WO2016016222A1 - Gehäuseoberteil eines labyrinthkolbenkompressors und verfahren zum kühlen desselben sowie labyrinthkolbenkompressor - Google Patents

Gehäuseoberteil eines labyrinthkolbenkompressors und verfahren zum kühlen desselben sowie labyrinthkolbenkompressor Download PDF

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WO2016016222A1
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cylinder
interior
outlet
longitudinal axis
inlet
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Urs Weilenmann
Benjamin REMBOLD
Andreas Allenspach
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Burckhardt Compression Ag
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    • 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
    • F04B39/10—Adaptations or arrangements of distribution members
    • F04B39/1046—Combination of in- and outlet valve
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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    • 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
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/16—Casings; Cylinders; Cylinder liners or heads; Fluid connections
    • F04B53/162—Adaptations of cylinders

Definitions

  • the invention relates to an upper housing part of a
  • Labyrinth piston compressor according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a labyrinth piston compressor comprising an upper housing part.
  • the invention also relates to a method for cooling an upper housing part of a
  • Labyrinth piston compressors are compressors for compressing fluids.
  • a piston is in a cylinder
  • Cylinder wall and lateral surface kept as small as possible.
  • Labyrinth piston compressor with an upper housing part.
  • This labyrinth piston compressor has the disadvantage that a unilateral wear of the piston may occur, resulting in an increased gap width and increased leakage.
  • Labyrinth piston compressor and a more advantageous method for operating a labyrinth piston compressor with such a housing upper part form are provided.
  • an upper housing part of a labyrinth piston compressor comprising a cylinder jacket running in the direction of a longitudinal axis with a
  • Cylinder casing in the circumferential direction to the longitudinal axis at least partially encloses, so that between the gas distribution housing and at least a portion of the cylinder jacket outer side of the cylinder jacket, a Gasverteilinnenraum is formed, wherein the portion axially symmetrical with respect to the longitudinal axis
  • the Gasverteilinnenraum either via the cylinder inlet opening or the cylinder outlet fluid is fluidly connected to the cylinder interior, and wherein the
  • Gas distribution housing comprises either a gas inlet or a gas outlet, which fluid is conductively connected to the Gasverteilinnenraum ..
  • the object is further achieved in particular with a method for cooling an upper housing part of a
  • Labyrinthkolbenkompressors comprising a running in the direction of a longitudinal axis cylinder jacket with a
  • Cylinder interior and a cylinder outer side wherein an inlet to be compressed intake fluid is sucked via a arranged on the cylinder jacket cylinder inlet opening of a gas distribution chamber in the cylinder interior, or wherein a
  • Ingress fluid or outlet fluid are flowed around.
  • a labyrinth piston compressor also referred to as a labyrinth piston compressor, comprises at least one upper housing part and one
  • Housing base and includes at least a crankshaft, a crosshead, a piston rod and a piston.
  • the upper housing part and the lower housing part are fixed together connected.
  • the crankshaft and the crosshead are arranged, wherein the piston rod is connected to the crosshead.
  • the housing upper part comprises a cylinder jacket, wherein the piston within the cylinder interior of the
  • Cylinder jacket is arranged, and wherein the piston with the
  • Piston rod is connected, and wherein the piston is slidably mounted within the cylinder interior in the direction of the longitudinal axis.
  • Labyrinthkolbenkompressor also a spacer which is arranged between the lower housing part and the upper housing part, wherein the spacer may also be part of the lower housing part or part of the upper housing part, or wherein the spacer may be integrated in the upper housing part or in the lower housing part.
  • Piston of the labyrinth piston compressor surrounding the cylinder wall in the circumferential direction to the longitudinal axis of a substantially
  • the cylinder wall has the same or essentially the same temperature at regions which are axially symmetrical with respect to the longitudinal axis. This ensures that the cylinder jacket during operation of the
  • Labyrinth piston compressor also has a low wear on, allowing a long-term reliable and low-maintenance operation of the labyrinth piston compressor.
  • a gas distribution housing which extends in the circumferential direction by 360 ° surrounds the cylinder wall from the outside, in this by the
  • Gasverteilinnenraum either an inlet fluid to be compressed or a compressed outlet fluid flows, with the result that the cylinder jacket outer side is circumferentially surrounded by the same fluid, and the cylinder shell outer side in
  • Circumferential therefore has the same or substantially the same temperature. This ensures that the cylinder jacket during operation of the
  • the cylinder jacket in the direction of the longitudinal axis may have a section higher or lower temperatures, wherein in a particularly advantageous embodiment of the cylinder in the circumferential direction the same or in the Has substantially the same temperature. Due to the
  • Temperature distribution ensures that the cylinder jacket does not warp on one side due to the temperature. This makes it possible to keep the abrasion of the piston and the cylinder inner surface very low and to ensure that during operation of the
  • Labyrinth piston compressor comprising the inventive housing upper part has the advantage that it has a higher efficiency, and / or that the fluid is compressible to a higher pressure and / or that the labyrinth piston compressor can be operated at a lower speed.
  • the upper housing part or the labyrinth piston compressor disclosed in JP2010209723 has in the uncooled state
  • Circumferential direction of the cylinder greatly different temperatures, so that on the cylinder during operation, a thermal distortion occurs, with the result that the piston on the cylinder wall wears on one side.
  • Aluminum has much better low temperature properties than, for example, cast iron
  • Gray iron on. So is a compressor with a cylinder off
  • a labyrinth piston compressor comprising the upper housing part made of aluminum or an aluminum alloy according to the invention thus has the advantage that it can also be used at very low operating temperatures of up to -160 ° C., for example in the field of cryotechnology or cryogenic technology at temperatures lower than 150 ° C, for example, for the liquefaction of gases.
  • Production is cheaper than a housing upper part made of an iron alloy, for example made of cast iron.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a first embodiment of a housing upper part of a labyrinth piston compressor along the section line A-A.
  • FIG. 2 is a plan view of the upper housing part according to FIG. 1;
  • FIG 3 shows a longitudinal section through a second embodiment of a housing upper part along the section line B-B.
  • FIG. 4 is a plan view of the upper housing part according to Figure 3;
  • Fig. 5 is a perspective view of the upper housing part according
  • FIG. 3
  • Fig. 6 is a longitudinal section of the second embodiment of the
  • Fig. 7 is a perspective view of a third
  • FIG. 8 is a longitudinal section through a fourth embodiment of a
  • Fig. 10 is a longitudinal section through a fifth
  • Fig. 1 another longitudinal section through the fifth
  • Fig. 13 is a longitudinal section through a sixth
  • FIG. 14 shows a cross section through seventh embodiment of a housing upper part.
  • Fig. 1 shows a partial section of a labyrinth piston compressor 21 comprising, together with the components not shown, a housing upper part 1, a spacer 22, a piston 15 with a piston rod 16, a seal 23 and a linear guide 24.
  • the upper housing part 1 comprises a cylinder jacket 2 with a in the direction of a longitudinal axis L extending cylinder interior 2a.
  • the piston 15 is disposed within the cylinder interior 2 a, and is common with the piston rod 16 in the direction of
  • Longitudinal axis L is slidably mounted in the direction of movement LI.
  • the piston 15 has on the side surface 15 a forming Surface on fine, circumferentially extending grooves, which are not shown in detail.
  • the cylinder jacket 2 comprises at least one cylinder inlet opening 4, which opens into the cylinder interior 2a.
  • a cylinder outlet opening 6 is arranged on the end face of the cylinder interior 2a.
  • Cylinder outlet 6 are preferably spaced apart in the longitudinal direction L.
  • the cylinder outlet 6 is only slightly higher than the cylinder inlet 4.
  • the cylinder jacket 2 is surrounded by a Gasverteilgephaseuse 9a, such that between the outer side 2e of the cylinder jacket 2 and the Gasverteilgephaseuse 9a in the circumferential direction by 360 ° extending interior 9b forms.
  • the Gasverteilgephaseuse 9 a has at least a single gas inlet opening 9, and has in the illustrated
  • the gas distribution housing 9a has an access opening 9c for the valve 5 to maintain or replace the valve 5.
  • the access opening 9 c is closed by a cover plate 19.
  • a frontal end part 8 is arranged.
  • the closing part 8 comprises three cylinder outlet openings 6, which are each one subsequently
  • outlet valve 7 is arranged.
  • the Exhaust valves 7 pass the compressed discharge fluid or gas in the direction indicated by an arrow, and prevent a gas flow in the opposite direction.
