DE3014024A1

DE3014024A1 - Trockenlauf-verdichter, insbesondere hubkolbenverdichter zur foerderung kompressibler medien

Info

Publication number: DE3014024A1
Application number: DE19803014024
Authority: DE
Inventors: Helmut 5000 Köln Gernandt
Original assignee: Neuman & Esser Maschf
Current assignee: Neuman & Esser Maschf
Priority date: 1980-04-11
Filing date: 1980-04-11
Publication date: 1981-10-15

Description

Trockenlauf-Verdichter, insbesondere Hubkolbenverdichter,
zur Förderung kompressibler Medien Die Erfindung. bezieht sich auf einen Trockenlauf-Verdichter, insbesondere Hubkolbenverdichter, zur Förderung kompressibler Medien, wie Gase und Dämpfe, bei der ein Verdrängerelement mit einer Trockenlaufdichtung versehen ist und in einen Zylinder mittels eines Triebwerkes hin- und herbewegt wird.
Es sind ölfreie Tauchkolbenmaschinen mit einem Kurbeltrieb bekannt, die für kleine Fördermengen einsetzbar sind. Bei diesen Tauchkolbenmaschinen übernehmen Schwinggelenke anstelle eines Kreuzkopfcs die Geradeführung der Kolben.
Diese Tauchkolbenmaschinen können jedoch nur, wie bereits erwähnt, für geringe Fördermengen eingesetzt werden, was somit zu einer wesentlichen Einschränkung im Anwendungsbereich führt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, auch für größere Fördermengen einen absolut öl freien Kolbenverdichter zu schaffen, der zu Verdichten von Gasen und Dämpfen geeignet ist, die nicht mit Öl oder anderen ähnlichen Stoffen in Berührunq kommen dürfen.
Dieser Hubkolbenverdichter der zur Verdichtung aller kompressiblon Medien geeignet ist, kann auch als Kälteverdichter in Kälteanlagen und als Verdichter in Rückverfliissigungsanlage von Tieftemperatur-Flüssiggas-Lagerungen verwendet werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß die für die Führung, Lagerung und beweglichen Verbindungen der bewegten Triebwerkteile mit für Trockenlauf-, insbesondere ölfreien Betrieb ausgestatteten Werkstoffen ausgeführt bzw.
ausgelegt sind. Ein besonderer Vorteil der trockenlaufenden, zumindest öl frei arbeitenden Ausbildung des Triebwerkes ist es, daß keine in das Triebwerk gelangende Teile der zu verdichtenden Gase oder Dämpfe von flüssigen Schmiermittels absorbiert werden und verloren gehen oder die Schmierung des Triebwerkes verschlechtern können. Dadurch können wesentliche Vereinfachungen in den Dichtungseinrichtungen der Kolben und nicht zuletzt auch leichteren Lauf des bzw. der Kolben erreicht werden.
Vorzugsweise weist das Triebwerk eine mit dem Verdrängerelement verbundene und eine gemeinsame Bewegungsachse aufweisend Kurbelschwinge auf. Durch die Anwendung der Kurbelschwinge ist es möglich, alle Lagerstellen die Reibungswärme erzeugen, so auszubilden, daß sie gekühlt werden können, um eine Überhitzung oder schnellen Verschleiß der Elemente zu vermeiden.
In besonders vorteilhafter Weise kann die Kurbelschwinge über eine, an einem Kurbelzapfen angebrachte, Kurbelkulisse in eine hin- und hergehende Bewegung versetzt werden. Dabei kann in besonders vorteilhafter Weise die Kurbelschwinge an ihren beiden freien Enden in wassergekühlten Trockenlauflagern geführt werden. In einer besonders vorteilhaften Weise kann die Kurbelschwinge mit ihren beiden freien Enden über ein Wärmedämmelement mit den Verdrängerelementen verbunden sein. In ebenso vorteilhafter Weise kann die Kurbelkulisse an ihrer Kurbelzapfe -Lagerstelle mit einem Trockenlauflager und in ihrem Gleitbereic mit einem Trockenlaufgleitmaterial versehen sein.
