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Stopfbüchsenanor dnung für die Kolbenstan-e von Trockenlanfverdichter
Die Erfindung bezieht sich auf eine Stopfbüchsenünordnung für Trockendaufverdichter.
Darunter sind solche Verdichter zu verstehen, bei denen sich gegeneinander bewegende
Teile, die unmittelbar mit dem Fördermittel in Berührung kommen, wie z. B. Kolben
und Zylinder oder Kolbenstange und Stopfbüchse, nicht besonders geschmiert werden.
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Es ist bekannt, an Trockenlauf-Kolbenverdichtern, deren Kolben mit
selbstschmierenden, dem Verschleiß unterworfenen Trag- und Kolbenringen ausaerüste.t
sind, die Stopfbüchse für die Durchführung der Kolbenstange durch den Zylinderboden
als sogenannte Federpackung aus geteilten Ringen 'herzustellen, die mit Federn auf
die Kolbenstange aufgepreßt werden. Diese Ringe sind in der Regel aus dem gleichen
Werkstoff hergestellt wie die Trag- und Kolbenringe und werden daher ebenfalls nicht
geschmiert.
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Bei Trockenlauf-Kolbenverdichtern, deren Kolben berührungsfrei im
Zylinder laufen und zur Abdichtuma mit Labyrinthen versehen sind, verwendet man
für die Abdichtung der Kolbenstange in der Regel -analog zur Kolbenbauart - eine
berührungsfreie Labyrinth.stopfbüchse.
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Diese beiden bekannten Stopfbüchsenbauarten haben, wie bei allen trockenlaufenden
Stopfbüchsen, die Eigenschaft, daß sie nicht völlig abdichten, so daß ständig ein,
wenn auch geringer Teil des Fördermittels verlorengeht. Sind die Verdichter in einem
Produktionsprozeß, be'ispiel'sweise in der chemischen Industrie oder bei der Gaszerlegung,
eingesetzt, so können diese Leckmengen in Kauf genommen werden. Handelt es sich
dagegen um giftige oder besonders kostbare Gase und Dämpfe, so dürfen in keinem
Fall an der Stopfbüchse Leckverluste eintreten.
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Beispielsweise würde in einer Kälte.anla#ge, in der immer nur eine
begrenzte KältemitteIrnen@ge umläuft, die nicht laufend ergänzt wird, bei Verwendung
einer Stopfbüchse der zuvor beschriebenen, Bauarten sehr bald Kältemittelmangel
eintreten, wodurch der Betrieb auf die Dauer zum Erliegen käme. Eine laufende Ergänzung
des Kältemittels aber bedeutet indiskutabel hohe Betriebskosten.
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Man kann ferner einer trockenlaufenden Stopfbüchse ein neutrales Sperrgas
zuführen, welches den Austritt des Fördermittels in die Atmosphäre verhindert. Dabei
läßt sieh allerdings nicht vermeiden, daß auch geringe Mengen des Sperrgases in
das Fördermittel übertreten. In manchen Fällen können im Fördermittel Spuren von
Fremdgas in Kauf genommen werden. Dagegen würde beispielsweise in einer Kälteanlage
die laufende Zufuhr eines Fremdgases sehr bald eine Wärmeübertragung empfindlich
stören und ihre Leistung stark herabsetzen.
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Es ist ferner bekannt, die Stopfbüchse durch einen Faltenbalg zu ersetzen,
dessen eines Ende an der Welle und dessen anderes Ende am Gehäuse befestigt ist.
Dieses Bauelement kann bei geringen Druckdifferenzen zwischen Fördermittel und Atmosphäre
elastisch genug gestaltet werden, so daß bei einer genügend großen Dauerfestigkeit
möglicherweise eine hinreichend lange Lebensdauer erzielt wird. Außerdem macht das
Antriebselement, welches der Faltenbalg abdichtet, nur eine Taumel- oder Pendelbewegung,
so daß der Faltenbalg nur geringe Uänge.nänderungen und somit kleine Beanspruchungen
erfährt. An Verdichtern mit hin- und hergehender Kolbenstange und bei höheren Druckdifferenzen
zwischen Fördermittel und Atmosphäre, beispielsweise bei in Kälteanlagen vorkommenden
Bedingungen, versagt diese Abdichtung. Infolge der höheren Druckbelastung muß der
Faltenbalg größere Wandstärken erhalten. Dadurch wird der Faltenbalg unelastisch
und durch .den außerdem noch größeren Weg so hoch beansprucht, daß er nach verhältnismäßig
kurzer Zeit reißt.
