DE4003214C2 - Verfahren und Einrichtung zum Ausgleich von Leckflüssigkeitsverlusten einer Sperrflüssigkeitsanlage - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zum Ausgleich von Leckflüssigkeitsverlusten einer SperrflüssigkeitsanlageInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausgleich von
Leckflüssigkeitsverlusten einer Sperrflüssigkeitsanlage gemäß
dem Gattungsbegriff des Hauptanspruches sowie eine Einrichtung
zur Durchführung des Verfahrens.
Aus Sicherheitsgründen muß beim Betreiben einer Hochdruckmaschine
zum Komprimieren von Gasen oder Gasgemischen, insbesondere
Prozeßgasen gewährleistet sein, daß an den Wellendurchführungen
aus dem Gehäuse kein Gas austritt und dies auch bei Drücken
von 300 bis 400 bar. Dazu sind an den Wellendurchführungen
Doppel-Gleitringdichtungen angeordnet, die während des Betriebes
und des Stillstandes unter Druck der Hochdruckmaschine ständig
mit Sperrflüssigkeit versorgt werden müssen, wobei der Druck
der Sperrflüssigkeit höher als der abzudichtende Gasdruck ist.
Die Verlustleistung der Dichtungen wird in Form von Wärme auf
die die Dichtungen durchströmende Sperrflüssigkeit übertragen,
die mittels eines im Sperrflüssigkeitskreislauf angeordneten
Kühlers rückgekühlt wird. Durch die sich im Normalbetrieb
einstellenden Dichtspalte der Gleitringdichtungen tritt eine gewisse
Leckflüssigkeitsmenge aus, die in einem dafür vorgesehenen Tank
gesammelt wird. Dieser Verlust muß in gewissen Zeitabständen wieder
ersetzt werden, damit die sichere Versorgung der Gleitringdichtungen mit
Sperrflüssigkeit mit der vorgegebenen Druckdifferenz zum abzudichtenden
Gasdruck aufrechterhalten wird. Bei Anwendungen für niedrige
Abdichtdrücke kann die Sperrflüssigkeit zum Beispiel einem
Druckübersetzer mit Differenzkolben (siehe Prospekt der Fa. Pacific)
zugeführt werden, in welchem ein dem Druckniveau proportionaler
Differenzdruck erzeugt wird. Dies führt bei großen
Betriebsdruckbereichen und hohen Maximaldrückem von 300 bis 400 bar zu
sehr großen Druckdifferenzen, welche regelungstechnisch schwer zu
beherrschen sind und die inneren Gleitringdichtungen des
Druckübersetzers unnötig hoch belasten.
Ein gattungsgemäßes Verfahren zum Ausgleich von
Leckflüssigkeitsverlusten ist der GB 1 302 475 zu entnehmen. Sie zeigt
in Fig. 1 eine Doppel-Gleitringdichtung einer Wellendurchführung einer
Hochdruckmaschine mit einem geschlossenen Sperrflüssigkeitskreislauf.
In diesem Kreislauf ist eine Regelspeicher angeordnet, in dessen Gehäuse
eine auf einen Faltenbalg wirkende Feder einen Druck in der
Sperrflüssigkeitskammer erzeugt, der höher ist, als der im Faltenbalg
wirkende Gasdruck. Das Zu- und Abschalten einer Speisepumpe für den
Ersatz der Leckagemenge wird über einen Dauermagneten im Druckraum, der
Impulse an einen außen am Gehäuse angeordneten Schalter überträgt,
gesteuert. Bei Hochdruckanwendungen mit einer entsprechend großen
Wanddicke des Speicherbehälters von mehr als 40 mm ist die magnetische
Übertragung des Füllstandes durch die Gehäusewand problematisch.
Außerdem ist die maximale Auslenkung des Faltenbalges gering, so daß im
Falle des Ausfalls der Speisepumpe nur ein geringes Speichervolumen für
den Notlauf zur Verfügung steht.
Durch DE-28 39 243 A1 ist ein System zur Rezirkulation von
Dichtflüssigkeit, insbesondere für ein Sterling-Motor bekannt.
