DE2559240A1 - Hochdruckzylinder eines gaskompressors oder -pumpe - Google Patents

Hochdruckzylinder eines gaskompressors oder -pumpe

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DE2559240A1
DE2559240A1 DE19752559240 DE2559240A DE2559240A1 DE 2559240 A1 DE2559240 A1 DE 2559240A1 DE 19752559240 DE19752559240 DE 19752559240 DE 2559240 A DE2559240 A DE 2559240A DE 2559240 A1 DE2559240 A1 DE 2559240A1
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Germany
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DE19752559240
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Helmut Dipl Ing Bauer
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Burckhardt Compression AG
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Maschinenfabrik Burckhardt AG
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

  • Hochdruckzylinder eines Gaskompressors oder -pumpe
  • Hochdruckkompressoren oder -pumpen für die chemische Inaustrie müssen heute mit Enddrücken von mehreren tausend kg/cm2 arbeiten. Die Zylinder derartiger Maschinen sind daher enormen Beanspruchungen ausgesetzt, insbesondere deshalb weil der Druck im Kompressionsraum ständig zwischen Enddruck und Saugdruck wechselt, wodurch die Gefahr von Dauerbrüchen gegeben ist.
  • Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, sind Konstruktionen entwickelt worden, bei denen die vom wechselnden Innendruck beanspruchten Teile als ein Paket aufeinander geschichteter Ringe, Scheiben oder Büchsen ausgeführt sind. Durch die einfache geometrische Form dieser Teile gelingt es, schroffe euerschnittsänderungen zu vermeiden und durch Kerbwirkungen entstehende Spannungserhöhungen unschädlich zu machen. Die Stirnflächen der Innenteile werden gelteppt und in Längsrichtung aufeinander gepresst, so dass so eine metallische Dichtung entsteht.
  • Um zu vermeiden, dass am inneren Durchmesser dieser Ringe oder Büchsen eine unzulässig hohe Beanspruchung entsteht, müssen sie durch einen von aussen wirkenden Gegendruck entlastet werden. Diese Entlastung wird im allgemeinen durch Aufschrumpfen eines äusseren Ringes oder einer äusseren Büchse erreicht.
  • Zylinder der beschriebenen Bauart haben sich als sehr betriebssicher erwiesen. Sie haben jedoch den Nachteil, dass insbesonders bei grossen Leistungen der Aussendurchmesser der geschrumpften Ringe sehr gross wird und dass diese Teile unhandlich werden. Es liegt daher nahe, den zur Entlastung erforderlichen Aussendruck auf andere Weise z. B. durch einen geeigneten Gasdruck oder Öldruck zu erzeugen. Tatsächlich sind eine Reihe von Vorschlägen bekannt geworden, die diesen Lösungsweg verfolgen. Bekannt ist z. B. das schweizer Patent 127 847. Gemäss diesem Patent wird ein von der Maschine selbst erzeugter Gasdruck als äusserer Entlastungsdruck verwendet.
  • Nachteilig ist bei dieser Bauart, dass eine eventuelle Undichtheit der geläppten Flächen - die bei einem aufgeschrumpften Ring als austretender Leckverlsut sofort zu erkennen ist-nicht kontrolliert werden kann.
  • Nachteilig ist ferner, dass ein Kolbenkompressor seiner Natur nach keinen konstanten, sondern einen pulsierenden Gasdruck erzeugt, wobei Druckschwankungen in der Grössenordnung von + 10% durchaus wahrscheinlich sind. Der äussere Zylindermantel, der den Gegendruck auszuhalten hat, steht also nun seinerseits unter wechselnder Beanspruchung und diese wird an der Durchdringungsstelle der Querbohrung zur Führung des Gasdruckes auf die Aussenseite durch Kerbwirkung ganz erheblich verstärkt. Mindestens eine Querbohrung ist jedoch erforderlich, um den Aussendruck einleiten zu können, und es besteht nunmehr die Gefahr von Dauerbrüchen an dieser Stelle.
  • Gemäss eines Ausführungsform der genannten Patentschrift wird der Gasdruck nicht direkt in den Aussenzylinder geleitet, sondern in ein geschlossenes Gefäss, welches teilweise mit Öl gefüllt ist. Dadurch wird das Öl unter einen Druck gesetzt, der genau dem Gasdruck entspricht, und wird nun anstelle des Gasdruckes in den Aussenzylinder geleitet. Die Nachteile sind bei dieser Ausführungsform die gleichen wie bei der oben geschilderten Ausführung: eventuelle Leckverluste der geläppten P'lächen können nicht erkannt werden und die wechselnden Beanspruchungen an der Durchdringungsstelle der Zuführungsbohrung könnten zu Dauerbrüchen führen. Ausserdem ist es unmöglich, den Ölvorrat im Druckgefäss von aussen zu kontrollieren-und einen evtenbuellen Ölverlust rechtzeitig zu bemerken.
  • Bekannt geworden ist ferner das schweizer Patent 248 919. Gemäss diesem Patent werden die Innenteile unter einen Öldruck gesetzt, der von einer besonderen Pumpe erzeugt wird und der durch ein Überdruckventil auf beliebige Höhe geregelt werden kann. Bei dieser Bauart wird die Durchbruchgefahr an der Durchdringungsstelle der Zuführungsbohrung vermieden, weil hier ein konstanter Druck herrscht und weil somit Spannungsspitzen durch lokales Fliessen unschädlich abgebaut werden können. Jedoch hat diese Bauart ebenfalls den Nachteil, dass Undichtheitsverluste an den geläppten Flächen von aussen nicht erkannt werden können und ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Ölpumpe und das Überdruckventil, die beide gegen sehr hohe Drücke arbeiten müssen, teure und störanfällige Elemente darstellen.
  • Bekannt ist ferner das schweizer Patent 375 473. Dieses Patent beschreibt die Verwendung eines vom Kompressor selbst erzeugten Gasdrucks zur Erzeugung des Aussendrucks in Kombination mit einer besonderen Anordnung der Schmierölzuführung für die Hochdruckpackungen. Die Nachteile dieser Bauart sind dieselben wie bei dem zuerst erwähnten Patent: innere Undichtigkeiten der geläppten Flächen können von aussen nicht erkannt werden und, da der von der Maschine selbst erzeugte Gasdruck pulsiert, besteht eine Dauerbruchgefahr an den Kerbstellen des Aussenzylinders, die durch die Querbohrungen unvermeidlicherweise entstehen.
