EP0462927A1 - Piston compressor for an oilfree gas compression - Google Patents

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EP0462927A1
EP0462927A1 EP91810397A EP91810397A EP0462927A1 EP 0462927 A1 EP0462927 A1 EP 0462927A1 EP 91810397 A EP91810397 A EP 91810397A EP 91810397 A EP91810397 A EP 91810397A EP 0462927 A1 EP0462927 A1 EP 0462927A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
compressor according
cylinder
piston compressor
space
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP91810397A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hans Meier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Burckhardt Compression AG
Original Assignee
Maschinenfabrik Burckhardt AG
Maschinenfabrik Sulzer Burckhardt AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Maschinenfabrik Burckhardt AG, Maschinenfabrik Sulzer Burckhardt AG filed Critical Maschinenfabrik Burckhardt AG
Publication of EP0462927A1 publication Critical patent/EP0462927A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/04—Measures to avoid lubricant contaminating the pumped fluid
    • F04B39/041—Measures to avoid lubricant contaminating the pumped fluid sealing for a reciprocating rod
    • F04B39/045—Labyrinth-sealing between piston and cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/06—Cooling; Heating; Prevention of freezing
    • F04B39/064—Cooling by a cooling jacket in the pump casing

Definitions

  • the invention relates to a piston compressor for oil-free compression of a gas, with at least one piston which can be moved back and forth in a cylinder by means of a crankshaft and a connecting rod articulated on the piston and whose section facing the compression space as a dry-running gas sealing part provided with a labyrinth seal is formed, whereas the portion of the piston facing the crankshaft is designed as a lubricated guide part sliding in the cylinder.
  • Such compressors which are known for example from CH-PS 668 458, are used to compress very different gases, such as nitrogen, hydrocarbons or ammonia.
  • gases such as nitrogen, hydrocarbons or ammonia.
  • normal mechanical engineering materials have been used for the piston and for the cylinder.
  • a relatively large clearance for example ⁇ 0.1 mm for a cylinder diameter of 200 mm, was provided between the guide part and the surrounding cylinder wall on the one hand and the gas sealing part and the surrounding cylinder wall on the other to take into account the different thermal expansions during operation.
  • the compressor may then have to be opened for inspection and / or repair purposes, special precautions must be taken to prevent such gas from escaping into the atmosphere when gases that are hazardous to the environment, such as ammonia, are compressed. Furthermore, the efficiency of the compressor is relatively low when using a relatively large clearance between the gas sealing part and the surrounding cylinder wall.
  • the invention is therefore based on the object of improving a compressor of the type mentioned with regard to the piston guidance behavior.
  • the gas sealing part and the guide part of the piston consist of a material whose coefficient of thermal expansion ⁇ is essentially zero, and in that a space through which a coolant flows is provided in the wall of the cylinder and which covers the range of movement of the piston surrounds.
  • This configuration ensures that both the difference between the outside diameter of the guide part and the inside diameter of the surrounding cylinder wall and the difference between the outside diameter of the gas sealing part and the inside diameter of the surrounding cylinder wall are subject to only slight, temperature-related changes. This allows the differences mentioned or the respective play between the piston part in question and the surrounding cylinder wall to be measured very small, for example ⁇ 0.05 mm for a 200 mm cylinder diameter.
  • the plunger compressor has a crankcase 1, which is only partially shown and in which a crankshaft (not shown in detail) is mounted in a manner known per se.
  • a connecting rod 4, which drives a piston 5, is articulated on the crank pin 3 of the crankshaft.
  • a cylinder housing 6 is connected, which is provided for this purpose with a mounting flange 6 'and the axis 7 extends approximately in the horizontal direction.
  • a cylinder head 8 is provided, via which the gas to be compressed (arrow 9) is supplied and the compressed gas (arrow 10) is discharged.
  • suction and pressure valves are accommodated in a known manner. With 20 the compression space between the piston 5 and the cylinder head 8 is designated.
  • the one-piece piston 5 consists of an oil-lubricated guide part or guide piston 11, which is articulated via a piston pin 4 'to the connecting rod 4, and a gas sealing part or working piston 12, which has a much smaller diameter than the guide piston 11.