Dabei wird zum Ausgleich von Sperrflüssigkeit bei einem mit
Hochdruck in dem Sterling-Motor beaufschlagte Dichtung eine
Kombination zweier Regelspeicher verwendet, die beide nach
dem Prinzip arbeiten, daß die Sperrflüssigkeit in ihren Kammern
durch Federn mit einer der gespeicherten Sperrflüssigkeitsmenge
proportionalen Kraft zusätzlich zum Gasdruck beaufschlag wird.
Innerhalb eines vorgegebenen Bereichs der Druckdifferenz, der
durch das Volumen der Kammern festgelegt ist, wird das Steuersignal
über Steuerkontakte für das Nachfüllen des Regelspeichers mittels
einer Pumpe abgeleitet. Das Steuersignal wird für ein Magnetventil
gebildet, um wechselweise die Speicherbehälter füllen zu können.
Das Messen einer Druckdifferenz zwischen irgendwelchen Leitungen,
um diese Differenz als Steuersignal zu verwenden, findet hier
nicht statt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum
Ausgleich von Leckflüssigkeitsverlusten einer geschlossenen
Sperrflüssigkeitsanlage zur Versorgung von flüssigkeitsgesperrten
Dichtungen an Hochdruckmaschinen anzugeben, bei dem für einen
Bereich der Abdichtung von Atmosphärendruck bis 400 bar ein
vom Speisebehälter unabhängiges Steuersignal für das Nachfüllen
gebildet wird, das regelungstechnisch einfach zu beherrschen,
unabhängig vom Druckniveau der Hochdruckmaschine ist und eine
Änderung der Schaltpunkte der Nachfüllpumpe auch während des
Betriebes der Hochdruckmaschine gestattet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
im Regelspeicher befindliche Sperrflüssigkeit ständig mit dem
in der Gasdruckmaschine herrschenden Hochdruck und einer
zusätzlichen, einer vorgegebenen Druckdifferenz entsprechenden,
ständig wirkenden Kraft beaufschlagt wird und bei Überschreiten
der Druckdifferenz das Steuersignal für die Betätigung der
Nachfüllpumpe abgeleitet wird.
Die Druckdifferenz liegt dabei vorteilhaft im Bereich von 2
bis 5 bar.
Normalerweise wird der Differenzdruck einer
Doppel-Gleitringdichtung konstant eingeregelt. Ohne Einbuße an
Betriebssicherheit können Gleitringdichtungen aber auch mit in einem
bestimmten Bereich schwankenden Differenzdrücken betrieben werden. In
diesem Falle können die wechselnden Differenzdrücke selbst in einfacher
Weise zur Steuerung der Nachfüllpumpen genutzt werden. Die Regelung zum
Ausgleich der Leckflüssigkeitsmenge erfolgt dann in der Weise, daß bei
Unterschreiten eines vorgegebenen Minimalwertes der Druckdifferenz ein
Steuersignal für das Nachfüllen und bei Überschreiten eines vorgegebenen
Maximalwertes der Druckdifferenz ein Steuersignal für die Beendigung des
Nachfüllens gebildet wird.
Die zur Durchführung des Verfahrens notwendige Einrichtung besteht aus
einem Regelspeicher, der erfindungsgemäß als
Differenzdruck-Regelspeicher ausgebildet ist und eine
Kolben-Zylinder-Einheit aufweist und einerseits mit der Saugdruckseite
der Maschine und andererseits mit dem Sperrflüssigkeitskreislauf
verbunden ist. Im Unterschied zum bisherigen Stand der Technik wird
beispielsweise auf der Gasseite des Differenzdruck-Regelspeichers
zwischen Kolben und Deckel des Zylinders eine Feder, z. B. eine
Schraubenfeder, angeordnet. Sie erzeugt die zusätzliche Kraft in der
Weise, daß beim Auffüllen die Feder zusammengedrückt wird. Nach
Abschalten einer kleinen Nachfüllpumpe entspannt sich die Feder, da die
gespeicherte Menge im Sperrflüssigkeitskreislauf infolge der dauernden
Leckflüssigkeitsverluste abnimmt und im gleichen Maße die Feder
entspannt wird. Mit abnehmender Menge im Sperrflüssigkeitskreislauf
sinkt auch der Druck und parallel dazu auch der Differenzdruck ab.
