PL169681B1 - Komora sprezania z urzadzeniem uszczelniajacymdla sprezarki tlokowej do bezolejowego sprezania gazów PL - Google Patents

Abstract

1 Komora sprezania z urzadzeniem uszczelniajacym dla spre- zarki tlokowej do bezolejowego sprezania gazów, z przynajmniej' jednym cylindrem i prowadzonym w nim tlokiem, który jest wypo- sazony w przynajmniej jeden rozciety, umieszczony w pierscienio- wym rowku na tloku, tak zwany uwieziony pierscien tlokowy, który swoja odwrotna wzgledem wewnetrznej powierzchni cylindra po- wierzchnia obwodowa ogranicza komore rowka pierscieniowego, zasilana cisnieniem, panujacym w komorze sprezania cylindra i któ- ry, wychodzac od tej powierzchni obwodowa, posiada dwie pro- mieniowe, wzajemnie równolegle powierzchnie ograniczajace, z których powierzchnia od strony komory sprezania rozciaga sie na czesci promieniowej szerokosci pierscienia, przy czym pierscien tlokowy jest swymi równoleglymi powierzchniami ograniczajacymi prowadzony w sposób slizgowy po odpowiednich powierzchniach rowka pierscieniowego, znamienna tym, ze koncowa powierzchnia pierscienia tlokowego (10) od strony komory sprezania (4) jest wy- konana, wychodzac z powierzchni (11) cylindra (1), jako powierz- chnia klinowa, która rozciaga sie pod katem od 5 do 15° wzgledem równoleglej do powierzchni ograniczajacej (14) od strony komory sprezania (4) az do tej powierzchni ograniczajacej (14), przy czym równiez sasiadujaca z powierzchnia klinowa powierzchnia w piers- cieniowym rowku na tloku (2) biegnie pod takim samym katem równolegle do powierzchni klinowej. Fig. 2a PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest komora sprężania z urządzeniem uszczelniającym dla sprężarki tłokowej do bezolejowego sprężania gazów, z przynajmniej jednym cylindrem i prowadzonym w nim tłokiem, który jest wyposażony w przynajmniej jeden rozcięty, umieszczony w pierścieniowym rowku tłoka, tak zwany uwięziony pierścień tłokowy.

Sprężarka tłokowa z uwięzionymi pierścieniami tłokowymi jest znana, na przykład z patentu szwajcarskiego CH-PS 482 953. W tym rozwiązaniu komorę sprężania sprężarki ogranicza uwięziony pierścień tłokowy odwrotną względem wewnętrznej powierzchni cylindra powierzchnią obwodową. Pierścień tłokowy posiada dwie promieniowe, wzajemnie równoległe powierzchnie ograniczające, z których powierzchnia od strony komory sprężania rozciąga się na części promieniowej szerokości pierścienia, przy czym pierścień tłokowy jest swymi równoległymi powierzchniami ograniczającymi prowadzony w sposób ślizgowy po odpowiednich powierzchniach rowka pierścieniowego.

Każdy z uwięzionych pierścieni tłokowych posiada przy tym wystające w kierunku osiowym wsporniki, a mianowicie od strony komory sprężania, tak ze przekrój pierścienia tło169 681 kowego ma kształt kątownika lub też wystający wspornik biegnie w kierunku osiowym po obu stronach pierścienia, tak ze powstaje przekrój w kształcie litery T. Wystający wspornik leży patrząc w kierunku promieniowym - za wystającym wzdłuż osi ramieniem rowka pierścieniowego, przy czym ramię to stanowi ogranicznik dla pierścienia tłokowego, gdy rozpręża się on pod ciśnieniem gazu, działającego na jego wewnętrzną powierzchnię obwodową. Z powodu tej ograniczonej możliwości rozprężania pierścienie tłokowe nazywane są pierścieniami uwięzionymi.

Podczas pracy sprężarki tłokowej pierścienie tłokowe przechodzą przez trzy fazy: faza pierwsza - pierścień tłokowy nie przylega jeszcze swym wspornikiem do ramienia rowka pierścieniowego, ale jego zewnętrzna powierzchnia obwodowa ślizga się po wewnętrznej powierzchni cylindra. Pierścień tłokowy poddany jest intensywnemu zużyciu i występują niewielkie przecieki gazu;

faza druga - wspornik pierścienia tłokowego osiąga ograniczającą jego ruch powierzchnię rowka pierścieniowego, w wyniku czego zmniejsza się zużycie pierścienia tłokowego na skutek tarcia o wewnętrzną powierzchnię cylindra, a przecieki gazu utrzymują się w przybliżeniu na poprzednim poziomie;

