DE7039370U

DE7039370U - Piston compressor with gas-bearing labyninth piston

Info

Publication number: DE7039370U
Application number: DE7039370U
Authority: DE
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Publication date: 1971-07-01

Description

P. 4339aP. 4339a

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur / SchweizSulzer Brothers Aktiengesellschaft, Winterthur / Switzerland

Kolbenkompressor mit gasgelagerteir. LabyrinthkolbenPiston compressor with gas bearings. Labyrinth piston

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolbenkompressor mit gasgeiagerter. Labirinthkolben. Bei Kompressoren dieser Art findet im Kormalbetrieb keine Berührung zwischen Labyrinthkolben und Zylinder statt. Damit eine Verdichtung möglich ist, muss das Spiel zwischen den Labyrinthen und der Zylinderbohrung möglichst klein sein. Die Gaslagerung des Kolbens wird dadurch erzielt, dass bei einseitig stehendem Kolben die in den unterschiedlich breiten Spalten zwischen Kolben und Zylinder wirk3:*ev unterschiedlichen Gasdrücke den Kolben selbsttätig in seine Mittenlage bringen. Bei solchen Kompressoren können Betriebszustände auftreten, bei denen die Gaslagerung unwirksam ist, z.B. beim Anfahren infolge noch fehlenden Gasdruckes oder im Dauerbetrieb bei einseitiger Erwärmung der Kolbenstange, was ein Berühren der Labyrinthdichtungen mit dem Zylinder zur Folge hätte.The invention relates to a piston compressor with gas geiagerter. Labyrinth flask. With compressors of this type, there is no contact between the labyrinth piston and cylinder during normal operation. So that compression is possible, the play between the labyrinths and the cylinder bore must be as small as possible. The gas bearing of the piston is achieved by the fact that, with the piston standing on one side, the gas pressures that act in the gaps of different widths between the piston and the cylinder: * possibly different gas pressures automatically bring the piston into its central position. In such compressors, operating states can occur in which the gas storage is ineffective, e.g. when starting up due to insufficient gas pressure or in continuous operation with one-sided heating of the piston rod, which would result in the labyrinth seals coming into contact with the cylinder.

Um in solchen Fällen ein Berühren des Kolbens am Zylinder zu vermeiden, wodurch die Labyrinthdichtungen am Kolben beschädigt werden können, ist erfindungsgemäss am Kolben eine geschlitzte, dünnwandige, radial bewegliche und in Axialrichtung gehaltene Führungsbüchse mit axialen und radialen, dem Druckausgleich dienenden Durchlässen und minimalem Spiel gegenüber der Zylinderbohrung an geornet, so dass sie im normalen Betrieb des Kompressors keineTo avoid touching the piston on the cylinder in such cases, whereby the labyrinth seals on the piston can be damaged, according to the invention, a slotted, thin-walled, Radially movable guide bushing held in the axial direction with axial and radial guides used for pressure compensation Passages and minimal play in relation to the cylinder bore so that they do not occur during normal operation of the compressor

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Berührung mit der Zylinderbohrung hat und nur bei aussergewöhnlichen Betriebszu^tänden, wie Anfahren und einseitige Erwärmung der Kolbenstange, den Kolben im Zylinder führt. Durch die erfindungsgemässe Führungsbüchse wird auf einfache Weise Vermieden, dass die Labyrithdichtungen des Kolbens bei aussergewöhnlichen Betriebszuständen der erwähnten Art Schaden nehmen. Das Anbringen der Führungsbüchse erhöht wesentlich die Betriebsdauer des Kompressors. Sie erlaubt ausserdem das Spiel zwischen den Labyrithdi—chtungen und der Zylinderbohrung zu verkleinern, wodurch sich eine beträchtliche Erhöhung des Förderdruckes ergibt. So sind Förderdrücke von mehr als 400 at erreicht worden.Has contact with the cylinder bore and only in the case of exceptional Operating states, such as starting up and one-sided heating the piston rod that guides the piston in the cylinder. By the invention Guide bushing is avoided in a simple way that the labyrith seals of the piston with unusual Operational states of the type mentioned suffer damage. Attaching the guide bush significantly increases the operating life of the compressor. It also allows the game between the labyrithic diagrams and to reduce the size of the cylinder bore, which results in a considerable increase in the delivery pressure. So are Delivery pressures of more than 400 at have been achieved.

In der folgenden Beschreibung sind Ausführungsbeispiele der Srfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:In the following description are exemplary embodiments of the invention explained with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen vertikalen Schnitt durch einen einstufigen Kompressor mit einfach wirkendem Kolben,Fig. 1 is a schematic representation of a vertical section through a single-stage compressor with a single-acting Pistons,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Kolben in grösserem Massstab, Fig. 3 eine Ansicht einer Führungsbüchse, Fig. 4 eine zugehörige Draufsicht und2 shows a section through the piston on a larger scale, FIG. 3 shows a view of a guide bushing, FIG. 4 shows a corresponding plan view, and FIG

Fig. 5 einen Schnitt durch einen doppelt-wirkenden Kolben.5 shows a section through a double-acting piston.