  • the termination part 8 ends in a gas outlet 10.
  • In the upper housing part 1 is also a
  • Piston rod seal 23 is arranged.
  • Labyrinth piston compressor 21 comprises in the illustrated manner
  • Embodiment also a spacer 22 with a base 18 and a linear guide 24.
  • the upper housing part 1 is about the spacer 22 with a hinted only
  • the upper housing part 1 is on
  • the labyrinth piston compressor 21 comprises at the top a compression space 3, whereas at the bottom in the cylinder wall 2d an inlet and outlet 2f is arranged, which is arranged between the lower cylinder interior 3c and the interior 9b of the cylinder
  • Gasverteilgepatuses 9a forms a fluid-conducting connection.
  • the cylinder inlet openings 4 are arranged in the direction of the longitudinal axis L at the same height and spaced apart in the circumferential direction by 180 °.
  • the arrangement has the advantage that the fluid flowing in via the gas inlet 9 flows into the interior 9b, and the cylinder jacket outer side 2e flows around before the gas flows via the inlet valve 5 into the cylinder inlet opening 4.
  • Cylinder jacket outer side 2e therefore has the same or approximately the same temperature in the circumferential direction. Due to the
  • Compression of the gas in the compression chamber 3 may be the
  • the cylinder jacket 2 radially to the longitudinal axis L is a symmetric or approximately symmetrical
  • FIG. 2 shows a top view of that shown in FIG.
  • Gas distribution housing 9a has left and right each a cover plate 19.
  • FIG. 3 shows, in a longitudinal section, a further exemplary embodiment of an upper housing part 1, which, unlike the exemplary embodiment shown in FIG. 1, is designed for two compression chambers, a first compression chamber 3a and a second compression chamber 3b.
  • the spacer 22 may also be part of the upper housing part 1.
  • the area above the piston 15 is configured identically as shown in FIG.
  • the cylinder opening 4a is shown with inlet valve 5a, which open into the first compression chamber 3a, and the cylinder outlet 6a and the outlet valve 7a, which between the first compression chamber 3a and
  • Gas outlet 10 a are arranged.
  • the cylinder interior 2a below the piston 15 form a second compression chamber 3b.
  • Condenser 3b open, and a cylinder outlet 6b and an outlet valve 7b, which between the second
  • FIG. 4 The plan view of the upper housing part 1 according to FIG. 3, shown in FIG. 4, shows the gas outlet 10a of the first one
  • Compression space 3a shows the exhaust valves 7a.
  • gas inlet 9 is shown, which is arranged laterally in the gas distribution housing 9a.
  • FIG. 5 shows the housing upper part 1 shown in FIGS. 3 and 4 in a perspective view, wherein in particular the gas inlet 9 is visible, as well as the gas outlet 10a of the first compression space 3a and the gas outlet 10b of the second one at the top and bottom
  • FIG. 6 shows a longitudinal section along the section line C-C of the housing upper part 1 shown in FIGS. 3, 4 and 5.
  • FIG. 9 shows a cross-section along the section line D-D of the housing top part 1 illustrated in FIGS.
  • the piston 15 is not shown, and of the exhaust valves 5, only the valve seat 5b is shown.
  • the gas distribution housing 9a is configured in such a way that it forms an interior space 9b extending all the way around an angle .alpha. Of 360.degree.
  • the gas inlet 9 being in this position
  • Cylinder shell outside 2e is constantly cooled, preferably as shown in Figure 6, along the entire height L2 of the
  • FIG. 6 shows at the top the end-side closing part 8 in which the cylinder outlet opening 6a, the outlet valve 7a arranged downstream in the flow direction and the subsequently arranged gas outlet 10a are visible.
  • FIG. 6 shows the bottom of the gas guide housing 10c, the interior 10d of which opens into the gas outlet 10b, the second compression chamber 3b being connected via the cylinder outlet opening 6b, the outlet valve 7b and the second outlet
  • Interior lOd fluid is conductively connected to the gas outlet 10b.
  • FIGS. 1 to 6 have cylinder outlet openings 6, 6a, 6b, which in each case adjoin the cylinder
  • End face 2b, 2c of the cylinder interior 2 are arranged. Since the gas compressed in the compression chamber 3a, 3b during the compression stroke
  • Cylinder outlet openings 6, 6a, 6b discharged compressed discharge gas to a higher temperature than that in the
  • Cylinder interior 2 incoming, to be compressed inlet gas. Because the exit gas is not through the cylinder wall 2d
  • Cylinder interior 2 is derived, the cylinder wall 2 d is less locally heated, which has the consequence that a possible thermal distortion of the cylinder jacket 2 is significantly reduced.
  • the derivation of the exit gas at the end face also has the advantage that the discharge at the end of the cylinder interior 2a or outside the cylinder interior 2 a, so that the warmer, outflowing gas can not heat the cylinder wall 2 d at all or only to a very slight extent.
  • the cylinder interior 2 a in the direction of the longitudinal axis L an interior space L2, which is smaller than the length of the gas distribution interior 9 b, as shown in Figure 6.
  • This embodiment has the advantage that the inlet gas flowing in via the gas inlet 9 also cools that outer side 2e of the cylinder jacket 2, behind which the end face
  • End part 8 is arranged so that it is cooled, with the result that temperature differences in the cylinder jacket 2 are reduced, and thus a possible heat distortion of
  • Cylinder jacket 2 is reduced.
  • the exemplary embodiments illustrated in FIGS. 1 to 6 could also be designed such that the inlet valves 5 and the outlet valves 7 are arranged reversed, so that the
  • Inlet fluid flows through the gas outlet 10 and the inlet valve 5 into the compression chamber 3, and the outlet fluid from the
  • Compression space 3 flows through the cylinder inlet 4 and the outlet valve 7 into the gas chamber 9 b.
  • the outlet fluid flows around the cylinder jacket outer side 2e and exits at the opening 9, the cylinder jacket outer side 2e having a uniform temperature distribution.
  • FIG. 7 shows a further exemplary embodiment of a housing upper part 1. Between the upper gas outlet 10a and below
  • gas line housing 10c is a fluid conductive
  • Connecting passage 17 is arranged so that via an opening 17 a gas-conducting connection between the gas outlet 10 a and the Gas line housing 10c is formed.
  • the gas outlet 10a is closed in a gas-tight manner by means of a cover plate 20, which is shown only partially, so that the entire compressed outlet gas flowing out via the outlet valve 7a is supplied to the gas line housing 10c and subsequently to the gas outlet 10b.
  • the exemplary embodiment of a housing upper part 1 shown in FIG. 7 thus has the advantage that it has a single gas inlet 9 and a single gas outlet 10b.
  • FIG. 8 shows in a longitudinal section a fourth exemplary embodiment of a housing upper part 1.
  • the piston 15 belonging to the labyrinth piston compressor 21 is with
  • Piston rod 16 is not shown.
  • the cylinder outlet openings 6 are also in the embodiment
  • Cylinder wall 2d of the cylinder jacket 2 is arranged.
  • the end-side end part 8 is designed such that a fluid-conducting channel between the compression chamber 3 and the
  • Cylinder outlet 6 is formed. Each of the cylinder outlet openings 6 is followed by an outlet valve 7, which opens into a gas distribution interior lOf.
  • Access opening lOe for the outlet valve 7 is with a
  • the gas distribution interior lOf has a gas outlet 10a on the rear side, for which reason the gas outlet 10a is shown only by dashed lines. Otherwise, the upper housing part 1 is substantially configured as shown in FIG.
  • FIGS. 10 to 12 show a fifth exemplary embodiment of a housing upper part 1.
  • FIG. 10 shows a longitudinal section
  • Upper housing part 1 with a first and a second Compaction space 3a, 3b.
  • Two cylinder openings 4a open into the first compression space 3a.
  • a cylinder opening 4b opens into the second compression chamber 3b.
  • the access openings 9 c for the valves 5 a, 5 b are closed with cover plates 19.
  • Gas inlet 9 opens into the gas distribution chamber 9b.
  • FIG. 11 shows, in a longitudinal section, an upper housing part 1 with a first and a second compression chamber 3a, 3b. Two cylinder outlet 6a open from the first compression chamber 3a in the
  • a cylinder outlet opening 6b opens from the second compression chamber 3b into the gas distribution interior 9b.
  • the access openings 10e for the valves 7a, 7b are with
  • Connecting channel 17 directs the arranged in the left
  • Figure 12 shows a section through the figures 10 and 1 1 along the section line E-E, wherein in Figure 12, the piston 15 and the piston rod 16 are not shown.