Besonders vorteilhaft kann eine, die Kurbelschwinge antreibende, Kurbelwelle mit einer Kühlmittel durchströmten Längsbohrung ver sehen sein, deren Ein- und Austrittsabdichtung außerhalb des Triebwerkgehäuses angeordnet ist. In besonders vorteilhafter Weise können in einen Triebwerkraum führende Saug-Gas-Zuführung ~ kanäle am Triebwerksgehäuse derart angebracht sein, daß das Medium während der Ansaugbewegung der Verdrängerelemente alle Triebwerkteile überstreicht und diese somit abkühlt. In einer weiteren, vorteilhaften Weise können an den tiefsten Stellen des Triebwerkgehäuses im Bereich der Verdrängerelemente Kondensat-Auslaßventile vorgesehen sein. In einer weiteren, vorteilhaften Weise kann der Hubkolbenverdichter mit einem kombinierte Saug- und Druckventil versehen sein. In besonders vorteilhafter Weise kann der Hubkolbenverdichter einkurbelig ausgebildet sein In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann eine Anzahl von einkurbeligen Hubkolbenverdichtern in Art einer Baukastenausführung miteinander zu einer Einheit verbunden und durch eine gemeinsame Kurbelwelle angetrieben werden.
Hierdurch kann man ohne besondere Maßnahmen eine vierkurbelige Ausführungsform völli.g massenkraftfrei gestalten. Bei der dreikurbeligen Ausführungsform ist eine massenkraftfreie Ausführung ebenfalls möglich, indem die Masse der hin- und hergehenden mittleren Einheit verdoppelt werden kann.
In vorteilhafter Weise kann der Durchtritt der Kurbelwelle am Triebwerksehäuse mittels einer flüssigkeitsgekühlten ölfreien Gleitringdichtung abgedichtet werden.
Die einzelnen einkurbelig ausgebildeten Verdichtereinheiten können gasseitig durch entsprechend Saug- und Drucksammelrohre miteinander verbunden werden, wobei diese volumenmäßig so ausgebildet sein können, daß sie gleichzeitig als Puffer wirken. Kühler und Abscheider können unter dem Hubkolbenverdichter derart angeordnet werden, indem man diesen auf ein entsprechendes Profilstahlgestell setzt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen: Figur 1 einen Hubkolbenverdichter in einkurbeliger Ausführung und zwei Verdichterstufen; Figur 2a Schema eines Flubkolbenverdichters in einer einkurbeliqen Ausführungsform: Figur 2b ,Schema eines zweikurbeligen fluhkolbenverdichtersi Figur 2c Schema eines dreikurbeligen Hubkolbenverdichters; und Figur 2d Schema eines vierkurbeligen Hubkolbenverdichters.
Die Figur 1 zeigt einen Hubkolbenverdichter lo mit einem Triebwerksgehäuse 21, das zwei voneinander getrennte Saug-Gas-Zuführungskanäle 23 und 24 aufweist. Dabei wird die erste Stufe des Hubkolbenverdichters lo über den Saug-Gas-Zuführungskanal 23 in seiner ersten Stufe gespeist. Die zweite Stufe wird durch den Saug-Gas-Zuführungskanal 24 gespeist. Das durch die Verdrängerelemente 11 angesaugte Medium 27 gelangt über die Saug-Gas-Zuführungskanäle 23 und 24 in den Triebwerkraum 22 und in den Verdichtungsraum 29 des wassergekühlten Zylinders 28 bei geöffnetem Saugventil 26. Nach beendigter Ansaugphase wird das Medium 27 bei geöffnetem Druckventil 26 in das Drucksammelrohr 30 weiter befördert. Der Saug- bzw. Kompressionstakt des Verdrängerelementes 11 wird durch die Kurbelschwinge 12 ausgeführt. Die beiden freien Enden dieser Kurbelschwinge 12 sind über ein Wärmedämmelement 16 z.B. Fibersilicat mit dem Verdrängerelement 11 verbunden. Dieses Wärmedämmelanent 16 dient als ärmcisolierstrecke, die den Wärmetransport der durch die Kompression entstehenden Wärme am Verdrängerelement 11 zuder Kurbelschwinge 12 verhindert. Das Verdrängerelement 11 der beiden Verdichtungsstufen ist mit einer Trockenlaufdichtung 31 z.D. PTiF versehen.
