DE7400142U

DE7400142U - Kolbenmaschine, insbesondere Verdichter

Info

Publication number: DE7400142U
Application number: DE7400142U
Authority: DE
Original assignee: Compresseurs Luchard SA
Current assignee: Compresseurs Luchard SA
Priority date: 1973-01-11
Publication date: 1975-04-10

Description

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Cüüipress^ürS LushsrS S.A.

9. Dezember 197'+ Gk//Wa

Kolbenmaschine, insbesondere Verdichter

Die Erfindung betrifft die als Verdichter ausgebildeten Kolbenmaschinen, insbesondere Hochdruckverdichter, und. zwar im besonderen die Mittel zur Kühlung ihrer Dichtungen,

Bekanntlich muss in derartigen Verdichtern die Dichtigkeit der Tauchkolben durch feste, an der Basis des Zylinders eingebaute Garnituren sichergestellt werden, da die Kolbenringe bei den üblichen Lösungen bei den. hohen Drücken keine genügende Abdichtung ergeben oder bei diesen Drücken eine anormale Abnutzung zeigen. Ferner ist zu bemerken, dass die immer Ideineren Durchmesser, welche für derartige Tauchkolben gewählt werden, keine bequeme Anbringung der Kolbenringe gestatten.

Man benutzt daher für derartige Verdichter von Dicht*mgspressern oder Dichtungshaltern getragene Dichtungen, welche entweder metallisch, oder aus einem natürlichen Stoff, wie Kohlenstoff oder Graphit, oder aas einetn Kunststoff, z.B. Tetrafluoräthylen

Nylon, usw. , oder aus einem Ge

misch dieser Stoffe mit Kohlenstoff oder Graphit, oder mit einer beliebigen anderen metallischen od^r andersartigen Grundlage sein, können, wobei es wohlverstanden ist, dass diese Dichtungen auch

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auf »ine beliebige andere Weise ausgeführt sein können, welche das Gleiten ohne Schwierung gestatten. Die oben erwähnten, laufend für hydraulische und pneumatische Arbeitszylinder benutzen Kunststoffdichtungen besitzen den Vorteil, dass sie einen geringen Reibungskoeffizienten haben und sehr starke Drücke aushalten. Sie haben jedoch den Nachteil, dass sie weniger hitzebeständig sind, als die metallischen Dichtungen, sodaß sie in zweckmäßiger Weise gekühlt werden Bussen.

Es gibt Lösungen zur Kühlung entweder der Tauchkolben oder der Dichtungen durch öl. Wasser oder Luft, insbesondere durch einen Umlauf im Inneren des Kolbens '-"er an seiner Aussenf lache. Die Ergebnisse sind, jedoch für die Benutzung von KuxBbstoffdichtungen nur teilweise ausreichend.

Zur zweckmäßigen Lösung dieses Kühlproblemes (insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, an Kunststoffdichtungen) werden erfindungsgemäß an der Basis des Zylinders, wo die Dichtungen angebracht sind, Kühlmittel vorgesehen, welche insbesondere eine geeignete Belüftung der Dichtungen oder ihres Halters bewirken.

Hierfür wird insbesondere ein aktiver Umlauf von Luft oder eines Strömungsmittels um den Dichtungshalter herum vorgesehen, welcher zweckmäßig aus dem allgemeinen Umlauf des zu verdichtenden Strömungsmittels abgeleitet werden kann. So läßt man box mehrstufigen Verdichtern um den Dichtungahalter herum verdichtete Luft umlaufen, welche aus der vorhergehenden Stufe kommt, gegebenefalls gekühlt ist und der betrachteten Stufe zugeführt worden soll, um

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eine neue Druckerhöhung zu erfahren.

Getnäss einem zweiten Merkmal der Erfindung wird, die Ausbildung ferner so getroffen, daß die Dichtungen möglichst weit von der Wärmequelle entfernt sind, welche hier durch die in der Verdichtungskammer entwickelte Wärme gebildet wird, wofür der Zylinder eine größere Länge erhält. So kann der Abstand zwischen der dieser Kammer am nächsten liegenden Dichtung und dem Ende des Kolbens an seinem unteren Totpunkt wenigstens gleich dem Hub des Tauchkolbens sein.

