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Kolbenkompressor Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolbenkompressor
mit einem fliegend gelagerten Labyrinthkolben und eine im Zylinderboden angeordnete
Kolbenstangenstopfbüchse.
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Bei einem bekannten Kompressor dieser Art werden die durch die Krolbenstangenstopfbüchse
tretenden Leckgase nach außen geleitet; die Maschine ist unterhalb der Stopfbüchse
offen und mit der Umgebung verhunden, oben-falls steht der Kulibelraum, mit der
Umgebung -in Ver#bin#d#ung und unter gleichem Druck wie diese.
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Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß zwischen die Kolbenstangenstopfbüchse
und den an sich bekannten gasdichten Kurbelraum ein nach außen gasdicht abgeschlossener
Raum geschaltet ist. Der den Zylinder, den Kolben und die Kolbenstangenstopfbüchse
enthaltende u#ngeschmierte Maschinenteil bleibt dann durch den nach außen gasdichten
Raum von dem den Kurbelraum enthaltenden geschmierten Maschinenteil getrennt. Der
-zwischenibei(deMaschinenteile geschaltete kaum wirkt als Schmiermittelabscheidraum,
wenn das im Kurbelraum enthaltene Schmiermittel-Fördergas-Gemisch beim Anfahren
auf Grund von Drucksenkung durch die Kolbenbewegung in Richtung auf den Zylinder
strömt. Die Abscheidwirkung des Raumes ist durch niedrige Strömungsgeschwindigkeit
des Gemisches auf Grund der Drosselwirkung der Stopfbüchse gewährleistet; bei dieser
geringen Geschwindigkeit vermag sich das Schmiermittel infolge der Schwerkraft in
dem Raum abzuscheiden, so,daß es wieder in den Kurbelraum zurückgeleitet werden
kann. Zugleich werden bei dem erfindungsgemäßen Kompressor die Leckgase der Kolbenstangenstopfbüchse
im Förderkreis gehalten, wie es z. B. bei Verwendung der Maschine in Verbindung
mit Kälteanlagen erforderlich ist, bei denen keinesfalls Kältemittel, z. B. Ammoniak,
in die Umgebung austreten darf. Aber auch bei Förder-ung von Giftgasen, etwa Kohlenmonoxyd
(C 0) dürfen keine Leckgase in die Umgebung treten; auch hier ist der Kompressor
von Vorteil. Er eignet sich überall da, wo einerseits die Kolbenstangenleckgase
im Förderkreis gehalten werden müssen und andererseits das Schmiermittel des Kurbelraumes
bei Mischung mit den Leck-gasen wieder von diesen trennbar ist und nicht etwa mit
ihnen eine chemische Verbindung eingeht, die sich durch Schwerkraftabscheidung n-icht
mehr trennen läßt, wo sich also Fördergas und Schmiermittel miteinander »vertragen<c.
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Bei einer Ausführungsform steht der Raum mit dem Ktirbelra-um über
eine Bohrung in Verbindung. Ein Beispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung
vereinfacht dargestellt. Der doppeltwirkende stehende Kompressor weist ein Gestell
1 und einen Zylinder 2 auf.- Das Gestell enthält in üblicher Weise einen
Kurbelraum 17 und eine Kreuzkopfführung 3. Die Kurbelwelle 4 liegt
in den Lagern 5 und 6
und trägt auf ihrer Verlängerung, außerhalb des
Gestells, ein Schwungrad 7. jeder Zylinderseite ist ein Saugventil
8 und ein Druckventil 9 zugeordnet, wobei die Saugventilemit dem Satigraum
10 unddie Druckventile mit dem Druckraum 11 in Verbindung stehen.
Die Räume 12 des Zylinders sind z. B. zur Abführung der bei der Verdichtung entstehenden
Wärme von einem Kühlmittel durchflossen. Der Kolben 13 sitzt fliegend auf
der Kolbenstange 14 und ist an seinem Umfang mit Labyrinthnuten versehen. Sein Durchmesser
ist um ein geringes Maß kleiner alsder Durchmesser des Zylinders. Auch die Zylinderinnenseite
besitzt feine Labyrinthnuten. Im Betrieb ist der Kolben durch die Kolbenstange so
geführt, daß er mit der Zylinderwand nicht in Berührung kommt. Die Ab-
dichtung
der beiden Zylinderräume gegeneinander erfolgt ausschließlich durch die Labyrinthnuten.
