DE1628152A1

DE1628152A1 - Sichtung fuer Hochdruck-Kolbenkompressoren oder -pumpen

Info

Publication number: DE1628152A1
Application number: DE1967D0052658
Authority: DE
Inventors: Marino John Anthony; Henry Ralph Eugene
Original assignee: Dresser Industries Inc
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1966-03-29
Filing date: 1967-03-29
Publication date: 1971-04-22
Also published as: BE696275A; GB1106340A; DE1628152C3; DE1628152B2; US3490774A; JPS508203B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtung für den hin-und hergehenden Plungerkolben von Hochdruck-Kolbenkompressoren oder -pumpen.

Kolbenkompressoren oder -pumpen werden immer häufiger zur Verdichtung bzw. förderung" von Fluiden mit sehr hohem Druck, z.B. mit einem Druck von 2500 kg/cm und mehr, verwendet. Hierbei wird eine wirksame Dichtung gegen das Entweichen des B¹IuIdS aus dem Zylinderraum entlang der Kolbenstange immer schwieriger. Die Dichtung, muss dabei nicht nur abdichtend wirken, sondern auch eine lange Betriebsdauer aushalten, damit die Ausfallzeit des Gerätes trzw. die Zeiten, für Reparaturen und den etwaigen Ersatz von !eilen der Dichtung ao gering wie möglich gehalten werden kann.

Zur Dichtung an dem sich hin- und herbewegenden Plungerkolben solcher Geräte ist es bekannt, Übliohe Dlohtungszu-

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sammensetzungen aus jeweils segmentförmigen, an der Kolbenstange im .Abstand voneinander angeordneten Hingen zu verwenden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass solche Dicht·imgsanordnungen infolge der beim Hin- und Hergang der Kolbenstange während des Verdichtungs- und Saughubes derselben auftretenden zyklischen Änderung der Richtung des Druckunterschiedes an beiden Seiten der Dichtungsanordnung, obwohl diese eine gute Dichtung gegen das Entweichen des Fluids an der Kolbenstange entlang in Richtung vom Kopfende bis zum Kurbelende derselben beim Kompressionshub ergeben, nicht lange wirksam bleiben, wenn der Druckunterschied in der entgegengesetzten Richtung, d.h. vom Kurbelende bis zum Kopfende, auftritt, wie dies beim Saughub der Kolbenstange der Fall ist.

Durch die Erfindung soll demgegenüber eine leistungsfähige Dichtung für Hochdruck-Kompressoren oder —pumpen mit hin- und hergehenden Kolben geschaffen werden, die eine länge lebensdauer aufweist und gegen die zyklischen Änderungen in der Richtung des auf sie einwirkenden DruckuntBrsehiedes infolge des Hin- und Hergangs der Kolbenstange beim Kompressions- und Saughub unempfindlich ist. Dabei soll die Dichtung zugleich derart sein, dass die in den Kompressionsraum vorwärts getragene Schmiermittelmenge und damit die Verunreinigung des Fluids beim Kompressionshub der Kolbenstange verringert wird.

Demgemäss besteht die Erfindung bei einer Dichtung für HoohdruokkompreBsoren oder -pumpen mit einem ein Kurbelende und ein Kopfende aufweisenden, hin- und hergehenden Plunger-

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kolben und mehreren den Plungeifcolben umgebenden Dichtungsgliedern, die jeweils mit einer inneren öffnung zur axialen Führung des Plungerkolbens sowie mit einer den Plungerkolben umfassenden Dichtungsrinne versehen sind, darin, dass in einer der Dichtungsrinnen am Kopfende des Plungerkolbens ein zusammenhängender massiver Dichtungsring und in einer der Dichtungsrinnen an dem dem Kurbelende zugekehrten Ende der Dichtung eine Ringzusammensetzung aus einem mit radialen Flachseiten versehenen Segmentring mit mehreren duroh radiale Fugen voneinander getrennten Dichtungssegmenten sowie aus einem dem Kurbelende der Dichtung zugewendeten, ebenfalls mit radialen I¹Iat*ohsexten versehenen Segmentring mit mehreren, eich in etwa tangential verlaufenden Fugen berührenden Segmenten angeordnet sind, wobei die mit ihren inneren radialen Flachseiten aneinander anliegenden Segmentringe jeweils durch eine sie am Umfang umfassende, in sich geschlossene Feder zusammengehalten sind und mit den ununterbrochenen Flachseiten ihrer Dichtungssegmente gegenseitig die Fugen zwischen den Dichtungselementen überdecken und der zusammenhängexLe massive Dichtungsring durch den Druck des in die Diehtungsrinne gelangenden Druckmittels eine dreiachsige Zusammendrückung und durch diese eine Verringerung seines Durchmessers erfährt, die innerhalb der elastischen Grenzen des den. massiven Dichtungsring bildenden Werkstoffes direkt proportional eu dem Druck ist.

Nachstehend ist die Erfindung an Hand der in der Zeichnung als Beispiel dargestellten Ausführungsform näher beschrieben.

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In der Zeichnung zeigen:

Pig. 1 einen Teillängsschnitt durch den Zylinder eines . Hoehdruckkompressors oder einer Hochdruckpumpe mit hin- und hergehenden Plungerkolben und einer ' bevorzugten Ausführungsform der in dem Zylinder angeordneten und Plungerkolben umgebenden Dichtung nach der Erfindung}

Pig. 2 bis 5 vergrösserte Einzeldarstellungen der bei der Ausführungsform nach Pig. 1 die Elemente der Dichtung bildenden vier A_rten von Dichtungsringen;

Pig. 6 und 7 Stirnansichten des Dichtungsringes nach

Pig. 2, von den Linien 6-6 und 7-7 aus gesehen; Pig. 8 und 9 Stirnansichten des Dichtungsringes nach

Pig. 3» von den Linien 8 - 8 und 9-9 aus gesehen; Pig. 10 und 11 Stirnansichten des Dichtungsringes nach Pig. 4, von den Linien 10-10 und 11 - 11 aus

gesehen, und
Pig. 12 und 13 Stirnansichten des Dichtungsringes nach Pig. 5, von den Linien 12-12 und 13-13 aus gesehen.

