Labyrinthkolben-Kompressor Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolbenkom pressor zum Fördern von gasförmigem Medium, der mit einem am Umfang Dichtungslabyrinthe aufweisen den Kolben versehen ist.
Bei bisherigen Kompressoren dieser Art wird der Kolben ausschliesslich durch die ausserhalb des Zylin ders liegenden Führungen, nämlich durch die Kreuz kopfführung und durch eine an der Kolbenstange an greifende Führung, im Zylinder zentriert.
Demgegenüber besteht die Erfindung darin, dass der Kolben am Umfang mindestens einen konisch aus gebildeten, labyrinthfreien, eine glatte Oberfläche auf weisenden Zentrierteil zur aerodynamischen Zentrie rung des Kolbens mit Hilfe von gasförmigem Medium besitzt.
Bei Maschinen mit geringem Kolbenspiel und während des Betriebs auftretendem Abrieb der La- byrinthe, also praktisch mit während des Betriebs allmählich anwachsendem Spiel, wird durch die Zentrierung der Abrieb vermindert, so dass das, an fänglich geringe Spiel länger erhalten bleibt und der Kolben bzw. sein Labyrinthmantel weniger oft er neuert zu werden braucht. Soll möglichst hoher Druck oder guter Liefergrad mit der Maschine erzielt wer den, so kann das anfängliche Spiel zwischen Kolben und Zylinder geringer als bisher gehalten werden.
Muss die Maschine auf einem weniger stabilen Fundament aufgestellt werden oder treten aus son stigen Gründen Schwingungen des Kolbens oder Zy linders während des Betriebs auf, so führen sie bei Zentrierung weniger leicht zu Kolbenberührung und Abrieb der Labyrinthe.
Gegebenenfalls ist der konische Zentrierteil für den Kolben ausser der Kreuzkopfführung für die Kolbenstange die einzige Führung für Kolben und Kolbenstange. Auf eine zwischen Kolben und Kreuz kopf angeordnete, an der Kolbenstange angreifende Führung kann dann verzichtet werden. Dadurch wird die Bauart des Kompressors gedrungener.
Während bei bisherigen Labyrinthkolben-Kom- pressoren praktisch die ganze Kolbenlänge mit Dich- tungslabyrinthen überdeckt ist, wird bei dem erfin dungsgemässen Kompressor im allgemeinen ein Teil der Kolbenlänge zur Anbringung des Radialkraft-Er- zeugungskonus herangezogen sein. Da es jedoch wegen der Zentrierung möglich ist, das anfängliche, bei Inbetriebsetzung der Maschine vorhandene, ge ringe Kolbenspiel für längere Betriebszeit aufrecht zuerhalten, kann die Dichtungsfähigkeit des Kolbens - wie die Versuche ergaben - insgesamt trotzdem verbessert werden.
Während des Betriebs wird vorteilhaft als gas förmiges Zentriermedium das aus dem Kompressions raum oder den Kompressionsräumen stammende Gas herangezogen.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung enthält der Kolben Gaszuführungslöcher, die mit dem Kom pressionsraum über ein beim Kompressionshub selbst tätig öffnendes Ventil in Verbindung stehen und bei Exzentrizität des Kolbens. bezüglich der Zylinderachse als Drosselstellen für das Gas in dem enger werden den Spalt zwischen Kolben und Zylinder wirken. Durch die Löcher kann das Gas aus dem Kompres sionsraum an den Zentrierteil geleitet werden; auch kann gegebenenfalls beim Anfahren der Maschine,. wenn im Kompressionsraum noch kein oder noch nicht genügend hoher Druck herrscht, Gas aus einer fremden Quelle zur Zentrierung eingeleitet werden, und zwar z. B. durch einen in der Kolbenstange be findlichen Zuführungskanal.
Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 ist ein schematischer Schnitt durch den Zy linder eines ersten Kolbenkompressors, und Fig. 2 veranschaulicht eine Einzelheit einer abge wandelten Ausführungsform in grösserem Massstab.
In einem Zylinder 1 des Kolbenkompressors nach Fig. 1 ist ein mit Labyrinthen 2 ausgestatteter, auf einer Kolbenstange 62 befestigter Kolben 3 hin und her beweglich. Die Maschine ist zweifach wirkend. Das Fördergas wird wechselweise über die Saugventile 4, 5 in die beiderseitigen Kompressionsräume 6, 7 ein geführt und über die Druckventile 8, 20 wieder nach aussen geleitet.
Der Kolben 3 besitzt an seinen beiden den Kompressionsräumen 6, 7 zugekehrten Enden konische, labyrinthfrele, glatte Oberfläche aufwei sende Zentrierteile 9, 11, die durch Druckausgleich- Ringkanäle 10 von dem mittleren Labyrinthteil ge trennt sind.