Ferner _:wia*d zweckmäßig ein gewisses Spiel zwischen dem Kolben und dem Zylinder vorgesehen, so daö zwischen diesen Leiden Teilen eine dünne Gasschicht entsteht, welche dazu beiträgt, gleichzeitig die Temperatur und den Druck zu "brechen".

Schließlich können Mittel vorgesehen werden, welche in den Strömungsmittelkreis die durch die Dichtungen getretenen Leckströ~ Dungen zurückführen, wobei diese Zurückführung in dem oben erwähnten Fall besonders leicht ist, in welchem die Kühlung durch den Umlauf eines Strömungsmittels erfolgt, welches aus ei-:er vorhergehenden Stufe kommt und in die betrachtete Stufe für eine neuo Druckerhöhung eingeführt wird.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugsnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

Pig. 1 zeigt schematisch im Schnitt einen erfindungsgemäßen Verdichter mit ebenfalls erfindungsgemäßen Mitteln zur Kühlung der Dichtungen.

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Fig. 2 und 3 sind geschnittene Teilansichten von zwei Ausführungs- .

abwandlungen der Kühlmittel. ί

Fig. k ist eine Schnittansicht einer Dichtung in größerem ^; Maßstab. >

Fig. 5 ist ein Betriebsdiagramm.

Das nachstehende Anwendungsbeispiel gilt für einen insbesondere
mehrstufigen Hochdruckverdichter.

Der Zylinder und der Kolben der Stufe oder einer jeden Stufe

eines derartigen Verdichters werden auf beliebige geeignete ^

übliche Weise ausgebildet, mit Ausnahme der Abmessungen, wie :

dies weiter unten besprochen ist. j

Beispielshalber ist in Fig. 1 ein derartiger Verdichter mit
einem Zylinder 1 und einem Tauchkolben 2 dargestellt, wobei [ diese Anordnung mit Dichtungen 3 kombiniert ist, welche an der
Basis das Zylinders angebracht sind und. von einem Dichtungshalter . A getragen werden.

Die Dichtungen sind auf beliebige übliche Weise hergestellt, z.B.
aus den oben genannten Kunststoffen ( ;

oder Gemischen dieser Stoffe mit Kohlenstoff, Metallpulver usw.),
wobei sie durch geeignete Mittel, z.B. eine Ringfeder 5 (Fig. h),
gegen den Tauchkolben gedrückt werden.

Zur richtigen Kühlung der Dichtungen wird der an der Basis des
Zylinders 1 angeordnete Dichtungshalter k einer Kühlwirkung,
ausgesetzt, welche durch eine natürliche Belüftung von entsprechen- .

den Rippen 6, wie in Fig. 2 dargestellt, oder durch eino erzwungene Belüftung, wie in Fig. 1 vorgesehen, erfolgen kann.

Bei .der Ausführungsform der Fig. 1 wird ein Strömungsmittelumlauf durch eine in der Basis des Zylinders ausgebildete Kammer 7 benutzt, wobei diese Belüftung durch den Umlauf eines durch eine Leitung 8 ankommenden und eine Leitung 9 abgeführten Strömungsmittels erfolgt.

Für diesen Strömungsmittelumlauf wird insbesondere gemäß einer vorteilhaften Maßnahme das Strömungsmittel odor die Luft benutzt, welche aus der Stufe oder einer vorhergehenden Stufe kommen, und zwar vorzugsweise nach einer schematisch bei 10 angedeuteten Kühlung, wobei also die Luft oder das Strömungsmittel, welche durch die Leitung 9 austreten, wieder in. die Verdichtungskammer 1i der betreffenden Stufe durch das Einlaßventil 12 zurückgeführt werden, vährend der Auslaß-durch ein anderes Ventil 13 zur Abfi'hr des verdichteten Strömungsmittels durch eine Leitung Ik erfolgt.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung wird die Ausbildung außerdem so getroffen, daß der Dichtungshalter möglichst weit von der Wärmequelle entfernt ist, d.h. von den iu der Verdichtungskammer 11 entwickelten Kalorien.