In Pig. 1 ist mit 15 der nur teilweise gezeigte Zylinder eines Hochdruckkompressors oder einer Hochdruckpumpe bezeichnet. Der Zylinder weist eine ringförmige Seitenwandung 16 mit einer zylindrischen Innenfläche 18 sowie eine damit aus einem

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Stück bestehende Stirnwand 19 mit einer radial verlaufenden kreisförmigen Innenfläche 20 auf. Am anderen Ende ist der Zylinder 15 durch ein Kopfstück 21 mit einer Seitenwandung verschlossen, deren innere Umfangsfläche 22 im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie die Innenfläche der Seitenwandung' 16 des Zylinders hat. Das Kopfstück 21 ist ferner mit einer mittleren axialen Bohrung 23 von kleinerem Durchmesser als die innere Umfangsfläche 22 seiner Seitenwandung Bute zwischen dieser und der mittleren Bohrung 23 mit einer radial angeordneten nach innen etwas vorstehenden Ringfläche 24 versehen.

Mit 25 ist ein zylindrischer Plungerkolben bezeichnet, der teilweise in dem Zylinder 15 konzentrisch zu diesem angeordnet ist und zur Durchführung eines Kompressions- und Saughubes mittels einer nicht dargestellten Kurbel, die nicht zunr Gegenstand der Erfindung gehört, hin- und herbev/egbar ist. Der Kompressionshub des Plungerkolbens 25 erfolgt bei der Dar*- stellung nach Fig. 1 von rechts nach links, während der Saughub von links nach rechts gerichtet ist.

In der mittleren Bohrung 23 des Kopfstückes 21 ist ein Ventilgehäuse 26 mit Saug--.und Druckdurchlässen 28_S 29 befestigt, das an ein das Kopfende 31 des Plungerkolbens 25 umfassendes Futterstück 30 angrenzt. Dieses Futterstück 30 bildet mit dem dicht anschliessenden Ventilgehäuse 26 und dem Kopfende 31 des Plungerkolbens 25 einen Druckraum 32„ Das Futterstück 30 ist von als Abstandhalter dienenden Ringen 33 und 34 umgeben, die mit radialen Flächenteilen 35 aneinander anliegen.

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Die äusßere bzw, in Fig. 1 linke radiale Stirnfläche 36 des Abstandsringes 33 liegt an der radialen Ringfläche 24 des Kopfstückes 21 an, während die innere bzw. in Fig. 1 rechte radiale Stirnfläche des Abstandringes 34 in der gleichen Ebene 38 mit der inneren Stirnfläche des Kopfstückes 21 liegt.

Zwischen dieser Ebene 3B und der Innenfläche 20 der Stirnwandung 19 des Zylinders 15 ist die mit dem allgemeinen Bezugszeichen 39 bezeichnete Dichtung nach der Erfindung angeordnet. Die Dichtung 39 besteht aus mehreren Dichtungsscheiben und umfasst bei der dargestellten Ausfuhrungsform zehn Dichtungsscheiben 40, 41, 42; 43, 44, 45, 46, 47, 4ö und 49. Jede der Dichtungsscheiben 40 bis 46 besteht aus einem Innenring 40a bis .46a und einem auf diesen warm aufgezogenen Aussenring 40b bis 46b. Ferner sind alle Dichtungsscheiben 40 bis 49 jeweils auf beiden Seiten mit radial verlaufenden ringförmigen Stirnflächen versehen, von denen die in Fig. 1 Jeweils auf der linken Seite angeordneten Stirnflächen mit 40L bis 4 91 und die in Fig. 1 Jeweils auf der rechten Seite angeordneten Stirnflächen mit 4OR bis 49R bezeichnet sind. Je zwei dieser Stirnflächen, z.B. 4IR und 42L_S 42R und 431, 43R und 44 1, 44R und 45L, 45R und 46L, 46R und 471, 47R und 481 sowie 48R und 49-±j liegen mit dichter Flächenberührung aneinander an. Die üussere Stirnfläche 401 der am v/ei testen links bzw. am Kopfende angeordneten Dichtungsscheibe 40 liegt in der Ebene 38 dicht an dem Futterstück 30 an₉ und die äussere Stirnfläche 49R der am weitesten rechts bzw. am Kurbelende des Plungerkolbens 25 angeordnfcen Dichtungsscheibe 49 liegt dicht an der Innenfläche

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20 der Stirnwand 19 des Zylinders 15

Die Dichtungsscheiben 40 bis 49 werden zu. einem einheitlichen G-anzen durch mehrere im Umfangsabstand voneinander angeordnete, axial verlaufende Ankerbolzen zusammengehalten, von denen ein Ankerbolzen bei 50 in Pig. 1 gezeigt ist und die mit ihren mit Gewinde versehenen Enden in Gewindebohrungen der am weitesten rechts angeordneten Dichtungsscheibe 49 ein~ geschraubt sind. Auf diese ¥eise kann die gesamte Dichtung 39 als Einheit in den Zylinder 15 eingesetzt oder aus ihm herausgenommen werden. Der Aussenring 40B der am weitesten links angeordneten Dichtungsscheibe 40 trägt einen Dichtungsring 51». der dichtschliessend an der zylindrischen Innenfläche 18 der Seitenwandung 16 des Zylinders 15 anliegt. Ein solcher Dichtungsring 52 ist auch an der am weitesten rechts angeordneten Dichtungsscheibe 49 angeordnet. Die dazwischen liegenden Dichtungsscheiben 41 bis 48 sind an ihrem Umfang etwas kürzer, um eine die Dichtung umgebende Kammer 53 zur Durchleitung eines Kühlmittels zu bilden.