Gemäss Fig. 1 enthält ein Kompressorgehäuse 1 einen Kurbeltrieb 2, der über eine Pleuelstange 4, einen Kreuzkopf 5 und eine Kolbenstange 6 einen Kolben 7 antreibt. Die Kolbenstange ist ausser in der Führung für den Kreuzkopf 5 in einer Geradführung 8 geführt, oberhalb der sich eine Kolbenstangenstopfbüchse 9 befindet. Diese Stopfbüchse kann z.B. aus mehreren Labyrinth-Graphitringen bestehen. Der Kolben 7 bewegt sich berührungsfrei in einem Zylinder 10. Oberhalb des K£D&8a37(i«rffc2fteft sich der Kompressionsraum il,According to FIG. 1, a compressor housing 1 contains a crank drive 2, which drives a piston 7 via a connecting rod 4, a cross head 5 and a piston rod 6. The piston rod is out guided in the guide for the cross head 5 in a straight guide 8, above which a piston rod gland 9 is located. These Stuffing box can, for example, consist of several labyrinth graphite rings. The piston 7 moves without contact in a cylinder 10. Above the K £ D & 8a37 (i «rffc2ft there is the compression space,

an ujii Ub3r ein Jaucvontil 12 eine üaugleitung 13 sowie über ein Druckventil 14 eine Drucklei tune 15 angeschlossen ist.at ujii Ub3r a Jaucvontil 12 a üaugleitung 13 as well as a Pressure valve 14 a Drucklei tune 15 is connected.

ueir.ass Fir. 2 weist der Kulbi.u 7 eine Anzahl geschlitzter Dichtjngsringe 20 auf, die an ihrem äusseren Umfang mit Labyrinthen versehen sind. Die Labyrinthdichtungsringe 20 wechseln mit Ringen 21 ab, die auf einer den Kolben 7 umgebenden Hülse 22 angeordnet sind und die mit Ringschultern über die Labyrinthdichtungsringe greifen und damit den Aussendurchmesser der Labyrinth dichtungsrince 20 bestimmen. An ihrem unteren Ende trägt die Hülse 22 einen konischen Ring 23, der im Betrieb des Kompressors in bekannter V/eise zum aerodynamischen Zentrieren des Kolbensueir.ass Fir. 2, the Kulbi.u 7 has a number of slotted sealing rings 20, which are provided with labyrinths on their outer circumference. The labyrinth sealing rings 20 alternate with rings 21, which are arranged on a sleeve 22 surrounding the piston 7 and which have ring shoulders over the labyrinth sealing rings grip and thus the outside diameter of the labyrinth determine seal ring 20. At its lower end carries the Sleeve 22 has a conical ring 23 which, during operation of the compressor, in a known V / eise for aerodynamic centering of the piston

Kahe dem oberen Ende des Kolbens 7 ist erfindungsgemäss eine geschlitzte 3üchse 25 vorgesehen, die - wie Fig. 3 und 4 zeigen auf ihrem äusseren Umfang mehrere axiale Nuten 26 aufweist, die die beiden Stirnseiten der Büchse miteinander verbinden. An ihrem in Fig. 2 unteren Ende ist die 3üchse verdickt ausgebildet. Diese Verdickung 27 bildet eine Schulter, die aus Gründen der Wärmedehnung in axialer Richtung möglichst kurz ist und über die die Büchse mit Hilfe einer Hülse 28 und einer Mutter 29 auf dem Kolben 7 axial gehalten wird. Ausser den Nuten 26 weist die Büchse 25 Löcher 30 auf, die sich vom Nutengrund aus in radialer Richtung erstrecken und die dem Druckausgleich zwischen Innen- und Aussenseite der Büchse 25 dienen. Die Büchse besteht aus einem Werkstoff, der gute Trockenlaufeigenschaften aufweist, z.B. aus Tetraflouräthylen, gegebenenfalls noch mit Graphit- oder anderen Einschlüssen. Aus Gründen der Wärmedehnung ist es wichtig,According to the invention, near the upper end of the piston 7 is a slotted one 3üchse 25 is provided, which - as shown in FIGS. 3 and 4 show a plurality of axial grooves 26 on its outer circumference, which connect the two ends of the bushing together. At its lower end in Fig. 2, the 3üchse is thickened. These Thickening 27 forms a shoulder which, for reasons of thermal expansion, is as short as possible in the axial direction and over which the Bushing with the help of a sleeve 28 and a nut 29 on the piston 7 is held axially. In addition to the grooves 26, the sleeve 25 has holes 30 which extend from the groove base in the radial direction extend and which serve to equalize the pressure between the inside and outside of the sleeve 25. The rifle consists of one Material that has good dry running properties, e.g. made of Tetraflourethylene, optionally with graphite or other Inclusions. For reasons of thermal expansion, it is important

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dass die Wanddicke S der Büchse 25 im Verhältnis zu ihrem Durchmesser D so dünn wie möglich gemacht wird.that the wall thickness S of the sleeve 25 in relation to its diameter D is made as thin as possible.