  • Gas distribution housing 9a are designed such that the
  • Gasverteilinnenraum 9b rests only along a portion 2g on the cylinder outer side 2e.
  • the sections 2g extend axially symmetrically with respect to the longitudinal axis L, which has the consequence that with respect to the longitudinal axis L opposite sections 2g of Zylindermantelaussenseite 2e have the same or about the same temperature, since these opposite sections 2g are flowed around by the same gas, either from compressed inlet gas or compressed exit gas.
  • the partial section 2g extends in
  • Circumferential direction U over at least 20 ° or at least 30 °.
  • Gasverteilinnenippo 9b in the illustrated section configured mutually perpendicular.
  • the Gasverteilinnensammlung 9b, as shown in Figure 14, each other also extend at an acute or an obtuse angle.
  • the embodiment shown in Figure 14 has the advantage that the upper housing part 1 requires less space, so that several
  • Labyrinth piston compressors 21 can be arranged closer together.
  • FIG. 13 shows in a longitudinal section a sixth one
  • the housing upper part 1 according to the invention has at least one
  • the cylinder inlet openings 4 in the circumferential direction are regular spaced, wherein in the circumferential direction preferably two, three or four cylinder inlet openings 4 are arranged.
  • a plurality of cylinder outlet openings 6 arranged circumferentially in the circumferential direction in the cylinder wall 2 d could be arranged in the circumferential direction with respect to the longitudinal axis L.
  • the cylinder outlet openings 6 are regularly spaced in the circumferential direction, wherein preferably two, three or four cylinder outlet openings 6 are arranged in the circumferential direction.
  • Cylinder outlet 6 are preferably arranged on the front side of the cylinder interior 2 a, wherein the
  • Cylinder outlet 6 preferably in the direction of
  • a single cylinder outlet opening 6 can be arranged in the circumferential direction with respect to the longitudinal axis L, but preferably two, three or four cylinder outlet openings 6.
  • the labyrinth piston compressor 21 comprises a cylinder jacket 2 extending in the direction of a longitudinal axis L with a
  • Cylinder interior 2a and a cylinder outer side 2e wherein in the cylinder interior 2a, a piston 15 is slidably mounted in the direction of the longitudinal axis L and a compression chamber 3 is formed, wherein the gas to be compressed via a the
  • Cylinder jacket 2 penetrating cylinder inlet 4 is sucked.
  • Labyrinthkolbenkompressors 21 takes place such that a to
  • Compressive inlet fluid via a arranged on the cylinder jacket 2 cylinder inlet 4 of a
  • Gasverteilinnenraum 9 b is sucked into the cylinder interior 2 a, or wherein a compressed outlet fluid via an am Cylinder jacket 2 arranged cylinder outlet 6 is discharged from the cylinder interior 2 a in the gas distribution interior 9b, wherein with respect to the longitudinal axis L axially symmetrical
  • Cylinder jacket outer side 2e are flowed around by the same inlet fluid or outlet fluid. This has the consequence that
  • oppositely disposed portion 2 g have the same or substantially the same temperature.
  • the partial section 2g extends along an angle of 360 °, so that the cylinder jacket outer side 2e is flowed around in the circumferential direction of the longitudinal axis L by an angle ⁇ of 360 degrees from the inlet fluid to be compressed or from the compressed outlet fluid.
  • Cylinder shell outer side 2e in the circumferential direction of the longitudinal axis L at least two circumferentially spaced sections 2g, which extend in the circumferential direction over an angle of at least 30 °.
  • the outlet fluid is arranged via a on the front side of the cylinder interior 2a
  • the method is such that the
  • Compressive fluid is sucked through a plurality of in the cylinder jacket 2 with respect to the longitudinal axis L arranged at the same height and distributed in the circumferential direction arranged cylinder inlet opening 4 to generate the same temperature in the circumferential direction.
  • the method continues to be such that the
  • Cylinder jacket 2 has a cylinder jacket outer side 2e, and that the outer side 2e at least along the inner space L2 flows around the fluid to be compressed to the
  • Cylinder jacket 2 along the interior length L2 to cool before the fluid to be compressed flows into the cylinder interior 2 a.

Abstract

Das Gehäuseoberteil (1) für einen Labyrinthkolbenkompressor umfassteinen in Richtung einer Längsachse (L) verlaufenden Zylindermantel (2) mit einem Zylinderinnenraum (2a) und einer Zylindermantelaussenseite (2e), wobei der Zylindermantel (2) zumindest eine Zylindereinlassöffnung (4, 4a, 4b) oder zumindest eine Zylinderauslassöffnung (6, 6a, 6b) aufweist, welche in den Zylinderinnenraum (2a) münden, wobei ein Gasverteilgehäuse (9a) den Zylindermantel (2) in Umfangsrichtung zur Längsachse (L) zumindest teilweise umschliesst, sodass zwischen dem Gasverteilgehäuse (9a) und zumindest einem Teilabschnitt (2g) der Zylindermantelaussenseite (2e) des Zylindermantels (2) ein Gasverteilinnenraum (9b) ausgebildet ist, wobei der Teilabschnitt (2g) axialsymmetrisch bezüglich der Längsachse (L) ausgestaltet ist, wobei der Gasverteilinnenraum (9b) entweder über die Zylindereinlassöffnung (4, 4a, 4b) oder die Zylinderauslassöffnung (6, 6a, 6b) Fluid leitend mit dem Zylinderinnenraum (2a) verbunden ist, und wobei das Gasverteilgehäuse (9a) entweder einen Gaseinlass (9) oder einen Gasauslass (10) umfasst, welcher Fluid leitend mit dem Gasverteilinnenraum (9b)verbunden ist.

Description

,
GEHÄUSEOBERTEIL EINES
LABYRINTHKOLBENKOMPRESSORS UND VERFAHREN ZUM KÜHLEN DESSELBEN SOWIE LABYRINTHKOLBENKOMPRESSOR
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Gehäuseoberteil eines
Labyrinthkolbenkompressors gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft weiter einen Labyrinthkolbenkompressor umfassend ein Gehäuseoberteil. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Kühlen eines Gehäuseoberteils eines
Labyrinthkolbenkompressors gemäss Anspruch 12.
Stand der Technik
Labyrinthkolbenkompressoren sind Verdichter zur Komprimierung von Fluiden. Dabei ist ein Kolben derart in einem Zylinder
angeordnet, dass zwischen der Mantelfläche des Kolbens und der Innenwand des Zylinders permanent ein Spalt besteht, sodass sich Kolben und Zylinder gegenseitig nicht berühren. Es wird dabei bewusst in Kauf genommen, dass ein Teil des Fluides zwischen der Zylinderwand und der Mantelfläche am Kolben vorbeiströmt. Um eine solche Leckage gering zu halten, wird der Spalt zwischen
Zylinderwand und Mantelfläche so klein wie möglich gehalten.
Die Druckschrift JP2010209723 offenbart einen derartigen
Labyrinthkolbenkompressor mit einem Gehäuseoberteil. Dieser Labyrinthkolbenkompressor weist den Nachteil auf, dass eine einseitige Abnutzung des Kolbens auftreten kann, was zu einer erhöhten Spaltbreite und zu einer erhöhten Leckage führt.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es ein vorteilhafteres Gehäuseoberteil für einen Labyrinthkolbenkompressor sowie einen vorteilhafteren
Labyrinthkolbenkompressor und ein vorteilhafteres Verfahren zum Betrieb eines Labyrinthkolbenkompressors mit einem derartigen Gehäuseoberteil auszubilden.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Gehäuseoberteil aufweisend die Merkmale von Anspruch 1. Die Unteransprüche 2 bis 9 betreffen weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen. Die Aufgabe wird weiter gelöst mit einem Labyrinthkolbenkompressor umfassend ein
Gehäuseoberteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9. Die Aufgabe wird weiter gelöst mit einem Verfahren zum Betrieb eines
Gehäuseoberteils eines Labyrinthkolbenkompressors aufweisend die Merkmale von Anspruch 13. Die Unteransprüche 14 bis 16 betreffen weitere, vorteilhafte Verfahrensschritte.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst mit einem Gehäuseoberteil eines Labyrinthkolbenkompressors umfassend einen in Richtung einer Längsachse verlaufenden Zylindermantel mit einem
Zylinderinnenraum und einer Zylindermantelaussenseite, wobei der Zylindermantel zumindest eine Zylindereinlassöffnung oder
zumindest eine Zylinderauslassöffnung aufweist, welche in den Zylinderinnenraum münden, wobei ein Gasverteilgehäuse den
Zylindermantel in Umfangsrichtung zur Längsachse zumindest teilweise umschliesst, sodass zwischen dem Gasverteilgehäuse und zumindest einem Teilabschnitt der Zylindermantelaussenseite des Zylindermantels ein Gasverteilinnenraum ausgebildet ist, wobei der Teilabschnitt axialsymmetrisch bezüglich der Längsachse
ausgestaltet ist, wobei der Gasverteilinnenraum entweder über die Zylindereinlassöffnung oder die Zylinderauslassöffnung Fluid leitend mit dem Zylinderinnenraum verbunden ist, und wobei das
Gasverteilgehäuse entweder einen Gaseinlass oder einen Gasauslass umfasst, welcher Fluid leitend mit dem Gasverteilinnenraum verbunden ist..