faza trzecia - między zewnętrzną powierzchnią obwodową pierścienia tłokowego i wewnętrzną powierzchnią cylindra powstaje uszczelnienie w postaci szczeliny pierścieniowej o niewielkim zużyciu i nieco większych przeciekach gazu niż poprzednio. Odmienne względem występującego w fazie drugiej zużycie pierścienia, jak również jego ewentualne dalsze zużycie wynikają z niewielkich ruchów poprzecznych tłoka w cylindrze. Występujący przy tym stopień zużycia jest tym mniejszy, im lepsze jest prowadzenie tłoka i drążka tłoka. Gdy uszczelniająca szczelina pierścieniowa między pierścieniem tłokowym i wewnętrzną powierzchnią cylindra staje się zbyt duza, należy wymienić pierścień tłokowy.

Przekrój pierścieni tłokowych w kształcie kątownika lub litery T powoduje, że ich wytwarzanie jest stosunkowo kosztowne. Z faktu, że w znanych pierścieniach tłokowych rozciągająca się od wystającego wspornika do wewnętrznej powierzchni cylindra część jest ograniczona dwiema promieniowymi, wzajemnie równoległymi powierzchniami, które są prowadzone między równoległymi powierzchniami wystającego ramienia lub ramion rowka pierścieniowego, wynika możliwość wystąpienia w trzeciej fazie pracy sprężarki tak zwanego drgania pierścieni, to znaczy niekontrolowanego ruchu pierścienia tłokowego wewnątrz rowka pierścieniowego. Ten ruch drgający próbuje się wyeliminować albo przez ciśnienie gazu, oddziałującego na wewnętrzną powierzchnię obwodową pierścienia tłokowego, albo przy pomocy przylegających do tej powierzchni sprężyn dociskowych, co jest jednak skuteczne tylko częściowo, a w przypadku zastosowania sprężyn dociskowych połączone z wyższymi nakładami konstrukcyjnymi.

Z niemieckiego opisu patentowego DE-PS 31 48 488 znany jest uwięziony pierścień tłokowy, w którym na przejściu do wystającego wspornika przewidziany jest nie kąt prosty, lecz kąt ostry w celu osłabienia działania karbu w miejscu przejścia. Zaciskanie pierścienia tłokowego w jego położeniu, ograniczonym przez wystające ramię rowka pierścieniowego, nie jest tu przewidziane, jak również nie jest możliwe. Rozciągająca się od wystającego wspornika do wewnętrznej powierzchni cylindra część pierścienia tłokowego jest, jak dotychczas, ograniczona dwiema promieniowymi, wzajemnie równoległymi powierzchniami. Drgający ruch pierścienia tłokowego jest w tym przypadku niemożliwy do wyeliminowania.

Z angielskiego opisu patentowego GB 1 577 752 znane jest wykorzystywanie sprężonych gazów, poprzez kierowanie ich do komory umieszczonej pomiędzy pierścieniem komorowym i pierścieniem tłokowym. Ciśnienie we wspomnianej komorze wywołuje siłę działającą w’ kierunku promieniowym na powierzchnię pierścienia tłokowego, tak że pierścień ten jest pod działaniem siły skierowanej ku powierzchni wewnętrznej cylindra. Powyższy układ ma jednak podobne wady jak rozwiązania opisane wcześniej, a przede wszystkim pierścień tłokowy tego układu wykonuje niekontrolowane ruchy w obrębie rowka pierścieniowego.

169 681

Celem wynalazku jest takie udoskonalenie komory sprężania sprężarki tłokowej, aby zostało zoptymalizowane zachowanie uwięzionego pierścienia tłokowego w trakcie eksploatacji i uproszczona konstrukcja pierścienia tłokowego i w ten sposób obniżone koszty wytwarzania.

Komora sprężania z urządzeniem uszczelniającym dla sprężarki tłokowej do bezolejowego sprężania gazów, z przynajmniej jednym cylindrem i prowadzonym w nim tłokiem, który jest wyposażony w przynajmniej jeden rozcięty, umieszczony w pierścieniowym rowku na tłoku, tak zwany uwięziony pierścień tłokowy, który swoją odwrotną względem wewnętrznej powierzchni cylindra powierzchnią obwodową ogranicza komorę rowka pierścieniowego, zasilaną ciśnieniem, panującym w komorze sprężania cylindra i który, wychodząc od tej powierzchni obwodowej, posiada dwie promieniowe, wzajemnie równoległe powierzchnie ograniczające, z których powierzchnia od strony komory sprężania rozciąga się na części promieniowej szerokości pierścienia, przy czym pierścień tłokowy jest swymi równoległymi powierzchniami ograniczającymi prowadzony w sposób ślizgowy po odpowiednich powierzchniach rowka pierścieniowego, charakteryzuje się według wynalazku tym, że końcowa powierzchnia pierścienia tłokowego od strony komory sprężania jest wykonana, wychodząc z powierzchni cylindra, jako powierzchnia klinowa, która rozciąga się pod kątem od 5 do 15° względem równoległej do powierzchni ograniczającej od strony komory sprężania aż do tej powierzchni ograniczającej, przy czym również sąsiadująca z powierzchnią klinową powierzchnia w rowku pierścieniowym na tłoku biegnie pod tym samym kątem równolegle do powierzchni klinowej.

