DE1192777B - Hochdruckkolbenkompressor - Google Patents

Description

• Hochdruckkolbenkompressor Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochdruckkolbenkompressor, insbesondere mittels hydraulischen Treibkolbens angetriebenen Kolbenkompressor, für höchste Gasdrücke, beispielsweise solche von über 1500 kg/cm2, dessen im Zylinderkopf untergebrachtes Ventilgehäuse ein im Bereich der Längsachse des Kompressorkolbens gelegenes Auslaßventil und dieses konzentrisch umgebendes Einlaßventil enthält.
• Bei Hochdruckkolbenkompressoren, welche mit Gasdrücken über 1500 kg/cm2 und verhältnismäßig großen Abmessungen arbeiten, ergeben sich Schwierigkeiten mit dem Gehäusematerial, insbesondere am Ventilgehäuse beim Anfahren des Kompressors. Wegen des vorhandenen kleinen Kolbenspiels treten beim Anfahren des Kompressors örtliche Erwärmungen auf, die das ohnehin schon hochbeanspruchte Material zusätzlich belasten und zu Spannungsrissen führen. Hinzu kommt die kühlende Wirkung des durch das Ansaugventil einströmenden kalten Gases und die erwärmende Wirkung des durch das Auslaßventil ausströmenden komprimierten und daher erwärmten Gases, wodurch im Ventilgehäuse zusätzliche Beanspruchungen auftreten.
• Diese Schwierigkeiten werden erfmdungsgemäß dadurch vermieden, daß das Einlaßventil in an sich bekannter Weise aus mehreren kranzförmig angeordneten Einzelventilen besteht und daß das Ventilgehäuse von einem Ringkanal für die Zuführung eines Heizmediums zur Anwärmung des Ventilgehäuses vor Inbetriebnahme des Hochdruckkompressors umgeben ist. Unter Berücksichtigung der hohen Betriebsdrücke sind mehrere eingeschliffene Kegelventile besser geeignet als eine große Ringplatte. Gleiches gilt für das Ventilgehäuse und seine Befestigung. Für beide ist die Belastung kleiner, weil sich konstruktiv günstigere Formen ergeben. Infolge der Vorwärmung des Ventilgehäuses vor Inbetriebnahme des Kompressors werden die Schwierigkeiten beim Anfahren des Kompressors vermieden. Thermisch verursachte zusätzliche Spannungen im Ventilgehäuse werden durch die gleichförmigen Temperaturänderungen über den gesamten Querschnitt des Ventilgehäuses weitestgehend vermieden. Der Schadraum spielt bei den hohen Druckstufen der Kompressoranlage keine Rolle, weil das Gas keine wesentliche Kompression mehr ergibt und sich ähnlich einer Flüssigkeit verhält.
• Zweckmäßig wird der dem Vorwärmen des Ventilgehäuses dienende Ringkanal über einen im aus Schrumpfringen zusammengesetzten Mantel des Hochdruckzylinders angeordneten Verbindungskanal mit die Packungsringe umschließenden Ring- und Verbindungskanälen und deren Zuführungskanal verbunden.
• Nach einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung sind in den Flüssigkeitskreislauf, welcher von einem Sammelbehälter über eine Pumpe zu den Kanälen und zurück zum Sammelbehälter geführt ist, zwischen Pumpe und Zuführungskanal in Parallelanordnung ein Heizbehälter und ein Kühler eingefügt, so daß die Flüssigkeit vor Inbetriebnahme des Hochdruckkolbenkompressors durch den Heizbehälter und während des Betriebes durch den Kühler geschickt wird. Dadurch wird während des Betriebes nicht nur eine Kühlung schlechthin erreicht, sondern es ergibt sich im Bereich des besonders gefährdeten Ventilgehäuses ein gleichmäßiges konzentrisches Abströmen der Reibungs- und Kompressionswärme, weil die höchste Temperatur, welche am zentral gelegenen Auslaßventil eintritt, zunächst eine gewisse Temperaturminderung durch diejenigen Gase erfährt, welche durch die das Auslaßventil konzentrisch umgebenden Einlaßventile angesaugt werden. Ein zusätzlicher, allseitig gleichmäßiger radialer Wärmeabfluß wird schließlich durch den mit Kühlflüssigkeit beaufschlagten Ringkanal erreicht, welcher das Ventilgehäuse konzentrisch umgibt. Außerdem wird durch diese Anordnung und dadurch, daß es sich bei dem Ventilkörper um einen zylindrischen Körper handelt, absolute Symmetrie in den mechanischen Beanspruchungen durch die sehr hohen pulsierenden Gasdrücke erzielt. In der Mitte liegt die Zone höchster Beanspruchung, die sich aber nur auf den sehr kleinen Durchmesser der Leitung vor dem Druckventil beschränkt. Die Herstellung des höchsten mechanischen und thermischen Beanspruchungen ausgesetzten Teiles ist wegen seiner verhältnismäßig geringen Abmessungen einfach und billig. Die umgebenden äußeren Teile der Konstruktion werden lediglich durch den ruhenden, verhältnismäßig geringen Druck der Saugleitung beansprucht. Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
• In der Zeichnung ist ein axialer Längsschnitt durch die eine Seite eines durch einen hydraulischen Treibkolben angetriebenen Hochdruckkompressors dargestellt. Der Treibkolben kann auch auf der nicht gezeichneten Seite mit einem Hochdruckkolben verbunden sein.