Der Plungerkolben 25 ist bei seinem Hin- und Hergang durch eine Führungshülse 54 geführt, die an der Dichtungsscheibe 41 angeordnet ist und deren Führungsfläche ein Schmiermittel über einen radial verlaufenden Kanal 55, der mit einem Schmiermittelanschluss 56 verbunden ist, zugeführt wird. -Ebenso sind die Dichtungsscheiben 43 und 45 mit radialen Zuführungskanälen 58 versehen, die mit Schmiermittelanschlüssen 59 verbunden sind, so dass der Gleitfläche des Plungerkolbens 25 an im -.

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axialen Abstand voneinander angeordneten Stellen Schmiermittel zugeführt werden kann.

An dem Innenring 40a der Dichtungsscheibe 40 sowie an dem.Innenring 42a der Dichtungsscheibe 42 ist jeweils ein zusammenhängender massiver Dichtungsring 60 bzw. 61 angeordnet, der an der Gleitfläche des Plungerkolbens 25 anliegt. Ausserdem sind an den Dichtungsscheiben 43 und 44 Dichtungsring-Zusammensetzungen 62 und an den Dichtungsscheiben 45 bis 48 Ringzusammensetzungen 63 etwas anderer Art angeordnet.

OemäsB Mg. 2 ist der Innenring 40a der Dichtungsscheibe 40 zur Aufnahme des Dichtungsringes 60 mit einer ringförmigen Dichtungsrinne 64 versehen, die eine, zylindrische Grundfläche 65 und eine radial verlaufende Seitenfläche 66 aufweist, die beide an dem Innenring 40a ausgebildet sind und deren Verbindungskante zur Bildung einer Ausrundung 68 konkav abgerundet ist. Die andere Seitenfläche der Dichtungsrinne 64 ist durch den inneren Randbereich der radialen Stirnfläche 411 des Innenringes 41a der Dichtungsscheibe 41 gebildet. Der iii der Dichtungsrinne 64 angeordnete massive Dichtungsring 60 ist mit zueinander parallelen, ebenen und radial verlaufenden Flaehseiten 69 und 70 versehen, von denen die eine Flachseite 69 aur abdichtenden Anlage an der Seitenfläche 66 und die andere flaoheeite 70 zur Berührung mit der Seitenfläche 41L bestimmt 1st. Die der Abrunditttg 68 zugewendete äueaere Bckkante des Dichtungsringes 60 ist mit einer Abschrägung 71 versehen,

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damit ein Pressitz des Dichtungsringes in der Dichtungsrinne vermieden wird.

Die flachseite.70 ist mit mehreren radial verlaufenden Drosselnuten 72 versehen, die eine Verbindung zwischen dem Innen- und dem Aussenumfang des Dichtungsringes 60 herstellen und von denen gemäss Mg« 7 drei Drosselnuten angeordnet sind. Damit auf die Flachseiten 69, 70 Druck ausgeübt werden kann, ist die innere Eckkkante an jeder Seite des Ringes 60, wie bei 73 gezeigt ist, unterschnitten. Die innere TJmfangsflache 74 des Dichtungsringes 60 ist zylindrisch und enthält eine mittlere Hingnut 75. Sie liegt unter Bildung eines dichten Spaltes an der Umfangsflache des Plungerkolbens an.

Der Innenring 42a der Dichtungsscheibe 42 ist, wie in Pig. 3 gezeigt ist, ebenfalls mit einer ebene radiale Seitenflächen aufweisenden Diehtungsrinne 76 versehen. Auch diese Rinne besitzt eine an dem Innenring ausgebildete zylindrische Grundfläche 78 und eine radiale Seitenfläche 79» deren Verbindungskante zur Bildung einer Ausrundung 80 konkav abgerundet ist. Die andere Seitenfläche der Dichtungarinne 76 ist durch einen Teil der Seitenfläche 431» des Innenringes 43a der Dichtungsscheibe 43 gebildet. In der Dichtungsrinne 76 ist der massive Dichtungsring 61 angeordnet, der in ähnlicher Weise wie der Dichtungsring 60 ausgebildet ist, nur mit dem Unterschied, dass die hier mit 82 be ze i atmeten radial©» iluten. en seiner linken 3?lachseite angeordnet Bind, Wie Fig. 8 geigt, sind ebenfalls drei Hütern 82 an dem Diehtongffieing 61

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bildet. Die luten 82 haben aber einen kleineren Durchlassauerschnitt als die Nuten 72 des Dichtungsringes 60. Im übrigen ist der Dichtungsring 61 auf der linken Seite mit einer ebenen Anlagefläche 83 und auf der anderen Seite mit einer ebenen Anlagefläche 84.versehen. Ebenso ist die der Ausrundung 80 zugewendete Eckkante 85 abgeschrägt und jede innere Eckkante mit einer Unter schneidung 86 versehen. Auch weist die zylindrische innere Umfangsfläehe 88 des Dichtungsringes 61 eine mittlere Ringnut 89 auf.

Gemäss I¹Xg. 4 ist in der Dichtungsscheibe 43 eine ähnliche Dichtungsrinne 90 mit einer zylindrischen Grundfläche 91 und einer radialen Seitenfläche 92 angeordnet, die mit der Grundfläche 91 durch eine die Eckkante abrundenden Ausrundung 93 verbunden ist. Die andere Seitenfläche der Dichtungsrinne 90 ist durch die linke Stirnfläche 441« des Inneringes 44a der Dichtungsscheibe 44 gebildet.