Korzystnie również leżąca w kierunku osiowym naprzeciw powierzchni klinowej powierzchnia pierścienia tłokowego jest wykonana jako powierzchnia klinowa i ta druga powierzchnia klinowa, tak samo jak sąsiadująca z nią powierzchnia w rowku pierścieniowym, przebiega pod kątem od 5 do 15°, co jest szczególnie zalecane w przypadku maszyn pracujących na zasadzie dwustopniowej kompresji.

Korzystnie pierścień tłokowy komory jest wykonany z tworzywa sztucznego o dobrych właściwościach pracy bezsmarowej.

Korzystnie odwrotna względem komory sprężania i wewnętrznej powierzchni cylindra część przekroju pierścienia tłokowego jest wykonana w kształcie litery L z materiału o większej odporności cieplnej niz pozostały przekrój pierścienia.

Z ukształtowania pierścienia tłokowego według wynalazku wynika prosta konstrukcja, która może być wykonana przy korzystnym poziomie kosztów. Poza tym powierzchnia klinowa powoduje w trakcie pracy sprężarki w ramach fazy trzeciej zaciskanie pierścienia tłokowego w rowku pierścieniowym, które zapewnia promieniowe ustalenie pierścienia tłokowego w końcowej pozycji, a w ten sposób minimalną szczelinę między zewnętrzną powierzchnią obwodową i wewnętrzną powierzchnią cylindra. Oddziaływanie zaciskające eliminuje również ruchy drgające pierścienia tłokowego w rowku pierścieniowym. Zużycie pierścienia i przecieki gazu są zatem w fazie trzeciej mniejsze niż w znanych pierścieniach tłokowych. Ma to również tę zaletę, ze czas zużycia pierścieni tłokowych jest dłuższy niż dotychczas.

Nowa konstrukcja pierścienia tłokowego jest szczególnie korzystna wówczas, gdy zgodnie z korzystnym wykonaniem wynalazku pierścień tłokowy jest wykonany z tworzywa sztucznego o dobrych zdolnościach do pracy bezsmarowej. W tym przypadku pod działaniem wysokich temperatur i ciśnień gazu może dojść do znanego, z innych przypadków niepożądanego efektu ekstruzji, który polega na tym, że pierścień tłokowy odkształca się w kierunku promieniowym. W ten sposób w zgodnym z wynalazkiem pierścieniu dokowym ulepszone zostaje działanie uszczelniające bez zakłócenia pracy urządzenia.

Wynalazek w przykładach wykonania jest odtworzony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w schematycznym uproszczeniu tłok i cylinder sprężarki tłokowej umieszczony w komorze sprężania w przekroju osiowym, fig. 2a - powiększenie detalu A z fig. 1 w pierwszej fazie pracy w przekroju, fig. 2b - detal z fig. 2a w drugiej fazie pracy, fig. 3a i 3b - ujęcia odpowiadające fig. 2a i 2b przy zmienionym pierścieniu tłokowym i fig. 4a i 4b - odpowiadające fig. 2a i 2b ujęcia innego pierścienia tłokowego.

Zgodnie z fig 1 sprężarka tłokowa zawiera cylinder 1, w którym umieszczony jest tłok 2, poruszany do góry i na dół. Dolny na fig. 1 koniec tłoka przechodzi w drążek tłoka 3,

169 681 który w znany, nie przedstawiony sposób jest połączony z mechanizmem korbowym. Na fig. 1 powyżej tłoka 2 znajduje się komora sprężania 4, w której w znany, nie przedstawiony sposób podczas suwu tłoka 2 do dołu zasysany jest poddawany sprężaniu gaz, który podczas następującego potem suwu do góry jest sprężany i wyrzucany z komory sprężania. Tłok 2 znajdujący się w komorze sprężania składa się z, mającego kształt pręta, przedłużenia 5 drążka tłoka 3, na które nasunięta jest tuleja 6, która utrzymuje siedem umieszczonych jeden nad drugim pierścieni tłokowych 10. Pierścienie tłokowe 10 są przytrzymywane razem przez nakręconą na górny koniec przedłużenia 5 nakrętkę 7.