  • the working piston 12 is provided on its outer surface with a labyrinth seal.
  • the guide piston 11 slides during operation of the compressor with its outer jacket surface on the inner cylinder wall 13 of the double-walled cylinder housing 6.
  • the latter has a plurality of oil scraper rings 14, which are accommodated in annular grooves of the guide piston, one of which practice: r the piston circumference distributed oil drain holes 14 'go out and open into the interior of the piston.
  • an oil scraper ring 15 is provided which, like the rings 14, is held in an annular groove which is connected to the piston interior via oil discharge holes 15 '. In the drawn position of the piston 5, this is approximately in the middle between the top and bottom dead center. Approximately at the point where the transition from the guide piston 11 to the working piston 12 is at the top dead center position of the piston 5, there is a space 30 of low pressure in the cylinder housing 6, a! which is connected to a leakage drain 16 and which serves to equalize the pressure.
  • the leakage discharge 16 consists of a plurality of openings distributed over the circumference of the housing 6, to which a schematically illustrated ring line 31 is connected.
  • a line 32 is connected to the ring line 31, which leads via an oil filter 33 to a container 34 in which essentially the same low pressure prevails as in the space 30.
  • the container 34 is connected via a line 35 to the supply for the material to be compressed Gas (arrow 9) connected.
  • Ueber The ring line 31 and the line 32 are displaced by the piston movements gas, leakage gas from the labyrinth seal on the working piston 12 and if necessary, small amounts of leakage oil penetrating from the crankcase 1 and not detected by the oil scraper rings 14, 15 are removed from the space 30.
  • the leak oil is separated from the gas in the filter 33 and can be returned to the crankcase 1 via a line (not shown).
  • a line 36 extends between the crankcase 1 and the suction side of the compressor and also serves to equalize the pressure and has an oil filter 37 in order to prevent oil from penetrating from the crankcase to the suction side. The same low pressure therefore prevails on both sides of the guide piston 11.
  • the double-walled cylinder housing 6 there are two spaces 17 and 18 through which coolant flows, of which the space 17 surrounds the guide piston 11 and the space 18 surrounds the working piston 12.
  • the two rooms 17 and 18 are separated from one another on the coolant side, and each of the two rooms is provided with its own coolant supply, of which only the supply 18 'to the room 18 is shown in FIG. 1.
  • the supply to the room 17, not shown in FIG. 1 is preferably arranged near the fastening flange 6 ', in such a way that the coolant enters the space 17 tangentially.
  • the coolant discharge which is again not shown in FIG. 1, is also separate. Through this separate coolant supply and removal, the cooling of the associated piston part can be adjusted individually.
  • the piston 5 as a whole consists of a material whose coefficient of thermal expansion ⁇ is essentially zero, for example one with approximately 35 percent by weight Nickel alloyed cast iron.
  • a piston 5 ' is used in which the guide piston 11' and the working piston 12 'have approximately the same diameter.
  • the working piston 12 ' consists in this embodiment of several parts, namely a hollow piston portion 21, a piston skirt portion 22 and a piston crown 23.
  • the piston portion 21 forms a piece with the guide piston 11' and goes at its end facing the compression chamber 20 in one against the Axis 7 projecting flange 21 'over.
  • the jacket section 22 forms a ring which has the labyrinth seal, not shown, on its outer surface.
  • the jacket portion 22 is clamped between the piston crown 23 and the flange 21 '.
  • the piston section 21, the jacket section 22 and the guide piston 11 ' consist of a material whose coefficient of thermal expansion ⁇ is essentially zero, for example, cast iron alloyed with approx. 35% nickel.
  • the piston crown 23 may also consist of this material.
  • coolant-flowed space 25 is not divided in this case, but surrounds both the guide piston 11 'and the working piston 12'.
  • the coolant supply to the space 25 is provided in the region of the compression space 20 and is designated by 26, whereas the coolant discharge is located at the other end of the space 25 and is designated by 27.
  • the cylinder axis can also be vertical instead of horizontal, or a V-arrangement of the cylinders can be considered in multi-cylinder machines. It is also possible that the gas sealing part has a larger diameter than the guide part.