Bei dem ausgezogen dargestellten Beispiel ist die Konizität der Teile 9, 11 derart gestaltet, dass sich der Kolben in Richtung auf die Kompressions räume 6, 7 hin jeweils verjüngt. Beim Aufwärtshub des Kolbens 3 wirkt dann der Zentrierteil 9 und beim Abwärtshub der Zentrierteil 11 zentrierend.
Der Kolben ist nicht koaxial zur Zylinderachse 12 gezeichnet; vielmehr ist seine Achse 13 um den Be trag e aus der Achse 12 gerückt. Dabei hat der Kolben im Zylinder 1 in der Zeichnung rechts, beim Schlitz 14, ein der Deutlichkeit wegen übertrieben gross wiedergegebenes minimales Spiel S".i", links beim Schlitz 15 - ein sich dabei einstellendes. Maxi malspiel S",aY. Auf der Höhe des Zentrierteils 9 sind aussen zwei schematische Druckdiagramme einge zeichnet, auf deren Abszisse der Druck p und auf deren Ordinate die Höhe des Zentrierteils 9 auf getragen ist.
Der Zentrierteil 9 soll sich dabei in irgendeiner Stellung während des Aufwärtshubs des Kolbens 3 und damit während der Kompression im Raum 6 befinden. Die Versuche ergaben nun, dass, wenn im Kompressionsraum 6 ein Momentandruck p" herrscht, am unteren Ende des rechten, engeren Schlitzes 14 ein etwas kleinerer Druck p, und am unteren Ende des gegenüberliegenden Schlitzes 15 ein Druck p"' herrscht, der kleiner als. der Druck p" ist.
Die gesamte, der schraffierten Fläche des Diagramms am Schlitz 14 entsprechende, zur Achse 13 hingerich tete Druckkraft P ist daher grösser als die entspre chende, im Schlitz 15 wirkende Druckkraft P'. In dem gesamten Ringspalt zwischen Kolben 3 und Zy linder 1 wird durch den Zentrierteil 9 während des Betriebs eine radial nach innen zur Achse 12 hin ge richtete Zentrierkraft erzeugt, deren Betrag bei vollkommener Konzentrizität entsprechender Kolben stellung ringsherum gleich ist, während er bei einer Kolbenexzentrizität e auf der Seite einer Verkleine rung des Spaltes, also beim Spalt 14, selbsttätig an wächst,
und zwar um so mehr, je kleiner der Spalt wird. Bei Berührung von Kolben und Zylinder tritt die grösste Zentrierkraft auf, und zwar an der Be rührungsstelle. Der Kolben 3 wird daher zur Achse 12 hingedrückt und damit aerodynamisch zentriert. Über die Kanäle 10 kann der Druck ausgeglichen wer den.
Entsprechendes gilt bei Abwärtsbewegung des Kolbens 3, also bei Kompression im Raum 7, hin sichtlich der Drücke in den Schlitzen 16, 17 zwischen dem Zentrierteil 11 und dem Zylinder 1.
Bei einfach wirkenden Kompressoren ist z. B. auf den ausgezogen dargestellten Zentrierteil 11 verzich tet, und der Raum 7 ist unten offen. Zentrierend wirkt dann nur der ausgezogen dargestellte Teil 9.
Der Teil 9 kann am Umfang auch gemäss der in Fig.2 gestrichelt eingezeichneten Linie 63 oder entsprechend der strichpunktiert eingezeichneten Linie 64 ausgebildet sein. Bei dieser Bauart ist übrigens auch gezeigt, dass mehrere Zentrierteile 9 und ebenso mehrere, in Fig.2 nicht dargestellte, den Zentrier teilen 11 gemäss Fig. 1 entsprechende Zentrierteile jeweils unmittelbar übereinander angeordnet sein kön nen.
Gegebenenfalls können etwa bei der Ausführungs form nach Fig. 1 Gaszuführungslöcher 65, 66 in den Ringkanälen 10 angebracht sein, über welche Zen triergas aus den Kompressionsräumen 6, 7 oder aus einer Fremd'gasquelle zugeführt wird. Gegebenenfalls kann das Fremdgas über in der Kolbenstange 62 be findliche Kanäle zugeleitet werden. Dies ist besonders beim Anfahren von Vorteil, wenn in den Kompres sionsräumen 6, 7 noch kein Druck oder noch nicht genügend hoher Druck herrscht, welcher für die aero dynamische Zentrierung nutzbar gemacht werden könnte.