DE2216736A1

DE2216736A1 - PISTON COMPRESSOR STAGE

Info

Publication number: DE2216736A1
Application number: DE19722216736
Authority: DE
Inventors: Wladimir Sergejewitsch Dawydow; Igor Semenowitsch Prostorow
Original assignee: LENINGRADSKIJ NAUTSCHNO-ISSLEDOWATELSKIJ INSTITUT CHIMITSCHESKOWO MASCHINOSTROJENIJA; Leningradskij Ordena Lenina Politechnitscheskij Institut Imeni Mi Kalinina; Leningradsky Politekhnichesky Institut; LE NII KHIM MASH
Current assignee: LENINGRADSKIJ NAUTSCHNO-ISSLEDOWATELSKIJ INSTITUT CHIMITSCHESKOWO MASCHINOSTROJENIJA; Leningradskij Ordena Lenina Politechnitscheskij Institut Imeni Mi Kalinina; Leningradsky Politekhnichesky Institut; LE NII KHIM MASH
Priority date: 1972-04-07
Filing date: 1972-04-07
Publication date: 1973-10-18

Description

KOLBENVERDICHTERSTUFE Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Kompressorenbau, insbesondere auf einen Kolbenverdichter Die Erfindung wird vorzugsweise in Hochdruckverdichtern ohne Zylinderschmierung verwendet. PISTON COMPRESSOR STAGE The present invention relates to the compressor construction, in particular a reciprocating compressor The invention is preferably used in high pressure compressors without cylinder lubrication.

Es Libt eine Kolbenverdichterstufe, die unter sehr hohen Drücke ohne Zylinderschmierung arbeitet. Die Kolbenverdichterstufe enthalt einen Zylinder mit Verdichtungsraum und Kolben, der in diesem Raum untergebracht ist. Der Kolben einer solchen Verdichterstufe ist mit einer festen Buchse mit einer Hohlkehle versehen, auf deren Außenfläche eine bewegliche Stopfbuchse angeordnet ist, die sich unter Einwirkung des Druckgefälles auf der festen Buchse hin- und herbewegt, sich längs der abgerundeten Aushohlung verformt und damit die Abdichtung des Zylinders mit dem Verdichtungsraum sicherstellt, in dem der Arbeitsprozeß vor sich geht (siehe die USA-Patentschrift Nr. 3.303.757 Kl. 92-201, 1967). There is a reciprocating compressor stage that works under very high pressures without Cylinder lubrication works. The reciprocating compressor stage contains a cylinder with Compression chamber and piston, which is housed in this space. The piston one such a compressor stage is provided with a fixed socket with a groove, on the outer surface of which a movable stuffing box is arranged, which is located below Action of the pressure gradient on the fixed bushing moves back and forth, longitudinally the rounded cavity is deformed and thus the sealing of the cylinder with it ensures the compression space in which the work process occurs themselves (see U.S. Patent No. 3,303,757 Cl. 92-201, 1967).

Bei einer solchen Ausführung der Kolbenverdichterstufe kommt es jedoch sehr schnell zum Verschleiß der Stopfbuchse und der Zylinderarbeitsfläche selbst in den Bällen, wo verschleißfeste Überzugstoffe angewandt werden, da in der engen Kontakt zone der Reibung und Abdichtung eine bedeutende Wärmeabgabe erfolgt. With such a design of the reciprocating compressor stage, however, it occurs very quickly to the wear of the stuffing box and the cylinder working surface itself in the balls, where wear-resistant cover materials are used, because in the tight Contact zone of friction and sealing a significant heat release occurs.

Der hohe Reibwert der selbstschmierenden Werkstoffe unter den Verhältnissen ihrer arbeit ohne Zylinderschmierung und die bedeutende Wärmeabgabe in der engen Zone der Reibung fuliren zur Verringerung der Arbeitsdauer einer solchen Abdichtung, besonders beim Erreichen der kritischen Temperatur des Materials in der Reibungszone gemäß den Bedingungen seiner Verschleißfestigkeit. Der Verschleiß der Stopfbuchse führt darüber hinaus zur Verringerung ihrer Lange, was das Volumen des "toten" Raums vergrößert und die Leistungsfähigkeit der Kolbenverdichterstufe vermindert. The high coefficient of friction of the self-lubricating materials under the conditions Their work without cylinder lubrication and the significant heat release in the tight Fill the friction zone to reduce the working time of such a seal, especially when the critical temperature of the material in the friction zone is reached according to the conditions of its wear resistance. The wear of the stuffing box also leads to a reduction in their length, which is the volume of "dead" space increased and the efficiency of the reciprocating compressor stage reduced.