Abstract

The piston (5) of the compressor can be made to move to and fro in a cylinder (6) by means of a crankshaft and a connecting rod (4) pivoted on the piston (5). The piston (5) has a dry-running gas compressing section (12) provided with a labyrinth seal and a guide section (11) facing the crankshaft, which guide section slides in the cylinder (6) and is lubricated. The gas compressing section (12) and the guide section (11) are composed of a material of which the thermal coefficient of expansion is essentially zero. In the wall of the cylinder (6) a chamber (17, 18) with a coolant flowing through it is provided, which encloses the moving area of the piston (5). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolbenkompressor zum ölfreien Verdichten eines Gases, mit mindestens einem Kolben, der in einem Zylinder mittels einer Kurbelwelle und einer am Kolben angelenkten Pleuelstange hin- und herbewegbar ist und dessen dem Kompressionsraum zugewendeter Abschnitt als trockenlaufender, mit einer Labyrinthdichtung versehener Gasdichtungsteil ausgebildet ist, wogegen der der Kurbelwelle zugewendete Abschnitt des Kolbens als im Zylinder gleitender, geschmierter Führungsteil ausgebildet ist.The invention relates to a piston compressor for oil-free compression of a gas, with at least one piston which can be moved back and forth in a cylinder by means of a crankshaft and a connecting rod articulated on the piston and whose section facing the compression space as a dry-running gas sealing part provided with a labyrinth seal is formed, whereas the portion of the piston facing the crankshaft is designed as a lubricated guide part sliding in the cylinder.

Solche Kompressoren, die z.B. aus der CH-PS 668 458 bekannt sind, werden zum Verdichten sehr unterschiedlicher Gase verwendet, wie z.B. Stickstoff, Kohlenwasserstoffe oder auch Ammoniak. Bei solchen Kompressoren wurden bisher normale Maschinenbaustoffe für den Kolben und für den Zylinder verwendet. Dabei wurde ein relativ grosses Spiel, z.B. ≧ 0,1 mm bei 200 mm Zylinderdurchmesser, zwischen dem Führungsteil und der umgebenden Zylinderwand einerseits und dem Gasdichtungsteil und der umgebenden Zylinderwand andererseits vorgesehen, um den im Betrieb unterschiedlichen Wärmedehnungen Rechnung zu tragen. Ausserdem ist bei Anwendung relativ grosser Spiele nicht auszuschliessen, dass Berührung zwischen dem Gasdichtungsteil und der umgebenden Zylinderwand stattfindet. Unter Umständen muss dann zu Inspektions-und/oder Reparaturzwecken der Kompressor geöffnet werden, wobei dann - wenn umweltgefährdende Gase verdichtet werden, z.B. Ammoniak - besondere Vorkehren getroffen werden müssen, dass solches Gas nicht in die Atmosphäre entweicht. Weiter ist bei Anwendung eines relativ grossen Spiels zwischen dem Gasdichtungsteil und der umgebenden Zylinderwand der Wirkungsgrad des Kompressors verhältnismässig niedrig.Such compressors, which are known for example from CH-PS 668 458, are used to compress very different gases, such as nitrogen, hydrocarbons or ammonia. In the case of such compressors, normal mechanical engineering materials have been used for the piston and for the cylinder. A relatively large clearance, for example ≧ 0.1 mm for a cylinder diameter of 200 mm, was provided between the guide part and the surrounding cylinder wall on the one hand and the gas sealing part and the surrounding cylinder wall on the other to take into account the different thermal expansions during operation. In addition, when using relatively large clearances, it cannot be ruled out that contact between the gas sealing part and the surrounding cylinder wall takes place. The compressor may then have to be opened for inspection and / or repair purposes, special precautions must be taken to prevent such gas from escaping into the atmosphere when gases that are hazardous to the environment, such as ammonia, are compressed. Furthermore, the efficiency of the compressor is relatively low when using a relatively large clearance between the gas sealing part and the surrounding cylinder wall.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Kompressor der eingangs genannten Art bezüglich des Kolbenführungsverhaltens zu verbessern.The invention is therefore based on the object of improving a compressor of the type mentioned with regard to the piston guidance behavior.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Gasdichtungsteil und der Führungsteil des Kolbens aus einem Werkstoff bestehen, dessen Wärmedehnungskoeffizient α im wesentlichen gleich Null ist, und dass in der Wand des Zylinders ein von einem Kühlmittel durchströmter Raum vorgesehen ist, der den Bewegungsbereich des Kolbens umgibt. Durch diese Gestaltung wird erreicht, dass sowohl die Differenz zwischen dem Aussendurchmesser des Führungsteils und dem Innendurchmesser der umgebenden Zylinderwand als auch die Differenz zwischen dem Aussendurchmesser des Gasdichtungsteils und dem Innendurchmesser der umgebenden Zylinderwand nur geringen, temperaturbedingten Veränderungen unterworfen sind. Damit lassen sich die genannten Differenzen oder das jeweilige Spiel zwischen dem betreffenden Kolbenteil und der umgebenden Zylinderwand sehr klein bemessen, z.B. < 0,05 mm bei 200 mm Zylinderdurchmesser. Trotz des nunmehr sehr geringen radialen Spiels ist also die Gefahr eliminiert, dass der Gasdichtungsteil insbesondere beim Anfahren des Kompressors an der umgebenden Zylinderwandung streift.. Dadurch bedingte Inspektionen und/oder Reparaturen sind also ebenfalls eliminiert, so dass der Kompressor weniger häufig als bisher geöffnet werden muss. Wegen des engeren Spiels ist der Wirkungsgrad des Kompressors grösser als bisher und es lassen sich höhere Kompressionsdrücke als bisher erreichen.This object is achieved according to the invention in that the gas sealing part and the guide part of the piston consist of a material whose coefficient of thermal expansion α is essentially zero, and in that a space through which a coolant flows is provided in the wall of the cylinder and which covers the range of movement of the piston surrounds. This configuration ensures that both the difference between the outside diameter of the guide part and the inside diameter of the surrounding cylinder wall and the difference between the outside diameter of the gas sealing part and the inside diameter of the surrounding cylinder wall are subject to only slight, temperature-related changes. This allows the differences mentioned or the respective play between the piston part in question and the surrounding cylinder wall to be measured very small, for example <0.05 mm for a 200 mm cylinder diameter. Despite the now very small radial play, the risk is eliminated that the gas sealing part rubs against the surrounding cylinder wall, particularly when the compressor starts up. Inspections and / or repairs resulting from this are therefore also eliminated, so that the compressor is less has to be opened more often than before. Because of the closer play, the efficiency of the compressor is greater than before and higher compression pressures can be achieved than before.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:Two embodiments of the invention are explained in more detail in the following description with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 und 2 je einen Längsschnitt durch Kolbenkompressoren nach der Erfindung.1 and 2 each show a longitudinal section through piston compressors according to the invention.

