DE3006332A1

DE3006332A1 - Kolbenkompressor, insbesondere zum verdichten von sauerstoff

Info

Publication number: DE3006332A1
Application number: DE19803006332
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Masch.-Techn. Hans Kollbrunn Meier
Original assignee: Sulzer AG; Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1980-02-14
Filing date: 1980-02-20
Publication date: 1981-08-20
Also published as: FR2476236B1; CH641876A5; IT8119593A0; DE3006332C2; US4393752A; GB2071269A; NL8100430A; FR2476236A1; GB2071269B; IT1135363B

Description

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Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur, Schweiz

Kolbenkompressor, insbesondere zum Verdichten von Sauerstoff

Die Erfindung betrifft einen Kolbenkompressor zum Ver-

brandverursachenden .
dichten von Gasen, insbesondere von Sauerstoff,

mit mindestens einem Zylinder in Form einer Büchse, in der sich ein einfachwirkender Kolben bewegt und die in einen Kühlwasser enthaltenden Zylinderblock dicht eingesetzt ist, wobei an dem dem Kompressionsraum abgewendeten Ende der Zylinderbüchse ein Sammelraum für Leckgas vorgesehen ist.

Bei den bisher bekannten Kolbenkompressoren dieser Art benetzt das im Zylinderblock enthaltene Kühlwasser die Aussenflache der Zylinderbüchse. Nahe dem unteren Ende der Zylinderbüchse ist deshalb eine Dichtung zwischen der Zylinderblockwand und der Zylinderbüchse vorgesehen. Diese Dichtung ist für Kolbenkompressoren mit Leckgassammeiraum

idurch.. wasserseitige Korrosion; problematisch, da sie^Tdefekt werden kann. Dabei besteht die Gefahr, dass Leckgas aus dem Sammelraum in den Kühlwasser enthaltenden Raum des Zylinderblocks oder Wasser aus dem Zylinderblock in den Leckgassammeiraum gelangt, wobei dann weitere Korrosionen an der Zylinderbüchse wie

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auch am Zylinderblock hervorgerufen werden, die die Lebensdauer des Kompressors wesentlich herabsetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolbenkompressor der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine Korrosionsgefahr an der Dichtstelle der Zylinderbüchse zwischen dem Sammelraum und dem Zylinderblock vermieden und zugleich eine gute direkte Kühlung der Zylinderbüchse gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Zylinderbüchse doppelwandig ausgebildet ist und der zwischen den beiden Wänden der Zylinderbüchse gebildete Raum mit einer Zwangskühlung versehen ist und dass von der dem Leckgassammeiraum benachbarten Dichtstelle zwischen der Zylinderbüchse und dem Zylinderblock ausgehend ein sich zwischen der Zylinderbüchse und dem Zylinderblock erstreckender, ringförmiger Raum vorgesehen ist, der die Zylinderbüchse vom im Zylinderblock enthaltenen Kühlwasser trennt.

Durch das Anbringen des ringförmigen Raumes wird vermieden, dass aus dem Sammelraum entweichendes Leckgas mit dem Kühlmittel der Zwangskühlung oder des Zylinderblocks in Berührung kommen kann, so dass damit jegliche Korrosionsgefahr unterbunden wird, und zwar auch dann, wenn die Dichtstelle am Leckgassammeiraum defekt werden sollte. Durch die Zwangskühlung der doppelwandigen Zylinderbüchse ist trotz des Vorhandenseins des ringförmigen Raumes eine gute und an die jeweiligen Betriebsverhältnisse anpassbare Abfuhr der Kompressionswärme gewährleistet. Durch den ringförmigen Raum und das im Zylinderblock enthaltene Kühlwasser wird ausserdem ein guter Brandschutz für den Kompressor und dessen Umgebung erreicht, falls im Zylinderraum ein Brand entstehen sollte. In einem solchen Falle könnte die Zylinderbüchse vielleicht durchgeschmolzen werden, ohne dass dadurch der .Zylinderblock wesentlich beschädigt würde, da