Zgodnie z fig. 2 rozcięty pierścień tłokowy 10 ma wewnętrzną cylindryczną powierzchnię obwodową 12, która jest odwrócona od wewnętrznej powierzchni 11 cylindra 1. Dolna na fig. 2a powierzchnia 13, ograniczająca pierścień tłokowy, przebiega prostopadle do wewnętrznej powierzchni obwodowej 12 i spoczywa większą częścią na płaskiej powierzchni prowadzącej pierścienia komory 20. Równolegle do powierzchni ograniczającej 13 pierścień tłokowy posiada na swym górnym na fig. 2 końcu powierzchnię ograniczającą 14, która rozciąga się jedynie na części promieniowej szerokości pierścienia tłokowego 10 i która przylega do płaskiej powierzchni prowadzącej drugiego pierścienia komory 21. Między wewnętrzną powierzchnią obwodową 12 i cylindryczną powierzchnią 22 ograniczającą pierścień komory 21 utworzona jest pierścieniowa komora 23, która poprzez kanał 24 uchodzi do pierścieniowej komory 25 między cylindrem 1 i pierścieniem komory 21. W ten sposób w pierścieniowej komorze 23 panuje takie samo ciśnienie gazu, co w pierścieniowej komorze 25, dociskające pierścień tłokowy 10 jego zewnętrzną powierzchnią obwodową 15 do wewnętrznej powierzchni 11 cylindra 1.

Między zewnętrzną powierzchnią obwodową 15 i górną na fig. 2a powierzchnią 14 ograniczającą pierścień tłokowy 10 znajduje się końcowa powierzchnia 16, wykonana w kształcie powierzchni klinowej. Powierzchnia klinowa 16 wznosi się pod kątem a = 5 do 15°, aż do powierzchni ograniczającej 14, przy czym kąt a jest mierzony w odniesieniu do równoległej względem powierzchni ograniczającej 14. Sąsiadująca z powierzchnią klinową 16 powierzchnia ograniczająca w pierścieniu komory 21 jest nachylona pod takim samym kątem a, przy czym powierzchnia prowadząca w pierścieniu komory dla powierzchni ograniczającej 14 jest w kierunku promieniowym na zewnątrz dłuższa od powierzchni ograniczającej 14 o wymiar X. Oznacza to, że pierścień tłokowy 10 może przesuwać się w utworzonym przez pierścienie komór 20 i 21 pierścieniowym rowku na zewnątrz o wymiar X, przy czym grubość pierścienia tłokowego jest z powodu tarcia odpowiednio mniejsza na wewnętrznej powierzchni 11. Stan ten jest przedstawiony na fig. 2b.

Zgodnie z fig. 2b pierścień tłokowy 10 przylega swoją powierzchnią klinową 16 do sąsiadującej powierzchni klinowej pierścienia komory 21 i w ten sposób ograniczone jest jego dalsze rozszerzanie w kierunku promieniowym. Dlatego też pierścień tłokowy jest pierścieniem uwięzionym. Dalsze zużycie zewnętrznej powierzchni obwodowej 15 jest możliwe tylko wówczas, gdy tłok na skutek swego ruchu osiowego utraci stateczność w kierunku promieniowym. Między wewnętrzną powierzchnią 11 cylindra i zewnętrzną powierzchnią obwodową 15 pierścienia tłokowego może wówczas powstać pierścieniowa szczelina, przez którą przedostają się przecieki gazu do następnej komory pierścieniowej 25', patrząc w kierunku mechanizmu korbowego. W tym przypadku sprężarka tłokowa pracuje jak sprężarka z labiryntowymi pierścieniami uszczelniającymi.

Jeśli na pierścienie tłokowe 10 użyte zostaną pracujące bezsmarowo tworzywa sztuczne lub mieszaniny tworzyw (mieszanki) z policzterofluoroetylenu, polieteroeteroketonu, polisiarczku fenylenu lub poliimidu, wówczas ewentualne przecieki mogą zostać wyeliminowane dzięki efektowi ekstruzji. Efekt ten polega na tym, że działające w komorze 23 ciśnienie gazu powoduje plastyczne odkształcenie pierścienia tłokowego i w ten sposób mimo zaciskającego działania powierzchni klinowych zachowany zostanie styk między jego powierzchnią obwodową 15 i wewnętrzną powierzchnią 11.

