DE2921454C2

DE2921454C2 - Vorrichtung zum berührungslosen Dichten des Plungers im Zylinder einer Hochdruckpumpe oder Hochdruckkompressors

Info

Publication number: DE2921454C2
Application number: DE19792921454
Authority: DE
Inventors: Konrad Ettingen Scheuber
Original assignee: Maschinenfabrik Burckhardt AG
Current assignee: Burckhardt Compression AG
Priority date: 1979-05-15
Filing date: 1979-05-26
Publication date: 1981-07-02
Also published as: CH636682A5; DE2921454B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum berührungslosen Dichten des Plungers im Zylinder einer Hochdruckpumpe oder eines Hochdruckkompressors, wobei in einer Ringkammer des Zylinders ein den Plunger mit Spiel umgebendes ringförmiges Dichtelement angeordnet ist, das aus mehreren, mit ihren Stirnflächen dichtend aneinanderliegenden Ringen mit von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite zunehmendem Außendurchmesser oder aus einer Büchse mit von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite zunehmendem Außendurchmesser besieht und das sich unter dem Druck der in der Ringkammer befindlichen Flüssigkeit bzw. des komprimierten Gases elastisch verformt und dabei das Spiel zum Plunger verringert.

Eine solche Vorrichtung ist aus der Fig. 6 der AT-PS 24 840 bekannt, wobei das Dichtelement aus einer Büchse besteht, die von der Hochdruckseitc zur Niederdruckseite zunehmenden Außendurchmesser und von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite gleichbleibendes Spiel zwischen der Bohrung und dem Plunger aufweist. Mit dieser Gestaltung der Büchse soll erreicht werden, daß nach dem elastischen Zusammendrücken der Büchse sich über die Länge der Büchse ein konischer Dichtspalt einstellt, der sich von der Hochdruckseite zur Niedcrdruckseite hin verengt und der im Betrieb eine selbstzentrierendc Wirkung zwischen der Büchse und dem Plunger entfalten soll. Bei dieser Vorrichtung muli das F.inbauspiel so groß bemessen sein, daß unter Berücksichtigung der Größe der späteren elastischen Deformation keine Berührung der Büchse am Plunger eintritt. Es hat sich aber gezeigt, daß beim Inbetriebsetzen oder Anfahren der Hochdruckpumpe oder des Hochdruckkompressors große Leckverluste des Mediums auftreten, weil der anfänglich erzeugte Druck noch zu gering ist, um die Büchse schon so weit zusammenzudrücken, daß das Spiel klein genug wird. Im Anfangsstadium entweicht praktisch die gesamte Fördermenge als Leckverlust durch der. großen Spalt zwischen der Bohrung der Büchse und dem Plunger. Wählt man das Einbauspiel kleiner, so nimmt man in Kauf, daß bei Erreichen des Enddruckes die Büchse auf dem Plunger festsitzt. Die Folge wäre dann beträchtliche Reibung zwischen dem Plunger und der Büchse sowie entsprechend große Abnützung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Dichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß schon beim Inbetriebsetzen der Hochdruckpumpe oder des Hochdruckkompressors eine gute Dichtwirkung auftritt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Ringkammer am hochdruckseitigen Ende ein den Plunger umgebender, mit seiner niederdruckseitigen Stirnfläche an der hochdruckseitigen Stirnfläche des Dichtelementes anliegender Vorsatzring angeordnet ist, dessen Außendurchmesser wesentlich größer ist als der des Dichtelementes an seinem verjüngten Ende und dessen Spiel zwischen seiner Bohrung und dem Plunger kleiner ist als das Einbauspiel zwischen der Bohrung des Dichtelementes und dem Plunger. Durch das Anordnen des Vorsatzringes, dessen Einbauspiel minimal gewählt wird, wird schon beim ersten Druckhub des Plungers eine Dichtwirkung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugt, so daß trotz des großen Einbauspiels des Dichtelementes praktisch kein Medium entweichen kann. Im weiteren Ablauf des Inbetriebsetzens baut sich dann rasch in der Ringkammer der Druck auf, der zunächst das verjüngte Ende de;' Büchse bzw. den Ring mit dem kleinsten Außendurchmesser elastisch verformt, so daß dieser verjüngte Bereich des Dichtelementes bereits sein Spiel verkleinert und damit die Dichtwirkung übernimmt. Mit zunehmendem Mediumdruck in der Rinpkammer werden dann weitere Bereiche der Büchse bzw. weitere Ringe des Dichtelementes elastisch verforml, so daß auch diese Bereiche des Dichteiementes sich an der Dichtwirkung beteiligen. Auf diese Weise wird es also mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, den Dichtvorgang von Anfang an und kontinuierlich einzuleiten. Dabei kann das Einbauspiel des Dichtelementes allein unter Berücksichtigung der im Betrieb auftretenden elastischen Deformation bemessen werden.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt jeweils schematisch vereinfacht