Beim /infahren des Kompressors besteht die Möglichkeit, dass der Kolben 7 noch nicht berührungsfrei im Zylinder 10 arbeitet, weil der vom Kompressionsraum 11 her wirkende Gasdruck noch rieht genügt für die selbsttätige Zentrierung des Kolbens, die mit Hilfe des konischen Ringes 23 erfolgt. Für diesen Fall ist zur Führung des Kolbens die Büchse 25 vorgesehen, die keine Dichtfunktion hat. Es findet nämlich über die axialen Nuten 26 stets ein Ausgleich der Drücke oberhalb und unterhalb der Büchse 25 statt. Die Dichtfunktion fällt den Labyrinthringen 20 zu. Da die Büchse 25 geschlitzt ist, tritt praktisch keine radiale Dehnung der "Büchse durch Erwärmen auf. Im Normalbotrieb des Kompressors besteht keine Berührung zwischen dem Zylinder IC und der Büchse 25. Sin aussergewöhnlicher Betriebszustand, bei den die Büchse 7b eine Führungsfunktion übernimmt, kann ausser beim Anfahren auch i:r. Dauerbetrieb dann auftreten, z.B. wor i sie·, die Kolbenstange einseitig erwärmt. In diesem Fall kann eine Auslenkung aes Kolbens aus seiner Achse auftreten. Wird diese Auslenkung durch die selbsttätige Zentrierung nicht ausgeglichen, so legt sich die Büchse 25 an die Zylinderwand an und verhindert se eine Beschädigung der Labyrinthringe des Kolbens.When moving the compressor in, there is the possibility that the piston 7 is not yet working without contact in the cylinder 10, because the gas pressure from the compression chamber 11 is still sufficient for the automatic centering of the piston, which takes place with the help of the conical ring 23. In this case, the bushing 25, which has no sealing function, is provided for guiding the piston. This is because the pressures above and below the sleeve 25 are always balanced via the axial grooves 26. The sealing function falls to the labyrinth rings 20. Since the bush is slotted 25, there is almost no radial expansion of the "bushing by heating to. In Normalbotrieb of the compressor, there is no contact between the cylinder IC and the sleeve 25. Sin exceptional operating state, in which the sleeve 7b a guiding function takes over, can except when starting and i:... r continuous operation occur, for example wor it i *, the piston rod is heated on one side In this case, a deflection aes piston can occur from its axis If this deflection is not compensated by the automatic centering, so the sleeve creates 25 to the cylinder wall and prevents damage to the labyrinth rings of the piston.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist die erfindungsgemässe Büchse 25 in der Kolbenmitte zwischen je zwei Labyrinthdichtungsringen 20 angeordnet. Da es sich hier um einen doppeltwirkenden Kolben handelt, ist dieser an beiden Enden mit konischen Zentrier ringen 23' versehen. Die Gestaltung der Büchse 25 ist gleich der in Fig. 3 und 4 gezeigten.In the embodiment of FIG. 5, the inventive Bush 25 in the center of the piston between two labyrinth sealing rings 20 arranged. Since this is a double-acting piston, it has a conical centering at both ends rings 23 'provided. The design of the sleeve 25 is the same as that shown in FIGS.

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Anstelle der aerodynamischen Zentrierung des Kolbens mit Hilfe des konischen ?Anz?n 23 ist es auch möglich, andere bekannte Mittel zum Zentrieren des Kolbens mittels des komprimierten Γ/ases zu verwenden.Instead of the aerodynamic centering of the piston with the aid of the conical “indentation” 23, it is also possible to use other known means for centering the piston by means of the compressed Γ / nose.

Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung von Kolben mit Labyrinthiiichtungsringon beschränkt; sie ist auch anwendbar bei Kolbenkompressoren, deren Kolben selbst als Labyrinthkolben ausgebildet sind, bei denen also die Labyrinthe in die Kolbenv/and eingearbeitet sind.The invention is not limited to the use of pistons with a labyrinth seal ring; it can also be used in piston compressors whose pistons are themselves designed as labyrinth pistons, in which the labyrinths are therefore incorporated into the piston v / and.

7035370-1.7.717035370-1.7.71

Claims

Protection claims

1. KoIb? = 'R.pressor with gas-bearing labyrinth socket, thus marked. met that on the piston (7) a slotted, thin-walled, radially movable and axially held guide bushing (25) with axial and radial passages (26 or 3Q) serving for pressure equalization and minimal clearance with respect to the cylinder tube is arranged, scdass it in normal operation of the
Compressor has no contact with the cylinder bore and only guides the piston (7) ir. Cylinder 61Q) in exceptional operating conditions, such as starting up and one-sided heating of the piston rod.

2. Compressor according to claim 1, characterized in that the labyrinth seals are formed by rings (20) of which
each has a shoulder behind which a corresponding mating shoulder attached to a part of the piston of the same

diethe

or a larger diameter than / O-ring shoulder engages.

3. ^ Compressor according to claim 2, characterized in that the Opposite shoulder ειη one, call the piston (7) seated, closed Ring (21) is attached.

4. Compressor according to claim 1 to 3, characterized in that the sleeve (25) made of good dry running properties :; Material.

5. Compressor according to claim 4, characterized in that the Bush (25) made of tetrafluoroethylene (trademark Teflon).