DE2400234A1

DE2400234A1 - Kolbenmaschine, insbesondere verdichter

Info

Publication number: DE2400234A1
Application number: DE19742400234
Authority: DE
Inventors: Etienne Martin
Original assignee: Compresseurs Luchard S A
Current assignee: Compresseurs Luchard S A
Priority date: 1973-01-11
Filing date: 1974-01-04
Publication date: 1974-07-25
Also published as: FR2214335A5

Description

PATENTANWALT

HELA¹-ι «'.;

6 Frc!i..x._ , : ) , u .·, 70 Schneckurihofstr. 27- Tel. Oi 70 79

3. Januar 1974 Gz//pn

COMPRESSEURS LUCKARD S.A. /

Kolbenmaschine, insbesondere Verdichter.

Die Erfindung betrifft die als Verdichter

ausgebildeten Kolbenmaschinen, insbesondere Hochdruckverdichter, und zwar im besonderen die Mittel zur Kühlung ihrer Dichtungen.

Bekannlich muss in derartigen Verdichtern

die Dichtigkeit der Tauchkolben durch feste, an der Basis des Zylinders eingebaute Garnituren sichergestellt v/erden, da die Kolbenringe bei den üblichen Lösungen bei den hohen Drücken keine genügende Abdichtung ergeben oder bei diesen Drücken eineanormale Abnutzung zeigen. Ferner ist zu bemerken, dass die. im- * mer kleineren Durchmesser, welche für derartige Tauchkolben gewählt v/erden, keine bequeme Anbringung, der Kolbenringe gestatten.

Man benutzt daher für derartige' Verdichter

von Dichtungspressern oder Dichtungshaltern getragene Dichtungen, welche entweder metallisch, oder aus einem natürlichen StcSy wie Kohlenstoff oder Granit, öder aus einem Kunststoff, z.B, den im Handel unter dem Hamen Teflon, Nylon, Rilsan usw* "be-- . ^vkannten, oder aus einem Gemisch dieser Stoffe mit Kohlenstoff'

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oder GiSDhit, oder mit einer beliebigen anderen metallischen

können

oder andersartigen Grundlage sein/, wobei es wohlverstanden ist, dass diese Dichtungen auch auf eine beliebige andere Weise ausgeführt sein können,' welche das Gleiten ohne Schmierung gestattet. Die oben erwähnten, laufend für hydraulische und pneumatische Arbeitszylinder benutzen Kunststoffdichtungen besitzen den Vorteil, dass sie einen geringen Reibungskoeffizienten haben und sehr starke Drücke aushalten. Sie haben jedoch den Hachteil, dass sie^weniger hitzebeständig sind, als die metallischen Dichtungen, sodass sie in zweckmässiger Weise gekühlt werden müssen.

Ea gibt Lösungen zur Kühlung entweder der

tauchkolben oder der Dichtungen durch 01, Wasser oder Luft, insbesondere durch einen Umlauf im Innern des Kolbens oder an seiner Aussenflache. Die Ergebnisse sind jedoch für die Benutzung von Kunststoffdichtungen nur teilweise ausreichend.

Zur zwecknässigen Lösung dieses EÜhlpro-

blems (insbesondere, jedoch nicht ausschliesslich, an Kunststoffdichtungen) werden erfindungsgemäss an der Basis de3 Zylinders, wo die Dichtungen angebracht sind, Kühlmittel vorgesehen, welche insbesondere eine geeignete Belüftung der Dichtungen oder ihres Halters bewirken.

Hierfür wird insbesondere ein aktiver Umlauf von Luft oder eines Strömungsmittels um den Dichtungshalter herum vorgesehen, v/elcher zweckmässig aus dem allgemeinen Umlauf des zu verdichtenden Strömungsmittel abgeleitet werden kann. So lässt man bei mehrstufigen Verdichtern um den Dichtungshalter herum verdichtete Luft umlaufen, welche aus der vorhergehenden Stufe kommt, gegebenenfalls gekühlt ist und der betrachteten Stufe zugeführt v/erden soll, um eine neue Druckerhöhung zu erfahren.

Gema'ss einem zweiten Merkmal der Erfindung

wird die Ausbildung ferner so getroffen, dass die Dichtungen möglichst weit von der Wärmequelle entfernt sind, welche hier durch die in der Verdichtungskammer entwickelte Wärme gebildet wird, wofür der Zylinder eine grossere Länge erhält'. So kann der Abstand zwischen der dieser Kammer am nächsten liegenden Dichtung und dem Snde des Kolbens an seinem unteren Totpunkt wenigstens

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gleich, dem Ilub des Tauchkolbens sein.