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch einen Hochdruckkompressor mit Dichtvorrichtung gemäß der Erfindung im Anfahrzustand,

Fig, 2 einen Teil der selben nietvorrichtung in einem Betriebszustand, in dem der linddruck erreich! ist,

F i g. 3 einen Teil einer abgewandelten Dichtvorrichtung und

Fig. 4 einen axialen Schnitt durch einen Teil eines llochdruckkompressors mit im Plunger angeordneter Dichtvorrichtung gemäß der Erfindung.

Gemäß Fig. I ist der auf- und abbewegliche Plunger eines llochdruckkompressors mit I und der umgebende

Zylinder mit 2 bezeichnet. Der Hochdruckkompressor dient beispielsweise zum Verdichten von Äthylengas, wobei Eindrücke von 2000 bis 3000 bar erreicht werden. Am oberen Ende des Zylinders 2 befindet sich der Kompressionsraum 3, in dem während der Aufwärtsbewegung des Plungers 1 die Verdichtung des über einen Kanal 4 zugeführten Gases stattfindet. Das komprimierte Gas entweicht über einen Kanal 4'. Im Zylinder 2 ist eine Ringkamme; 5 vorgesehen, in der ein den Plunger 1 umgebendes, elastisch verformbares Dichtelement 6 in Form einer sich zur Hochdruckseite des Kompressors hin verjüngenden Büchse angeordnet ist. Die Dichtbüchse 6 ruht mit ihrer in Fig. 1 unteren glatten Stirnfläche dichtend an der niederdruckseitigen Begrenzungsfläche 7 der Ringkammer 5. Am hochdruckseitigen, verjüngten Ende der Diciitbüchse 6 ist ein Vorsatzring 8 in der Ringkammer 5 angeordnet, der mit seiner in Fig. 1 unteren glatten Stirnfläche 9 an der hochdruckseitigen, glatten Stirnfläche der Dichtbüchse 6 dichtend anliegt. Zwischen der in Fig. 1 oberen, hochdruckseiligen Stirnfläche i0 des Vorsatzringes 8 und der oberen Begrenzungsfläche der Ringkarnmer 5 ist ein Spalt freigelassen, so daß der Gasdreck im Kompre^sionsraum 3 sich auch stets in der Ringkammer 5 einstellen kann.

Das radiale Einbauspiel hb der Dichtbüchse 6 wird so bemessen, daß unter der Wirkung des Betriebsdruckes von beispielsweise 500 bis 2000 bar, unter dem sich die Dichtbüchse 6 in Richtung zum Plunger 1 elastisch verformt, die Dichtbüchse sehr kleines Spiel aufweist, so daß sie den Plunger 1 fast tuschiert, ohne zu klemmen. In F i g. I, die die Dichtvorrichtung in der Startphase zeigt, ist der Druck p\ noch sehr klein und dementsprechend das Spiel /fc noch gleich dem Einbauspiel. Das radiale Einbauspiel Zt₈ des Vorsatzringes 8 ist dagegen sehr klein bemessen, so daß schon bei dem kleinen Druck p\ ein Druckabfall an dem Vorsatzring 8 auftritt.

Dank dem Vorsatzring 8 mit dem sehr geringen Einbauspiel, das also wesentlich kleiner ist als das Einbauspiel h_b der Dichtbüchse 6, baut sich rasch ein zunehmender Druck in der Ringkammer 5 auf. Wenn dieser Druck z. B. 500 bar erreicht, verformt sich zunächst der verjüngte Abschnitt der Dichtbüchse 6 unter Verkleinerung des Spiels in diesem Bereich, so daß dieser Bereich wegen des geringeren Dichtspaltes beginnt, die Dichtwirkung zu übernehmen. Mit weiter zunehmendem Druck im Kompressionsraum 3 und damit auch in der Rin<»kummer 5 werden weitere Bereiche der Dichtbüchse 6 elastisch verformt. so daß — über die Spaltlänge der Dichtbüchse gesehen — im dickeren Bereich der Dichtbüchse sich das Spiel verringert und damit die Dichtwirkung kontinuierlich zunimmt. Bei Erreichen des Enddruckes pi des Kompressors wird auch der verdickte Teil der Dichtbüchse 6 elastisch verformt, so daß auch in diesem Bereich das Spiel kleiner wird und dieser Bereich Dichtfunktion übernimmt. Dieser Zustand ist in Fig. 2 dargestellt. Der Vorsatzring 8 hat dabei keine Dichtfunktion mehr, sondern er läuft leer und erfährt somit keine Abnützung, Wie F i g, 2 weiter zeigt, ergibt sich bei entsprechend gewählter Außenform der Dichtbüchsc ein etwa linearer Druckabfall über der Dichtbüchse 6.