In der Dichtungsrinne 90 ist eine Dichtungsring-Zusammensetzung 62 angeordnet, die auch der Dichtungsring-Zusammensetung 62 in der Dichtungsscheibe 44 entspricht und aus einem mit radialen 3?lachseiten versehenen, gemäss Pig. 10 aus drei Segmenten 95 gebildeten Segmentring 94 sowie einem ebenfalls mit radialen Eischseiten versehenen durchgehenden Dichtungsring 102 besteht. Die Segmente 95 des Segmentringes 94 sind durch radiale lugen 96 voneinander getrennt. Die der Ausrundung 93 zugewendete äussere Eokkante des Segmentringes 94 ist mit einer Absohrägung 98 versehen, Ferner ist in der äusseren

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Umfangsfläche des Segmentringes 94 eine Ringnut 99 angeordnet, in der eine in sich, geschlossene Ringfeder 100 gelagert ist, die bei der dargestellten Ausführungsform als mit ihren Enden verbundene schraubenförmig gewundene Zugfeder ausgebildet ist und die von ihr umfassten Segmente 95 nach innen zusammendrückt, so dass die Innenflächen 101 der Segmente 95* die zu- · sammen eine zylindrische Anlagefläche bilden, dichtsehliessend an die Umfangsflache des Plungerkolbens 25 angedrückt werden. In den radialen Fugen 96 ist dabei, wenn die Innenflächen 101 des Segmentringes 94 in Berührung mit der Umfangsfläohe des Plungerkolbens 25 sindi noch ein gewisses Spiöl vorhanden.

Der massive Dichtungsring 102 und der aus den Segmenten 95 gebildete Dichtungsring 94 liegen in der radialen Fuge 103 aneinander an, während die äussere Stirnfläche 104 des massiven Dichtungsringes 102 an der linken Stirnfläche 44L der Dichtungsscheibe 44 dichtsehliessend anliegt. Die dem Kurbelende zugewendete innere Ecklcante des Dichtungsringes 102 ist mit einer Unterschneidung 105 versehen. Im übrigen weist die zylindrische innere Umfangsfläche 107 des Dichtungsringes 102 keine Unterbrechung auf und liegt unter Bildung eines abdioktenden Spaltes an der Umfangsfläche des Plungerkolbens 25"an«

Die in den DIehtungSBohfeiben 45 bis 48 angeordneten Dichtungsring-Zusammensetzungen 63 ist entsprechend Fig. 5 ausgebildet. Zu ihrer-Aufnahme ist jeweils eine mit radialen Seitenflächen versehene Diehtungerinne 106 mit einer zylindrischen Grundfläche 108 angeordnet, die mit der einen radialen Seiten-

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fläche 109 wiederum duroh eine konkav gerundete Ausrundung 110 verbunden ist. Die dem Kurbelende zugewendete Seitenfläche der Dichtungsrinne 106 ist durch die radiale Seitenfläche 46L dee Innenringes 46a der Dichtungsscheibe 46 gebildet. Die Ringzusammensetzung 63 besteht aus einem auf der linken Seite (Fig. 5) angeordneten Segmentring 111 und einem an diesem rechts anliegenden Segmentring 112, die beide mit ihren einander zugewendeten Innenflächen Inder Fuge 123 dicht aneinander anliegen.

Der Segmentring 111 besteht aus drei Segmenten 113 mit jeweils ebenen radialen Flachseiten, die durch radiale Fugen 114 voneinander getrennt Bind, vgl. Fig. 12. Die der Ausrundung 110 zugewendete äussere Eckkante jedes Segmentes 113 ist mit einer Abschrägung 115 versehen. Die äussere Umfangsfläche des BegmentringeB 111 weist eine Hingnut 117 auf, in der eine in sieh geschlossene Feder 116 angeordnet ist. Die Feder 116 ist wiederum in Form einer endlosen» schraubenförmig gewundenen Kugfeder ausgebildet, Welche die Segmente 113 nach innen zusammenzieht, so dass die Segmente mit ihren inneren Umfangsflächen 118 abdichtend an die Umfangsflache des Plungerkolbe-ne 25 angepresst werden. In diesel* Lage ist in den Stog'sfugen 114 zwischen den Segmenten 115 noch ein gewisses Spiel vorhanden»

Der Segmentrlng 112 besteht ebenfalls aus mehreren Segmenten Hf₁ tits jewelie mit ebenen radialen Flaoheeiten versehen tflnÄ m<£ ir&n denen geättee Fig* 13 suB. drei vorgesehen sind.

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Die einander zugewendeten Enden "benachbarter Segmente 11°; sind mit einander übergreifenden flachen Berührungsflächen versehen, die gegeneinander gleiten können und jeweils eine etwa tangential verlaufende Berührungsfuge 120 bilden. An den inneren Enden dieser Fugen ist zwischen radial verlaufenden Endflächen der Segmente jeweils ein kleiner Zwischenraum 121 vorhanden, der die gegenseitige Gleitbewegung der die Fugen 120 bildenden Segmente 119 ermöglicht.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich, ist der Segmentring 112 mit einer Umfangsnut 127 versehen, in der eine in sich geschlossene Feder 128, die ebenso wie die anderen Federn durch eine endlose schraubenförmig gewundene Zugfeder gebildet ist, angeordnet ist. Die Feder 128 hält die Segmente 119 in gegenseitiger Gleitberührung, wodurch die innere Umfangsflache 122 jedes Segmentes des Segmentringes 112 gegen die Umfangsflache des Plungerkolbens 25 gedrückt wird. Die dem Kurbelende zugekehrte äussere Stirnfläche 124 des Segmentringes 112 liegt dichtschliessend an der Seitenfläche 46L der Dichtungsscheibe 46 an.