Zur Abdichtung der Kolbenstangendurchführung aus der unteren Zylinderseite dienen
drei reiner Stopfbüchse entsprechende, als Drosselstelle wirken-de Labyrinthbüchsen
15, welche in radialer Richtung leicht verschiebbar eingebaut sind. Zweckmäßig
sind diese Labyrinthringe aus Graphit hergestellt. Sie besitzen im Durchmesser minimales
Spiel gegenüber der Kolbenstange. Die Kolbenstange ist somit seitlich frei durch
den Boden des Zylinders hindurchgeführt.
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Zwischen der Stopfbüchse 15 und dem Kurbelraum 17 ist
ein nach außen gasdichter Raum 16 angeordnet, der durch eine Wand
18 von dem gasdichten Kurbelraum 17 abgetrennt ist und als Schwerkraftabscheider
für das Öl-- des Krurbelraumes 17 wirkt, welches bei Drucksenkung im Zylinder,
z. B. beim Anfahren, im
Gestell 1 zusammen mit dem dort befindlichen,
während des Betriebs durch die Stopfbüchse 15 nach unten getretenen Leckgas
aufwärts steigt. Die Aufwärtsgeschwindigkeit des Gemisches in dem Raum
16 ist auf Grund der Drosselwirkung der Stopfbüchse 15 ausreichend
gering, Durch die Wand 18 ist!eine Geradführung 19 gehalten, in welcher
die Kolbenstange praktisch ohne Spiel läuft. Die Schmierung (der Führung
19 erfolgt durch Spritzöl aus dein Kreuzkopf 3. Unter Umständen kann
-der Raum 20 von einem Kühlmittel durchflossen werden"uni die Reibungswärme abführen
zu können. Über dem Geradführungslager sind außerdem federbelastete Ölabstreifringe
21 eingebaut, um das an der Stange 14 haftende 01 am Durchtritt aus dem Raum
17 in den Raum 16 zu hindern. Ein auf der Kolbenstange festgemachter
Schatzschirm 22 hindert außerdem den etwa noch nicht #ibgestreiften Ölrest-am weiteren
Hinaufkriechen an der Kolbenstange. Über dem Schutzschirm ist die Kolbenstange trocken,
so daß in den Arbeitsraum des Zylinders 2 praktisch kein Öl gelangen kann.
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Bei Stillstand des Kompressors, der z. B. in eine Kälfeänlag# eingeschaltet
sein mag, herrscht im -anzen Kompressorgehäuse, also auch in den Räumen
16,
17, ein gleich hoher Druck wie in der ganzen Anlage. Wird angefahren,
so sinkt der mittlere Druck im Zylinder auf Grund der Kolbenbewegung ab, und das
Fördermittel-01-Gemisch im kaum 17 gelangt allmählich durch die Führung
19 und gegebenenfalls die weiter unten beschriebene, in der Trtnnwan
d 18 befindliehe Verbindungsbohrung hindurch nach oben in den Raum
16 und weiter durch die Dichtung 15 in den Zvlinder. Im Raum
16 vermag sich dabei das 01 bei der geringen Aufwärtsgeschwindigkeit
der Dämpfe auf Grund der einwirkenden Schwerkraft abzuscheiden. Es entsteht dann
während des Dauerbetriebs in den Räumen 16, 17 ein mittlerer, zwischen Saug-
und Enddruck liegender, im wesentlichen konstanter Druck. Nach diesem Druckausgleich,
also während des Dauerbetriebs, strömt durch die Dichtung 15 hindurch praktisch
kein Gas mehr, weil sich die rasche, durch den hin- und hergehenden Kolben verursachte
Druckänderung im Zylinder auf Grund der Drosselwirkung der Dichtung 15 nicht
in den Raum 16 hinein fortzupflanzen vermag; in den Räumen 16, 17
bleibt daher während des Betriebs immerdasselbe Medium. Wird der Kompressor ausgeschaltet,
so stellt sich in den Räumen 16, 17 allmählich wieder der in ider ganzen
Anlage herrschende höhere Druck ein; es strörnen also eine Zeit lang' Gase vom Zylinder
durch die Stopfbüchse 15 in die Räume 16, 17 hinein, und zwar so lange,
bis der Druckbeiderseits der Dichtung 15 ausgeglichen ist.