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der ringförmige Raum ein Weiterschmelzen unterbricht. Durch Auswechseln der Zylinderbüchse Hesse sich der Schaden relativ rasch und mit geringerem Kostenaufwand beheben, als wenn auch der Zylinderblock repariert oder sogar ersetzt werden müsste. Durch das im Zylinderblock enthaltene Kühlwasser werden andererseits auch die Abmessungen des Zylinderblocks im wesentlichen konstant gehalten, was sich besonders günstig auswirkt, wenn mehrere Zylinder im selben Zylinderblock angeordnet sind. 10

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Zylinderblock eines Kolbenkompressors nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt entsprechend der Linie II - II

in Fig. 1,
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Fig. 3 einen Axialschnitt durch einen abgewandelten Zylinderblock und

Fig. 4 einen Schnitt entsprechend der Linie IV - IV in Fig. 3.

Gemäss Fig. 1 ist in einem Zylinderblock 1 eines Kolbenkompressors zum Verdichten von Sauerstoff eine Zylinderbüchse 2 eingesetzt. In der Zylinderbüchse 2 bewegt sich ein mit Labyrinthdichtungen versehener Kolben 3 berührungslos auf und ab, wobei während der Aufwärtsbewegung das Verdichten des Sauerstoffs im Kompressionsraum 4 stattfindet. Der Kompressionsraum 4 ist zwischen dem Kolben 3 einerseits und dem oberen Ende der ihn umgebenden Zylinderbüchse 2 sowie einer Aussparung im Zylinderdeckel 5 andererseits gebildet. Die Ein- und Auslassventile sind hier nicht dargestellt. Wegen der berührungslosen Bewegung

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des Kolbens 3 in der Zylinderbüchse 2 entweicht bei jedem Aufwärtshub etwas Gas entlang dem Kolben, das sich als Leckgas in einem Raum 6 sammelt, der im Zylinderblock am unteren Ende der Zylinderbüchse 2 vorgesehen ist. Das Leckgas kann aus dem Sammelraum 6 über eine nicht gezeich-

tVjerden nete Leitung zur Saugseite des Kompressors zurückgeführt?. In Fig. 1 unterhalb der Zylinderbüchse 2 ist in einer Aussparung 7 des Zylinderblocks 1 eine nicht dargestellte Dichtung für die Kolbenstange vorgesehen, die verhindert, dass Leckgas in den Kurbelraum des Kompressors gelangt.

Die Zylinderbüchse 2 ist doppelwandig ausgebildet, indem die eigentliche Zylinderwand von einer zweiten zylindrischen Wand 8 umgeben ist, die an ihrem unteren und an ihrem oberen Ende mit flanschartigen Verdickungen 19 bzw. 19' der Zylinderbüchse dicht verschweisst ist. In dem so gebildeten Raum 9 zwischen den beiden Wänden der Zylinderbüchse 2 sind zwei schraubenförmige Wendeln 10 vorgesehen, die aus der eigentlichen Zylinderwand herausge— arbeitet sind. Zwischen den Wendeln 10 entstehen somit zwei schraubenlxnienförmige Kanäle. Durch den einen dieser Kanäle wird ein Kühlmittelstrom, zweckmässig Wasser, abwärts in den Bereich der unteren flanschartigen Verdickung 19 geführt. Durch den anderen Kanal wird dann der Kühlmittelstrom wieder aufwärts geführt. Zu diesem Zweck sind im Raum 9 oberhalb der beiden Wendeln 10 zwei radiale Trennwände 11 und 12 eingeschweisst, so dass eine Zufuhrkammer 13 und eine Abfuhrkammer 14 für das Kühlmittel entsteht. An die Kammer 13 ist eine Kühlmittelzufuhrleitung 15 und an die Kammer 14 eine Kühlmittelabfuhrleitung 16 angeschlossen/ die jede in dem flanschartig verdickten oberen Ende 19' der Zylinderbüchse 2 befestigt ist.

Das untere Ende der Zylinderbüchse 2 ragt durch eine Bohrung 17 des Zylinderblocks 1 in den Sammelraum 6. Zum Abdichten dieses Endes ist

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am Uebergang zu der unteren flanschartigen Verdickung 19 der Zylinderbüchse 2 ein Dichtring 20 eingelegt, der beim Festspannen des Zylinderdeckels 5 auf dem Zylinderblock 1 von der Zylinderbüchse 2 gegen den Zylinderblock gepresst wird, was auch für den Dichtring 18 im Flansch 19' gilt.