Die Aufgabe wird weiter insbesondere gelöst mit einem Verfahren zum Kühlen eines Gehäuseoberteils eines
Labyrinthkolbenkompressors umfassend einen in Richtung einer Längsachse verlaufenden Zylindermantel mit einem
Zylinderinnenraum und einer Zylindermantelaussenseite, wobei ein zu komprimierendes Eintrittsfluid über eine am Zylindermantel angeordnete Zylindereinlassöffnung von einem Gasverteilinnenraum in den Zylinderinnenraum angesaugt wird, oder wobei ein
komprimiertes Austrittsfluid über eine am Zylindermantel
angeordnete Zylinderauslassöffnung aus dem Zylinderinnenraum in den Gasverteilinnenraum abgegeben wird, und wobei bezüglich der Längsachse axialsymmetrisch gegenüberliegend angeordnete
Teilabschnitte der Zylindermantelaussenseite von demselben
Eintrittsfluid oder Austrittsfluid umströmt werden.
Ein Labyrinthkolbenkompressor, auch als Labyrinthkolbenverdichter bezeichnet, umfasst zumindest ein Gehäuseoberteil sowie ein
Gehäuseunterteil, und umfasst zumindest eine Kurbelwelle, einen Kreuzkopf, eine Kolbenstange sowie einen Kolben. Das
Gehäuseoberteil und das Gehäuseunterteil sind fest miteinander verbunden. Im Gehäuseunterteil sind die Kurbelwelle sowie der Kreuzkopf angeordnet, wobei die Kolbenstange mit dem Kreuzkopf verbunden ist. Das Gehäuseoberteil umfasst einen Zylindermantel, wobei der Kolben innerhalb des Zylinderinnenraums des
Zylindermantels angeordnet ist, und wobei der Kolben mit der
Kolbenstange verbunden ist, und wobei der Kolben innerhalb des Zylinderinnenraums in Richtung der Längsachse verschiebbar gelagert ist. In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der
Labyrinthkolbenkompressor zudem ein Distanzstück, das zwischen dem Gehäuseunterteil und dem Gehäuseoberteil angeordnet ist, wobei das Distanzstück auch ein Teil des Gehäuseunterteils oder ein Teil des Gehäuseoberteils sein kann, beziehungsweise wobei das Distanzstück im Gehäuseoberteil oder im Gehäuseunterteil integriert sein kann.
Das erfmdungsgemässe Gehäuseoberteil für einen
Labyrinthkolbenkompressor weist den Vorteil auf, dass die den
Kolben des Labyrintkolbenkompressors umgebende Zylinderwand in Umfangsrichtung zur Längsachse eine im Wesentlichen
axialsymmetrische Temperaturverteilung aufweist. Das heisst, dass die Zylinderwand an bezüglich der Längsachse axialsymmetrisch gegenüberliegenden Bereichen dieselben oder im Wesentlichen dieselben Temperatur aufweist. Dadurch ist gewährleistet, dass sich der Zylindermantel während des Betriebs des
Labyrinthkolbenkompressors auf Grund der einwirkenden
Temperatur nicht einseitig verzieht. Dies hat zur Folge, dass der Spalt zwischen der Zylinderwand und dem Kolben sehr klein gehalten werden kann, da eine Temperaturveränderung des Zylindermantels während des Betriebs keinen oder einen nur geringfügigen Verzug zur Folge hat. Der kleine Spalt hat zur Folge, dass der erfmdungsgemässe Labyrinthkolbenkompressor eine geringe Leckage aufweist.
Vorteilhafterweise weist der erfmdungsgemässe
Labyrinthkolbenkompressor zudem einen geringen Verschleiss auf, was einen langfristig zuverlässigen und wartungsarmen Betrieb des Labyrinthkolbenkompressors ermöglicht.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung umschliesst ein Gasverteilgehäuse, das sich in Umfangsrichtung um 360° erstreckt, die Zylinderwand von Aussen, wobei in diesem durch das
Gasverteilgehäuse und die Zylinderwand gebildeten
Gasverteilinnenraum entweder ein zu komprimierendes Eintrittsfluid oder ein komprimiertes Austrittsfluid strömt, was zur Folge hat, dass die Zylindermantelaussenseite in Umfangsrichtung von demselben Fluid umströmt wird, und die Zylindermantelaussenseite in
Umfangsrichtung deshalb dieselbe oder im wesentlichen dieselbe Temperatur aufweist. Dadurch ist gewährleistet, dass sich der Zylindermantel während des Betriebs des
Labyrinthkolbenkompressors auf Grund der einwirkenden
Temperatur und der daraus resultierenden Materialdehnungen gewisser Bereiche des Zylindermantels nicht einseitig verzieht. Das in den Labyrinthkolbenkompressor einströmende Eintrittsfluid und das ausströmende Austrittsfluid ist beim erfmdungsgemässen
Gehäuseoberteil vorteilhafterweise derart geleitet, dass der Zylinder in Umfangsrichtung dieselbe oder im wesentlichen dieselbe
Temperatur aufweist.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung kann der Zylindermantel in Richtung der Längsachse eine abschnittweise höhere oder tiefere Temperaturen aufweisen, wobei in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Zylinder in Umfangsrichtung dieselbe oder im Wesentlichen dieselbe Temperatur aufweist. Aufgrund der
symmetrischen oder im Wesentlichen symmetrischen
Temperaturverteilung ist gewährleistet, dass sich der Zylindermantel aufgrund der Temperatur nicht einseitig verzieht. Dies ermöglicht es den Abrieb des Kolbens und der Zylinderinnenfläche sehr gering zu halten und zu gewährleisten, dass während dem Betrieb des
Labyrinthkolbenkompressors kein einseitiger Verschleiss auftritt, welcher zu erhöhter Leckage und unter Umständen zu einem
Kolbenfresser führen könnte. Ein derartiger
Labyrinthkolbenkompressor umfassend das erfmdungsgemässe Gehäuseoberteil weist den Vorteil auf, dass dieser eine höhere Effizienz aufweist, und/ oder dass das Fluid auf einen höheren Druck komprimierbar ist und/ oder dass der Labyrinthkolbenkompressor mit tieferer Drehzahl betrieben werden kann. Im Gegensatz zum erfmdungsgemässen Gehäuseoberteil weist das in der Druckschrift JP2010209723 offenbarte Gehäuseoberteil beziehungsweise der Labyrinthkolbenkompressor im ungekühlten Zustand in
Umfangsrichtung des Zylinders stark unterschiedliche Temperaturen auf, sodass am Zylinder während des Betriebs ein Wärmeverzug auftritt, was zur Folge hat, dass sich der Kolben an der Zylinderwand einseitig abnutzt.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist das
erfmdungsgemässe Gehäuseoberteil aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt. Aluminium weist wesentlich bessere Tieftemperatureigenschaften als beispielsweise Gusseisen wie
Grauguss auf. So ist ein Kompressor mit einem Zylinder aus
Aluminium für eine Betriebstemperatur von bis zu - 160°C
zugelassen, während ein Zylinder aus Grauguss nur für eine
Betriebstemperatur von bis zu -40°C zugelassen ist. Ein Labyrinthkolbenkompressor umfassend das erfmdungsgemässe Gehäuseoberteil gefertigt aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung weist somit den Vorteil auf, dass dieser auch bei sehr tiefen Betriebstemperaturen von bis zu - 160°C verwendet werden kann, beispielsweise im Bereich der Kryotechnik beziehungsweise der Tieftemperaturtechnik bei Temperaturen von tiefer als - 150°C, beispielsweise zur Verflüssigung von Gasen. Ein Gehäuseoberteil gefertigt aus Aluminium oder einer
Aluminiumlegierung weist zudem den Vorteil auf, dass dessen
Herstellung kostengünstiger ist als ein Gehäuseoberteil gefertigt aus einer Eisenlegierung, beispielweise aus Gusseisen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Die zur Erläuterung der Ausführungsbeispiele verwendeten
Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Gehäuseoberteils eines Labyrinthkolbenkompressors entlang der Schnittlinie A-A;
Fig. 2 eine Draufsicht auf das Gehäuseoberteil gemäss Figur 1 ;
Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Gehäuseoberteils entlang der Schnittlinie B-B;
Fig.4 eine Draufsicht auf das Gehäuseoberteil gemäss Figur 3;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des Gehäuseoberteils gemäss
Figur 3;
Fig. 6 einen Längsschnitt des zweiten Ausführungsbeispiel des
Gehäuseoberteils entlang der Schnittlinie C-C;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines dritten
Ausführungsbeispiels eines Gehäuseoberteils; Fig. 8 einen Längsschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel eines
Gehäuseoberteils;
Fig. 9 einen Querschnitt durch das zweite Ausführungsbeispiel
entlang der Schnittlinie D-D;
Fig. 10 einen Längsschnitt durch ein fünftes
Ausführungsbeispiel eines Gehäuseoberteils;
Fig. 1 1 einen weiteren Längsschnitt durch das fünfte
Ausführungsbeispiel des Gehäuseoberteils;
Fig. 12 einen Querschnitt durch das fünfte Ausführungsbeispiel entlang der Schnittlinie E-E;
Fig. 13 einen Längsschnitt durch ein sechstes
Ausführungsbeispiel eines Gehäuseoberteils;
Fig. 14 einen Querschnitt durch siebtes Ausführungsbeispiel eines Gehäuseoberteils.