Die Kurbelschwinge 12 ist über eine Kurbelkulisse 14 an dem Kurbelzapfen 13 der Kurbelwelle 20 befestigt. Durch diese Kurbelkulisse 14 wird eine Geradeführung der Kurbelschwinge 12 bezüglich der Achse der Verdrängerelemente 11 erreicht.
Um die Trockenlauf-Eigenschaften der Kurbel schwinge 12 im Triebwerksgehäuse 21 zu erreichen, ist die, die Kurbelschwinge 12 bewegende, Kurbelkulisse 14 einerseits an ihrer Kurbelzapfen-Lagerstelle mit einem Trockenlauflager 17 und andererseits mit einem Trockenlauf-Gleitmaterial 18 versehen, das z.B. aus PTFE besteht. Durch die Verwendung dieses Trockenlauf-Gleitmaterials 18 entfällt eine Schmierung der Kurbelkulisse 14, die sich in der Kurbelkulissenaufnahme 32 hin-und herbewegt. Die Kurbelschwinge 12 ist an ihren beiden Enden in wassergekühlten Trockenlauflagern 15 geführt.
Eine Kühlung der erwärmten Kurbel schwinge 12 - durch Reibungswärme erwärmt - erfolgt durch das zu verdichtende Medium 27 selbst, derart, daß das angesaugte Medium 27 vor dem Eintritt in den Triebwerksraum 22 durch Kühlkanäle geführt wird und nach dem Eintritt durch die Saug-Gas-Zuführungskanäle 23 und 24 in den Triebwerksraum 22 an den erwärmten TriebwerXsiementen vorbeistreicht und diese somit abkühlt.
Dieses angesaugte Medium 27 kühlt auch Druckventil 26, das Innen angeordnet ist, derart, daß eine Aufheizung durch das erwärmte, komprimierte Medium weitgehend vermieden wird.
Die Anordnung der Saug-Gas-Zuführungskanäle 23 und 24 in dem Triebwerksgehäuse 21 ist so beschaffen, daß das ein- tretende Medium 27 auf dem Weg zum Saugventil 26 alle Trieb-Werkselemente umstreicht zwecks einer Kühlung. Das somit aufgeheizte Medium 27 gibt wiederum seine Wärme an flüssigkeitsgekühlte Kanäle 33 ab.
Die Kühlung der Kurbelwelle 20 erfolgt durch eine kühlwasserführende Längsbohrung 19. Diese Längsbohrung 19, die von einem Kühlmittel durchströmt wird, weist eine Ein- und Austrittsabdichtung außerhalb des Triebwerksgehäuses 21 auf.
Das beim Ansaugen entstehende Kondensat wird an den tiefsten Stellen des Triebwerkgehäuses 21 im Bereich der Verdrängerelemente 11 angesammelt und über Kondensat-Auslaßventile 25 nach außen abgelassen.
Neben der beschriebenen einkurbeligen Ausführung des Hubkolbenverdichters lo kann dieser auch zwei-, drei- und vierkurbelig ausgeführt werden, derart, daß die einzelnen Kurbeleinheiten lo baukastenförmig aneinander geschraubt werden, wie es aus den Figuren 2b, 2c und 2d zu ersehen ist. Hier- -durch kann man ohne besondere Maßnahmen die vierkurbelige Ausführung völlig massenkraftfrei gestalten. Bei der dreikurbeligen Ausführung ist eine massenkraftfreie Ausführung ebenfalls möglich, wenn die Masse der hin- und hergehenden mittleren Einheit lo verdoppelt wird.
Die einzelnen Kurbeleinheiten lo werden gasseitig durch entsprechende Saug- und Drucksammelrohre miteinander ver- bunden. Diese sind volumenmäßig so ausgebildet, daß sie gleichzeitig als Puffer wirken. Kühler und Abscheider können unter dem Hubkolbenverdichter lo angeordnet werden, wenn man diese auf ein entsprechendes Profilstahlgestell setzt.
Dieser beschriebene Hubkolbenverdichter lo zeichnet sich durch eine geringe Geräuschentwicklung und eine große Laufruhe aus. Der einfache Aufbau gestattet ein problemloses Warten, was infolge der geringen Anzahl der Verschleißteile auch zu einer lagen Laufzeit führt.