ks ist eine Kolbenverdichterstufe bekannt, die einen Lylinder mit Verdichtungsraum und Kolben mit geschlitzten Dichtungsringen und einer Labyrinthdichtung enthält, Der Kolben wird dabei e mit dem Zylinder koaxial angeordnet. Die auf dem Kolben angeordnet Labyrinthdichtung ist vor den Dichtungsringen zur Seite des Dichtungsraums aufgestellt (sieh Handbuch "Sauerstoff", Teil 1, Verlag "Metallurgie", UdSSR, Moskau, 1967, S. 304, Bilder YI-15). ks a reciprocating compressor stage is known that has a cylinder with Compression chamber and piston with slotted sealing rings and a labyrinth seal contains, the piston is arranged e coaxially with the cylinder. The one on the Piston arranged labyrinth seal is in front of the sealing rings on the side of the sealing chamber set up (see manual "Oxygen", Part 1, Verlag "Metallurgie", USSR, Moscow, 1967, p. 304, pictures YI-15).

Die auf diese Weise ausgeführte Kolbenverdichterstufe weist jedoch einen üeringeren Wirkungsgrad infolge des Verlustes des die komprimierten Arbeitsmediums durch Schlitze der Dichtungsringe auf. Bei einer solchen Ausführung der Verdichterstufe wird der letzte Dichtungsring außerdem sehr schnell verschleißen, da er einem größten Druckgefälle ausgesetzt ist. Der schnelle Verschleiß des letzten Dichtungsringes führt zu einem zunehmenden Verlust des komprimierten Arbeitsmediums und damit zu einer starken Verminderung des Wirkungsgrades der Verdichterstufe. The piston compressor stage carried out in this way has However an excess efficiency due to the loss of the compressed working medium through slots in the sealing rings. With such a design of the compressor stage the last sealing ring will also wear out very quickly because it is one of the largest Is exposed to pressure gradient. The rapid wear of the last sealing ring leads to an increasing loss of the compressed working medium and thus to a strong reduction in the efficiency of the compressor stage.

Man ist daher bestrebt, das Druckgefälle an dem letzten Dichtungsring zu verringen, zum Beispiel durch den Einsatz einer größeren Anzahl von Dichtungsringen. Die Anwendung einer größeren zahl von Dichtungsringen ist jedoch wegen der Verlängerung des Kolbens nicht zweckmäßig, da es zu einer Vergrößerung der Außenmaße der Kolbenverdichterstufe führt.The aim is therefore to reduce the pressure drop on the last sealing ring to reduce, for example by using a larger number of sealing rings. The use of a larger number of sealing rings, however, is because of the extension of the piston is not useful, as it increases the external dimensions of the piston compressor stage leads.

Der Erfindung ist die Aufgabe zugrunde gelegt, die Verluste des Arbeitsmediums durch die Erhöhung der Verschleißfestigkeit des letzten Dichtungsringes zu vcrringen. The invention is based on the object of reducing the losses of the working medium by increasing the wear resistance of the last sealing ring.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, das der Kolben mit einer zweiten Labyrinthdichtung versehen ist, die hinter den geschlitzten Dichtungsringen angeordnet ist. Eine solche Ausführung der Kolbenverdichterstufe verringert die Verluste des komprimierten Arbeitsmediums beträchtlich, da die Labyrinthdichtung einen zusätzlichen Widerstand gegen diese Verluste darstellt. Die Verringe rung der Verluste des Arbeitsmediums führt zur Erhöhung des Wirkungsgrades der Kolbenverdichterstufe. Die Dichtungsringe verschleißen darüber hinaus weniger, da sie nun geringerem Druckgefälle ausgesetzt sind. This object is achieved in that the piston with a second Labyrinth seal is provided, which is arranged behind the slotted sealing rings is. Such a design of the reciprocating compressor stage reduces the losses of the compressed working medium considerably, since the labyrinth seal has an additional Represents resistance to these losses. The reduction of the losses of the working medium leads to an increase in the efficiency of the reciprocating compressor stage. The sealing rings In addition, they wear out less as they are now lesser Pressure gradient are exposed.