Ferner wird zv/eckmässig ein gewisses Spiel

zwischen den Kolben und dem Zylinder vorgesehen, sodass zwischen diesen beiden Teilen eine dünne Gasschicht entsteht, welche dazu beiträgt, gleichzeitig die Temperatur und den Druck zu "brechen".

Schliesslich können Mittel vorgesehen werden, welche in den Strociungsmittelkreis die durch die Dichtungen getretenen Leckströmungen zurückführen, wobei diese Zurüekführung in dem oben erwähnten Pail besonders leicht ist, in welchem die Kühlung durch den Umlauf eines Strömungsmittels erfolgt, welches aus einer vorhergehenden Stufe kommt und in die betrachtete Stufe für eine neue Druckerhöhung eingeführt wird.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

Pig. 1 zeigt schematiseh im Schnitt einen

erfindungsgemässen Verdichter mit ebenfalls erfindungsgemässen I-Iitteln zur Kühlung der Dichtungen.

Pig. 2 und 3 sind geschnittene Teilansichten von zwei Ausführungsabwandlungen der Kühlmittel.

Pig. 4 ist eine Schnittansicht einer Dichtung in grösserem Maßstab.

Pig. 5 ist ein Betriebs diagramm.

Das nachstehende Anwendungsbeispiel gilt für einen insbesondere mehrstufigen Hochdruckverdichter.

•Der Zylinder und der Kolben der Stufe oder

einer jeden Stufe eines derartigen Verdichters werden auf beliebige geeignete übliche Weise ausgebildet, mit Ausnahme der Abmessungen, wie dies weiter unten besprochen ist.

Beispielshalber ist in Pig. 1 ein derartiger Verdichter mit einem Zylinder 1 und einem Tauchkolben 2 dargestellt, wobei diese Anordnung mit Dichtungen 3 kombiniert ist, welche an der Basis des Zylinders angebracht sind und von einem Dichtungshalter 4- getragen werden.

Die Dichtungen sind auf beliebige übliche

Weise hergestellt, *.B. aus den oben genannten Kunststoffen (Teflon, ITylon, Rilsan usw., oder Gemischendieser Stoffe mit Kohlenstoff, Metallpulver usw.}-» wobei sie durch geeignete Mit-

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tel, z.B. eine Ringfeder 5 (Pig· 4), gegen den Tauchkolben gedrückt werden.

Zur richtigen Kühlung der Dichtungen wird

der an der Basis des Zylinders 1 angeordnete Dichtungshalter 4 einer Kühlv/irkung ausgesetzt, welche durch eine natürliche Belüftung von entsprechenden Rippen 6, wie in Pig. 2 dargestellt, oder durch eine erzwungene Belüftung, v/ie in Pig. 1 vorgesehen, erfolgen kann.

Bei der Ausführungsform der Pig. 1 wird ein

Strömungsmittelumlauf durch eine in der Basis des Zylinders ausgebildete Kammer 7 benutzt, wobei diese Belüftung durch den Um-

lauf eine3 durch eine leitung ankommenden und eine Leitung 9 abgeführten Strömungsmittels erfolgt.

Pur diesen Strömungsmittelumlauf wird insbesondere gemäss einer vorteilhaften Hassnahme das Strömungsmittel oder die Luft benutzt, welche aus der Stufe oder einer vorhergehenden Stufe kommen, und zwar vorzugsv/eise nach einer schematisch bei 10 angedeuteten Kühlung, wobei also die Luft ^v oder das Strömungsmittel, welche durch die Leitung 9 austreten, wieder in die Verdichtungskammer 11 der betreffenden Stufe durch das Einlassventil 12 zurückgeführt werden, während der Auslass durch ein anderes Ventil 13 zur Abfuhr des verdichteten Strömungsmittels durch eine Leitung 14 erfolgt.

Gemäss einem weiteren bevorzugten Merkmal

der Erfindung wird die Ausbildung ausserdem so getroffen, dass der Dichtungshalter möglichst weit von der Wärmequelle entfernt ist, d.h. von den in der Verdichtungskammer 11 entwickelten

So v/ird gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform die Länge L des Zylinders zwischen dein Kopf desselben und der ersten Dichtung 3 so gewählt, dass in der unteren Totpunkt^stellung des Kolbens 2 der Abstand d^ zwischen der ersten Dichtung und dem Scheitel des Tauchkolbens wenigstens gleich dem Hub des Tauchkolbens ist. Anders ausgedrückt, die Länge L muss wenigstens das Doppelte des Hubes H betragen,oder vorzugsv/eise grosser sein.

natürlich werden Mittel vorgesehen, um den

Wärmeaustausch zwischen der umlaufenden/und dem Dichtungshalter

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zu beschleunigen. Diese Mittel können darin bestehen, dass dieser Halter aus einem Metall oder einer sehr gut leitenden legierung hergestellt wird, wobei er, wie bereits ausgeführt, Rippen 6 o. dergl. aufweist.