  • Bekannt ist ferner das schweizer Patent 439,567, welches wiederum die Verwendung eines von der Maschine selbst erzeugten Gasdrucks als Gegendruck für die Inneteile beschreibt, diesmal kombiniert mit einer Einrichtung zur Wärmeabfuhr der Innenteile.
  • Diese Wärmeabfuhr wird dadurch erreicht, dass man die von der Maschine geförderte Gasmenge über die ganze Länge der Innenteile strömen lässt. Da der Gasdruck pulsiert, sind die Nachteile offensichtlich dieselben wie bei dem vorhergehenden Patent und es besteht Dauerbruchgefahr.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bauart; zu schaffen, bei der die Innenteile durch einen ässeren Öldruck wirksam entlastet werden und bei der gleichzeitig die oben erwähnten Nachteile anderer Bauarten, insbesondere die Dauerbruchgefahr durch Kerbwirkungen, vermieden werden.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Hochdruckzylinder eines Gaskompressors mit unter äusserem Öldruck stehenden Innenteilen erfindungsgemss dadurch gelöst, dass Mittel vorgesehen sind, die den pulsierenden Enddruck oder Saugdruck in einen etwas höheren konstanten Öldruck verwandelt.
  • Ein Ausführungsbeispiel des Hochdruckzylinders ist in der einzigen figur der Zeichnungen schematisch im ochnitt dargestellt.
  • 1 ist der durch einen nicht gezeigten Kurbelmechanismus hin-und herbewegte Plunger. 2 sind eine Anzahl sogenannter Kammerringe, in denen Dichtringe 3 üblicher Bauart gelagert sind und 4 ist die Zylinderbüchse. 5 ist das sogenannte Zentralventil, für dessen Gestaltung auch andere Ausführungsformen bekannt sind. Bei diesem Zentralventil erfolgt die Abführung des geförderten Gases in der Maschinenachse und die Zuführung des angesaugten Gases erfolgt durch den Stutzen 6, der durch nicht dargestellte Schrauben dichtend gegen das Zentralventil 5 gepresst wird. Die geläppten Stirnflächen samtlicher Innenteile werden über das Verschlusstück 7 durch nicht dargestellte Schrauben ebenfalls dichtena zusammengepresst. Alle diese Teile sind gelagert in einen Aussenzylinder 8 Der Enddruck, dessen Höhe nach vorstehenden um ca. +10% schwankt, wird durch eine enge Drosselstelle 9 in einen grossen Raum 10 geführt und dadurch in einen gleichmässigen Druck verwandelt.
  • Diesergleichmässige Druck im Raum 10 erzeugt einen gleichmässigen Öldruck im Raum 11. Um eine Vermischung beider Medien zu vermeiden, ist der Gasraum 10 vom Ölraum 11 durch einen schwimmenden Kolben 12 getrennt, der mit einer kleinen, nach aussen führenden Kolbenstange 13 verbunden ist. Infolgedessen ist die Kolbenfläche auf der Ölseite um den Betrag der Stangenfläche 13 kleiner als die Kolbenfläche auf der Gasseite und der Öldruck im Raum 11 wird infolgedessen ein wenig höher sein als der gleichmässige Gasdruck 10. Durch einen Füllstückstutzen 14 kann das für den Betrieb notwendige Ölvolumen eingefüllt werden.
  • Dieser Öldruck wird in den Zylinder 8 eingeführt, wo er sich gleichmässig über die ganze Länge verteilen kann, da die Innenteile 2, 4 und 5 mit entsprechenden Nuten am äusseren Umfang versehen sind. Somit stehen alle Innenteile zwischen der unteren Dichtung 15, der oberen Dichtung 16 und der Dichtung des Saugstutzens 17 iunter einem gleichmässigen Öldruck, der nicht pulsiert und der ein wenig höher ist als der mittlere Gasdruck.
  • Auf diese Weise werden Zugbeanspruchungen in den Innenteilen vermieden und alle Beanspruchungen in den Druckbereich verlegt.
  • Selbstverständlich entstehen unvermeidliche Spannungsspitzen an der Durchdringungsstelle 18 des Saugstutzens und an der Durchdringungsstelle 19 der Zuführung des Drucks. Diese Spannungsspitzen können sich aber unschädlich durch lokales Fliessen abbauen, da der Öldruck nicht pulsiert. Infolgedessen ist die Gefahr von Dauerbrüchen an Stellen 18 und 19 beseitigt.
  • Da der Öldruck etwas höher ist als der Enddruck des Kompressors, werden eventuelle Undichtigkeiten der geläppten Flächen sich in der Art auswirken, dass Öl in das Innere der Maschine tritt.
  • so dass das Ölvolumen im Raum 11 sich vermindert. Die Kolbenstange 13 wird also weiter heraustreten und das Vermindern dieses Ölvolumens anzeigen. Es ist leicht möglich, mit dieser Anzeige einen Alarm beliebiger Art zu verbinden.
  • Fig. 1 stellt selbstverständlich nur ein Ausführungsbeispiel dar, um den Grundgedanke zu veranschaulichen, der auf verschiedene Art variiert werden kann. So kann z. B. das Zentralventil in der Art ausgeführt werden, dass die Ansaugbohrung in der Zylinderachse liegt und die Austrittsbohrung rechtwinklig dazu.
  • Nach einer anderen Ausführung kann auch über die Drosselstelle 9 der Ansaugdruck in den Raum 10 geleitet werden. Dabei muss man jedoch in Kauf nehmen, dass während des Druckhubes in den Innenteilen teilweise Zugbeanspruchungen auftreten, die jedoch durch entsprechende Dimensionierung in zulässigen Grenzen gehalten werden können. Dafür kann aber die Wandstärke des Zylinders 8 verringert werden, da der darin wirkende Druck kleiner ist. Auch hierbei ist eine Kontrolle der Dichtheit der geläppten Flächen gegeben. Falls Leckverluste auftreten, würden sie nach aussen gehen und damit das Volumen in der Kammer 11 scheinbar vergrössern, so dass wiederum die Bewegung der Kolbenstange 13 diese Erscheinung aussen anzeigt. Selbstverständlich müsste in diesem Falle der Ölraum 11 durch ein Sicherheitsventil oder eine Brechplatte gegen unzulässiges Ansteigen des Druckes geschützt werden.
  • Ansprüche: L e e r s e i t e