Grundsätzlich sind in den Zeichnungen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt einen Teilausschnitt eines Labyrinthkolbenkompressors 21 umfassend, nebst den nicht dargestellten Komponenten, ein Gehäuseoberteil 1 , ein Distanzstück 22, einen Kolben 15 mit einer Kolbenstange 16, eine Dichtung 23 sowie eine Linearführung 24. Das Gehäuseoberteil 1 umfasst einen Zylindermantel 2 mit einem in Richtung einer Längsachse L verlaufenden Zylinderinnenraum 2a. Der Kolben 15 ist innerhalb des Zylinderinnenraums 2a angeordnet, und ist gemeinsam mit der Kolbenstange 16 in Richtung der
Längsachse L in Bewegungsrichtung LI verschiebbar gelagert ist. Der Kolben 15 weist an der eine Seitenfläche 15a ausbildenden Mantelfläche feine, in Umfangsrichtung verlaufende Rillen auf, welche nicht im Detail dargestellt sind.
Der Zylindermantel 2 umfasst zumindest eine Zylindereinlassöffnung 4, welche in den Zylinderinnenraum 2a mündet. Zudem ist an der Stirnseite des Zylinderinnenraums 2a eine Zylinderauslassöffnung 6 angeordnet. Die Zylindereinlassöffnung 4 sowie die
Zylinderauslassöffnung 6 sind in Längsrichtung L vorzugsweise beabstandet angeordnet. Im Ausführungsbeispiel gemäss Figur 1 ist die Zylinderauslassöffnung 6 nur geringfügig höher angeordnet als die Zylindereinlassöffnung 4. Der Zylindermantel 2 ist von einem Gasverteilgehäuse 9a umgeben, derart, dass sich zwischen der Aussenseite 2e des Zylindermantels 2 und dem Gasverteilgehäuse 9a ein sich in Umfangsrichtung um 360° erstreckender Innenraum 9b ausbildet. Das Gasverteilgehäuse 9a weist zumindest eine einzige Gaseinlassöffnung 9 auf, und weist im dargestellten
Ausführungsbeispiel zwei bezüglich der Längsrichtung L
gegenüberliegende Gaseinlassöffnungen 9 auf, durch welche das zu komprimierende Eintrittsfluid von Aussen angesogen wird. Zwischen dem Innenraum 9b und der Zylindereinlassöffnung 4 ist ein nur schematisch dargestelltes Einlassventil 5 angeordnet, welches das Gas in der mit einem Pfeil angedeuteten Richtung passieren lässt, und in der Gegenrichtung einen Gasfluss verhindert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Einlassventile 5 symmetrisch zur Längsrichtung L angeordnet. Das Gasverteilgehäuse 9a weist eine Zugangsöffnung 9c für das Ventil 5 auf, um das Ventil 5 zu warten oder zu ersetzen. Die Zugangsöffnung 9c ist mit einer Abdeckplatte 19 verschlossen. An der oberen Stirnseite des Zylinders 2 ist ein stirnseitiges Abschlussteil 8 angeordnet. Das Abschlussteil 8 umfasst drei Zylinderauslassöffnungen 6, denen nachfolgend je ein
schematisch dargestelltes Auslassventil 7 angeordnet ist. Die Auslassventile 7 lassen das komprimierte Austrittsfluid bzw. Gas in der mit einem Pfeil angedeuteten Richtung passieren, und verhindern in der Gegenrichtung einen Gasfluss. Das Abschlussteil 8 endet in einem Gasauslass 10. Im Gehäuseoberteil 1 ist zudem eine
Kolbenstangendichtung 23 angeordnet. Der
Labyrinthkolbenkompressor 21 umfasst im dargestellten
Ausführungsbeispiel zudem ein Distanzstück 22 mit einem Standfuss 18 sowie einer Linearführung 24. Das Gehäuseoberteil 1 ist über das Distanzstück 22 mit einem nur andeutungsweise dargestellten
Gehäuseunterteil 25 verbunden. Das Gehäuseoberteil 1 ist am
Standfuss 18 befestigt. Der Labyrinthkolbenkompressor 21 umfasst oben einen Verdichtungsraum 3, wogegen unten in der Zylinderwand 2d ein Ein- und Ausläse 2f angeordnet ist, welcher zwischen dem unteren Zylinderinnenraum 3c und dem Innenraum 9b des
Gasverteilgehäuses 9a eine Fluid leitende Verbindung ausbildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Zylindereinlassöffnungen 4 in Richtung der Längsachse L auf derselben Höhe angeordnet und in Umfangsrichtung um 180° gegenseitig beabstandet. Diese
Anordnung weist den Vorteil auf, dass das über den Gaseinlass 9 einströmende Fluid in den Innenraum 9b strömt, und dabei die Zylindermantelaussenseite 2e umströmt, bevor das Gas über das Einlassventil 5 in die Zylindereinlassöffnung 4 strömt. Die
Zylindermantelaussenseite 2e weist deshalb in Umfangsrichtung dieselbe oder etwa dieselbe Temperatur auf. Auf Grund der
Kompression des Gases im Verdichtungsraum 3 kann sich die
Temperatur der Gehäusewand des Zylindermantels 2 in
Verlaufsrichtung der Längsachse L in Richtung zur
Zylinderauslassöffnung 6 hin erhöhen, wobei der Zylindermantel 2 in Umfangsrichtung jeweils dieselbe oder etwa dieselbe Temperatur aufweist. Dadurch weist der Zylindermantel 2 radial zur Längsachse L eine symmetrische oder annähernd symmetrische
Temperaturverteilung auf, was zur Folge hat, dass in radialer
Richtung kein oder kaum ein Wärmeverzug am Zylindermantel 2 entsteht. Dies ergibt den Vorteil, dass der Kolben nicht einseitig verschleisst. Dies erhöht die Dichtung des Kolbens 15,
beziehungsweise ermöglicht das Gas im Verdichtungsraum 3 auf einen höheren Druck zu komprimieren. Zudem wird der
Wirkungsgrad des Labyrinthkolbenkompressors erhöht. Figur 2 zeigt eine Draufsicht des in Figur 1 dargestellten
Gehäuseoberteils 21. Am stirnseitigen Abschlussteil 8 sind der Gasauslass 10 sowie die Auslassventile 7 erkennbar. Das
Gasverteilgehäuse 9a weist links und rechts je eine Abdeckplatte 19 auf.