Die Segmentringe 111 und 112 sind In der Umfangsrichtung gesehen so zueinander angeordnet, dass die durchgehenden Seitenflächen der einzelnen Segmente der beiden Segmentringe jeweils die Fugen 114 bzw. 120 und die Zwischenräume 121 gegenseitig überdecken. Diese Anordnung wirü duroh einem die beiden

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Ringe verbindenden Stift 125 gesichert, der an einem der Segmente 119 angeordnet ist,in eine entsprechende Bohrung 126 in einem der Segmente 113 eingreift.

Wenn der Plungerkolben 25 beim Kompressionshub nach links bewegt wird, so wird das gasförmige Fluid in dem Druckraum 32 stark komprimiert und unter hohem Druck, der z.B. etwa 2500 kg/cm betragen kann, über den Druekdurehlass 29 ausgetrieben. Bei solch hohem Druck versucht das Fluid am Umfang des Plungerkolbens 25 entlang über die Dichtung 39 zu entweichen, und zwar in der Hauptsache durch den zwischen den gegenüberliegenden Umfangsflächen der Dichtungsscheiben 40 bis 48 und des Plungerkolbens bestehenden schmalen Ringspalt.

Eine Aufgabe des zusammenhängenden massiven Dichtungsringes 60 besteht darin, ein kontrolliertes Entweichen von Fluid an diesem Ring vorbei in Richtung auf die anderen Dichtungsringe zu ermöglichen. Das Fluid kann hierbei durch den schmalen Spalt zwischen der inneren Umfangs fläche 74 des Dichtungsringes 60 und dem Plungerkolben 25 sowie durch den schmalen Spalt, der zwischen der Flachseite 69 des Dichtungsringes 60 und der Seitenfläche 66 der Dichtungsrinne 64 besteht, ferner durch den Spalt zwischen der Umfangsflache des Dichtungsringes 60 und der Grundfläche 65 der Diehttragsriime 64 und durch die Drosaelnuten 72 hindurchtreten, diedea Durchtritt auf ein begrenztes Mass drosseln und einen begrenzten Druckabfall bewirken.

Da β an dem Dichtungsring 60 durohgetreten© Plaid ge-

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langt zu dem Dichtungsring 61. Etwas von diesem Fluid kann unmittelbar durch das radiale Spiel zwischen den Flächen des Dichtungsringes 61 und dem Plungerkolben 25 hindurchtreten. Anderes Fluid, das durch die Nuten 82 durchtritt, drückt den Dichtungsring 61 mit seiner Flachseite 84 fest gegen die Seitenfläche 431» der Dichtungsscheibe 43. Zugleich wirkt dieses in der Dichtungsrinne 76 unter Druck stehende Fluid auf den Aussenumfang des Dichtungsringes 61 ein, so dass der Dichtungsring einem dreiachsigen Druck ausgesetzt wird, der zu einer Verringerung seines Durchmessers führt, die innerhalb der elastischen Grenzen des den Ring bildenden Werkstoffes direkt proportional zu dem Druck ist. Die auf den Dichtungsring 61 einwirtee^kenden Kräfte verlaufen dabei axial, radial und in der Umfangsrichtung, weshalb die Zusammendrücküng als dreiachsig bezeichnet ist.

Bei Anordnung eines solchen massiven Dichtungsringes in einer den Plungerkolben umgebenden Dichtungsrinne, in deren Umgebung hoher Druck herrscht und die mit kontrollierten Einbauzwischenräumen versehen ist, wird durch die Druckanwendung der Ring in Berührung oder nahezu in Berührung mit dem Plungerkolfcen gebracht und an dem Ring ein Druckabfall herbeigeführt, der den Ring in feste, abdichtende Berührung mit Öem PlUögerkoXfeen zieht. We₁On ein solcher massiver Dichtungsring in ab— öiehtender Berührung mit dem Plungerkolben let, so anteteht

bei der Hin-und Herbewegung des JMungerkolbene in dem Sichttaagsring Reibungswärme, die eine Ausdehnung des Dichtungsringes hervorruft und ά&η Anpressdruck verringert» mit stern ά,βχ? *

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Dichtungsring an dem Plungerkolben anliegt. Infolgedessen besitzt der massive Dichtungsring die Fähigkeit, den Anlagedruck an dem Plungerkolben zu regulieren. Wie der Dichtungsring dabei im einzelnen wirkt, hängt von dem Elastizitätsmodul des den Ring bildenden Werkstoffes, der Querdehnungsziffer bzw. der Poissonschen Konstanten, der Grosse des auf den Ring ausgeübten Druckes und der Wärmedehnung des Ringwerkstoffes ab.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass Fluid, das an dem Dichtungsring 61 vorbeigegangen ist, damn zu der kombinierten Ringzusammensetzung 62 in der Dichtungsscheibe 43 gelangt. Der Druck dieses FluJBs ist etwas geringer, aber noch hoch genug, um den zusammenhängenden massiven Ring 1.02 (Fig. 4) ebenfalls einen dreiachsigen Druck auszusetzen und eine Verringerung seines Durchmessers herbeizuführen, so dass der zylindrische Ilinenumfang 107 des Ringes in selbstregulierende Berührung mit der Umfangsflache des Plungerkolbens 25 kommt. Zugleich wird die radial verlaufende Flachseite 104 des massiven Dichtungsringes 102 in abdichtende Anlage an die Seitenfläche 44Xi der Dichtungsscheibe 44 gebracht. Bevor jedoch der massive Ring 102 dem dreiachsigen Druck ausgesetzt wird, führt der Druck des Fluids eine Zusammenziehung des Segmentringe s 94 iierbei, so dass öieser durch den in der Dichtungsrinne 90 hergehenden Druck des Fluids mit seiner inneren Umfangefläche 101 in feste abdichtende Anlage an die Umfangsflache d·» ilttngärkolbens 25 gedrückt wird, Die kombinierte

62 ist erforderlich, weil die vorherge-

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henden Dichtungsringe 60 und 61 die Druekhöhe und den Druckunterscliied verringert haben, so dass ein massiver Ring allein nicht in der angegebenen Weise wirken könnte. Der zusätzliche Segmentring 94 in Verbindung mit dem massiven Ring 102 verringert'den Durchtrittsbereich und vergrössert den Druckabfall an dem massiven Ring, so dass dieser in der beschriebenen Weise abdichtend angepresst wird.