Die Kolbenverdichterstufe kann gemäß einer Ausführungsvariante eine zweite Labyrinthdichtung in Form einer Buchse, die mit dem Zylinder koaxial angeordnet ist und auf ihrer Außenfläche Ringnuten aufweist, haben. According to an embodiment variant, the piston compressor stage can be a second labyrinth seal in the form of a bushing, which is arranged coaxially with the cylinder and has annular grooves on its outer surface.

Eine andere Variante der Äusfdiirung der Solbenverdichterstufe besteht darin, daß die zweite Labyrinthdichtung aus mindestens zwei ungeschlitzten Dichtungsringen besteht, die in einem Abstand voneinanfer aufgestellt sind. Another variant of the design of the solenoid compressor stage exists in that the second labyrinth seal consists of at least two unslit sealing rings which are set up at a distance from one another.

Die erfindungsgemäß ausgeführte Kolbenverdichterstufe hat bei einem Kompressionsdruck von 400 kp/cm² ohne Zylinderschmierung ein Druckverhältnis 3 und bei einer durchschlittlichr;n Fördergeschwindigkeit von 3,2 m/s einen Volumenverlust von maximal 5% bei einem Betrieb im Laufe von 800 Stunden. Bei Betriebsdauer bis.1000 Stunden macht der Volumenverlust nicht über 8%+ 10-a aus. The piston compressor stage designed according to the invention has in one Compression pressure of 400 kp / cm² without cylinder lubrication a pressure ratio of 3 and a volume loss at an average conveying speed of 3.2 m / s of a maximum of 5% when operated for 800 hours. With an operating time of up to 1000 The loss of volume does not amount to more than 8% + 10-a hours.

Die weiteren Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den beigefügten Zeichnungen verståndlich sein, Es zeigt Fig. 1 die erfindungsgemäß ausgeführte Kolbenverdichterstufe (Längsschnitt); Fig. 2 eine andere Ausführungsvariante der Kolbenverdichterstufe (Längsschnitt). The other objects and advantages of the invention will appear from the following detailed description of the exemplary embodiments and the accompanying drawings Fig. 1 shows the piston compressor stage embodied according to the invention (Longitudinal section); Fig. 2 shows another embodiment of the piston compressor stage (Longitudinal section).