W postaci wykonania, według fig. 3a i 3b, odwrotna względem komory sprężania końcowa powierzchnia 16' pierścienia tłokowego jest również wykonana w postaci powierzchni

169 681 klinowej. Odpowiednio do tego również sąsiadująca z tą drugą powierzchnią klinową 16' powierzchnia w pierścieniu komory 20' ma kształt klina Ze względów wykonawczych i montażowych pierścienie komór 20' i 21' są podzielone w płaszczyźnie powierzchni ograniczającej 14. Ta postać wykonania jest przeznaczona dla sprężarek, w których tłok realizuje sprężanie dwustopniowe, to znaczy tłok i drążek tłoka są wykonane w ten sposób, że również na dolnym, według fig. 1, końcu tłoka 2 znajduje się komora sprężania. Poza tym układ według fig. 3a i 3b funkcjonuje w taki sposób, jak to opisano dla fig. 2a i 2b.

W przykładzie wykonania, według fig. 4a i 4b, pierścień tłokowy 10 jest wykonany z dwóch materiałów o różnej odporności cieplnej w ten sposób, że odwrotna względem wewnętrznej powierzchni cylindra 11 część 10' i odwrotna względem komory sprężania część 10' przekroju pierścienia tłokowego tworzą profil o kształcie litery L, który jest bardziej odporny na temperaturę, ale gorzej się zachowuje podczas pracy bezsmarowej niż pozostały przekrój pierścienia, dla którego dobre zachowanie podczas pracy na sucho jest istotne. W ten sposób przy pomocy profilu w kształcie litery L można podpierać bardziej miękką część pierścienia tłokowego. Pierścienie komór 20 i 21 są wykonane w taki sam sposób, jak to opisano odnośnie fig. 2a i 2b. Również zasada działania jest taka sama, jak opisano w odniesieniu do tych figur. Postać wykonania, według fig. 4a i 4b, stosowana jest w sprężarkach o ekstremalnej kombinacji ciśnienia i temperatury.

Pierścienie tłokowe zostały w przykładach opisane dla sprężarki tłokowej o wodzikowym typie budowy; można je stosować również w sprężarkach o nurnikowym typie budowy.

Fig.2b

169 681

Fig.3α

Fig.3b i

10·

169 681

Fig.1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 2,00 zł

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Komora sprężania z urządzeniem uszczelniającym dla sprężarki tłokowej do bezolejowego sprężania gazów, z przynajmniej jednym cylindrem i prowadzonym w nim tłokiem, który jest wyposażony w przynajmniej jeden rozcięty, umieszczony w pierścieniowym rowku na tłoku, tak zwany uwięziony pierścień tłokowy, który swoją odwrotną względem wewnętrznej powierzchni cylindra powierzchnią obwodową ogranicza komorę rowka pierścieniowego, zasilaną ciśnieniem, panującym w komorze sprężania cylindra i który, wychodząc od tej powierzchni obwodowej, posiada dwie promieniowe, wzajemnie równoległe powierzchnie ograniczające, z których powierzchnia od strony komory sprężania rozciąga się na części promieniowej szerokości pierścienia, przy czym pierścień tłokowy jest swymi równoległymi powierzchniami ograniczającymi prowadzony w sposób ślizgowy po odpowiednich powierzchniach rowka pierścieniowego, znamienna tym, że końcowa powierzchnia pierścienia tłokowego (10) od strony komory sprężania (4) jest wykonana, wychodząc z powierzchni (11) cylindra (1), jako powierzchnia klinowa, która rozciąga się pod kątem od 5 do 15° względem równoległej do powierzchni ograniczającej (14) od strony komory sprężania (4) aż do tej powierzchni ograniczającej (14), przy czym również sąsiadująca z powierzchnią klinową powierzchnia w pierścieniowym rowku na tłoku (2) biegnie pod takim samym kątem równolegle do powierzchni klinowej.
2. 2. Komora sprężania według zastrz. 1, znamienna tym, że również, leżąca w kierunku osiowym naprzeciw powierzchni klinowej, powierzchnia pierścienia tłokowego (10) jest wykonana jako powierzchnia klinowa, i ta druga powierzchnia klinowa, tak samo jak sąsiadująca z tą drugą powierzchnią klinową powierzchnia w rowku pierścieniowym, przebiega pod kątem od 5 do 15°.
3. 3. Komora sprężania według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że pierścień tłokowy (10) jest z tworzywa sztucznego o dobrych właściwościach pracy bezsmarowej.
4. 4. Komora sprężania według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że odwrotna względem komory sprężania (4) i wewnętrznej powierzchni (11) cylindra (1) część przekroju pierścienia tłokowego (10) ma kształt litery L i jest z materiału o większej odporności cieplnej niz pozostały przekrój pierścienia.