So wird, gemäß einer vorteilhaften Ausf Uhr ungef orm die Länge L des Zylinders zwischen dem Kopf desselben und der ersten Dichtung 3 so gewählt, daß in der unteren Totpunkteteilung des Kolbens 2 der Abstand d zwischen der ersten Dichtung und: dem Scheitel des Tauchkolbens wenigstens gleich dem Hub des Tauchkolbens ist.

Anders ausgedrückt, die Länge L muß wenigstens das Doppelte des Hubes H betragen, oder vorzugsweise größer sein.

Natürlich, werden Mittel vorgesehen, um den Wärmeaustausch zwischen der umlaufenden Luft und. dent Dichtungshalter zu beschleunigen. Diese Mittel können darin bestehen* daß dieser Halter aus einem Metall oder einer sehr gut leitenden Legierung hergestellt wird, wobei er, wie bereits ausgeführt, Rippen 6 oder dergleichen aufweist.

Schließlich wird ein geeignetes Spiel J. zwischen der Außenfläche des Tauchkolbens und der Oberfläche des Zylinders vorgesehen. Dieses Spiel beträgt z.B. größenordnuagsmäßig etwa 0,05 ua..

Die so ausgebildete Anordnung arbeitet folgendermaßen.

Zum besseren Verständnis der Ausführungen ist in Fig. 5 ©in. z.B. die vierte Stufe eines Verdichters für 400 Bar betreffendes Temperaturdiagramm dargestellt, wobei der Durchmesser des Tauchkolbens 12 mm und der Verdichtungsgrad der Stufe größenordnungsroäßig 4,33 beträgt. Die Temperaturen sind längs der Abzlssenachse 0-X die Abstände H und L längs der Ordinatenachs« 0-Y angegeben.

Die Kurve A-A₁ stellt die Temperaturen dee Strömungsmittel» während der Verdichtungeperiode und hierauf der Abfuhrperiode dar. Man sieht, daß die Temperaturen z.B. 200° C erreioht, um an der Abfuhr auf etwa 150°C zurückzugehen.

Die Kurve B zeigt die Temperaturen des Tauchkolbens zwischen

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seinem Scheitel und der ersten Dichtung, während die gestrichelte Kurve C die Temperatur des Zylinders auf der gleichen Höhe A darstellt. An der Basis, d.h. an der Stelle der ersten Dichtung, beträgt die Temperatur z.B. größenordnungsmäßig 50 C.

Das Vorhandensein einer natürlichen oder erzwungenen Belüftung des Dichtungshaitors h und seiner Rippen 6 gestattet, die Dichtungen 3 auf geeigneten Temperaturen zu halten, wobei auch berücksichtigt ist, daß der Dichtungshalter in einer erheblichen Entfernung d von der Verdi cht ungskainmer 11 angeordnet ist.

Ferner ist jederzeit in dem Zwischenraum J_- zwischen dem Kolben und. d.em Zylinder ein sehr dünner Ring aus verdichtetem Gas vorhanden, dessen Temperatur und Druck nicht die Schwankungen erfahren, wie die der Verdicht'mgskamtner.

Diese dünne Schicht aus vordichtetem Gas hat zur Folge, daß gleichzeitig die Temperatur und der Druck "gebrochen" werden, wenn der Abstand d richtig gewählt ist.

Ganz allgemein wird, die Temperaturerhöhung des Dichtungshalters h durch die Reibung der Dichtungen 3 an dem Tauchkolben 2 durch den natürlichen oder erzwungenen Luf tunlauf (Fig. 2 bzw. Fig. 1 ) absorbiert.

Die Anordnung wird zweckmäßig durch die nächstehonden Maßnahmen vervollständig b.

Gemäß einer dieser Maßnahmen wird zur Verringerung der möglichen Leckströmungen des Strömungsmittels nach außen über die Dichtungen

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3 ein Kanal 17 vorgesehen, welcher mit der Kammer 7 (Fig. 1)

eine kleine innere Kammer 16 verbindet, welche die Leckströmungen.

in der Dichtung auffangen kann.