Claims

Patentansprüche 1 ========================= I 1. Trockenlauf-Verdichter, insbesondere Hubkolbenverdichter, zur Förderung kompressibler Medien1 wie Gase und Dämpfe, bei der ein Verdrängerelement mit einer Trockenlaufdichtung versehen ist und in einem Zylinder mittels eine Triebwerkes hin- und herbeweqt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Führung, Lagerung und beweglichen Verbindungen der bewegten Triebwerkteile mit für Trockenlauf-, insbesondere ölfreien Betrieb ausgestatteten Werkstoffen ausgeführt bzw. ausgelegt sind.
2.) Trockenlauf-Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Triebwerk eine, mit dem Verdrängerelement (11) verbundene und eine gemeinsame Bewegungsachse aufweisende, Kurbelschwinge (12) aufweist.
3.) Trockenlauf-Verdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelschwinge (12) über eine, an einem Kurbelzapfen (13) angebrachte, Kurbelkulisse (14) in eine hin- und hergehende Bewegung versetzt wird.
4.) Trockenlauf-Verdichter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekcnnzeichnet, daß die Kurbelschwinge (12) an ihren beiden freien Enden in wassergekühlten Trockenlauflagern (15) geführt ist.
5.) Trockenlauf-Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelschwinge (12) mit ihren beiden freien Enden über ein Wärmedämmelement (16) mit den Verdrängerelementen (11) verbunden ist.
6.) Trockenlauf-Verdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelkulisse (14) an ihrer Kurbelzap£en-Lagerstelle mit einen Trockenlauflager (17) versehen ist.
7.) Trockenlauf-Verdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelkulisse (14) mit Trockenlauf-Gleitmaterial (18) versehen ist.
8.) Trockenlauf-Verdichter nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine, die Kurbelschwinge (12) antreibende, Kurbelwelle (20) mit einer Kühlmittel führenden Längsbohrung (19) versehen ist, deren Ein- und Austrittsabdichtung außerhalb des Triebwerkgehäuses (21) angeordnet ist.
9.) Trockenlauf- Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einen Triebwerkraum (22) führende Saug-Gas-Zuführungskanäle (23, 24) am Triebwerksgehäuse (21) derart angebracht sind, daß das Medium während der Ansaugbewegung der Verdrängerelemente (11) alle Triebwetkteile überstreicht und somit abkühlt.
10.) Trockenlauf-Verdichter nach feinem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an den tiefsten Stellen des Triebwerksgehäuses (21) im Bereich der Verdrängerelemente (11) Kondensat-Auslaßventile (25) vorgesehen sind.
11.) Trockenlauf-Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubkolbenverdichter (io) mit einem kombinierten Saug- und Druckventil (26) versehen ist.
12.) Trockenlauf-Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß der Hubkolbenverdichter (lo) einkurbelig ausgebildet ist.
13.) Trockenlauf-Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von einkurbelig n Hubkolbenverdichter (10) in Art einer Baukastenausführung miteinander zu einer Einheit verbunden und durch; eine gemeinsame Kurbelwelle (20) angetrieben werden.
14.) Trockenlauf-Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Durchtritt der Kurbelwelle (20) am Triebwerksgehäuse (21) mittels einer flüssigkeitsgekühlten öl freien Gleitringdichtung abgedichtet ist.