Figur 3 zeigt in einem Längsschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Gehäuseoberteils 1 , das im Unterschied zu dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel für zwei Kompressionsräume ausgestaltet ist, einen ersten Verdichtungsraum 3a sowie einen zweiten Verdichtungsraum 3b. Wie in Figur 3 dargestellt kann das Distanzstück 22 auch ein Teil des Gehäuseoberteils 1 sein. In der dargestellten Ansicht ist der Bereich oberhalb des Kolbens 15 identisch ausgestaltet wie in Figur 1 dargestellt. Im Bereich oberhalb des Kolbens 15 ist die Zylinderöffnung 4a mit Einlassventil 5a dargestellt, welche in den ersten Verdichtungsraum 3a münden, sowie die Zylinderauslassöffnung 6a sowie das Auslassventil 7a, welche zwischen dem ersten Verdichtungsraum 3a und dem
Gasauslass 10a angeordnet sind. Der Zylinderinnenraum 2a unterhalb des Kolbens 15 bilden einen zweiten Verdichtungsraum 3b. Im Bereich unterhalb des Kolbens 15 ist die Zylinderöffnung 4b mit Einlassventil 5b dargestellt, welche in den zweiten
Verdichtungsraum 3b münden, sowie eine Zylinderauslassöffnung 6b sowie einem Auslassventil 7b, welche zwischen dem zweiten
Verdichtungsraum 3b und einem Gasleitungsgehäuse 10c
angeordnet sind.
Die in Figur 4 dargestellte Draufsicht auf das Gehäuseoberteil 1 gemäss Figur 3 zeigt den Gasauslass 10a des ersten
Verdichtungsraums 3a, und zeigt die Auslassventile 7a. Zudem ist der Gaseinlass 9 dargestellt, der im Gasverteilgehäuse 9a seitlich angeordnet ist.
Figur 5 zeigt das in den Figuren 3 und 4 dargestellte Gehäuseoberteil 1 in perspektivischer Ansicht, wobei insbesondere der Gaseinlass 9 sichtbar ist, sowie oben und unten der Gasauslass 10a des ersten Verdichtungsraumes 3a sowie der Gasauslass 10b des zweiten
Verdichtungsraumes 3b.
Figur 6 zeigt einen Längsschnitt entlang der Schnittlinie C-C des in den Figuren 3, 4 und 5 dargestellten Gehäuseoberteils 1. Figur 9 zeigt einen Querschnitt entlang der Schnittlinie D-D des in den Figuren 3 bis 6 dargestellten Gehäuseoberteils 1 , wobei in
Unterschied zu den Figuren 3 und 6 in Figur 9 der Kolben 15 nicht dargestellt ist, und von den Auslassventilen 5 nur der Ventilsitz 5b dargestellt ist. Wie aus Figur 9 ersichtlich ist das Gasverteilgehäuse 9a derart ausgestaltet, dass dieses einen rundherum um einen Winkel α von 360° um die Zylindermantelaussenseite 2e verlaufenden Innenraum 9b ausbildet, wobei der Gaseinlass 9 in diesen
Innenraum 9b mündet. Diese Anordnung des Gaseinlasses 9 weist den Vorteil auf, dass das angesogene Gas vorerst entlang der Zylindermantelaussenseite 2e strömt, um danach über die
Einlassventile 5a, 5b in den ersten und zweiten Verdichtungsraum 3a, 3b eingesogen zu werden. Dies hat zur Folge, dass die
Zylindermantelaussenseite 2e ständig gekühlt wird, vorzugsweise wie in Figur 6 dargestellt, entlang der gesamten Höhe L2 des
Verdichtungsraumes 3, welcher den ersten und den zweiten
Verdichtungsraum 3a, 3b umfasst. Figur 6 zeigt oben das stirnseitige Abschlussteil 8, in welchem die Zylinderauslassöffnung 6a, das in Strömungsrichtung nachfolgend angeordnete Auslassventil 7a und der nachfolgend angeordnete Gasauslass 10a sichtbar ist. Figur 6 zeigt unten das Gasleitgehäuse 10c, dessen Innenraum lOd in den Gasauslass 10b mündet, wobei der zweite Verdichtungsraum 3b über die Zylinderauslassöffnung 6b, das Auslassventil 7b und den
Innenraum lOd Fluid leitend mit dem Gasauslass 10b verbunden ist.
Die in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiele weisen Zylinderauslassöffnungen 6, 6a, 6b auf, welche jeweils an der
Stirnseite 2b, 2c des Zylinderinnenraums 2 angeordnet sind. Da das im Verdichtungsraum 3a, 3b komprimierte Gas während der
Verdichtung auch erwärmt wird, weist das über die
Zylinderauslassöffnungen 6, 6a, 6b ausströmende komprimierte Austrittsgas eine höhere Temperatur auf als das in den
Zylinderinnenraum 2 einströmende, zu komprimierende Eintrittsgas. Weil das Austrittsgas nicht durch die Zylinderwand 2d
hindurchgeleitet wird, sondern über die Stirnseite 2b, 2c des
Zylinderinnenraumes 2 abgeleitet wird, wird die Zylinderwand 2d weniger stark lokal erwärmt, was zur Folge hat, dass ein möglicher Wärmeverzug des Zylindermantels 2 erheblich reduziert wird. Die Ableitung des Austrittsgases an der Stirnseite hat zudem den Vorteil, dass die Ableitung am Ende des Zylinderinnenraumes 2a beziehungsweise ausserhalb des Zylinderinnenraumes 2a erfolgt, sodass das wärmere, ausströmende Gas die Zylinderwand 2d überhaupt nicht oder nur sehr gering erwärmen kann.
Vorteilhafterweise weist der Zylinderinnenraum 2 a in Richtung der Längsachse L eine Innenraumlänge L2 auf, welche kleiner ist als die Länge des Gasverteilinnenraums 9b, wie dies in Figur 6 dargestellt ist. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass das über den Gaseinlass 9 einströmende Eintrittsgas auch diejenige Aussenseite 2e des Zylindermantels 2 kühlt, hinter welcher das stirnseitige
Abschlussteil 8 angeordnet ist, sodass auch diese gekühlt wird, was zur Folge hat, dass Temperaturunterschiede im Zylindermantel 2 reduziert werden, und somit ein möglicher Wärmeverzug des
Zylindermantels 2 reduziert wird. Die in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiele könnten auch derart ausgestaltet sein, dass die Einlassventile 5 und die Auslassventile 7 vertauscht angeordnet sind, sodass das
Eintrittsfluid über den Gasauslass 10 und das Einlassventil 5 in den Verdichtungsraum 3 strömt, und das Austrittsfluid vom
Verdichtungsraum 3 über die Zylindereinlassöffnung 4 und das Auslassventil 7 in die Gaskammer 9b strömt. Dabei umströmt das Austrittsfluid die Zylindermantelaussenseite 2e und tritt bei der Öffnung 9 aus, wobei die Zylindermantelaussenseite 2e eine gleichmässige Temperaturverteilung aufweist.
Figur 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Gehäuseoberteils 1. Zwischen dem oberen Gasauslass 10a und dem unten
angeordneten Gasleitungsgehäuse 10c ist ein Fluid leitender
Verbindungskanal 17 angeordnet, sodass über eine Öffnung 17a eine Gas leitende Verbindung zwischen dem Gasauslass 10a und dem Gasleitungsgehäuse 10c entsteht. Der Gasauslass 10a ist mit eine nur teilweise dargestellten Abdeckplatte 20 gasdicht verschlossen, sodass das gesamte, über das Auslassventil 7a ausströmende, komprimierte Austrittsgas dem Gasleitungsgehäuse 10c und nachfolgend dem Gasauslass 10b zugeführt wird. Das in Figur 7 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Gehäuseoberteils 1 weist somit den Vorteil auf, dass dieses einen einzigen Gaseinlass 9 und einen einzigen Gasauslass 10b aufweist. Figur 8 zeigt in einem Längsschnitt ein viertes Ausführungsbeispiel eines Gehäuseoberteils 1. In diesem Ausführungsbeispiel ist der zum Labyrinthkolbenkompressor 21 gehörende Kolben 15 mit
Kolbenstange 16 nicht dargestellt. Im Unterschied zu dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind im Ausführungsbespiel gemäss Figur 8 die Zylinderauslassöffnungen 6 ebenfalls in der
Zylinderwand 2d des Zylindermantels 2 angeordnet. Das stirnseitige Abschlussteil 8 ist derart ausgestaltet, dass ein Fluid leitender Kanal zwischen dem Verdichtungsraum 3 und den
Zylinderauslassöffnungen 6 ausgebildet ist. Nachfolgend jeder der Zylinderauslassöffnungen 6 ist ein Auslassventil 7 angeordnet, welches in einen Gasverteilinnenraum lOf mündet. Eine
Zugangsöffnung lOe für das Auslassventil 7 ist mit einer
Abdeckplatte 19 verschlossen. Der Gasverteilinnenraum lOf weist an der hinteren Seite einen Gasauslass 10a auf, weshalb der Gasauslass 10a nur strichliert dargestellt ist. Ansonsten ist das Gehäuseoberteil 1 im Wesentlichen wie in Figur 1 dargestellt ausgestaltet.