Bei dem Alisführungsbeispiel gemäß F i g. J sind in der Ringkammer 5 anstelle der konischen Dichgbüchse fünf Dichtringe 11 bis 15 vorgesehen, die in ihrem Atißendurchmcsser von de; Hochdruckseite zur Niederdruckseite hin stufenförmig zunehmen. Die Dichtringe 11 bis 15 habein glatte Stirnflächen und liegen dichtend aneinander. Der größte Dichtring 15 ruht mit seiner niederdruckseitigen Stirnfläche dichtend auf der ihr · benachbarten Begrenzungsfläche 7 der Ringkammer 5.

τ Außerdem ist wiederum der Vorsatzring 8 vorhanden, der mit seiner in F i g. 3 unteren glatten Stirnfläche 9 an der hochdruckseitigen Stirnfläche des Dichtringes 11 dichtend anliegt. Das Einbauspiel der Ringe 11 bis 15 ist wiederum entsprechend der elastischen Verformung

in dimensioniert und für alle fünf Ringe gleich groß gewählt, wogegen das Einbauspiel des Vorsatzringes 8 sehr klein ist.

Beim Inbeiriebnehmen des Hochdruckkompressors beginnt die Dichtwirkung wiederum sofort wegen des

i-"> Vorsatzringes, 8 mit seinem geringen Spiel /i_s. Mit zunehmendem Druck verkleinert sich zuerst der Ring 11, der bei Erreichen des engen Dichupaltes zwischen ihm und dem Plunger 1 die Dichtwirkung übernimmt und den Vorsaizring 8 entlastet. Mit weiter zunehmen-

:n dem Druck in der Ringkammer 5 verfr ;at sich dann der Ring 12 unttr Verengung des Dichtspalie? so daß auch dieser Ring sich an der Dichtwirkung beteiligt, wobei der Ring 11 teilweise entlastet wird. Mit noch mehr steigendem Druck wird auch der Ring 13 gegen den

y> Plunger ι elastisch verformt und beteiligt sich mit seinem Dichtspalt an der Dichtwirkung, wobei eine teilweise Entlastung des Dichtringes 12 auftritt. In gleicher Weise kommt bei noch höherem Druck in der Ringkammer 5 der Ring 14 zur Dicht wirkung unter

in teilweise Entlastung des Ringes 13. Bei Erreichen des Enddruckes pi dichtet schließlich auch der Dichtring 15 berührungslos mit seinem dann verengten Dichtspalt zwischen seiner Bohrung und dem Plunger 1.

Anstelle des einteiligen, massiven Vorsatzringes 8 ist

Γι es auch möglich, eine an sich bekannte Ringkombination, bestehend aus einem radial geteilten Ring, einem tangential geteilten Ring und einem diese beiden Ringe stützenden Massivring, zu verwenden. Wesantiic! bei der Verwendung einer solchen Ringkombination ist. daß

w sie minimales, gleichbleibendes Spiel relativ zum Plunger hat, das im Stande ist, mit dem Inbetriebnehmen des Hochdruckkompressors sofort die Dichtwirkung einzuleiten, bevor das Dichtelement in Form einer konischen Büchse oder mehrerer, im Außendurchmes-

*-~> ser abgestufter Ringe die Dichtfunktion übernehmen kann.

Es ist auch möglich, für den Vorsatzring 8 einen an sich bekannten Drosselring vorzusehen, der üblicherweise auf einer Stirnfläche mit radialen, über den

■>o Ringumfang verteilten Nuten versehen ist, die dem Durchtritt des Gases dienen. Diese Stirnfläche müßte zur Hochdruckseite des Kompressors hin liegen, während die andere, glatte Stirnfläche des Drosselringes an der Stirnfläche des verjüngten Endes des

ν. Dichtelementes anliegt. Auch hier ist das Spiel /wischen der Bohrung des Drosselringes und dem Plunger sehr klein und ändert sich während des Betriebes des Hochdruckkomprrssors praktisch nicht.