Gemäss Fig. 1 weist der Tauchkolbenkompressor,ein Kurbelgehäuse 1 auf, das nur teilweise dargestellt ist und in dem eine im Detail nicht dargestellte Kurbelwelle in an sich bekannter Weise gelagert ist. Am Kurbelzapfen 3 der Kurbelwelle ist eine Pleuelstange 4 angelenkt, die einen Kolben 5 antreibt. Am Kurbelgehäuse 1 ist ein Zylindergehäuse 6 angeschlossen, das zu diesem Zweck mit einem Befestigungsflansch 6′ versehen ist und dessen Achse 7 sich etwa in horizontaler Richtung erstreckt. An dem dem Kurbelgehäuse 1 abgewendeten Ende des Zylindergehäuses 6 ist ein Zylinderkopf 8 vorgesehen, über den das zu komprimierende Gas (Pfeil 9) zugeführt und das komprimierte Gas (Pfeil 10) abgeführt wird. Im Zylinderkopf 8 sind in bekannter Weise nicht näher dargestellte Saugund Druckventile untergebracht. Mit 20 ist der Kompressionsraum zwischen dem Kolben 5 und dem Zylinderkopf 8 bezeichnet.1, the plunger compressor has a crankcase 1, which is only partially shown and in which a crankshaft (not shown in detail) is mounted in a manner known per se. A connecting rod 4, which drives a piston 5, is articulated on the crank pin 3 of the crankshaft. On the crankcase 1, a cylinder housing 6 is connected, which is provided for this purpose with a mounting flange 6 'and the axis 7 extends approximately in the horizontal direction. At the end of the cylinder housing 6 facing away from the crankcase 1, a cylinder head 8 is provided, via which the gas to be compressed (arrow 9) is supplied and the compressed gas (arrow 10) is discharged. In the cylinder head 8 suction and pressure valves, not shown, are accommodated in a known manner. With 20 the compression space between the piston 5 and the cylinder head 8 is designated.