Die Kolbenverdichterstufe (Fig.1) enthält einen Zylinder 1 mit Verdichtungsraum 2 und Kolben 3 mit geschlitzten Dichtungs ringen 4, Labyrinthdichtung 5 und einer zweiten Labyrinthdichtung in Form der Buchse 6 mit Ringnuten, wobei die Dichtungsringe 4, die tabyrinthdichtung 5 und die Buchse 5 aus Fotoroplast-4 mit Füllstoff hergestellt sind. Der Kolben 3 stellt einen Bolzen 8 mit einem Kopf 9 dar. Er wird im Zylinder 1 mit Hilfe von Auflagerringen 10 und 11 fixiert, die auf ihrer Außenfläche Drallnuten (auf Fig.1 nicht gezeigt) zur Druckentlastung der Ringe haben. Der Ring 11 ist dabei in einer Hülse 12 und der Ring 10 auf dem Bolzen 8 des Kolbens 3 angeordnet. Auf dem Bolzen 8 des Kolbens 3 sind darüber hinaus Hülsen 13, 14 und 15 befestigt. Auf der Hülse 13 ist die erste Labyrinthdichtung 5 und aufder Hülse 15 die Buchse 6 untergebracht. Die geschlitzten Dichtungsringe 4 den sind wegen der geringen Elastizität ihres Materials auf Hülsen 14 zusammen mit Expandern 16 aufgesetzt , die in der Regel aus Bronze gefertigt werden und den Andruck der Dichtungsringe 4 gegen die Wandung des Zylinders 1 in der Anfangsperiode des Betriebs der Verdichterstufe gewährleisten. Die Labyrinthdichtung 5 befindet sich vor den geschlitzten Dichtungsringen 4 zur Seite des Verdichtungsraums 2, die Buchse 6 mit den Ringnuten 7 liegt hinter den geschlitzten Dichtungsringen 4. Der Bolzen 8 des Kolbens 3 endet mit einem Gewinde 17 zur Verbindung der Teile des Kolbens 3 mit dem Schaft 18. Die Schraube 19 sichert die Gewindeverbindung. Der Verdichtungsraum 2 hat Verbindung mit einem Saugventil 20 und einem Druckventil 21. The piston compressor stage (Fig. 1) contains a cylinder 1 with a compression chamber 2 and piston 3 with slotted seal rings 4, labyrinth seal 5 and a second labyrinth seal in the form of the socket 6 with annular grooves, wherein the sealing rings 4, the tabyrinth seal 5 and the bushing 5 made of photoroplastic 4 are made with filler. The piston 3 represents a bolt 8 with a head 9. It is fixed in the cylinder 1 with the help of bearing rings 10 and 11, the on their outer surface swirl grooves (not shown in Figure 1) to relieve the pressure Have rings. The ring 11 is in a sleeve 12 and the ring 10 on the bolt 8 of the piston 3 arranged. On the bolt 8 of the piston 3 there are also sleeves 13, 14 and 15 attached. On the sleeve 13 is the first labyrinth seal 5 and the bush 6 is housed on the sleeve 15. The slotted sealing rings 4 den are due to the low elasticity of their material on sleeves 14 together with expanders 16 put on, which are usually made of bronze and the pressure of the Sealing rings 4 against the wall of the cylinder 1 in the initial period of operation the compressor stage. The labyrinth seal 5 is located in front of the slotted sealing rings 4 on the side of the compression chamber 2, the bush 6 with the annular grooves 7 is behind the slotted sealing rings 4. The bolt 8 of the Piston 3 ends with a thread 17 for connecting the parts of piston 3 with the shaft 18. The screw 19 secures the threaded connection. The compression area 2 is in communication with a suction valve 20 and a pressure valve 21.

Die Kolbenverdichterstufe arbeitet folgenderweise. The reciprocating compressor stage works as follows.

Beim Hub des Kolbens 3 nach ela die Luft un-cenruDer das Saugventil 20 * Kunststoff aus Polytetrafluoräthylen mit dem Anfangsdruck 50...150 kp/cm² in den Verdichtungsraura 2 des Zylinders 1. Beim Rücklauf des Kolbens 3 sind das Saugventil 20 und das Druckventil 21 geschlossen. Die tuft wird auf einen Druck von 200...450 kp/cm² komprimiert, d Druckventil 21 öffnet sich und die komprimierte Luft wird an den Verbraucher geleitet. Ein Teil der komprimierten Luft, den man als Verlust bezeichnet und der einen Druck von 200...450 kp/cm2 hat, strömt tiber den Auflagering 10 und ge1angt in die Labyrinthdichtung 5, in der es zu einem Druckabfall kommt, Auf diese Weise verringert sich der Luftdruck vor den Dichtungsringen 4. Dann gelangen die Verluste, indem sie über die Schlitze der Dichtungsringe 4 passieren, in die Rundnuten 7 der Buchse o, die gegenüber diesen Verlusten einen zusätzlichen Widerstand darstellen und diese bedeutend verringern. Die Buchse 5 erfährt das größte Druckgefälle, so daß der Druck hinter der Buchse 6 dem atmosphärischen naheliegt. Somit nimmt das Druckgefälle an jcdem der geschlitzten Dichtungringe 4 ab. Dies setzt auch die Kraft herab, mit der die Dichtungsringe 4 gegen die Wandungen des Zylinders 1 angedrückt werden, wobei infolgedessen sich die Reibung der Ringe 4 an den Wandungen des Zylinders 1 und der Verschleiß der Ringe 4 verringern. Eine solche Ausfahrung der Kolbenverdichterstufe erhoht ihre Betriebsfahigkeit und verringert die Verluste an Reibung. Mit einer solchen Ausführung der Kolbens verdichterstufe können ihre Arbeitstüchtigkeit erhöht und die Reibungsverluste verringert werden.During the stroke of the piston 3 after ela the air un-cenruDer the suction valve 20 * Plastic made of polytetrafluoroethylene with an initial pressure of 50 ... 150 kp / cm² in the compression area 2 of the cylinder 1. When the piston 3 returns, the suction valve 20 and the pressure valve 21 are closed. The tuft is compressed to a pressure of 200 ... 450 kp / cm², the pressure valve 21 opens and the compressed air is directed to the consumer. Part of the compressed air, which is known as loss and which has a pressure of 200 ... 450 kp / cm2, flows over the support ring 10 and enters the labyrinth seal 5, in which there is a pressure drop, reduced in this way The air pressure in front of the sealing rings 4. Then the losses, by passing through the slots in the sealing rings 4, get into the circular grooves 7 of the bushing o, which represent an additional resistance to these losses and significantly reduce them. The socket 5 experiences the greatest pressure gradient, so that the pressure behind the socket 6 is close to atmospheric. The pressure gradient across each of the slotted sealing rings 4 thus decreases. This also reduces the force with which the sealing rings 4 are pressed against the walls of the cylinder 1, as a result of which the friction of the rings 4 on the walls of the cylinder 1 and the wear on the rings 4 are reduced. Such a design of the reciprocating compressor stage increases its operability and reduces friction losses. With such a design of the piston compressor stage, their efficiency can be increased and the friction losses can be reduced.

