DE1923295A1 - Piston compressor with piston working essentially without contact in the cylinder - Google Patents

Description

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur/SchweizSulzer Brothers Aktiengesellschaft, Winterthur / Switzerland

Kolbenkompressor mit im wesentlichen berührungsfrei im ZylinderPiston compressor with essentially contact-free in the cylinder

arbeitendem Kolbenworking piston

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolbenkompressor mit im wesentlichen berührungsfrei im Zylinder arbeitendem Kolben. Bei Kompressoren dieser Art wird die Berührungsfreiheit durch die sogenannte Gaslagerung erzielt, die darin besteht, dass bei einseitig stehendem Kolben die in den unterschiedlich breiten Spalten zwischen Kolben und Zylinder wirkenden unterschiedlichen Gasdrücke den Kolben selbsttätig in seine Mittenlage bringen. Bei solchen Kompressoren können Betriebszustände auftreten, bei denen die Gaslagerung unwirksam ist, z.B. beim Anfahren infolge noch fehlenden Gasdruckes oder im Dsuerbetrieb bei einseitiger Erwärmung der Kolbenstange.The invention relates to a piston compressor with essentially piston working without contact in the cylinder. With compressors of this type, the freedom from contact is ensured by the So-called gas storage achieved, which consists in the fact that when the piston is on one side, the gaps of different widths Different gas pressures acting between piston and cylinder automatically bring the piston into its central position. In such Compressors can occur in operating states in which the gas storage is ineffective, e.g. when starting up due to missing Gas pressure or in Dsuerbetrieb with one-sided heating of the piston rod.

Um in solchen Fällen ein Berühren des Kolbens am Zylinder zu vermeiden, wodurch die Labyrinthdichtungen am Kolben beschädigt werden können, ist erfindungsgemäss der Kolben mit mindestens einem diesen bei aussergewöhnlichen Betriebszuständen am Zylinder führenden, geschlitzten _f dünnwandigen Ring versehen, der auf seinem äusseren Umfang mehrere, die beiden Stirnseiten des Ringes verbindende Nuten aufweist. Durch den erfindungsgemässen Führungsring wird auf einfache Weise vermieden, dass Kolben und Zylinder bei aussergewöhnlichen Betriebszuständen der erwähnten Art Schaden nehmen.In order to avoid in such cases, a touch of the piston to the cylinder, can be damaged whereby the labyrinth seals on the piston is provided according to the invention, the piston having at least one these abnormal operating conditions at the cylinder leading slotted _f thin-walled ring comprising a plurality of on its outer circumference, has the two end faces of the ring connecting grooves. The guide ring according to the invention prevents the piston and cylinder from being damaged in exceptional operating conditions of the type mentioned in a simple manner.

009882/0808009882/0808

In der folgenden Beschreibung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen :In the following description, exemplary embodiments of the invention are explained with reference to the drawing. Show it :

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen vertikalen Schnitt durch einen einstufigen Kompressor mit einfach wirkendem Kolben,Fig. 1 is a schematic representation of a vertical section through a single-stage compressor with a single-acting Pistons,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Kolben in grösserem Hassstab,2 shows a section through the piston in a larger hatred rod,

Fig. 3 eine Ansicht eines Führungsringes,3 is a view of a guide ring,

Fig. 4 eine zugehörige Draufsicht undFig. 4 is a corresponding plan view and

Fig. 5 einen Schnitt durch einen doppelt-wirkenden Kolben.5 shows a section through a double-acting piston.

Gemäss Fig. 1 enthält ein Kompressorgehäuse 1 einen Kurbeltrieb 2, der über eine Pleuelstange 4, einen Kreuzkopf 5 und eine Kolbenstange 6 einen Kolben 7 antreibt. Die Kolbenstange ist ausser in der Führung für den Kreuzkopf 5 in einer Geradführung geführt, oberhalb der sich eine Kolbenstangenstopfbüchse 9 befindet. Diese Stopfbüchse kann z.B. aus mehreren Labyrinth-Graphitringen bestehen. Der Kolben 7 bewegt sich berührungsfrei in einem Zylinder 10. Oberhalb des Kolbens 7 befindet sich der Kompressionsraum 11, an den über ein Saugventil 12 eine Saugleitung 13 sowie über ein Druckventil 14 eine Druckleitung 15 angeschlossen ist.According to Fig. 1, a compressor housing 1 includes a crank drive 2, which via a connecting rod 4, a cross head 5 and a Piston rod 6 drives a piston 7. The piston rod is in a straight line guide except in the guide for the cross head 5 out, above which a piston rod gland 9 is located. This stuffing box can, for example, consist of several labyrinth graphite rings exist. The piston 7 moves without contact in a cylinder 10. Above the piston 7 is the Compression chamber 11 to which a suction line is connected via a suction valve 12 13 and a pressure line 15 is connected via a pressure valve 14.