Der einstückige Kolben 5 besteht aus einem ölgeschmierten Führungsteil oder Führungskolben 11, der über einen Kolbenbolzen 4′ mit der Pleuelstange 4 gelenkig verbunden ist, und einem Gasdichtungsteil oder Arbeitskolben 12, der einen wesentlich kleineren Durchmesser aufweist als der Führungskolben 11. Der Arbeitskolben 12 ist auf seiner äusseren Mantelfläche mit einer Labyrinthdichtung versehen. Der Führungskolben 11 gleitet während des Betriebes des Kompressors mit seiner äusseren Mantelfläche an der inneren Zylinderwand 13 des doppelwandigausgebildeten Zylindergehäuses 6. An dem dem Arbeitskolben 12 zugewandten Ende des Führungskolbens 11 weist dieser mehrere Oelabstreifringe 14 auf, die in Ringnuten des Führungskolbens untergebracht sind, von denen übe:r den Kolbenumfang verteilt Oelabführbohrungen 14′ ausgehen und in das Innere des Kolbens münden. Am anderen Ende des Führungskolbens 11 ist ein Oelabstreifring 15-vorgesehen, der - wie die Ringe 14 - in einer Ringnut gehalten ist, die über Oelabführbohrungen 15′ mit dem Kolbeninnern in Verbindung steht. In der gezeichneten Lage des Kolbens 5 steht dieser etwa in der Mitte zwischen dem oberen und dem unteren Totpunkt. Ungefähr an der Stelle, an der sich bei oberer Totpunktlage des Kolbens 5 der Uebergang vom Führungskolben 11 zum Arbeitskolben 12 befindet, besteht im Zylindergehäuse 6 ein Raum 30 niedrigen Druckes, a! dem eine Leckageabfuhr 16 angeschlossen ist und der dem Druckausgleich dient. Die Leckageabfuhr 16 besteht aus mehreren, über den Umfang des Gehäuses 6 verteilten Oeffnungen, an die eine schematisch dargestellte Ringleitung 31 angeschlossen ist. An die Ringleitung 31 ist eine Leitung 32 angeschlossen, die über einen Oelfilter 33 zu einem Behälter 34 führt, in dem im wesentlichen der gleiche niedrige Druck herrscht wie im Raum 30. Der Behälter 34 ist über eine Leitung 35 mit der Zufuhr für das zu komprimierende Gas (Pfeil 9) verbunden. Ueber :die Ringleitung 31 und die Leitung 32 werden durch die Kolbenbewegungen verdrängtes Gas, Leckagegas von der Labyrinthdichtung am Arbeitskolben 12 sowie gegebenenfalls geringe Mengen von vom Kurbelgehäuse 1 her vordringendes und von den Oelabstreifringen 14, 15 nicht erfasstes Lecköl aus dem Raum 30 abgeführt. Das Lecköl wird im Filter 33 vom Gas getrennt und kann über eine nicht dargestellte Leitung in das Kurbelgehäuse 1 zurückgeführt werden. Das vom Lecköl befreite Gas wird - sofern es nicht Luft ist, das man in die Atmosphäre entweichen lassen kann- der Saugseite des Kompressors zugeführt. Zwischen dem Kurbelgehäuse 1 und der Saugseite des Kompressors erstreckt sich eine Leitung 36, die ebenfalls dem Druckausgleich dient und die einen Oelfilter 37 aufweist, um ein Vordringen von Oel aus dem Kurbelgehäuse zur Saugseite zu verhindern. Beiderseits des Führungskolbens 11 herrscht somit der gleiche niedrige Druck.The one-piece piston 5 consists of an oil-lubricated guide part or guide piston 11, which is articulated via a piston pin 4 'to the connecting rod 4, and a gas sealing part or working piston 12, which has a much smaller diameter than the guide piston 11. The working piston 12 is provided on its outer surface with a labyrinth seal. The guide piston 11 slides during operation of the compressor with its outer jacket surface on the inner cylinder wall 13 of the double-walled cylinder housing 6. At the end of the guide piston 11 facing the working piston 12, the latter has a plurality of oil scraper rings 14, which are accommodated in annular grooves of the guide piston, one of which practice: r the piston circumference distributed oil drain holes 14 'go out and open into the interior of the piston. At the other end of the guide piston 11, an oil scraper ring 15 is provided which, like the rings 14, is held in an annular groove which is connected to the piston interior via oil discharge holes 15 '. In the drawn position of the piston 5, this is approximately in the middle between the top and bottom dead center. Approximately at the point where the transition from the guide piston 11 to the working piston 12 is at the top dead center position of the piston 5, there is a space 30 of low pressure in the cylinder housing 6, a! which is connected to a leakage drain 16 and which serves to equalize the pressure. The leakage discharge 16 consists of a plurality of openings distributed over the circumference of the housing 6, to which a schematically illustrated ring line 31 is connected. A line 32 is connected to the ring line 31, which leads via an oil filter 33 to a container 34 in which essentially the same low pressure prevails as in the space 30. The container 34 is connected via a line 35 to the supply for the material to be compressed Gas (arrow 9) connected. Ueber: The ring line 31 and the line 32 are displaced by the piston movements gas, leakage gas from the labyrinth seal on the working piston 12 and if necessary, small amounts of leakage oil penetrating from the crankcase 1 and not detected by the oil scraper rings 14, 15 are removed from the space 30. The leak oil is separated from the gas in the filter 33 and can be returned to the crankcase 1 via a line (not shown). The gas freed from the leakage oil is - unless it is air that can be released into the atmosphere - fed to the suction side of the compressor. A line 36 extends between the crankcase 1 and the suction side of the compressor and also serves to equalize the pressure and has an oil filter 37 in order to prevent oil from penetrating from the crankcase to the suction side. The same low pressure therefore prevails on both sides of the guide piston 11.