Eine weitere Ausführungsvariante der Kolbenverdichterstufe wird nachfolgend beschrieben: Die Kolbenverdichterstufe (Fig.2) besteht aus dem Zylinder 1 mit dem Dichtungsraum 2 und dem Kolben 3 mit geschlitzten Dichtungsringen 4, Labyrinthdichtung 5 und ungeschlitzten Dichtungsringen 22, die die zweite Labyrinthdichtung bilden. Die Dichtungsringe 4 und 22 und die Labyrinthdichtung 5 sind aus Ftoroplast-4 mit Füllstoff hergestellt. Der Kolben 3 besteht aus dem Bolzen 8 -.it dem Kopf Q, . Er wird im Zylinder 1 mit Hilfe der Auflageringe 10 und 11 fixiert, wobei diese Ringe auf ihrer Außenfläche Drallnuten (auf Fig. 2 sind diese Nuten nicht gezeigt) J iiirer Druclentlastung aufweisen. Der Ring 11 ist auf der Hülse 12 untergebracht und der Ring 10 ist auf dem Bolzen 8 des Kolbens 3 aufgesetzt. Auf dem Kolben 3 sitzen außerdem Hülsen 13, 14 und 23. Auf der Hülse 13 befindet sich die Labyrinthdichtung 5 und auf den Hülsen 23 befinden sich die ungeschlitzten Dichtungsringe 22, wobei der Außendurchmesser jedes von diesen Ringen größer als der Außendurchmesser jeder der Hulsen 23 ist0 Die geschlitzten Dichtungsringe 4 sind wegen ihrer geringen Elastizität auf den Hülsen 14 zusammen mit Expandern 16 aufgesetzt , die in der Regel aus Bronze hergestellt sind und den Andruck der Dichtungsringe 4 gegen die Wandungen des Zylinders 1 in der ersten Periode des Betriebs der Stufe gewährleisten. Die Labyrinthdichtung 5 liegt vor den geschlitzten Dichtungsringen 4 zur Seite des Verdichtungsraums 2, die ungeschlitzten Dichtungs rinGe 22 befinden sich hinter den geschlitzten Dichtungsringen 4. Another variant of the piston compressor stage will Described below: The piston compressor stage (Fig. 2) consists of the cylinder 1 with the sealing chamber 2 and the piston 3 with slotted sealing rings 4, labyrinth seal 5 and unslotted sealing rings 22 which form the second labyrinth seal. The sealing rings 4 and 22 and the labyrinth seal 5 are made of Ftoroplast-4 with Filler made. The piston 3 consists of the bolt 8 -.with the head Q,. He is fixed in the cylinder 1 with the help of the support rings 10 and 11, these Rings on their outer surface twist grooves (these grooves are not shown on Fig. 2) J iiirer pressure relief. The ring 11 is accommodated on the sleeve 12 and the ring 10 is placed on the bolt 8 of the piston 3. On the piston 3 There are also sleeves 13, 14 and 23. On the sleeve 13 is the labyrinth seal 5 and on the sleeves 23 are the unslit sealing rings 22, wherein the outside diameter of each of these rings is greater than the outside diameter of each of the sleeves 23 ist0 The slotted sealing rings 4 are because of their low elasticity placed on the sleeves 14 together with expanders 16, which are usually made of bronze are made and the pressure of the sealing rings 4 against the walls of the cylinder 1 in the first period of operation of the stage. The labyrinth seal 5 is in front of the slotted sealing rings 4 on the side of the compression chamber 2, the unslit sealing rings 22 are located behind the slotted sealing rings 4th