Schliesslich wird ein geeignetes Spiel j[

zwischen der Aussenfläche des Tauchkolbens und der Oberfläche des Zylinders vorgesehen. Dieses Spiel beträgt z.B. grössenordnungsmässig etwa 0,05 mm.

Die so ausgebildete Anordnung arbeitet foli g end e r inas s en.

Zum besseren Verständnis der Ausführungen

ist in Pig. 5 ein z.B. die vierte Stufe eines Verdichters für 400 Bar betreffendes Tenperaturdiagramm dargestellt, wobei der Durchmesser des Tauchkolbens 12 mm und der Verdichtungsgrad der-Stufe grössenordnungsmässig 4,33 beträgt. Die Temperaturen sind längs der Abzissenachse 0-X und die Abstände H und Ii längs der Qrdinatenachse O-Y angegeben,

Die- Kurve A-A₁ stellt die Temperaturen des

Strömungsraittels während der Verdichtungsperiode und hierauf der Abfuhrperiode dar. Man sieht, dass die Temperatur z.B. 200° C erreicht, um an der Abfuhr auf etwa 150° 0 zurückzugehen.

Die Kurve B zeigt die Temperatur des Tauchkolbens zwischen seinem Scheitel und der ersten Dichtung, während die gestrichelte Hirve G die Temperatur des Zylinders auf " der gleichen Höhe A darstellt. An der Basis, d.h. an der Stelle der ersten Dichtung, beträgt die Temperatur z.B. grössenordnu'iigsnässig 50° C .

Das Vorhandensein einer natürlichen oder

erzwungenen Belüftung des Dichtungshalters 4 und seiner Rippen 6 gestattet, die Dichtungen 3 auf geeigneten Temperaturen zu halten, wobei auch berücksichtigt ist, dass der Dichtungshalter in einer erheblichen Entfernung d. von-der Verdichtungskammer 11 angeordnet ist.

Ferner ist jederzeit in-.dem. Zwischenraum - * ■

j_ zwischen dem Kolben und dem Zylinder ein sehr dünner Ring aus verdichtetem Gas vorhanden, dessen Temperatur und Druck nicht die Schwankungen erfahren, wie die der'Verdichtungskammer.

Diese dünne Schicht aus verdichtetem Gas hat zur'

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Folge, dass gleichzeitig die Temperatur und der Druck "gebrochen" v/erden, wenn der Abstand d_ richtig gewählt ist.

Ganz allgemein wird die Temperaturerhöhung

des Dichtungshalters·4 durch die Reibung der Dichtungen 3 an dem Tauchkolben 2 durch den natürlichen oder erzwungenen Luftumlauf (Fig. 2 bzw. Fig. -1) absorbiert.

Die Anordnung wird zweckmässig durch die nachstehenden Massnahmen vervollständigt.

Genäss einer dieser Kassnahmen wird zur Verringerung der möglichen Leckströmungen des Strömungsmittels nach aussen über die Dichtungen 3 ein Kanal 17 vorgesehen, welcher mit der Kammer 7 (Fig. 1) eine kleine innere Kammer 16 verbindet, welche die Leckströmungen in der Dichtung auffangen kann.

Bei der Ausführungsform der Fig. 1 mit erzwungener Beluflung durch das aus der vorhergehenden Stufe kommende Strömungsmittel v/erden dann die Leckströnungen durch die Leitung 9 in. die betreffende Stufe zurückgeführt.

Gemäss einer anderen, in Fig. 3 dargestellten i-Iassnahme wird der Dichtungshalter aus ebenso vielen unabhängigen Elementen 18 gebildet, deren jedes eine Dichtung trägt, wobei diese verschiedenen Elemente so ineinander eingreifen, dass eine gute Dichtigkeit gewährleistet ist.

Der Stapel aus diesen Elementen 18 wird bei

der Montage zwischen dem Zylinder 1 und seiner Basis 19 in Kombination mit Dichtungen 20, 21 festgezogen.

Schl'iesslich ist es wohlverstanden, dass in

jedem Fall die durch die Dichtungen und den Dichtungshalter .4 gebildete Anordnung zweckmässig in Form von auswechselbaren genormten Elementen ausgebildet ist, welche ohne längere Stillsetzung der Käschine leicht ausgebaut, ersetzt und repariert v/erden können. In dieser Hinsicht ist die Ausführungsforn der Fig. 3 interessant, sie kann jedoch durch eine beliebige andere geeignete Ausbildung ersetzt v/erden, welche die Auswechselbarkeit und die Ausbaubarkeit ermöglicht.

