimiertes Gas wird über die Druckventile δ weiterbefördert. Beim Ausströmen aus diesen Ventilen gelangt das Gas in die kreisförmigen Kammern 14, welche aus allmählich sich erweiternden, die Druckventile δ umfassenden Kanälen bestehen. Weiterhin strömt das Gas über die Druckstutzen 19 in die (aus der Zeichnung nicht ersichtliche) Druckrohrleitung.

Die in Fig.2 abgebildete Ausführungsvariante des Zylinders unterscheidet sich durch das Vorhandensein von getrennten Saugstutzen 20 für die Arbeitsräume 21 und 22 sowie von getrennt ausgeführten, kreisförmigen Kammern 22 und 24 nicht nur für die Druckventile 25, sondern auch für die Saugventile 26. Dies erleichtert es, Wasserkühlung um die Büchse 27 vorzusehen, wobei in diesem Fall das Zylindergehäuse aus einem Stück gefertigt oder aus zwei Köpfen 28, welche je ein Saugventil 26 und ein Druckventil 25 enthalten, mit mantelförmigem Zwischenteil 29 bestehen kann. Innerhalb des letzteren befindet sich der

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wassergefüllte Raum 30, der das Kühlen der Büchse 27 ermöglicht.

Pas Zylindergehäuse besteht manchmal aus zwei Teilen mit querliegender Teilfuge in Höhe . der Büchsenmitte· Die Büchse sitzt hierbei zur Hälfte in einem iylinderteil und zur Hälfte im anderen. In diesem Falle sind die kreisförmigen Kannnern und Stutzen zum Ansaugen und Weiterbe·^ fördern des Gases analog der in Fig.2 abgebildeten Ausführung gebaut. Es werden jedoch, da kein Deckel vorhanden ist, die Ventile beider Arbeitsräume und die im Gleitsitζ eingebaute Büchse über die Teilfuge in der Mitte der Gehäueeteile herausgenommen.

Der in Fig.2 abgebildete Zylinder arbeitet folgendermaßen.

Gas wird abwechselnd über die Stutzen 20 angesaugt·

Danach gelangt das Gas in die kreisförmige Kammer 24, passiert das Saugventil 26 und strömt in den Arbeitsraum 21 bzw. 22 des Zylinders. Das Fördern des komprimierten Gases erfolgt ebenfalls abwechselnd. Letzteres passiert die Druckventile 25, gelangt in die kreisförmigen Räume 23 und strömt weiter über die Druckstutzen 31 in die Druckrohrleitung.

Der in Fig.3 abgebildete Zylinder entspricht in bezug auf Saug- und Druckventile 32, 33, Deckel 34, 35,

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Büchse 36 und Kolben 37 der Ausführung des aus KLg.1 ersichtlichen Zylinders. Der Unterschied besteht in der konstruktiven Ausführung des Zylindergehäuses 38, wobei die Saug- und Druckkanäle 39 und 40, welche in den Kanal bzw. 42 um entsprechende Ventile 32 und 33 übergehen, die kreisförmigen Kammern für die «inander gegenüberliegenden Arbeitsräume 43, 44 des Zylinders mit dem

gomeinnamen

für 3e zwei VentiIeVSaugstutzen 45 bzw. Druckstutzen 46 verbinden. Saugstutzen 45 und Druckstutzen 46 sind in das Zylindergehäuse so eingebaut, daß sie im läehrreihen-Hubkolbenverdichter mit mehreren parallelliegenden Zylindern gemeinsame Sammelleitungen 47 t 48 für aas Ansaugen beziehungsweise Weiterbefördern des Gases bilden.

Der Zylinder arbeitet analog den obenbeschriebenen, in SIg.1 und 2 abgebildeten Zylindern.

Es werden, um Montage und Demontage zu erleichtern, die Ventilelemente und die Zwischenringe mit der Zylinderbuchse verbunden· Sie können gemeinsam leicht aus dem Zylinder herausgenommen oder in ihn eingesetzt werden.

Schmierstoff wird, wenn dies erforderlich ist, über einen Zylinderdeckel und weiter längs den Arialkanälen in den Ventilen und im Büchsenkörper in die Büchse geleitet. Hierbei passieren die Kanäle die zum Abdichten geschliffenen und aneinander angepaßten Stirnflächen an den Stoß-

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stellen einander zugeordneter Teile. Auf dieselbe Weise wird, wenn dies erforderlich ist, Kühlflüssigkeit zur Büchse und von ihr fort geleitet. Hierbei kann die Kich.se Innenkanäle enthalten, welche intensive Wärmeableitung und gleichmäßige Kühlung sicherstellen. Zum Zu- und Ableiten der Kühlflüssigkeit und des Schmierstoffs können auch radialgerichtete abnehmbare Stutzen vorgesehen werden.

Bei niedrigen Druckverhältnissen in den Zylindern verschiedenartiger Verdichter, einschließlich Gasforder und Gasmotorverdichter, besitzen die Zylinder keine Kühlung. In diesem Falle braucht zur Büchse keine Kühlflüssigkeit geleitet zu werden. Die Büchse kann, wie dies in Fig.1, 3 und 4 gezeig-rt ist, durch angesaugtes ^as gekühlt werden.

Bei Hubkolbenverdichtern werden Konstruktionen angetroffen, bei denen sich in einem Hochdruckzylinder die

en

Arbeitsräume zwei verschiedener Druckstufen befinden. Bei ihnen liegt der Raum der niedrigeren Druckstufe im Zylinder am stirnseitigen Deckel und der Raum der höheren Druckstufe am Deckel mit der Stopfbuchse. Auch in diesem Falle können Zylinder mit zylindrischen Ventil en an den Enden der frei eingesetzten Büchse, wie dies vorliegend Vorgeschlagen wird, verwendet werden,

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da aber die Arbeitsräume der Zylinder für zwei verschiedene Druckstufen mit verschiedenen Leitungen des Gasnetzes in Verbindung stehen, haben die Zylinder vier voneinander getrennte Stutzen - je einen für den ringförmigen Raum an jedem der Ventile (analog der Anordnung in Fig.2).

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Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE

1.!Zylinder für Hubkolbenverdichter mit zylindrischen Saug- und Druckventilen, dadurch gekennzeichnet _t daß die Ventile (7» 8) im stirnseitigen Zylinderteil aufeinanderfolgend, direkt hintereinander und koaxial mit der Lauffläche (9) des Zylinders angeordnet sind sowie mit einer Saugkammer (13) und einer Druckkammer (14), welche die Ventile umgeben, in Verbindung stehen.

2. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sich das Druckventil (8) näher am Zylinderkopf befindet.

2. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch

gekennzei chnet , daß ~ der Zylinder bei doppeltwirkender Ausführung mit zwei Paaren zylindrischer Ventile (7» 8) ausgerüstet wird die zu gegenüberliegenden Zylinderräumen (10, 11) gehören, und mit einer . Laufbuchse (6) versehen wird,

die mit ihren Stirnseiten an einem Ventil des Ventilpaars (7, 8) der gegenüberliegenden Zylinderräume (10, 11) anliegt und einen Außendurchmesser besitzt, der nicht

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kleiner als der Außendurchmesser der Ventile ist, so daß alle Zylinderventile zusammen mit der Büchse über eine der stirnseitigen Bohrungen des Zylinders herausgezogen werden können·

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