Die Figuren 10 bis 12 zeigen ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Gehäuseoberteils 1. Figur 10 zeigt in einem Längsschnitt ein
Gehäuseoberteil 1 mit einem ersten und einem zweiten Verdichtungsraum 3a, 3b. Zwei Zylinderöffnungen 4a münden in den ersten Verdichtungsraum 3a. Eine Zylinderöffnung 4b mündet in den zweiten Verdichtungsraum 3b. Die Zugangsöffnungen 9c für die Ventile 5a, 5b sind mit Abdeckplatten 19 verschlossen. Ein
Gaseinlass 9 mündet in den Gasverteilinnenraum 9b. Ein nur schematisch dargestellter Verbindungskanal 17 leitet das über den Gaseinlass 9 eingetretene, zu komprimierende Eingangsfluid zum links angeordneten Gasverteilinnenraum 9b. Figur 1 1 zeigt in einem Längsschnitt ein Gehäuseoberteil 1 mit einem ersten und einem zweiten Verdichtungsraum 3a, 3b. Zwei Zylinderauslassöffnungen 6a münden vom ersten Verdichtungsraum 3a in den
Gasverteilinnenraum 9b. Eine Zylinderauslassöffnung 6b mündet vom zweiten Verdichtungsraum 3b in den Gasverteilinnenraum 9b. Die Zugangsöffnungen lOe für die Ventile 7a, 7b sind mit
Abdeckplatten 19 verschlossen. Ein Gasauslass 10 verläset den Gasverteilinnenraum 9b. Ein nur schematisch dargestellter
Verbindungskanal 17 leitet das sich im links angeordneten
Gasverteilinnenraum 9b befindliche komprimierte Austrittsgas über den nur schematisch dargestellten Verbindungskanal 17 dem
Gasauslass 10 zu. Figur 12 zeigt einen Schnitt durch die Figuren 10 und 1 1 entlang der Schnittlinie E-E, wobei in Figur 12 der Kolben 15 und die Kolbenstange 16 nicht dargestellt sind. Die
Gasverteilgehäuse 9a sind derart ausgestaltet, dass der
Gasverteilinnenraum 9b nur entlang eines Teilabschnittes 2g an der Zylindermantelaussenseite 2e anliegt. Die Teilabschnitte 2g verlaufen axialsymmetrisch bezüglich der Längsachse L, was zur Folge hat, dass bezüglich der Längsachse L gegenüber liegende Teilabschnitte 2g der Zylindermantelaussenseite 2e dieselbe oder etwa dieselbe Temperatur aufweisen, da diese gegenüber liegenden Teilabschnitte 2g von demselben Gas umströmt werden, entweder vom zu komprimierenden Eintrittsgas oder vom komprimierten Austrittsgas. Vorteilhafterweise erstreckt sich der Teilabschnitt 2g in
Umfangsrichtung U über zumindest 20° oder zumindest 30°. In dem in Figur 12 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die
Gasverteilinnenräume 9b im dargestellten Schnitt gegenseitig senkrecht verlaufend ausgestaltet. Die Gasverteilinnenräume 9b können, wie in Figur 14 dargestellt, gegenseitig auch unter einem spitzen beziehungsweise einem stumpfen Winkel verlaufen. Die in Figur 14 dargestellte Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass das Gehäuseoberteil 1 weniger Platz benötigt, sodass mehrere
Labyrinthkolbenkompressoren 21 gegenseitig dichter nebeneinander angeordnet werden können.
Figur 13 zeigt in einem Längsschnitt ein sechstes
Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das in Figur 13 dargestellte
Gehäuseoberteil 21 nur auf der linken Seite des
Gasverteilinnenräume 9b Ventilsitze 5a, 5b und darin angeordnete Ventile 5 auf, wogegen im rechts dargestellten Teil des
Gasverteilinnenräume 9b keine Ventile angeordnet sind. Ansonsten sind die in den Figuren 3 und 13 dargestellten Gehäuseoberteile 1 gleicht ausgestaltet, sodass weitere Details insbesondere aus den Figuren 4 und 9 ersichtlich sind. Das erfindungsgemässe Gehäuseoberteil 1 weist zumindest eine
Zylindereinlassöffnung 4 und zumindest eine Zylinderauslassöffnung 6 auf. Vorzugsweise sind in Umfangsrichtung zur Längsachse L eine Mehrzahl von Zylindereinlassöffnungen 4 in Umfangsrichtung beabstandet in der Zylinderwand 2d angeordnet. Vorzugsweise sind die Zylindereinlassöffnungen 4 in Umfangsrichtung regelmässig beabstandet, wobei in Umfangsrichtung vorzugsweise zwei, drei oder vier Zylindereinlassöffnungen 4 angeordnet sind. Ebenso könnten, wie in Figur 8 dargestellt, in Umfangsrichtung zur Längsachse L eine Mehrzahl von Zylinderauslassöffnungen 6 in Umfangsrichtung beabstandet in der Zylinderwand 2d angeordnet. Vorzugsweise sind die Zylinderauslassöffnungen 6 in Umfangsrichtung regelmässig beabstandet, wobei in Umfangsrichtung vorzugsweise zwei, drei oder vier Zylinderauslassöffnungen 6 angeordnet sind. Die
Zylinderauslassöffnungen 6 sind jedoch bevorzugt an der Stirnseite des Zylinderinnenraums 2a angeordnet, wobei die
Zylinderauslassöffnungen 6 vorzugsweise in Richtung der
Längsachse L verlaufen. In Umfangsrichtung zur Längsachse L kann eine einzige Zylinderauslassöffnung 6 angeordnet sein, vorzugsweise jedoch zwei, drei oder vier Zylinderauslassöffnungen 6.
Der Labyrinthkolbenkompressor 21 umfasst einen in Richtung einer Längsachse L verlaufenden Zylindermantel 2 mit einem
Zylinderinnenraum 2a und einer Zylindermantelaussenseite 2e, wobei im Zylinderinnenraum 2a ein Kolben 15 in Richtung der Längsachse L verschiebbar gelagert ist und einen Verdichtungsraum 3 ausbildet, wobei das zu komprimierende Gas über eine den
Zylindermantel 2 durchdringende Zylindereinlassöffnung 4 angesaugt wird. Das Verfahren zum Kühlen des Gehäuses 1 des
Labyrinthkolbenkompressors 21 erfolgt derart, dass ein zu
komprimierendes Eintrittsfluid über eine am Zylindermantel 2 angeordnete Zylindereinlassöffnung 4 von einem
Gasverteilinnenraum 9b in den Zylinderinnenraum 2a angesaugt wird, oder wobei ein komprimiertes Austrittsfluid über eine am Zylindermantel 2 angeordnete Zylinderauslassöffnung 6 aus dem Zylinderinnenraum 2 a in den Gasverteilinnenraum 9b abgegeben wird, wobei bezüglich der Längsachse L axialsymmetrisch
gegenüberliegend angeordnete Teilabschnitte 2g der
Zylindermantelaussenseite 2e von demselben Eintrittsfluid oder Austrittsfluid umströmt werden. Dies hat zur Folge, dass
gegenüberliegend angeordnete Teilabschnitt 2g dieselbe oder im Wesentlichen dieselben Temperatur aufweisen.
In einem vorteilhaften Verfahren verläuft der Teilabschnitt 2g entlang eines Winkels von 360°, sodass die Zylindermantelaussenseite 2e in Umfangsrichtung der Längsachse L um einen Winkel α von 360 Grad vom zu komprimierenden Eintrittsfluid oder vom komprimierten Austrittsfluid umströmt wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die
Zylindermantelaussenseite 2e in Umfangsrichtung der Längsachse L zumindest zwei in Umfangsrichtung beabstandete Teilabschnitte 2g auf, die sich in Umfangsrichtung über einen Winkel von jeweils zumindest 30° erstrecken.