Bei dem Ausfühiungsbeispiel nach Fig. 4 ist die

ho Ringkammer 5' statt im Zylinder 2 im Plunger 1 vorgesehen. Dementsprechend ist die Dichtbüchse 6' auf ihrer Innenseite mit von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite zunehmender Wanddicke versehen, während ihre Außenseite gleichen Durchmesser auf-

Hi weist. Die zylindrische Außenfläche der Dichtbüchss 6' bildet also zusammen mit der umgebenden Zylinderwand den Dichtspalt, der sich unter dem Einfluß des steigenden Druckes des in der Ringkammer 5'

befindlichen Mediums verrinnen. Die elasnsche Verformung der Diehtbiiehse 6' besieht hier also in einem Aufweiten der Büchse. Am hoehdruckseitigen. verjüngten f-jule der Dichtbüchse ft' im tier 'v'orsai/rmg H niigeordnet. dessen Spiel zur A linderwand wesentlich geringer ist als das lanbauspiel der Huchse. Die ί unklion dieser Dichtvorrichtimg ist gleich derjenigen, wie sie /u I" i g. I und 2 beschrieben worden ist.

Die beschriebenen Dichtvorrichtungen sind mehl nur für I lochdriickkompressoreii. in denen (läse verdichlei werden, sondern auch fur I lochdnickpumpeii geeignet, in denen flüssigkeiten gefordert w erden.

/. Ii s ,1 in m e η f ,ι s s u η g

Die Vorrichtung weist ein ringförmiges, den Plunger (I) umgebendes Dichtelement (h) auf. das in einer Kingkammer (ϊ) des /vhnders (2) angeordnet ist Der der 1 lochdriickscite /ur Niederdnickseilc des Kompres sors hin /u. Das Dichtelement (fi) isl untei dem Druck des in der Kingkammer (5) befindlichen Mediums elastisch verformbar, wobei sich das anfänglich grolle , l.inbauspiel (Ik) des Dichtelementes (fi) /um Plunger (I) verfingen. In der Kingkammer (S) ist ein den Plunger (I) ebenfalls umgebender Vorsal/ring (8) angeordnet, der am verjüngten l-lntle des Dichtclementes dichtend anliegt und wesentlich größeren AuHendurchmesser hat aK da¹, verinnglc' I nde. Das Spie! (h.) de¹· \ of-at/ringe¹· isl wesentlich geringer als d.is l.iubaiispiel (lh) des Dichtelenientes (h)

Durch das Anbringen des ν ο: s.ii/rmges (8) wird wegen seines geringen Spiels S₁ hon beim Anfahren des I lochdruc. kkompressors oder dvr Hochdruckpumpe cine I )ichtw irkung cr/ieii. d. h bevor das Du hlelemeni (M dichte', das erst bei höheren Drucken zur Wirkung

I 1 /I . . Ii

I licr/ii I Blatt Zcichnumien

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum berührungslosen Dichten des Plungers im Zylinder einer Hochdruckpumpe oder eines Hochdruckkompressors, wobei in einer Ringkammer des Zylinders ein den Plunger mit Spiel umgebendes ringförmiges Dichtelement angeordnet ist, das aus mehreren, mit ihren Stirnflächen dichtend aneinanderliegenden Ringen mit von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite zunehmendem Außendurchmesser oder aus einer Büchse mit von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite zunehmendem Außendurchmesser besteht und das sich unter dem Druck der in der Ringkammer befindlichen Flüssigkeit bzw. des komprimierten Gases elastisch verformt und dabei das Spiel zum Plunger verringert, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ringkammer (5, 5') am hochdruckseitigen Ende ein den Plunger (1) umgebender, mit seiner niederdruckseidgen Stirnfläche (9) an der hochdruckseitigen Stirnfläche des Dichteiementes (6, 6', 11 bis 15) anliegender Vorsatzring (8) angeordnet ist, dessen Außendurchmesser wesentlich größer ist als der des Dichtelementes (6, 6', 11 bis 15) an seinem verjüngten Ende und dessen Spiel (hg) zwischen seiner Bohrung und dem Plunge: (1) kleiner ist als das Einbauspiel (he) zwischen der Bohrung des Dichielementes und dem Plunger.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsatzring (8) aus mindestens einem geteilter. Ring und einem diesen stützenden Ring gebildet ist, wobei der stü'-.ende Ring an der Stirnfläche des verjüngten Endes des Dichtelementes (6, 6', 11 bis 15) dichtend an'-egt und wie der geteilte Ring minimales Spiel relativ zum Plunger (1) aufweist.