Im doppelwandigen Zylindergehäuse 6 sind zwei kühlmitteldurchströmte Räume 17 und 18 vorhanden, von denen der Raum 17 den Führungskolben 11 und der Raum 18 den Arbeitskolben 12 umgibt. Die beiden Räume 17 und 18 sind kühlmittelseitig voneinander getrennt, und jeder der beiden Räume ist mit einer eigenen Kühlmittelzufuhr versehen, von denen in Fig. 1 nur die Zufuhr 18′ zum Raum 18 dargestellt ist. Die in Fig. 1 nicht dargestellte Zufuhr zum Raum 17 ist vorzugsweise nahe dem Befestigungsflansch 6′ angeordnet, und zwar so, dass das Kühlmittel tangential in den Raum 17 eintritt. Die Kühlmittelabfuhr, die in Fig. 1 wiederum nicht dargestellt ist, ist ebenfalls getrennt. Durch diese getrennte Kühlmittelzu- und -abfuhr lässt sich die Kühlung des zugehörigen Kolbenteils individuell einstellen.In the double-walled cylinder housing 6 there are two spaces 17 and 18 through which coolant flows, of which the space 17 surrounds the guide piston 11 and the space 18 surrounds the working piston 12. The two rooms 17 and 18 are separated from one another on the coolant side, and each of the two rooms is provided with its own coolant supply, of which only the supply 18 'to the room 18 is shown in FIG. 1. The supply to the room 17, not shown in FIG. 1, is preferably arranged near the fastening flange 6 ', in such a way that the coolant enters the space 17 tangentially. The coolant discharge, which is again not shown in FIG. 1, is also separate. Through this separate coolant supply and removal, the cooling of the associated piston part can be adjusted individually.

Der Kolben 5 besteht als Ganzes aus einem Werkstoff, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient α im wesentlichen gleich Null ist, z.B. einem mit ca. 35 Gewichtsprozenten Nickel legierten Gusseisen. Durch die Verwendung dieses Werkstoffs in Verbindung mit der Kühlung durch das die Räume 17 und 18 durchströmende Kühlmittel gelingt es, den Ringspalt oder das Spiel zwischen dem Führungskolben 11 und der umgebenden Zylinderwand 13 einerseits und zwischen der Labyrinthdichtung des Arbeitskolbens 12 und der umgebenden Zylinderwand 13 anderseits auch bei wechselnden Betriebstemperaturen im wesentlichen konstant und besonders klein zu halten, z.B. ≦ 0,05 mm bei 200 mm Kolbendurchmesser, so dass die Leckgasverluste stets minimal sind.The piston 5 as a whole consists of a material whose coefficient of thermal expansion α is essentially zero, for example one with approximately 35 percent by weight Nickel alloyed cast iron. By using this material in conjunction with the cooling through the coolant flowing through the spaces 17 and 18, it is possible to achieve the annular gap or the play between the guide piston 11 and the surrounding cylinder wall 13 on the one hand and between the labyrinth seal of the working piston 12 and the surrounding cylinder wall 13 on the other To be kept essentially constant and particularly small even with changing operating temperatures, for example ≦ 0.05 mm with a piston diameter of 200 mm, so that the leakage gas losses are always minimal.