In einem vorteilhaften Verfahren wird das Austrittfluid über eine an der Stirnseite des Zylinderinnenraums 2a angeordnete
Zylinderauslassöffnung 6 ausgestossen, wobei die
Zylindereinlassöffnung 4 und die Zylinderauslassöffnung 6 in
Richtung der Längsachse L beabstandet sind, um an der
Zylindermantelaussenseite 2e in Richtung der Längsachse L einen Temperaturgradient zu bewirken. Vorzugsweise erfolgt das Verfahren derart, dass das zu
komprimierende Fluid über eine Mehrzahl von im Zylindermantel 2 bezüglich der Längsachse L auf derselben Höhe angeordneten und in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Zylindereinlassöffnung 4 angesaugt wird, um in Umfangsrichtung dieselbe Temperatur zu erzeugen.
Vorzugsweise erfolgt das Verfahren weiter derart, dass der
Zylindermantel 2 eine Zylindermantelaussenseite 2e aufweist, und dass die Aussenseite 2e zumindest entlang der Innenraumlänge L2 von dem zu komprimierenden Fluid umströmt wird, um den
Zylindermantel 2 entlang der Innenraumlänge L2 zu kühlen, bevor das zu komprimierende Fluid in den Zylinderinnenraum 2 a einströmt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Gehäuseoberteil (1) eines Labyrinthkolbenkompressors umfassend einen in Richtung einer Längsachse (L)
verlaufenden Zylindermantel (2) mit einem Zylinderinnenraum (2a) und einer Zylindermantelaussenseite (2e), wobei der Zylindermantel (2) zumindest eine Zylindereinlassöffnung (4, 4a, 4b) oder zumindest eine Zylinderauslassöffnung (6, 6a, 6b) aufweist, welche in den Zylinderinnenraum (2a) münden, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Gasverteilgehäuse (9a) den Zylindermantel (2) in Umfangsrichtung zur Längsachse (L) zumindest teilweise umschliesst, sodass zwischen dem Gasverteilgehäuse (9a) und zumindest einem Teilabschnitt (2g) der
Zylindermantelaussenseite (2e) des Zylindermantels (2) ein Gasverteilinnenraum (9b) ausgebildet ist, wobei der
Teilabschnitt (2g) axialsymmetrisch bezüglich der Längsachse (L) ausgestaltet ist,
wobei der Gasverteilinnenraum (9b) entweder über die
Zylindereinlassöffnung (4, 4a, 4b) oder die
Zylinderauslassöffnung (6, 6a, 6b) Fluid leitend mit dem
Zylinderinnenraum (2 a) verbunden ist, und wobei das
Gasverteilgehäuse (9a) entweder einen Gaseinlass (9) oder einen Gasauslass (10) umfasst, welcher Fluid leitend mit dem Gasverteilinnenraum (9b) verbunden ist.
2. Gehäuseoberteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderinnenraum (2a) eine Zylinderinnenraumlänge (L2) aufweist, und dass sich der Gasverteilinnenraum (9b) zumindest entlang der Zylinderinnenraumlänge (L2) erstreckt, sodass der Teilabschnitt (2g) der Zylindermantelaussenseite (2e) zumindest entlang der gesamten Länge der
Zylinderinnenraumlänge (L2) eine Begrenzung des
Gasverteilinnenraums (9b) bildet.
3. Gehäuseoberteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass das Gasverteilgehäuse (9a) die
Zylindermantelaussenseite (2e) in Umfangsrichtung der Längsachse (L) um einen Winkel (a) von 360° umschliesst, sodass sich der Gasverteilinnenraum (9b) beziehungsweise der Teilabschnitt (2g) in Umfangsrichtung über 360° erstreckt.
4. Gehäuseoberteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Zylindermantelaussenseite (2e) in Umfangsrichtung der Längsachse (L) zumindest zwei in
Umfangsrichtung beabstandete Teilabschnitte (2g) umfasst, welche entlang der Zylindermantelaussenseite (2e) eine
Begrenzung des Gasverteilinnenraums (9b) bilden, wobei die Teilabschnitte (2g) sich in Umfangsrichtung über einen Winkel von zumindest 30° erstrecken.
5. Gehäuseoberteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylindereinlassöffnung (4, 4a, 4b) sowie die Zylinderauslassöffnung (6, 6a, 6b) in
Längsrichtung (L) beabstandet angeordnet sind.
6. Gehäuseoberteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von
Zylindereinlassöffnungen (4, 4a, 4b) oder von Zylinderauslassöffnung (6, 6a, 6b) bezüglich der Längsachse (L) auf derselben Höhe, und bezüglich der Längsachse (L) in
Umfangsrichtung gegenseitig beabstandet angeordnet sind.
7. Gehäuseoberteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Zylindereinlassöffnungen (4) oder zwei
Zylinderauslassöffnungen (6) bezüglich der Längsachse (L) gegenüberliegend angeordnet sind.
8. Gehäuseoberteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderauslassöffnung (6) oder die Zylindereinlassöffnung (4) in Richtung der Längsachse (L) verlaufend an einer Stirnseite (2b, 2c) des
Zylinderinnenraumes (2a) angeordnet ist.
9. Gehäuseoberteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt ist.
10. Labyrinthkolbenkompressors umfassend ein
Gehäuseoberteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie umfassend einen Kolben ( 15) sowie eine Kolbenstange (16), wobei der Kolben (15) den Zylinderinnenraum (2a) in einen ersten Verdichtungsraum (3a) und einen zweiten
Verdichtungsraum (3b) unterteilt, wobei eine erste
Zylindereinlassöffnung (4a) in den ersten Verdichtungsraum (3a) mündet, wobei eine zweite Zylindereinlassöffnung (4b) in den zweiten Verdichtungsraum (3b) mündet, wobei die erste Zylinderauslassöffnung (6a) an der der Kolbenstange ( 16) abgewandten Stirnseite (2b) des Zylinderinnenraumes (2a) angeordnet ist, und wobei eine zweite Zylinderauslassöffnung (6b) an der der Kolbenstange (16) zugewandten Stirnseite (2c) des Zylinderinnenraumes (2a) angeordnet ist.
1 1. Labyrinthkolbenkompressors nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungskanal ( 17) die erste und die zweite Zylinderauslassöffnung (6a, 6b) Fluid leitend miteinander verbindet, und dass der Verbindungskanal (17) Fluid leitend mit einem Gasauslass (10b) verbunden ist.
12. Labyrinthkolbenkompressors nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Gasverteilinnenraum (9b) in Richtung der Längsachse (L) zudem zumindest einen
Teilabschnitt der Zylinderauslassöffnung (6,6a,6b) von Aussen umschliesst.
13. Verfahren zum Kühlen eines Gehäuseoberteils (1) eines Labyrinthkolbenkompressors umfassend einen in Richtung einer Längsachse (L) verlaufenden Zylindermantel (2) mit einem Zylinderinnenraum (2a) und einer Zylindermantelaussenseite (2e), wobei ein zu komprimierendes Eintrittsfluid über eine am Zylindermantel (2) angeordnete Zylindereinlassöffnung (4) von einem Gasverteilinnenraum (9b) in den Zylinderinnenraum (2 a) angesaugt wird, oder wobei ein komprimiertes Austrittsfluid über eine am Zylindermantel (2) angeordnete
Zylinderauslassöffnung (6) aus dem Zylinderinnenraum (2a) in den Gasverteilinnenraum (9b) abgegeben wird, und wobei bezüglich der Längsachse (L) axialsymmetrisch
gegenüberliegend angeordnete Teilabschnitte (2g) der Zylindermantelaussenseite (2e) von demselben Eintrittsfluid oder Austrittsfluid umströmt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylindermantelaussenseite (2e) in Umfangsrichtung der Längsachse (L) um einen Winkel (a) von 360 Grad vom zu komprimierenden Eintrittsfluid oder vom komprimierten Austrittsfluid umströmt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet dass die Zylindermantelaussenseite (2e) in Umfangsrichtung der Längsachse (L) zumindest zwei in Umfangsrichtung beabstandete Teilabschnitte (2g) umfasst, die sich in
Umfangsrichtung über einen Winkel von jeweils zumindest 30° erstrecken.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Austrittfluid über eine an der
Stirnseite des Zylinderinnenraums (2a) angeordnete
Zylinderauslassöffnung (6) ausgestossen wird, wobei die Zylindereinlassöffnung (4) und die Zylinderauslassöffnung (6) in Richtung der Längsachse (L) beabstandet sind, um an der Zylindermantelaussenseite (2e) in Richtung der Längsachse (L) einen Temperaturgradient zu bewirken.
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