DE3006332C2

DE3006332C2 - Kolbenkompressor, insbesondere zum Verdichten von Sauerstoff

Info

Publication number: DE3006332C2
Application number: DE3006332A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Masch.-Techn. Kollbrunn Meier
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1980-02-14
Filing date: 1980-02-20
Publication date: 1983-11-10
Also published as: DE3006332A1; GB2071269B; NL8100430A; FR2476236B1; GB2071269A; IT8119593A0; US4393752A; IT1135363B; CH641876A5; FR2476236A1

Description

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Die Erfindung betrifft einen Kolbenkompressor zum Verdichten von Gasen, die mit Kompressorteilen exotherme Reaktionen eingehen können, insbesondere Sauerstoff, mit Zylinderbüchsen, die in einen Kühlwasser enthaltenden Zylinderblock dicht eingesetzt sind, wobei an dem dem Kompressionsraum abgewandten Ende der Zylinderbüchse ein Leckgassammeiraum und eine Dichtung zwischen der Zylinderbüchse und dem Zylinderblock zum Leckgassammeiraum hin vorgese- ^ω hen sind.

Kolbenkompressoren dieser Art mit Zylinderblockkühlung haben die Vorteile, daß im Betrieb auftretende Wärmedehnungen gut beherrscht werden und daß im Falle eines Brandes im Kompressionsraum durch das Kühlwasser eine gewisse Schutzfunktion besteht. Das im Zylinderblock enthaltene Kühlwasser benetzt bei diesen bekannten Kolbenkomoressoren die Außenfläche der Zylinderbüchse. Die nahe dem unteren Ende der Zylinderbüchse zwischen dieser und dem Zylinderblock vorgesehene Dichtung ist aber wegen des Leckgassammelraumes problematisch, da sie durch wasserseitige Korrosion defekt werden kann. In einem solchen Falle kann Leckgas aus dem Sammelraum in den Kühlwasser enthaltenden Raum des Zylinderblocks oder Wasser aus diesem Raum in den Leckgassammeiraum gelangen, wodurch dann weitere Korrosionen am der Zylinderbüchse wie 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 Korrosionsgef ahr an der Oichtstelle der Zylinderbüchse zwischen dem Leckgassammelraum und dem Zylinderblock vermieden und zugleich eine gute direkte Kühlung der Zylinderbüchse gewährleistet ist, ohne auf die Vorteile des gekühlten Zylinderblockes zu verzichten. -

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine doppelwandige, zwangsgekühite Zylinderbuchse durch einen ringförmigen Zwischenraum von dem im Zylinderblock enthaltenen Kühlwasser getrennt ist, wobei die Dichtung zwischen dem Zwischenraum und dem Leckgassammeiraum angeordnet ist.

Durch das Vorsehen des ringförmigen Zwischenraumes und das Anordnen der Dichtung zwischen diesem Zwischenraum und dem Leckgassammeiraum wird vermieden, daß aus diesem Sammelraum entweichendes Leckgas mit dem Kühlmittel der Zwangskühlung oder dem Kühlwasser des Zylinderblocks in Berührung kommen kann, so daß damit jegliche Korrosionsgefahr unterbunden wird, und zwar auch dann, wenn die Dichtung am Leckgassammeiraum defekt werden sollte. Durch die Zwangskühlung der doppelwandigen Zylinderbüchse ist trotz des Vorhandenseins des ringförmigen Zwischenraumes eine gute und an die jeweiligen Betriebsverhältnisse anpaßbare Abfuhr der Kompressionswärme gewährleistet. Außerdem wird durch den ringförmigen Zwischenraum und das im Zylinderblock enthaltene Kühlwasser ein guter Brandschutz für den Kompressor und dessen Umgebung erreicht, falls im Kompressionsraum ein Brand entstehen sollte. In einem solchen Falle könnte die Zylinderbüchse vielleicht durchgeschmolzen werden, ohne daß dadurch aber der Zylinderblock wesentlich beschädigt würde, da der ringförmige Zwischenraum ein Weiterschmelzen unterbricht. Durch Auswechseln der Zylinderbüchse ließe sich der Schaden relativ rasch und mit geringerem Kostenaufwand beheben, als wenn auch der Zylinderblock repariert -oder sogar ersetzt werden müßte. Besondere Bedeutung hat die Erfindung für Kolbenkompressoren mit einfachwirkenden sowie berührungslos im Zylinder bewegten Kolben.

Aus den DE-PS 9 01477 und 8 04 502 sowie der GB-PS 5 80 889 ist es bekannt, bei Verbrennungsmotoren doppelwandige Zylinderbüchsen mit Zwangskühlung zu verwenden. Aus der DE-AS 11 90 959 ist es für einen Kältemittelkolbenverdichter bekannt, auf die Zylinderbüchse einen doppelwandigen Kühlmantel zu stecken, der Zwangskühlung aufweist und außen von Kältemittel umströmt ist.

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

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

Fig.2 einen Schnitt entsprechend der Linie H-II in Fig.l.