Jede der beiden in !ig. 1 gezeigten kombinierten Ringzusammensetzungen 62 enthält daher einen dreiachsig unter Druck gesetzten massiven Dichtungsring, der eine radiale Abdichtung und an seiner dem Kurbelende des Plungerkolbens zugewendeten Flaehseite mit der betreffenden Dichtungsrinne eine axiale Abdichtung herbeiführt. Die radiale Abdichtung wird durch die Wirkung des zugeordneten Segmentringes 94 ergänzt. Die durchgehende innere Seitenfläche des massiven Ringes 102 verschliesst oder überdeckt dabei die radialen Fugen 96 des Segmentringes 94. '

Die kombinierte Ringzusammensetzung 62 in der Dichtungsscheibe 43 ruft einen weiteren Druckabfall des an dem Plungerkolben 25 entlang in Richtung auf dessen Kurbelende zu durchtretenden Fluids herbei, der dann an der kombinierten Ringzusammensetzung 62 in der Dichtungsscheibe 44 nooh vsrgrössert wird. Jedoch sind die Druckhöhen, in der die beiden Hingzusammensetzungen 62 arbeiten, noch g^Qss genug, um den (Jeweiligen maasiven Dichtungsring 102 dem dreißchsigais Druok auszusetzen, obgleich der Druck für die BingeueoiQme^setzuag 63 in der Dichtungsscheibe 44 niedriger ist, el® der Druefe für die

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Ringzusammensetzung 62 in der Dichtungsscheibe 43.

Fig. 1 zeigt weiter, dass das an der letzten Ringzusammensetzung 62 durchtretende Fluid dann zu der ersten Ringzusammensetzung 63 in der Dichtungsscheibe 45 kommt. Diese erste Ringzusammensetzung 63 ruft eine wirksamere Abdichtung als die in Richtung auf das Kurbelende der Dichtung 39 zu folgenden Ringzusammensetzungen 63 hervor. An der letzten in Fig. 1 am rechten Ende angeordneten Ringzusammensetzung 63 ist jedoch eine im wesentlichen vollkommene Abdichtung erreicht und jeglicher Durchtritt von Fluid an dem Plungerkolben 25 entlang unterbunden.

Jede der Ringzusammensetzungen 65 arbeitet derart, dass durch den in der jeweiligen Dichtungsrinne 106 auftretenden Druck beide Segmentringe 111 und 112 in feste abdichtende Berührung mit dem Umfang des Plungerkolbens 25 gebracht werden und zugleich die dem Kurbelende zugekehrte Flachseiten der Segmentringe 112 in abdichtende Anlage an die Seitenflächen

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46L, 47Ii»Vind 491» der entsprechenden Dichtungsscheiben 46 bis 49 angepresst werden, so dasB die Aussenkanten der tangentialen Fugen 120 in dem jeweiligen Segmentring. 112 durch diese Flächen überdeckt werden. Die Innenkanten dieser tangentialen Fugen 120 an.den dem Kurbelende altgewendeten Flachseiten der Segmentringe 112 werden dabei durch die durchgehenden Flächenteile des Segmentringes 111 tiberdeckt. Ebenso werden die Innenkanten der radialen. Fugen 114 in den Segment ringen 111 einzeln duroh Sie durchgehenden Flächenteile der 8e_gmentringe überdeckt bzw. verschlossen. ^⁴⁰ C^vs«,/

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Die Anwendung mehrerer massiver Dichtungsringe mit niedriger Anlageintensität an dem Plungerkolben und an denen jeweils ein kleiner Teil des Fluids durchtritt, bevor eine vollkommene Dichtung erreicht wird, erbringt eine Verteilung des Druckunterschieds über eine Anzahl von Dichtungsringen und ergibt eine längere Lebensdauer für die Dichtungsringe.

In dieser Weise wird der in dem Druckraum 32 beim Druckhub des Plungerkolbens 25 erreichte hohe Druck durch die verschiedenen Dichtungsringe und Ringzusammensetzungen 60 bis 63 erniedrigt, wobei zwischen den versohiedenen Dichtungsringen und Ringzusammensetzungen jeweils Bereiche von unter solchem Druck stehendem Fluid verbleiben, dass beim Umkehren der Bewegung des Plungerkolbene zu Beginn des Saughubes der Druck in dem Druckraum 32 unter denjenigen Druck verringert wird, der in den Bereichen zwischen einigen der verschiedenen Dichtungs- · ringe und Ringzusammensetzungen 60 bis 63 erreicht wird. Hierdurch wird ein Rücksträmen von Fluid auf den Raum 32 zu hervorgerufen. Wenn dieses Rückströmen zu schnell zugelassen würde, so würde der grösste Druckunterschied an einigen der Segmentringe, z.B. an den Segmentringen 94 der Ringzusammensetzungen 62, zu einer plötzlichen Vergrösserung derselben führen, da der Druck in die Spalten der Fugen 96 eindringen könnte« Da die Neigung zu einer solchen Vergrbsserung der Zugkraft der in sich geschlossenen Zugfeder 100 entgegenwirkt, würde dies zur Ermüdung dieser Feder und zum Aufbrechen der Ringsegmente führen. Gebrochene Haltefedern könnten dann in Berührung mit dem Plungerkolben kommen und sehr nachteilige

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BeBChädigungen und Splittefungen der IJmfangsfläche des Plungerkolbens verursachen. Dies wird gemäße der Erfindung durch ein kontrolliertes Rückströmen von Fluid zu dem Raum 32 vermieden.