Gemäss Fig. 2 weist der Kolben 7 eine Anzahl geschlitzter Dichtungsringe 20 auf, die an ihrem äusseren Umfang mit Labyrinthen versehen sind. Die Labyrinthdichtungsringe 20 wechseln mit Ringen 21 ab, die auf einer den Kolben 7 umgebenden Hülse 22 angeordnet sind und die mit Ring-.schul.tern über die Labyrinthdich-According to FIG. 2, the piston 7 has a number of slotted sealing rings 20, which are provided with labyrinths on their outer circumference. The labyrinth sealing rings 20 alternate with rings 21, which are arranged on a sleeve 22 surrounding the piston 7 and which are connected with the ring .schul.tern over the labyrinth seal.

009882/0808009882/0808

tungsringe greifen und damit den Aussendurchmesser der Labyrinthdichtungsringe 20 bestimmen. An ihrem unteren Ende trägt die Hülse 22 einen konischen Ring 23, der im Betrieb des Kompressors in bekannter Weise zum aerodynamischen Zentrieren des Kolbens dient.and thus the outside diameter of the labyrinth sealing rings 20 determine. At its lower end, the sleeve 22 carries a conical ring 23, which when the compressor is in operation is used in a known manner for aerodynamic centering of the piston.

Nahe dem oberen Ende des Kolbens 7 ist erfindungsgemäss ein geschlitzter Ring 25 vorgesehen, der - wie Fig. 3 und 4 zeigen auf seinem äusseren Umfang mehrere axiale Nuten 26 aufveist, die die beiden Stirnseiten des Ringes miteinander verbinden. An seinem in Fig. 2 unteren Ende ist der Ring verdickt ausgebildet. Diese Verdickung 27 bildet eine Schulter, die aus Gründen der Wärmedehnung in axialer Richtung möglichst kurz ist und über die der Ring mit Hilfe einer Hülse 28 und einer Mutter 29 auf dem Kolben 7 axial gehalten wird. Ausser den Nuten 26 weist der Ring 25 Löcher 30 auf, die sich vom Nutengrund aus in radialer Richtung erstrecken und die dem Druckausgleich zwischen Innen- und Aussenseite des Ringes 25 dienen. Der Ring besteht aus einem Werkstoff, der gute Trockenlaufeigenschaften aufweist, z.B. aus Tetrafluorathylen, gegebenenfalls noch mit Graphit- oder ande-According to the invention, a slotted one is located near the upper end of the piston 7 Ring 25 is provided, which - as shown in FIGS. 3 and 4 show several axial grooves 26 on its outer circumference, which connect the two faces of the ring to one another. At its lower end in FIG. 2, the ring is thickened. This thickening 27 forms a shoulder which, for reasons of thermal expansion, is as short as possible in the axial direction and over the the ring is held axially on the piston 7 with the aid of a sleeve 28 and a nut 29. In addition to the grooves 26, the ring 25 holes 30, which extend from the bottom of the groove in the radial direction and the pressure equalization between the inner and Outside of the ring 25 are used. The ring is made of a material that has good dry running properties, e.g. Tetrafluoroethylene, optionally with graphite or other

'tr'tr

ren Einschlüssen. Aus Gründen der Wärmedehnung ist es wichtig, dass die Wanddicke S des Ringes 25 im Verhältnis zu seinem Durchmesser D so dünn wie möglich gemacht wird.ren inclusions. For reasons of thermal expansion, it is important that the wall thickness S of the ring 25 in relation to his Diameter D is made as thin as possible.

Beim Anfahren des Kompressors besteht die Möglichkeit, dass der Kolben 7 noch nicht berührungsfrei im Zylinder 10 arbeitet, weil . der vom Kompressionsraum 11 her wirkende Gasdruck noch nicht genügt für die selbsttätige Zentrierung des Kolbens, die mit HilfeWhen the compressor starts up, there is the possibility that the piston 7 is not yet working without contact in the cylinder 10 because . the gas pressure acting from the compression chamber 11 is not yet sufficient for the automatic centering of the piston, which with the help of