Unterschreitet dieser Differenzdruck einen vorgegebenen Mindestwert,
dann wird die kleine Nachfüllpumpe angeschaltet, um den bis dahin
eingetretenen Verlust wieder zu ergänzen. Dieses Auffüllen erfolgt
solange, bis der vorgegebene Maximalwert des Differenzdruckes infolge
des Zusammendrückens der Schraubenfeder erreicht ist. Danach wird die
kleine Nachfüllpumpe wieder abgeschaltet. Die Erfassung des
Differenzdruckes erfolgt in der Weise, daß ein Differenzdruckmeßgerät
über Meßleitungen einerseits mit der Gasseite und andererseits mit der
Sperrflüssigkeitsseite des Differenzdruck-Regelspeichers verbunden ist.
Die Weitergabe des Meßsignales erfolgt über eine elektrische Leitung,
die zum elektrischen Antrieb der Nachfüllpumpe führt. Bei der
Verdichtung von sehr aggressiven Gasen kann es vorteilhaft sein, die
Feder auf der Sperrflüssigkeitsseite in einem hohlen Kolben anzuordnen.
Bei dieser Anordnung stützt sich die Feder einerseits auf der
Innenseite des den hohlen Kolben abschließenden Deckels und
andererseits auf dem verbreiterten Fußende eines in den hohlen Kolben
hineinragenden Führungsrohres ab.
Der Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, daß es
unabhängig vom Druckniveau der Anlage ist und auf eine mechanische
Übertragung der Kolbenstellung im Hinblick auf die Bildung eines
Steuersignales verzichtet werden kann. Dies ist von besonderer Bedeutung
bei Hochdruckanlagen, da eine Hochdruckdurchführung durch den
Zylinderdeckel des Differenzdruck-Regelspeichers hinsichtlich der
Abdichtung und der leichten Beweglichkeit sehr problematisch ist. Des
weiteren ist ein Vorteil darin zu sehen, daß die Kolbendichtung nur mit
der kleinen Druckdifferenz belastet wird, so daß keine aufwendige und
komplizierte Kolbendichtung erforderlich ist und die Lebensdauer der
Kolbendichtung entsprechend erhöht wird. Der
Differenzdruck-Regelspeicher ist weiterhin so ausgelegt, daß bei Ausfall
der Energieversorgung der Nachfüllpumpe im Differenzdruck-Regelspeicher
immer eine ausreichend große Sperrflüssigkeitsmenge vorhanden ist, um
ein kontrolliertes Abfahren der Anlage zu gewährleisten.
In der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines
Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 ein stark vereinfachtes Schema der Sperrflüssigkeitsanlage
mit einer beispielhaften Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Differenzdruck-Regelspeichers
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Differenzdruck-Regelspeichers
In Fig. 1 ist stark vereinfacht das Schema einer
Sperrflüssigkeitsanlage dargestellt. Sie besteht aus einem geschlossenen
Sperrflüssigkeitskreislauf 1, in den mit einer hier nicht dargestellten
Pumpe Sperrflüssigkeit dem schematisch dargestellten Verdichter 2
zugeführt 3 und wieder abgeführt 4 wird. Die beim Durchströmen der
Sperrflüssigkeit durch die hier nicht dargestellten
Doppel-Gleitringdichtungen auftretende Verlustwärme wird mittels eines
im Sperrflüssigkeitskreislauf 1 angeordneten Kühlers 5 abgeführt. Durch
die Dichtspalte der Gleichringdichtungen tritt eine bestimmte
Leckflüssigkeitsmenge 6 aus, die in einem Tank 7 gesammelt wird. Eine
mit dem Tank 7 und dem Sperrflüssigkeitskreislauf 1 verbundene
Nachfüllpumpe 8 sorgt für den Ausgleich der Leckflüssigkeitsverluste.