Die zylindrische Wand 8 der Zylinderbüchse 2 ist oberhalb des Dichtringes 20 von einem ringförmigen Raum 21 umgeben, der nach aussen durch eine Ringwand 22 des Zylinderblocks 1 begrenzt wird. Der Raum 21, der mit Luft gefüllt ist, erstreckt sich über die gesamte Höhe der zylindrischen Wand 8 und ist am oberen Ende mit einem Entlüftungskanal 24 verbunden. Ausserhalb der Ringwand 22 ist im Zylinderblock 1 ein Raum 23 vorhanden, der von Kühlwasser durchflössen ist.

Im Betrieb des Kompressors wird der verdichtete Sauerstoff aus dem Kompressionsraum 4 über eine nicht gezeichnete Druckleitung im Zylinderdeckel 5 abgeführt. Das aus dem Kompressionsraum 4 am Kolben 3 entlang strömende Leckgas sammelt sich im Raum 6. Durch den luftgefüllten Raum 21 ist auf wirksame Weise vermieden, dass im Falle von Undichtheiten an den Dichtungsring 20 Sauerstoff mit dem Kühlwasser im Raum 23 und/oder im Raum 9 in Berührung kommen kann. Durch die Zwangskühlung im Raum 9 der doppelwandigen Zylinderbüchse wird trotzdem eine ausreichende Kühlung der Zylinderbüchse 2 sichergestellt.

Gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist die Zylinderbüchse 2 wiederum doppelwandig ausgebildet und an ihrem unteren Ende durch den Dichtring 20 im Zylinderblock 1 abgedichtet. Die Zwangskühlung der Zylinderbüchse 2 wird durch zwei in den Raum 9 zwischen der zylindrischen Wand 8 und der eigentlichen Zylinderwand ragende Rohre 30 und 31 bewerkstelligt, die diametral einander gegenüberliegend und parallel zur Zylinderachse

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angeordnet sind. Ueber die Länge der Rohre 30 und 31 verteilt sind mehrere Langlöcher 32 vorgesehen, die dem Durchtritt von Kühlmittel dienen. Am oberen Ende des Rohres 30 ist eine Kühlmittelzufuhrleitung 33 angeschlossen, die mit der oberen flanschartigen Verdickung 19' verschraubt ist. In gleicher Weise ist mit der Zylinderbüchse 2 eine Kühlmittelabfuhrleitung 34 verbunden.

Auch bei diesem Beispiel ist im Bereich des unteren Endes der Zylinderbüchse 2 ein Leckgassammeiraum 6 vorgesehen, durch den sich der Kolben 3 erstreckt. Die zweite zylindrische Wand 8 der Zylinderbüchse 2 ist wiederum von einem Ringraum 21 umgeben, der mit Luft gefüllt ist und das im Raum 23 des Zylinderblocks 1 enthaltene Wasser von dem Dichtring 20 trennt.

Im Betrieb des Kompressors kann somit kein Leckgas aus dem Saromelraum 6 über den Dichtring 20 mit dem Wasser aus dem Raum 23 oder 9 in Berührung kommen.

Das zwangsmässig geführte Kühlwasser tritt über die Leitung 33 in das obere Ende des Rohres 30 ein und verteilt sich über die Durchtrittslöcher 32 in den Zwischenraum 9 der doppelwandigen Zylinderbüchse 2. Diese Kühlmittelteilströme passieren jeweils den halben Umfang des Raumes 9 und gelangen dann über die Durchtrittslöcher 32 des Rohres 31 zur Abfuhrleitung 34.

An den ringförmigen Raum 21 lässt sich, z.B. über die Leitung 24 in Fig. 1_; ein Druckmessorgan anschliessen, so dass sich der Luftdruck in diesem Raum überwachen lässt. Das Druckmessorgan könnte mit dem Antriebsmotor des Kompressors in Wirkungsverbindung stehen, so dass bei vom normalen Druck im Raum 21 abweichenden Druck der Antriebsmotor selbsttätig abgeschaltet werden könnte. Dies wäre bei Auftreten eines Brandes im Zylinderraum besonders nützlich.