Bei dem Kolbenkompressor gemäss Fig. 2 wird ein Kolben 5′ verwendet, bei dem der Führungskolben 11′ und der Arbeitskolben 12′ etwa gleichen Durchmesser aufweisen. Der Arbeitskolben 12′ besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus mehreren Teilen, nämlich einem hohlen Kolbenabschnitt 21, einem Kolbenmantelabschnitt 22 und einem Kolbenboden 23. Der Kolbenabschnitt 21 bildet mit dem Führungskolben 11′ ein Stück und geht an seinem dem Kompressionsraum 20 zugewendeten Ende in einen gegen die Achse 7 ragenden Flansch 21′ über. Der Mantelabschnitt 22 bildet einen Ring, der auf seiner Aussenfläche die nicht näher dargestellte Labyrinthdichtung aufweist. Auf der Innenseite des Mantelabschnittes 22 ist ein gegen die Zylinderaschse 7 ragender Ringflansch 22′ vorhanden, der einerseits an dem Flansch 21′ und andererseits am Kolbenboden 23 anliegt. Mittels nicht näher dargestellter Schrauben (strichpunktierte Linie 24) ist der Mantelabschnitt 22 zwischen dem Kolbenboden 23 und dem Flansch 21′ eingeklemmt. Bei diesem Ausführungsbeispiel bestehen der Kolbenabschnitt 21, der Mantelabschnitt 22 und der Führungskolben 11′ aus einem Werkstoff, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient α im wesentlichen gleich Null ist, also z.B. dem mit ca. 35% Nickel legierten Gusseisen. Der Kolbenboden 23 kann abenfalls aus diesem Werkstoff bestehen.2, a piston 5 'is used in which the guide piston 11' and the working piston 12 'have approximately the same diameter. The working piston 12 'consists in this embodiment of several parts, namely a hollow piston portion 21, a piston skirt portion 22 and a piston crown 23. The piston portion 21 forms a piece with the guide piston 11' and goes at its end facing the compression chamber 20 in one against the Axis 7 projecting flange 21 'over. The jacket section 22 forms a ring which has the labyrinth seal, not shown, on its outer surface. On the inside of the jacket section 22 there is an annular flange 22 'projecting against the cylinder liner 7' which bears on the one hand on the flange 21 'and on the other hand on the piston head 23. By means of screws, not shown (dash-dotted line 24), the jacket portion 22 is clamped between the piston crown 23 and the flange 21 '. In this exemplary embodiment, the piston section 21, the jacket section 22 and the guide piston 11 'consist of a material whose coefficient of thermal expansion α is essentially zero, for example, cast iron alloyed with approx. 35% nickel. The piston crown 23 may also consist of this material.

Der im doppelwandigen Zylindergehäuse 6 vorhandene kühlmitteldurchströmte Raum 25 ist in diesem Fall nicht unterteilt, sondern umgibt sowohl den Führungskolben 11′ als auch den Arbeitskolben 12′. Die Kühlmittelzufuhr zum Raum 25 ist im Bereich des Kompressionsraumes 20 vorgesehen und mit 26 bezeichnet, wogegen die Kühlmittelabfuhr sich am anderen Ende des Raumes 25 befindet und mit 27 bezeichnet ist.The existing in the double-walled cylinder housing 6 coolant-flowed space 25 is not divided in this case, but surrounds both the guide piston 11 'and the working piston 12'. The coolant supply to the space 25 is provided in the region of the compression space 20 and is designated by 26, whereas the coolant discharge is located at the other end of the space 25 and is designated by 27.

Abweichend von den beschriebenen Beispielen kann die Zylinderachse statt horizontal auch vertikal stehen, oder es kann bei Mehrzylindermaschinen eine V-Anordnung der Zylinder in Frage kommen. Weiter ist es möglich, dass der Gasdichtungsteil einen grösseren Durchmesser aufweist als der Führungsteil.In a departure from the examples described, the cylinder axis can also be vertical instead of horizontal, or a V-arrangement of the cylinders can be considered in multi-cylinder machines. It is also possible that the gas sealing part has a larger diameter than the guide part.