Die erfindungsgemässe Ausbildung bietet

gegenüber den bekannten Ausführungen zahlreiche Vorteile, ins- . besondere folgende:

- jede übermä3sige Erwärmung der Dichtungen 409830/0760

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v/ird vermieden!

- hierdurch v/ird ihre lebensdauer-verlängert;

- schliesslich können die Leckströmungen zurückgewonnen werden. ' .

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Claims

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PATEITTAI-rSPRÜOHB

|ΓΐΛ Kolbenmaschine, insbesondere Verdichter, in besonderen für hohe Drücke, mit einem an dem Zylinder (1) oder jedem Zylinder befestigten Dichtungshalter, mit Dichtungen (3) insbesondere aus Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungshalter (4) an der Basis des Zylinders (1) angebracht und einer Kühlwirkung durch Umlauf eines Strömungsmittels an seinen Strahlflächen ausgesetzt ist.

.' 2.) Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungshalter (4) aus einem leitenden Metall besteht und innen mit ITuten zum Halten der Dichtungen und aussen mit Strahlungsrippen (6) versehen ist.

3.) Kaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch

gekennzeichnet, dass der Strömungsmittelumlauf um den Sichtungshalter (4) herum in einer an der Basis des Zylinders (1) ausgebildeten, von einem Kühlmittel durchströmten Kammer (7) erfolgt.

4.) Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel das gleiche wie das in den Stufen des Verdichters behandelte ist und aus einer oder mehreren vorhergehenden Stufen kommt, um in die betrachtete Stufe eingeführt, und in dieser verdichtet zu v/erden.

5.) Kaschine nach Anspruch 3 und 4, dadurch

gekennzeichnet, dass das aus einer vorhergehenden Stufe kommende Strömungsmittel vox der Einführung in die den Dichtungshalter (4) enthaltende Kammer (7) einer Kühlung unterworfen wird.

6.) Maschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch

gekennzeichnet, dass das gleiche Strömungsmittel mehrere Dichtungshalter (4) von gleichen oder verschiedenen Stufen kühlen kann.

7.) Kaschine nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungshalter (4) von der V.^rärmequelle, d.h. von der Verdichtungskammer (11), entfernt ist, wobei ein gewisser geeigneter Abstand (d_) zwischen der dieser .as nächsten liegenden Dichtung' (3) und .dem Scheitel des Kolbens (2) an seinem untere?! Inrtpunkt vorgesehen ist.

S.) faschine nach Anspruch 7, dadurch

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gekennzeichnet, dass dieser Anstand (el) wenigstens gleich dem Hub des Kolbens (2) ist«

9.) Kasehine nach einem der Ansprüche 1

bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein gewisses Spiel (j_) zwischen dem Kolben (2) und dem Zylinder (1) vorgesehen ist, derart, dass eine Schicht erzeugt wird, welche sich der übertragung der V/ärme und des !Drucks widersetzt.

10.) Maschine nach Anspruch 9_S dadurch gekennzeichnet, dass das Spiel (jj_) grössenordnungsmässig etwa 0,05 mm beträgt.

11.) Maschine nach'einem der Ansprüche 1

bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Dichtungshalter (4) eine die Leckströaungen aufnehmende Sammelkaramer (16) vorgesehen ist, welche mit einer Kammer (7) verbunden ist, welche den Dichtungshalter umgibt und unter einem gewissen Druck steht.

12.) Haschine nach Anspruch 4 und 11,.dadurch gekennzeichnet, dass der in diesen Kammern (16). herrschende Druck der eines Strömungsmittels ist, welches aus einer anderen Stufe kommt und die äussere Kammer (7) durchströmt.

13.) faschine nach Anspruch 12 mit mehreren

Dichtungen in dem Dicht.ungshalter, dadurch gekennzeichnet, dass diese auf zwei, beiderseits der Sammelkammer (17) für die Leckströmungen liegende Gruppen aufgeteilt sind.

14.) Maschine nach einem der Ansprüche 1

bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Dichtung und den Dichtungshalter gebildete Anordnung die Form eines auswechselbaren genormten Elements hat, welches ohne längere Stillsetzung der Maschine leicht ausgebaut, ersetzt und. repariert werden kann.

15.) Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch· gekennzeichnet, dass der Dichtungshalter durch unabhängige, je eine Dichtung tragende Elemente (18, Pig. 3) gebildet wird, v/elche aufgestapelt sind und ineinander eingreifen.

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