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Zusätzlich zur oder anstelle der Abschaltung des Antriebsmotors könnte abhängig vom Druck im Raum 21 eine an den Kompressionsraum 4 angeschlossene Entlastungsvorrichtung betätigt werden.
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Es ist auch möglich, den Raum 21 mit einem inerten Gas, z.B. Stickstoff, zu füllen, so dass die Funktion der Dichtungen überwacht werden kann, z.B. durch Kontrolle des Stickstoffdruckes und/oder der Zusammensetzung des Gases im Raum 21.

Die Kühlmittelzufuhrleitungen 15 und 33 können mit Ventilen versehen sein, um die den Raum 9 durchströmenden Kühlmittelmengen an die jeweiligen Betriebsverhältnisse des Kompressors anpassen zu können.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 können die Wendeln auch von der Zylinderbüchse 2 getrennte Bauteile sein, die mit der Büchse und/oder der zylindrischen Wand 8 verschweisst sind oder durch Auftragschweissen gebildet werden.

Ausser Sauerstoff kommt z.B. auch Chlor als brandverursachendes Gas in Frage, das im erfindungsgemässen Kompressor verdichtet werden kann.

Die Kühlmittel im Raum 9 und im Raum 23 können der selben Quelle entstammen; sie können auch gleicher Art, aber verschiedener Qualität sein. Schliesslich können sie auch verschiedener Art sein.

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Claims

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Patentansprüche

brandverursachenden Kolbenkompressor zum Verdichten von Gasen,

insbesondere von Sauerstoff, mit mindestens einem Zylinder in Form einer Büchse, in der sich ein einfachwirkender Kolben bewegt und die in einen Kühlwasser enthaltenden Zylinderblock dicht eingesetzt ist, wobei an dem dem Kompressionsraum abgewendeten Ende der Zylinderbüchse ein Sammelraum für Leckgas vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderbüchse doppelwandig ausgebildet ist und der zwischen den beiden Wänden der Zylinderbüchse gebildete Raum mit einer Zwangskühlung versehen ist und dass von der dem Leckgassammelraum benachbarten Dichtstelle zwischen der Zylinderbüchse und dem Zylinderblock ausgehend ein sich zwischen der Zylinderbüchse und dem Zylinderblock erstreckender ringförmiger Raum vorgesehen ist, der die Zylinderbüchse vom im Zylinderblock enthaltenen Kühlwasser trennt.
2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderbüchse zur Bildung der Doppelwandig-

keit von einer konzentrisch zur Zylinderachse angeordneten zylindrischen Wand umgeben ist, die mit ihren beiden Stirnseiten mit flanschartigen Verdickungen der Zylinderbüchse dicht verbunden ist. 25
3. Kompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Raum zwischen den beiden Wänden der Zylinderbüchse zwei sich um die Zylinderachse herum erstreckende Wendeln vorgesehen sind, durch die ein schraubenlinienförmiger, abwärtsführender und ein schraubenlinienförmiger, aufwärtsführender Kühlmittelkanal gebildet sind, von denen einer an eine Kühlmittelzufuhr und der andere an eine Kühlmittelabfuhr angeschlossen ist.

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4. Kompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Raum zwischen den beiden Wänden der Zylinderbüchse über deren Umfang verteilt zwei zur Zylinderachse parallele Rohre angeordnet sind, die über ihre Länge verteilt mehrere Kühlmitteldurchtrittslöcher aufweisen und von denen eines an eine Kühlmittelzufuhr und das andere an eine Kühlmittelabfuhr angeschlossen ist.
5. Kompressor nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendeln aus einem Stück mit der innen liegenden Wand der doppelwandigen Zylinderbüchse bestehen und bis zur umgebenden zylindrischen Wand reichen.
6. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Raum mit einer Absaugung in Verbindung steht.
7. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an den ringförmigen Raum ein Druckmessorgan angeschlossen ist.
8. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Raum mit einem inerten Gas gefüllt ist.
9. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben als sich berührungslos in der Zylinderbüchse bewegender Kolben ausgebildet ist.

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