Claims (4)

  1. Ansprüche Hochdruckzylinder eines Gaskompressors oder -pumpe mit Innenteilen (Zylinderbüchse, Kammerringe, Zentralventil und dgl.) unter einem äusseren Öldruck, der in einem unter Gasdruck stehender gehälter erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der plusierende Enddruck ode Saugdruck des Kompressors durch eine Wandlerelement (9) in einen konstanten, am Behälter anliegenden Druck umgewandelt wird und der i Behälter erzeugte konstante Öldruck etwa höher ist, als der am Behölter anliegende, konstante Druck.
  2. 2. Hoch-druckzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausgleich der Pulsationen des Gasdruckes als Wandlerelement eine Drosselstelle (y) vorgesehen ist, der eine Kammer (10) grossen Volumes im gehälter nachgeordnet ist.
  3. 3. Hochdruckzylinder nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdruck beaufschlagte grosse Kammer (10) des Behälters von dem Drucköl enthaltenden Raum (11) des Behälters durch einen frei beweglichen Kolben (12) getrennt ist, dessen wirksame Kolbenfläche auf der dem Ölraum zugewandten Seite kleiner ist als auf der der Gaskammer zugewandten Seite.
  4. 4. Hachdruckzylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinere Kolbenfläche des kolbens (12) durch eine den Ölraum (11) durchsetzende und einen Teil der freien Kolbenfläche beanspruchenden Kolbenstage erzeugt ist, deren freies Ende als nch aussen ragendes Anzeigeelement für einen eventuellen Ölvolumenverlust dient.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4536135A (en) * 1982-09-27 1985-08-20 Flow Industries, Inc. High pressure liquid piston pump
WO1995029338A1 (de) * 1994-04-27 1995-11-02 Boeswirth Leopold Verdichterventil
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