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Es ist ein Trockenlaufverdichter mit einem berührungsfreien, Labyrinthdichtungen
versehenen Kolben bekanntgeworden, bei dem zur Abdichtung der Kolbenstange
gegen
den Zylinderraum am Boden des Arbeitszylinders eine berührungsfreie Labyrinthstopfbüchse
mit einer Ringkammer angeordnet ist, welche zur Absaugung des Leckgases unter Zwischenscha.ltung
eines Filters mit der Saugseite des Verdichters in Verbindung steht. Zwischen der
Labyrinthstopfbüchse und dem Kurbelgehäuse sind zwei .gegen die Atmosphäre druckdicht
abgeschlossene Räume angeordnet, von denen einer durch eine mit einem Filter versehene
Leitung mit dem Kurbelgehäuse verbunden ist. Das Kurbelgehäuse steht im Betrieb
etwa unter Saugdruck.
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Entsprechend den in Deutschland geltenden Sicherheitsvorschriften
muß das Kurbelgehäuse für den höchsten in der Anlage vorkommenden Druck bemessen
sein. Dieser kann z. B. je nach dem verwendeten Kältemittel 20 atü und mehr betragen.
Dadurch werden für das Kurbelgehäuse aufwendige Konstruktionen nötig, die insbesondere
bei Kompressoren Größerer Leistung zu einer erheblichen Verteuerung führen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Stopfbüchsenanordnung
für die Kolbenstangen eines Trokkenlaufverdichters so zu gestalten, daß im Stillstand
und im Betrieb eine praktisch vollkommene Abdichtung sowohl gegen den Zylinderraum
als auch gegen das Kurbelgehäuse stattfindet, ohne daß dabei das Fördermittel durch
Fremdgas oder andere Fremdstoffe verunreinigt wird.
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Bei einer Stopfbüchsenanordnung für die Kolbenstange von Trockenlaufverdichtem
mit zwei hintereinandergeschalteten Stopfbüchsen, von denen die eine als im Zylinderboden
angeordnete trockenlaufende Stopfbüchse ausgebildet ist und eine hinter der trockenlaufenden
Stopfbüchse vorgesehene Absaugkammer angeordnet ist, die über eine Verbindungsleitung,
in der eine Einrichtung zum Abscheiden von Öl und/oder anderen Fremdkörpern eingebaut
ist, mit der Saugseite des Verdichters in Verbindung steht, wird erfmdungsgemäß
vorgeschlagen, daß die andere Stopfbüchse als ölgeschmierte Stopfbüchse ausgebildet
ist und daß zwischen den beiden Stopfbüchsen ein Trennraum vorgesehen ist, dessen
Länge größer als der Kolbenhub ist.
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Der Trennraum wird zur Atmosphäre oder zum Kurbelgehäuse durch die
geschmierte Stopfbüchse bewährter Konstruktion gasdicht abgeschlossen. Die Länge
des Trennraumes ist so bemessen, daß der ölbenetzte Teil der Kolbenstange nicht
in die trockenlaufende Stopfbüchse oder die Absaugkammer eindringen kann.
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Zum besseren Verständnis sei die Erfindung an Hand eines in der Figur
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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In dieser Figur ist die erfindungsgemäße Stopfbüchse für einen Trockenlaufveräichter
mit beispielsweise senkrecht stehender Zylinderachse dargestellt.
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Im Zylinder 1 gleitet der trockenlaufende Kolben 2, welcher an der
Kolbenstange 3 befestigt ist. Im Boden des Zylinders 1 ist anschließend an die Grundbüchse.
4 die trockenlaufende Stopfbüchse 5 bekannter Bauart eingesetzt. Dies kann beispielsweise
eine berührende Ringpackung aus reibfestem Material wie Kohle oder Kunststoff oder
eine berührungsfreie Labyrinthdichtung sein. Die trockenlaufende Stopfbüchse besteht
beispielsweise je nach dem Druckniveau des Verdichters aus einer oder mehreren Drosselkammern
6, an welche sich die Kammern 7 mit dien Federrlngpakkunge:n anschließen. Die einzelnen
Teile der Stopfbüchse 5 werden mit der Stopfbüchsenbrille 8 gegen die Grundbüchse
4 gedrückt. In den zylindrischen Teil der Stopfbüchsbrille 8 ist die Absaugkammer
9 eingedreht, von der das Leckgas über die Verbindungsleitung 10 und die Einrichtung
zum Abscheiden von Öl und/oder anderen Fremdkörpern 11 zur nicht -gezeichneten Saugleitung
des Verdichters abströmen kann. Der Trennraum 12, welcher durch eine mit dem Deckel
25 verschließbare Öffnung zugänglich ist, bildet die Verbindung zwischen der trockenlaufenden
Stopfbüchse 5 und der ölgeschmierten Stopfbüchse 13. Auf dem innerhalb des
Trennraumes 12 laufenden Teil der Kolbenstange 3 ist der Ölfangring
14 befestigt, welcher die Ölwanderung von dem unteren geschmierten Teil der
Kolbenstange auf den oberen trockenen Teil verhindert. Die geschmierte Stopfbüchse
13 kann beispielsweise aus Lippendichtungen oder Simmerringen bestehen, die in bekannter
Weise als Dicht- oder ölabstreifringe angeordnet sind. Das Schmieröl wird durch
die Leitung 15 von einer nicht gezeichneten Ölpumpe zugeführt. Das überschüssige
Öl fließt durch die Leitung 16 zurück. In Richtung des Trennraumes weiter vorgedrungenes
Öl wird vor dem trennraumseitigen Abstreifring durch die Leitung 17 in das druckfeste
Sammelgefäß 18 geleitet. Der Gasraum des Sammelgefäßes 18 ist über die Leitung
24 mit der Leitung 10 verbunden, damit das durch den Ölzulauf verdrängte Gasvolumen
abströmen kann. Durch das in die Leitung 17 eingebaute Schauglas 19 kann der ölrückfluß
beobachtet werden, wodurch die Einstellung des Ölzuflusses zur ölgeschmierten Stopfbüchse
13 erleichtert wird. Der Zufluß wird so eingestellt, daß durch die Leitung 17 nur
wenig Öl zurückfließt, so daß kein. Öl in den Trennraum 12
übertreten kann.