Bei der AusfUhrungsform der Fig. 1 mit erzwungener Belüftung
durch das aus der vorhergehenden Stufe kommende Strömungsmittel
werden dann die Leckströmungen durch die Leitung 9 in die betreffende Stufe zurückgeführt.

Gemäß einer anderen, in Fig. 3 dargestellten Maßnahme wird, der
Dichtungshaiter aus ebenso vielen unabhängigen Elementen. IS ge- F bildet, dersn jsdss sins Dichtung trägt * »obei diese verschiedenen
Elemente so ineinander eingreifen, daß eine gute Dichtigkeit ge- ! währleistet ist.

Der Stapel aus diesen Elementen 18 wird bei der Montage zwischen
dem Zylinder 1 und seiner Basis 19 in Kombination mit Dichtungen
20, 21 festgezogen.

Schließlich ist es wohlverstanden, daß in jedem Fall die d.urch
die Dichtungen und. den Dichtungshalter h gebildete Anordnung
zweckmäßig in Form von auswechselbaren genormten Elementen aus- j gebildet ist, welche ohne längere Stillsetzung der Maschine
leicht ausgebaut, ersetzt und repariert werden können. In dieser
Hinsicht ist die Ausführungsform der Fig. 3 interessant, sie j

kann jedoch durch eine beliebige andere geeignete Ausbildung | ersetzt werden, welche die Auswechselbarkeit und die Ausbaubar— j keit ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Ausbildung bietet gegenüber den bekannten

Ausführungen zahlreich· Vorteile, insbesondere folgende! Jede Übermäßige Erwärmung der Dichtungen wird vermieden;

Hierdurch wird ihre Lebensdauer verlängert;

schließlich können die LeckstrSmungen zurückgewonnen werden.

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Claims

G 74 OO 142.6 Compresseurs Luchard S.A, 25. November 1974 Gsf/Ro S chutzansprüche

1. Kolbenmaschine, insbesondere Verdichter, im "besonderen für hohe Drücke, mit einem an dem Zylinder oder jdem Zylinder "befestigtem Dichtungshalter, mit Dichtungen insbesondere aus Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungahalter an der Basis des Zylinders angebracht ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungshalter (4) aus einem leitenden Metall besteht und innen mit Nuten zum Halten der Dichtungen und außen mit Strahle.igsrippen (6) versehen ist.

3. Maschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Strahlungsrippen (6) in einer von einem Kühlmittel durchströmte Kammer (7) erstrecken.

4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungshalter (4) von der Wärrasquelle·, d.h. von der Verdichtungskamaer (11), entfernt ist, wobei ein gewisser geeigneter Abstand (d) zwischen der dieser am nächsten liegenden Dichtung (3) und dem Scheitel dos Kolbens (2) an seinem unteren Totpunkt vorgesehen ist»

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Abstand (ά) wenigstens gleich dem Hub des Kolbens (2) ist.

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6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein gewisses Spiel (j_) zwischen dem Kolben (2) und dem Zylinder (1) vorgesehen ist, derart, daß eine Schicht erzeugt wird, welche sich der Übertragung der Wärme und des Druckes widersetzt.

7· Maschine nach einein der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiel (j) größenordnungsmäßig etwa 0,05 mm beträgt.

8. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dsm Dichtungshalter (4) eine die Leckströmungen aufnehmende Sammelkammer (16) vorgesehen ist, welche mit einer Kammer (7) verbunden ist, welche den Dichtungshalter umgibt.

9. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8.mit mehreren Dichtungen in dem Dichtungshalter, dadurch gekennzeichnet, daß diese auf zwei, beiderseits der Samme!kammer (17) für die Leckströmungen liegende Gruppen aufgeteilt sind,

10. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Dichtung und den Dichtungshalter gebildete Anordnung die Form eines auswechselbaren Elements hat, welches ohne längere Stillsetzung der Maschine leicht ausgebaut, ersetzt und repariert v/erden kann.

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11. Maschine nach einem der Ansprüche 1 "bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungshalter durch unabhängige, je eine Dichtung tragende Elemente (18, Fig. 3) gebildet wird, welche aufgestapelt sind und ineinander eingreifen.

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