Dieses kontrollierte Rückströmen erfolgt zum Teil durch die Nuten 82 in dem einstückigen massiven Dichtungsring 61, durch die das Fluid beim Durchströmen durch die Dichtungsrinne 76 um den Ring herum hindurchfliesst. In der Hauptsache wird jedoch das Zurückströmen von Fluid durch den Dichtungsring 60 kontrolliert, der als Hemmring wirkt. Beim Zurückströmen von Fluid ist der Druck auf der in Fig. 1 und 2 rechten Seite des Dichtungsringes 60 höher als der Druck auf der linken Seite desselben, so dass die linke Flachseite 69 des Dichtungsringes 60 in abdichtende Anlage an die radiale Seitenfläche 66 der Dichtungsrinne 64 angepresst wird. Das Durchtreten von Fluid durch den Spalt zwischen der inneren Umfangsfläche 74 des Dichtungsringes und dem Plungerkolben verhindert dabei ein plötzliches Eurücketrömen und lenkt dieses in ruhige Bahnen.

«Tede Dichtungsanordnung mit einem massiven Dichtungsring muss einem Druck ausgesetzt werden, der hoch genug 1st, um den dreiachsigen Druck auf den massiven Ring zu erzeugen» Wenn der Druck nur etwas über einem solchen Grenzwert liegt, so sollte mindestens ein massiver Dichtungsring entweder von der Art de» eine Heaevrlrkung für den Rtioketroa aufweisenden Dichtungsring«!» 60 oder d»t einfach wirkenden Dichtungsringes 61 in Kombination mit einer aus ewei Segmentringen gebildeten RingEUaiUKJnenteteung 63 verwendet werden« Bei noch höherem Druck

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soll die Dichtung mindestens einen massiven Dichtungsring, z.B. einen Dichtungsring 60 oder einen Dichtungsring 61, eine Hingzusammensetzung 62 und eine aus zwei Segmentringen bestehende Ringzusammensetzung 63 enthalten. Sollte der Druck noch höher liegen, so wird die Dichtung zweckmässig aus zwei massiven Dichtungsringen, nämlich einem Dichtungsring 60 mit den Rückstrom hemmender Wirkung und einem einfach wirkenden Dichtungsring 61, mindestens einer kombinierten Ringzusammensetzung 62 und mindestens einer aus zwei Segmentringen "bestehenden Ringzusammensetzung 63 gebildet.

Die in der Zeichnung dargestellte Dichtung 39 mit zwei massiven Dichtungsringen 60, 61 der angegebenen Art, zwei kombinierte Ringzusammensetzungen 62 und vier Ringzusammensetzungen 63 aus je zwei Segmentringen ist für sehr hohe Drücke bestimmt.

Die Anwendung eines durchgehenden massiven Dichtungsringes ermöglicht einen geringeren Anpressdruck an dem Plungerkolben und führt zu längerer Lebensdauer. Wenn auch der geringere Anpressdruck mit einer geringeren Dichtungswirkuiig verbunden ist, so ist dies doch insofern von Vorteil, als der Dichtungsdruck auf mehrere Dichtungselemente der Gesamtdichtung verteilt und hierdurch die Lebensdauer der Diohtung als Ganzes verlängert wird.Ein durchgehender maBBiver Diohtungsring bietet ferner konstruktive Vorteile, da er nicht so leicht bricht wie ein Segmentring und durch Druokuntersohiedd in umgekehrter Richtung nioht so schädlich beaneprucht wird wie Segmentringe. - ~ .

BAD U. ii-c:». α-Λ

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Die Dichtung nach der Erfindung ist je nach- dem Druck, gegen den abzudichten war, mit den verschiedensten Kombinationen der Dichtungsringe 60, 61 und Ringzusammensetzungen 62, 63 verwendet worden und hat dabei immer eine einwandfreie Abdichtung mit langer Lebensdauer der Gesamtdichtung ergeben.

Patentansprüche %

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Claims

Patentansprüche

D-

'. Dichtung für Hochdruckkompreesoren oder -pumpen mit einem ein Kurbelende und ein Kopfende aufweisenden, hin- und hergehenden Plungerkolben und mehreren den Plungekolben umgebenden Dichtungsgliedern, die jeweils mit einer inneren Öffnung zur axialen Führung des Plungerkolbens sowie mit einer den Plungerkolben umfassenden Dichtungsrinne versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einer der Diehtungsrinnen (64, 76) am Kopfende des Plungerkolbens (25) ein zusammenhängender massiver Dichtungsring (60) und in einer der Dichtungsrinnen (90, 106) an dem dem Kurbelende zugekehrten Ende der Dichtung (39) eine Ringzusammensetzung (63) aus einem mit radialen Flaehseiten versehenen Segmentring (111) mit mehreren durch radiale Fugen (114) voneinander getrennten Dichtungssegmenten (113) sowie aus einem dem Kurbelende der Dichtung zugewendeten, ebenfalls mit radialen Flaehseiten versehenen Segmentring (112) mit mehreren, sich in etwa tangential verlauf enden Fugen (120) berührenden Segmenten (119.) angeordnet sind, wobei die mit ihren inneren radialen Flaehseiten aneinander anliegenden Segmentringe (111, 112) Jeweils durch eine sie am Umfang umfassende, in sich geschlossene Feder (116, 128) zusammengehalten sind und mit den ununterbrochenen Flaehseiten ihrer Dichtungseegmente (113» 119) gegenseitig die Fugen (114t 120) zwischen den Dichtungeelementen überdecken und der zusammenhängende massive Dichtungsring (60) durch den Druck d-38 in die Diohtungerinne (90) gelangenden Druckmittels eine dreiaßheijge 2usammendrtiokung und durch diese eine Verringe-