Der Bolzen 8 des Kolbens 3 hat an seinem Ende das Gewinde 17 zum Verbinden der Teile des Kolbens 3 mit dem Schaft 18. Die schraube 19 sichert die Gewindeverbindung. Der Verdichtungsraum 2 steht mit dem Saugventil 20 und dem Druckventil 21 in Verbindung.The bolt 8 of the piston 3 has the thread 17 at its end associate of the parts of the piston 3 with the shaft 18. The screw 19 secures the threaded connection. The compression chamber 2 is connected to the suction valve 20 and the pressure valve 21.

Die Kolbenverdichterstufe, in der die zweite Labyrinthdichtung als ungesch]itzte Ringe 22 ausgeführt ist, arbeitet der oben beschriebenen Kolbenverdichterstufe ähnlich, nur mit dom Unterschied, daß die Verluste, nachdem sie die geschlitzten den Dichtungsringe 4 passiert haben, zu Vungeschlitzt« Dichtungsrings 22 gelangen. Die ungeschlitzten Dichtungsringe 22 und Hülsen 23 bilden auf dem Weg der Verluste eine Wechselfolge von Verengungen und Erweiterungen, die einen beträchtlichen Druckabfall an jedem der ungeschlitzten Dichtungsringe 22 gewährleisten. The reciprocating compressor stage, in which the second labyrinth seal as is executed unprotected rings 22, the reciprocating compressor stage described above works similar, only with dom difference that the losses after they are slotted Have passed the sealing rings 4 to get to the Vunschlitz sealing ring 22. The unslit sealing rings 22 and sleeves 23 form on the way of the losses an alternation of constrictions and widenings that cause a considerable pressure drop on each of the unslit sealing rings 22.

Dies führt außerdem zu einer bedeutenden Verringürung des Druckgefälles an dem letzten ungeschlitzten Dichtungsring 22, wodurch die Zuverlassigkeit und Lebensdauer der Kolbenabdichtung und somit der Verdichterstufe erhöht werden.This also leads to a significant reduction in the pressure drop on the last unslit sealing ring 22, whereby the reliability and The service life of the piston seal and thus the compressor stage can be increased.

Eine solche Ausführungsvariante der Kolbenverdichterstufe ist zweckmäßig, wenn die Labyrinthdichtung von einem überaus großen Druckfälle belastet ist und die Gefahr der Materialquetschung der Buchse 6 akut wird. Such a variant of the piston compressor stage is useful, if the labyrinth seal is loaded by an extremely large pressure drop and the risk of crushing the material of the socket 6 becomes acute.

Claims

PATENT CLAIMS

1st piston compressor stage, which has a cylinder with a compression chamber and piston housed in this cylinder with slotted sealing rings and Labyrinth seal, which is arranged in front of the sealing rings on the side of the compression chamber is, contains, that the piston (3) with a second labyrinth seal is provided behind the slotted sealing rings (all) is arranged.

2. Piston compressor stage according to claim 1, d a d u r c h g c k e n n z e i c h n e t tthat the second labyrinth seal is designed as a bushing (6), is positioned coaxially with the cylinder (1) and has annular grooves (7) on the outer surface having.

3. Piston compressor stage according to claim 1, d a d u r c h or, e k e It is not noted that the second labyrinth seal consists of at least two unslotted Sealing rings (22) is carried out, which sit at a distance from each other.

L e r s e i t e