• Im hydraulischen Treibzylinder 1 läuft der hydraulische Treibkolben 2, an den sich der Mantel des Kompressorzylinders 3 anschließt, dessen rückwärtiges Ende zugleich den Deckel des Treibzylinders 1 bildet. Mit 4 sind Packungsringe bezeichnet, von denen ein jeder eine Hochdruckpackung 5 in Gestalt eines selbständigen Packungsringes enthält. Der Kompressorkolben ist mit 6 bezeichnet. Sein Zylinderkopf 7 enthält das Ventilgehäuse 8, das durch einen Deckel 9 abgeschlossen ist. In der Achsenmitte des Ventilgehäuses 8 befindet sich das Auslaß- oder Druckventil 10, welches von einer Anzahl kranzförmig angeordneter Einlaßventile 11 umgeben ist, die einen gewissen axialen Versatz gegenüber dem Auslaßventil aufweisen können. Mittels der Ansaugleitung 12 werden die zu verdichtenden Gase in den Ringkanal 13 und von hier aus mittels schräger Kanäle 14 zu den Einlaßventilen 11 geleitet. Die Abführung der komprimierten Gase erfolgt über das Auslaßventil 10 und die Druckleitung 15, die mittels des Flansches 16 am Deckel 9 befestigt ist.
• Aus dem Sammelbehälter 17 wird über die Ansaugeleitung 18 mittels der Förderpumpe 19 die wärmeaustauschende Flüssigkeit entnommen und wahlweise über eines der geöffneten Ventile 20 oder 21 entweder dem Heizbehälter 22 oder dem Kühler 23 zugeführt und von hier aus über die Leitung 24 in den radialen Kanal 25 eingespeist. Die wechselweise Umschaltung der beiden Ventile 20 und 21 kann über den Thermostaten 33 erfolgen, der sich in der Abflußleitung 32 befindet. Mit 26 sind Ringkanäle bezeichnet, die an einem oder an mehreren über den Umfang verteilten Stellen durch axiale Kanäle 27 untereinander verbunden sind. Ein oder mehrere axiale Kanäle 28 stellen die weitere Verbindung zu dem Ringkanal 29 her, welcher das Ventilgehäuse umgibt. Eine Abzweigung 30 des Ringkanals 29 kann den Einlaufkanal der durch die Leitung 12 angesaugten, zu komprimierenden Luft umgeben. Die wärmeaustauschende Flüssigkeit gelangt über den Auslaßkanal 31 und die Rückführungsleitung 32 zum Sammelbehälter 17 zurück.
• Mit der beschriebenen Einrichtung kann man vor der Inbetriebnahme des Kompressors den Kompressorzylinder sowie das Ventilgehäuse mit Hilfe der im Heizbehälter 22 erwärmten Flüssigkeit auf Betriebstemperatur bringen, während im normalen Betrieb nach dem Umschalten der Ventile 20 und 21 gekühlte Flüssigkeit durch dieselben Kanäle geschickt wird. Dabei ist es von wesentlicher Bedeutung, daß im Bereich des Ventilkopfes die jeweils gewünschten Wärmeflüsse konzentrisch von außen nach innen oder von innen nach außen gehen, wodurch zusätzliche Temperaturspannungen wegen Unsymmetrie der Wärmeflüsse weitestgehend vermieden werden. Durch die Erfindung wird auch vermieden, daß die Hochdruckpackungen, deren Spiel gegenüber dem Hochdruckkolben für die Betriebstemperatur berechnet ist, beim Anfahren infolge eines fehlerhaften Spiels vorzeitig zerstört werden.
• Die dem Sammelbehälter entnommene und wahlweise als Heizmedium oder als Kühlmedium dienende Flüssigkeit kann dieselbe sein, die zur Betätigung des hydraulischen Treibkolbens des Kompressors dient. Das Treib- und wärmeaustauschende Medium kann in seiner stofflichen Beschaffenheit mit dem Schmiermittel für die Kompressorkolben identisch sein.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Hochdruckkolbenkompressor, insbesondere mittels hydraulischen Treibkolbens angetriebener Kolbenkompressor, für höchste Gasdrücke, beispielsweise solche von über 1500 kg/cm2, dessen im Zylinderkopf untergebrachtes Ventilgehäuse ein im Bereich der Längsachse des Kompressorkolbens gelegenes Auslaßventil und dieses konzentrisch umgebendes Einlaßventil enthält, d a -durch gekennzeichnet, daß das Einlaßventil in an sich bekannter Weise aus mehreren kranzförmig angeordneten Einzelventilen (11) besteht und daß das Ventilgehäuse (8) von einem Ringkanal (29) für die Zuführung eines Heizmediums zur Anwärmung des Ventilgehäuses vor Inbetriebnahme des Hochdruckkompressors umgeben ist.
2. 2. Hochdruckkolbenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Vorwärmen des Ventilgehäuses (8) dienende Ringkanal (29) über im aus Schrumpfringen (3 a, 3 b, 3 c) zusammengesetzten Mantel (3) des Hochdruckzylinders angeordnete Verbindungskanäle (28) mit die Packungsringe (4) umschließenden Ring- und Verbindungskanälen (26, 27) und deren Zuführungskanal (25) verbunden ist.
3. 3. Hochdruckkolbenkompressor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Flüssigkeitskreislauf, welcher von einem Sammelbehälter (17) über eine Förderpumpe (19) zu den Kanälen (25 bis 31) und zurück zum Sammelbehälter (17) geführt ist, zwischen Pumpe (19) und Zuführungskanal (25) in Parallelanordnung ein Heizbehälter (22) und ein Kühler (23) eingefügt sind. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 889108.