BADORiGIfML

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rung seines Durchmessers erfahrt, die innerhalb der elastischen Grenzen des den massiven Dichtungsring "bildenden Werkstoffes direkt proportional zu dem Druck ist..
2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der massive Dichtungsring (60) an seiner einer radialen Flachseite mit Drosselnuten (72) versehen ist, die eine Verbindung zwischen der inneren und der äusseren Umfangsfläche des Dichtungsringes "bilden.
3. Dichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselnuten (72) an der dem Kurbelende zugewendeten Flachseite (70) des Dichtungsringes (60) angeordnet sind und die andere radiale Flachseite (69) des Dichtungsringes eben ausgebildet ist und abdichtend an einer der radialen Seitenflächen der Dichtungsrinnen (64-, 76) anliegt, so dass beim Saughub des Plungerkolbnjes (25) ein das Zurückströmen von Fluid vom Kurbelende zum Kopfende der Dichtung (39) hindernder Hemmring gebildet ist.
4· Dichtung nach einem oder mehreren der vorherghenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer im axialen Abstand von der einen Dichtungsrinne (64) bzw. 76) angeordneten, dieser benachbarten Dichtungsrinne (76 bzw. 64) ein zweiter zusammenhängender massiver Dichtungsring (61) angeordnet ist, der ebenfalls an seiner einen Flachseite mit eine Verbindung zwischen der inneren und äusseren Umfangsfläche des Ringes herstellender Drosselnuten (Ö2) versehen ist.

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5. Dichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselnuten (82) an der dem Kopfende zugewendeten Plachseite (S3) des zweiten Dichtungsringes (61) angeordnet sind und die andere Flachseite (84) dieses Ringes eben ausgebildet ist und an einer der radialen Seitenflächen der Diohtungsriime (64 bzw. 76) anliegt, so dass ein einfach wirkender Dichtungsring gebildet ist, der beim Druckhub des Plungerkolbens (25) gegen den Durchtritt von unter Druck stehendem Eluid vom Kopfende zum Kurbelende hin abdichtet.
6. Dichtung nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselnut-.en (82) des zweiten massiven Dichtungsringes (61) zum Herbeiführen, einer grösseren Drosselwirkung einen geringeren Durchlassquerschnitt als die Drosselnuten (72) des ersten Dichtungsringes (60) aufweisen.
7c Dichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Eckkante" des massiven Dichtungsringes (60) an der dem Kurbelende zugekehrten Seite mit einer Unterschneidung (73) versehen ist.
8, Dichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auch die innere Bokkante des zweiten massiven Dichtungsringes (61) an der dem Kurbelende zugekehrten Seite mit einer Unterschuß ichrag (86) versehen ist«
9. Dichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche

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1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Eekkanten des massiven Dichtungsringes (60) an jeder Seite des Ringes riit einer Uhterschneidung (73) versehen sind.
10. Dichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche

4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auch die inneren Eekkanten des zweiten massiven Dichtungsringes (61) an jeder Seite des Ringes mit einer Unterschneidung (86) versehen sind.
11. Dichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dasa ausser der ersten Ringzusammensetzung (63) am Kurbelende der Dichtung noch mehrere gleichartige Ringzusammensetzungen (63) jeweils in einer Dichtungsrinne (106) für sich im axialen Abstand voneinander angeordnet sind.
12. Dichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche

4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zwischen der Dichtungsrinne (64 bzw. 76) für den ersten massiven Dichtungsring (60) oder der Dichtungsrinne (76 "bzw. 64) für flen zweiten massiven Dichtungsring (61) und der Dichtungsrinne (106) für die erste Ringzusammensetzung (63) angeordneten Diehtungsrinna (94) ©ine zweite Ringzusammensetzung (62) aus einem mit flaohseiten versehenen und durch eine in. sich geschlossene Feder (99) zusammengehaltenen 3egmentring (94) mit mehreren duroh radiale Fugen (96) voneinander getrennten Biöfetimgssegmenten (95) sowie aus einem ebenfalls mit flachseiten versehenen zusammenhängenden massiven Dichtungsring (102) auf

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der dem Kur "beiende zugewendeten Seite des Segmentringes (94) angeordnet ist und der Segmentring (94) sowie der massive Dichtungsring (102) mit ihren 3?lachseiten abdichtend aneinander anliegen.
13. Dichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass anschliessend an die Zweite Eingzusammensetzung (62) im axialen Abstand von dieser noch mindestens eine weitere Ringzusammensetzung (62) in einer Dichtungsrinne (90) angeordnet ist.
14. Dichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Dichtungsrinne (64, 76, 90, 106) mit einer radial verlaufenden Seitenfläche (69»79 j 92, 109) und einer mit dieser über e^ne Ausrundung (68, SO, 93» 110) verbundenen zylindrischen Grundfläche (65, 78, 91» 10b)versehen ist und auf der dem Kurbelende zugewendeten Seite durch die flache Seitenfläche (41L> 431» 44L, 46L) Dichtungsscheibe (41» 43, 44, 46) begrenzt ist, wobei der geweilige Dichtungsring (60, 61, 94, 113) ati der der Ausrundung zugewendeten äusseren Umfangskante eine Abschrägung (71, 85, 98, 115) aufweist.

Der Patentanwalt

IAD

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