F i g. 3 einen Axialschnitt durch einen abgewandelten Zylinderblock und

Fi g. 4 einen Schnitt entsprechend der Linie IV-IV in Fig_T3.

Gemäß Fig.l ist in einem Zylinderblock 1 eines Kolbenkompressors zum Verdichten von Sauerstoff eine Zylinderbüchse 2 eingesetzt. In der Zylinderbuchse 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 is sowie einer Aussparung im Zylinderdeckel 5 andererseits gebildet Die Ein- und Auslaßventile sind hier nicht dargestellt. Wegen der berührungslosen Bewegung 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 Sanrnelraum 6 über eine nicht gezeichnete Leitung zur Saugseite des Kompressors zurückgeführt werden. In Fig. ί 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, 3u indem die eigentliche Zylinderwand von einer zweiten zylindrischen Wand 8 umgeben ist, die an ihrem unteren und an ihrem oberen Ende mit flanschartigen Verdikkungen 19 bzw. 19' der Zylinderbüchse dicht verschweißt ist. In dem so gebildeten Raum 9 zwischen den ΐϊ beiden Wänden der Zylinderbüchse 2 sind zwei schraubenförmige Wendeln 10 vorgesehen, die aus der eigentlichen Zylinderwand herausgearbeitet sind. Zwischen den Wendeln 10 entstehen somit zwei schraubenlinienförmige 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 dem Sammelrauni 6. Zum Abdichten dieses Endes ist am Übergang 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 Flunsch 19' gilt. M

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 zylihdrischen Wand 8 und ist am oberen Ende mit einem Entliiftungskanal 24 verbunden. Außerhalb der Ringwafld 22 ist im Zylinderblock 1 ein Raum 23 vorhanden, der von Kühlwasser durchflossen 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 F i g. 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 drr zylindrischen Wand 8 und der eigentlichen Zylinderwand ragende Rohre 30 unt¹ il bewerkstelligt, die diameirai einander gegenüberliege!) \ und parallel zur Zylinderachse angeordnet sind. Über 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 Zylinderbuchse 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 Sammelraum 6 über den Dichtring 20 mi; 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 be' worn normalen Druck im Raum 21 abweichenden Druck der Antriebsmotor selbsttätig abgeschaltet werden könnte. Die!, wäre bei Auftreten eine·! Brandes im Zylinderraum besonders nützlich.

Zusätzlich zur oder anstelle der Abschaltung des Antriebsmotors könnte abhängig vom Druck im Raum 21 eine an den Kompressionsraum 4 angeschlossene Entlastungsvurrichtung betätigt werden.

Es ist auch möglich, den Raum 21 mit einem inerten Gas, z. B. Stickstoff, zu füllen, so daß die i-unktion 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 Ausfiihrungsbeispiel nach Fig. I können die Wendeln 10 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 derselben Quelle entstammen; sie können auch gleicher Art. aber verschiedener Qualität sein. Schließlich können sie auch verschiedener Art sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kolbenkompressor zum Verdichten von Gasen, die mit Kompressorteilen exotherme Reaktionen eingehen können, insbesondere Sauerstoff, mit Zylinderbüchsen, die in einen Kühlwasser enthaltenden Zylinderblock dicht eingesetzt sind, wobei an dem dem Kompressionsraum abgewandten Ende der Zylinderbüchse ein Leckgassammeiraum und eine Dichtung zwischen der Zylinderbüchse und dem Zylinderblock zum Leckgassammeiraum hin vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine doppelwandig^ zwangsgekühlte Zylinderbüchse (2, 8) durch einen ringförmigen Zwischenraum (2t) von dem im Zylinderblock (1) enthaltenen «s Kühlwasser getrennt ist, wobei die Dichtung (20) zwischen dem Zwischenraum (21) und dem Leckgassammeiraum (6) angeordnet ist.

Z Kolbenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Raum (9) zwischen den Wänden <Jsr Zylinderbüchse (2, 8) zwei sich um die Zylinderachse herum erstreckende Wendeln (10) vorgesehen sind, durch die ein schraubenünienförmiger, abwärtsführender und schraubenlinienförmiger, aufwärtsführender Kühlmittelkanal gebildet sind, von denen einer an eine Kühlmittelzufuhr und der andere an eine Kühlmittelabiiihr angeschlossen ist.

3. Kolbenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Raum (9) zwischen den beiden Wänden der Zylinderbüchse (2,8) über deren Umfang verteilt zwei zur Zylinderachse parallele Rohre (30,3») angeordnet sind, die über ihre Länge verteilt mehrere Kühlmittc-Murchtrittslöcher (32) aufweisen und von den^n eines an eine Kühlmittelzufuhr und das andere an ei;·; Kühlmittelabfuhr angeschlossen ist.

4. Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (21) mit einer Absaugung in Verbindungsteht, «ο

5. Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den Zwischenraum (21) ein Druckmeßorgan angeschlossen ist.

6. Kolbenkompressor nach einem der Ansprüehe 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (21) mit einem inerten Gas gefüllt ist.