Claims (11)

Kolbenkompressor zum ölfreien Verdichten eines Gases, mit mindestens einem Kolben, der in einem Zylinder mittels einer Kurbelwelle und einer am Kolben angelenkten Pleuelstange hin- und herbewegbar ist und dessen dem Kompressionsraum zugewendeter Abschnitt als trockenlaufender, mit einer Labyrinthdichtung versehener Gasdichtungsteil ausgebildet ist, wogegen der der Kurbelwelle zugewendete Abschnitt des Kolbens als im Zylinder gleitender, geschmierter Führungsteil ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdichtungsteil und der Führungsteil des Kolbens aus einem Werkstoff bestehen, dessen Wärmedehnungskoeffizient α im wesentlichen gleich Null ist, und dass in der Wand des Zylinders ein von einem Kühlmittel durchströmter Raum vorgesehen ist, der den bewegungsbereich des Kolbens umgibt.Piston compressor for oil-free compression of a gas, with at least one piston which can be moved back and forth in a cylinder by means of a crankshaft and a connecting rod articulated on the piston and whose section facing the compression space is designed as a dry-running gas seal part provided with a labyrinth seal, whereas the one Crankshaft-facing section of the piston is designed as a lubricated guide part sliding in the cylinder, characterized in that the gas sealing part and the guide part of the piston consist of a material whose coefficient of thermal expansion α is substantially equal to zero, and that in the wall of the cylinder one of one Coolant-flowing space is provided, which surrounds the range of motion of the piston. Kolbenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im bereich der Hin- und Herbewegung des Führungsteils Oelabstreifmittel vorgesehen sind und im Zylinder in einem bereich zwischen den Oelabstreifmitteln und dem Gasdichtungsteil ein Raum niedrigen Druckes vorgesehen ist, an dem mindestens eine Leitung zum Abführen von aus dem Kompressionsraum stammendem Leckgas und von aus dem Kurbelraum stammendem Lecköl angeschlossen ist.Piston compressor according to claim 1, characterized in that in the area of the back and forth movement of the guide part oil-stripping means are provided and in the cylinder in a region between the oil-stripping means and the gas sealing part a space is provided at which at least one line for discharging from the Compression chamber leak gas and leak oil from the crank chamber is connected. Kolbenkompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der von-Kühlmittel durchströmte Raum quer zur bewegungsrichtung des Kolbens unterteilt ist, so dass ein den Führungsteil umgebender Kühlraum und ein den Gasdichtungsteil umgebender Kühlraum entsteht und jeder dieser beiden Kühlräume eine eigene Kühlmittelzufuhr und -abfuhr aufweist.Piston compressor according to claim 1 or 2, characterized in that the space through which coolant flows is divided transversely to the direction of movement of the piston, so that a surrounding the guide part Cooling space and a cooling space surrounding the gas sealing part is created and each of these two cooling spaces has its own coolant supply and removal. Kolbenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der die Labyrinthdichtung aufweisende Mantel als vom übrigen Kolben getrennter ringförmiger bauteil ausgebildet ist.Piston compressor according to claim 1, characterized in that the jacket having the labyrinth seal is designed as an annular component separate from the rest of the piston. Kolbenkompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der bauteil einen nach innen ragenden Flansch aufweist, über den der bauteil mit dem übrigen Kolben verbunden ist.Piston compressor according to claim 4, characterized in that the component has an inwardly projecting flange, via which the component is connected to the rest of the piston. Kolbenkompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch des ringförmigen bauteils zwischen dem übrigen Kolben und einer einen Kolbenboden bildenden Platte eingespannt ist.Piston compressor according to claim 5, characterized in that the flange of the annular component is clamped between the remaining piston and a plate forming a piston crown. Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Kühlmittels regelbar ist.Piston compressor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the amount of coolant is adjustable. Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des Kolbens aus einer Eisenlegierung mit ca. 35% Gewichtsprozenten Nickel besteht und dass das umgebende Zylindergehäuse aus einem Werkstoff mit einem normalen Wärmedehnungskoeffizienten α besteht.Piston compressor according to one of claims 1 to 7, characterized in that the material of the piston consists of an iron alloy with approximately 35% by weight of nickel and that the surrounding cylinder housing consists of a material with a normal thermal expansion coefficient α. Kolbenkompressor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelzufuhr zu dem den Führungsteil umgebenden Kühlraum tangential in diesen mündet.Piston compressor according to claim 3, characterized in that the coolant supply to the cooling part surrounding the guide part opens tangentially into the latter. Kolbenkompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der am Raum niedrigen Druckes angeschlossenen Leitung ein Oelfilter angeordnet ist.Piston compressor according to claim 2, characterized in that an oil filter is arranged in the line connected to the low pressure space. Kolbenkompressor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum niedrigen Druckes mit der Saugseite des Kompressors verbunden ist.Piston compressor according to claim 10, characterized in that the low pressure space is connected to the suction side of the compressor.
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