Zur Steuerung der Nachfüllpumpe 8 ist in der Sperrflüssigkeitsanlage ein
Regelspeicher angeordnet, der erfindungsgemäß als
Differenzdruck-Regelspeicher 9 ausgebildet ist. In diesem
Ausführungsbeispiel weist er einen stangenlosen Kolben 10 und eine
zwischen dem Kolben 10 und dem Zylinderdeckel 11 auf der Gasseite
angeordnete Schraubenfeder 12 auf. Der Kolben 10 ist mit einer Dichtung
13 versehen, die den Sperrflüssigkeitsraum 14 des
Differenzdruck-Regelspeichers 9 von der Gasseite 15 trennt. Die
Gasseite 15 des Differenzdruck-Regelspeichers 9 ist über eine Leitung 16
mit der Saugdruckseite des Verdichters 2 und der Sperrflüssigkeitsraum
14 über eine Leitung 17 mit dem Sperrflüssigkeitskreislauf 1 verbunden.
Die Steuerung der Nachfüllpumpe 8 erfolgt nun in der Weise, daß mit
zunehmender Leckmenge der Druck im Sperrflüssigkeitskreislauf 1 absinkt
und damit auch der Druck im Sperrflüssigkeitsraum 14 des
Differenzdruck-Regelspeichers 9. Die vorgespannte Feder 12 kann sich
ausdehnen und die im Sperrflüssigkeitsraum 14 des
Differenzdruck-Regelspeichers 9 gespeicherte Menge der Sperrflüssigkeit
dient dem Ersatz der abgeflossenen Leckmenge im
Sperrflüssigkeitskreislauf 1. Der Druck im Sperrflüssigkeitskreislauf 1
und der Gasseite 15 des Differenzdruck-Regelspeichers 9 wird über je
eine Meßleitung 18, 19 einem Differenzdruck-Meßgerät 20 zugeführt. Der
gemessene Differenzdruck wird an einen Differenzdruck-Regler 21 mittels
einer Leitung 22 weitergeleitet. Dieser Regler 21 ist elektrisch über
eine Leitung 23 mit dem elektrischen Antrieb 24 der Nachfüllpumpe 8
verbunden. Fällt nun der gemessene Differenzdruck unter einem
vorgegebenen Mindestwert ab, gibt der Regler 21 ein Steuersignal an den
elektrischen Antrieb 24, der die Nachfüllpumpe in Bewegung setzt. Die
Nachfüllpumpe 8 bleibt solange in Betrieb, bis der gemessene
Differenzdruck einen vorgegebenen Maximalwert erreicht hat. Danach wird
die Nachfüllpumpe 8 wieder abgeschaltet. Beim Auffüllen wird der Kolben
10 des Differenzdruck-Regelspeichers 9 wieder nach oben gedrückt und
dabei die Schraubenfeder 12 vorgespannt.
Fig. 2 zeigt im Querschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel 25 für den
erfindungsgemäßen Differenzdruck-Regelspeicher, wobei für gleiche Teile
die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet werden. Bei diesem
Vorschlag ist die Feder 12 in einem hohlen Kolben 26 auf der
Sperrflüssigkeitsseite 32 angeordnet. Dies hat den Vorteil, daß bei
Verdichtung von aggressiven Gasen die Feder 12 bei diesem Typ 25 von
Differenzdruck-Regelspeicher nicht mit den Gasen in Berührung kommt.