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Im übrigen ist das Kompressorgehäuse 1 durch die folgenden
Maßnahmen nach außen gasdicht o)b,-eschlossen: Das eine Lagerschild 23 trägt
eine Zahnradpumpe 24, die durchden Raum 25 aus dem Sumpf 26 Öl ansaugt
und dasselbe z. B. durch Bohrungen 27
der Kurbelwelle 4, den Lagern
6, 5, dem Kreuzkopf 3
und dem im zweiten Lagerschild 28 befindlichen
Sperrraum 29 zuführt. Am Schluß dieses Ölweges befindet sich das Druckhalteventil
30, durch das der Oldrilck beispielsweise auf 3 bis 4 at gehalten
werden kann. Die Zu- und die Abführung des Öles erfolgen in dem bzw. aus dem obersten
Bereich des Sperraumes 29.
Auf der Welle befinden sich zwei Dichtungsringpaare
31 und 32, durch welche ein Austreten von Öl aus dem Sper#raum
nach dem Schwungrgd 7 und nach dem bei diesem Raum gelegenen Lager
5 verhindert wird. Der Sperraum ist somit nicht nur während des Betriebes,
sondern auch in Außerbetriebszeiten mit Öl angefüllt, so daß ein Entweichen
von Gas durch diese Ölvorlage auch im Stillstand nicht möglicht ist.
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Die Führung des Kolbens 13 ist durch die Kreuzkopfführung
3 und das Geradführungslager 19 gesichert. In diesen bei-den Lagern
muß die Kolbenstange genau geführt sein; die Lager müssen deshalb ein minimales
Spiel aufweisen. Wenn hierbei in den Lagern infolge der Reibung zuviel Wärme entsteht
so kann sie durch in den Räumen-20 und 33 strömendes Kühlmittel abgeführt
werden. Durch eine kleine Verbindungsbohrung in der Trennwand 18 kann der
kaum 16 mit dem, Raum 17 'verbünden sein, um jeweils im Raum
16 sich ansammelndes ÖI'abführen zu können und um gleichen Druck,» in dien
beiden Räumen herzustellen, so daß im wesentlichen kein Gas durch die Führung
19 strömt, -das -dort etwa Öl mitnehmen könnte. Auch
-der ofb#re Teil des Kurbelraumes 17 kann durch besondere Kanäle mit dem
untersten Teil des Kurbelraumes in Verbindung st#heii, um das in ihm in größerer
Menge aufgefangene Öl leichter abführen zu können. Diese Kanäle führen dann
zweckmäßig querdurchden Raum 33.
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Es ist auch möglich, den K ompressor einf.Ich wirkend auszubilden.
Bei bestimmten Voraussetzungen ist es auch angängig, -den Sohutzschitrn 22 wegzulassen.
Die Höhe des Raumes 16 kann (dann gegebenenfalls vermindert und ida#rnit
der Koliben 13 den beiden Geradführungslagern genähert werden. Werden Gase
von sehr geringer Temperatur verdichtet, so ist eine Kühlung des Zylinders nicht
notwendige Die Räume 12 dienen %dann zur Wärmeisolierung des ZyJinders. Der Baustoff
des Zylinders, des Kolbens und der Kolbenstange hat sich in erster Linie nach den
Eigenschaften der zu komprimlerenden Gase zu richten. Bei der Bearbeitung der Kolbenstange
ist besonders darauf zu achten, daß sie eine möglichst glatte, porenfreie Oberfläche
besitzt, um eine einwandfreie Arbeitsweise der Teile 15 und 21 zu -erzielen.
In vielen Fällen wird als Baustoff für die Kolbenstangen nitrierter Stahl mit Vorteil
gewählt. Ein Kompressor nach der Erfindung kann aufrecht oder,schief stehen. Selbstverständlich
können auch mehrkurblige Kompressoren mit V- oder W-förmiger Anordnung von mehreren
Zylindern im Sinne der Erfindung ausgebildet werden.