009882/0808009882/0808

des konischen Ringes 23 erfolgt. Für diesen Fall ist zur Führung des Kolbens der Ring 25 vorgesehen, der keine Dichtfunktion hat. Es findet nämlich über die axialen Nuten 26 stets ein Ausgleich der Drücke oberhalb und unterhalb des Ringes 25 statt. Die Dichtfunktion fällt den Labyrinthringen 20 zu. Da der Ring 25 geschlitzt ist, tritt praktisch keine radiale Dehnung des Ringes durch Erwärmung auf. Im Normalbetrieb des Kompressors besteht keine Berührung zwischen dem Zylinder 10 und dem Ring 25. Ein aussergewöhnlicher Betriebszustand, bei dem der Ring 25 eine FUhrungsfunktion übernimmt, kann ausser beim Anfahren auch im Dauerbetrieb dann auftreten, z.B. wenn sich die Kolbenstange einseitig erwärmt. In diesem Fall kann eine Auslenkung des Kolbens aus seiner Achse auftreten. Wird diese Auslenkung durch die selbsttätige Zentrierung nicht ausgeglichen, so legt sich der Ring 25 an die Zylinderwand an und verhindert so eine Beschädigung des Kolbens.of the conical ring 23 takes place. In this case, take a guide of the piston, the ring 25 is provided, which has no sealing function. This is because there is always compensation via the axial grooves 26 the pressures above and below the ring 25 instead. The sealing function falls to the labyrinth rings 20. Because the ring 25 is slotted is, there is practically no radial expansion of the ring due to heating. Exists during normal operation of the compressor no contact between the cylinder 10 and the ring 25. An exceptional operating condition in which the ring 25 has a Assumes a guiding function, can also occur in continuous operation except when starting up, e.g. when the piston rod is moving heated on one side. In this case, the piston can deflect from its axis. This deflection is caused by the automatic centering is not balanced, the ring 25 rests against the cylinder wall and thus prevents damage of the piston.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist der erfindungsgemässe Ring 25 in der Kolbenmitte zwischen je zwei Labyrinthdichtungsringen 20 angeordnet. Da es sich hier um einen doppeltwirkenden Kolben handelt, ist dieser an beiden Enden mit konischen Zentrierringen 23' versehen. Die Gestaltung des Ringes ist gleich der in Fig. 3 und 4 gezeigten.In the embodiment of FIG. 5, the inventive Ring 25 arranged in the middle of the piston between two labyrinth sealing rings 20. Since this is a double-acting Piston is, it is provided with conical centering rings 23 'at both ends. The design of the ring is the same as that shown in Figs.

Anstelle der aerodynamischen Zentrierung des Kolbens mit Hilfe des konischen Ringes 23 ist es auch möglich, andere bekannte Mittel zum Zentrieren des Kolbens mittels des komprimierten Gases zu verwenden.Instead of the aerodynamic centering of the piston with the aid of the conical ring 23, it is also possible to use other known ones To use means for centering the piston by means of the compressed gas.

009882/0808009882/0808

Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung von Kolben mit Labyrinthdichtungsringen beschränkt; sie ist auch anwendbar bei Kolbenkompressoren, deren Kolben selbst als Labyrinthkolben ausgebildet sind, bei denen also die Labyrinthe in die Kolbenwand eingearbeitet sind.The invention does not apply to pistons with labyrinth sealing rings limited; it can also be used in reciprocating compressors whose pistons themselves are labyrinth pistons are formed, so in which the labyrinths are incorporated into the piston wall.

009882/0808009882/0808

Claims (4)

PatentansprücheClaims 1.) Kolbenkompressor mit im wesentlichen berührungsfrei im Zylinder arbeitendem Kolben, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben mit mindestens einem diesen bei aussergewöhnlichen Betriebszuständen am Zylinder führenden, geschlitzten^ dünnwandigen Ring versehen ist, der auf seinem äusseren Umfang mehrere, die beiden Stirnseiten des Ringes verbindende Nuten aufweist.1.) Piston compressor with essentially contact-free in the cylinder working piston, characterized in that the piston with at least one of these in exceptional operating conditions provided on the cylinder leading, slotted ^ thin-walled ring is, which has several, the two end faces of the ring connecting grooves on its outer circumference. 2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring mit in den Nuten angebrachten Löchern versehen ist.2. Compressor according to claim 1, characterized in that the Ring is provided with holes made in the grooves. 3. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring aus Trockenlaufeigenschaften aufweisendem Werkstoff besteht .3. Compressor according to claim 1, characterized in that the ring consists of material having dry running properties . 4. Kompressor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring aus Tetrafluoräthylen (Warenzeichen Teflon) besteht.4. Compressor according to claim 3, characterized in that the ring is made of tetrafluoroethylene (trademark Teflon). 00980 2/080800980 2/0808 LeerseiteBlank page