Dies ist im Hinblick auf Korrosionsbeständigkeit und damit
Funktionsfähigkeit der angeordneten Feder 12 von Bedeutung. Die Feder 12
stützt sich bei dem in Fig. 2 dargestellten
Differenzdruck-Regelspeicher 25 einerseits auf der Innenseite des
Deckels 27 des hohlen Kolbens 26 ab, wobei der Deckel 27 eine Bohrung
aufweist und mit Schrauben 28 an der Stirnfläche des oben offenen
Kolbens 26 befestigt ist. Andererseits erfolgt die Abstützung der Feder
12 auf dem verbreiterten Fußende 29 eines Führungsrohres 30, das in den
hohlen Kolben 26 hineinragt. Die Abdichtung zwischen der
Sperrflüssigkeitsseite 32 und der Gasseite 33 erfolgt über eine an der
Außenseite des hohlen Kolbens 26 angeordnete Dichtung 31. Die Feder
12 wird in der Weise vorgespannt, daß über eine im Zylinderdeckel 34
angebrachte Bohrung 35 Sperrflüssigkeit durch das Führungsrohr 30
gepumpt wird und die Sperrflüssigkeit den Boden 36 des hohlen Kolbens 26
nach unten drückt. Bei Nachlassen des Druckes der Sperrflüssigkeit im
Sperrflüssigkeitskreislauf 1 entspannt sich die Feder 12 und der hohle
Kolben 26 bewegt sich wieder nach oben bis zum möglichen Endanschlag
innerhalb der Kolben-Zylindereinheit. Die Steuerung der Nachfüllpumpe 8
(Fig. 1) erfolgt mittels dieses Differenzdruck-Regelspeichers 25
verfahrensmäßig in der gleichen Weise wie bereits für das in Fig. 1
dargestellte Ausführungsbeispiel eines Differenzdruck-Regelspeichers 9.
Claims (4)
1. Verfahren zum Ausgleich von Leckflüssigkeitsverlusten einer
Sperrflüssigkeitsanlage mit einem geschlossenen
Sperrflüssigkeitskreislauf und einem darin angeordneten
Regelspeicher zur Versorgung von flüssigkeitsgesperrten
Dichtungen an Gasdruckmaschinen, insbesondere Turboverdichtern,
bei dem während des Betriebes die Sperrflüssigkeit einen über
dem Gasdruck liegenden Druck aufweist und in Abhängigkeit einer
Meßgröße ein Steuersignal für das Zu- und Abschalten einer
Nachfüllpumpe gebildet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die im Regelspeicher befindliche Sperrflüssigkeit ständig
mit dem in der Gasdruckmaschine herrschenden Hochdruck und
einer zusätzlichen, einer vorgegebenen Druckdifferenz
entsprechenden, ständig wirkenden Kraft beaufschlagt wird und
bei Überschreiten der Druckdifferenz das Steuersignal für die
Betätigung der Nachfüllpumpe abgeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckdifferenz in einem Bereich von 2 bis 5 bar liegt.
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
bestehend aus einer Hochdruckmaschine mit einem geschlossenen
Sperrflüssigkeitskreislauf und einem ein zylindrisches Gehäuse und eine
Feder aufweisenden Regelspeicher, der mit dem Gasdruck der
Hochdruckmaschine und dem Sperrflüssigkeitsdruck des
Sperrflüssigkeitskreislaufes beaufschlagt und steuerungsmäßig mit einer
Nachfüllpumpe verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Regelspeicher (9, 25) über eine leitung (17) im Nebenschluß mit dem
geschlossenen Sperrflüssigkeitskreislauf (1) verbunden ist und die Feder
(12) sich mit einem Ende auf einem im zylindrischen Gehäuse verschiebbaren
stangenlosen Kolben (10, 26) abstützt und die Druckdifferenz zwischen
Sperrflüssigkeits- (14, 32) und Gasseite (15, 33) durch ein über
Meßleitungen (18, 19) mit dem Regelspeicher (9, 25) verbundenes
Differenzdruckmeßgerät (20) ermittelbar und dieses elektrisch über einen
Regler (21) mit der Nachfüllpumpe (8) verbunden ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Feder (12) auf der Sperrflüssigkeitsseite (32) in einem hohlen
Kolben (26) angeordnet ist und sich einerseits am eine Bohrung
aufweisenden Deckel (27) des hohlen Kolbens (26) und andererseits am
verbreiterten Fußende (36) eines in den hohlen Kolben (26) hineinragenden
Führungsrohres (30) abstützt.
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Families Citing this family (1)
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1990
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