Aus dem Sammelgefäß 18 kann das Öl von Hand oder automatisch zur Saugseite
der nicht Gezeichneten Ölpumpe zurückgeführt werden. Wenn durch Beschädigung des
oberen ölabstreifringes Öl in den Trennraum 12 eingedrungen sein sollte,
so kann dieses durch die Leitung 20 in ein anderes kleines druckfestes Sammelgefäß
21 abfließen. Damit kann der Betrieb wenigstens so lange aufrechterhalten
werden, bis - etwa in einer Betriebspause - eine. Reparatur möglich ist. Der Boden
des Trennraumes 12 und der untere Teil der Kolbenstange 3 können durch das
im Mantel des Trennraumes angebrachte Schauglas 22 beobachtet werden.
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In der als Filter ausgebildeten Einrichtung 11 werden die Öldämpfe
zurückgehalten, die möglicherweise im Trennraum 12 in kleinen Mengen vom zu fördernden
Mittel aufgenommen werden können. Außerdem fängt das Filter den Abrieb der trockenlaufenden
Stopfbüchse 5 und andere eventuell vorkommende Fremdkörper auf. Wenn der Verdichter
im Beharrungszustand arbeitet, wird bei intakter trockenlaufender Stopfbüchse 5
eine konstante Leckgasmenge aus dem Zylinder übertreten, so daß der Druck im Trennraum
12 konstant bleiben wird. Das Leckgas strömt also sofort zur Saugseite ab, ohne
den Trennraum zu berühren. Nur bei Druckänderungen unterliegt der Gasinhalt des
Trennraumes kleinen Mengenänderungen. In den Trennraum eingedrungenes Leckgas wird
vom ölbenetzten Stangenteil entsprechend der dort herrschenden Temperatur bis zum
Gleichgewichtszustand Öl aufnehmen, der bei Drwcksenkung durch das abströmende Gas
weggeführt wird. Es genügt, wie bereits erwähnt wurde, ein Filter, um die
Öldämpfe
vom zu verdichtenden Mittel fernzuhalten. Ölspritzer, die einen größeren Ölgehalt
.des Leckgases erzeugen würden, treten im Trenuraum nicht auf. Um die Gasbewegung
zwischen Absaugkammer 9 und Trennraum 12 abzubremsen, wird zwischen beide eine möglichst
lange Drosselstrecke 23 gelegt. Auf diese Weise wird der Öltransport aus
dem Trennraum noch weiter vermindert.
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Ferner kann die erfindungsgemäße Stopfbüchsenkombination auch bei
Verdichtern mit waagerecht liegenden Zylinderachsen angewendet werden, falls die
Leitung 20 an der tiefsten Stelle des Trennraumes 12 angebracht wird und
die Leitungen 16 und 17 an der höchsten Stelle des zugehörigen Ölraumes angeschlossen
werden, damit bei Stillstand sein Ölinhalt nicht abfließen kann.
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Des weiteren ist es möglich, den Trennraum 12 statt durch eine
feste Zylinder- oder Konuswand durch ein Wellrohr zu begrenzen, welches zwischen
den beiden Stopfbüchsflanschen eingesetzt ist.
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Diese Ausgestaltung hat folgenden Vorteil: Die Reaktionskräfte zu
der in der Kolbenstange übertragenen Kolbenkraft müssen über den Zylinder an das
Triebwerksgehäuse zurückgeführt werden. Das Trennraumgehäuse als Bindeglied zwischen
Zylinder und Trie@bwerks,gehäuse muß diese Kräfte aufnehmen und entsprechend groß
und kräftig gebaut sein. Von den Erfordernissen der Festigkeit unabhängig kann aber
der Trennraum konstruiert werden, wenn ein elastisches Wellrohr die Trennraumaußenwand
bildet und die tragenden Elemente zwischen Zylinder und Triebwerksgehäuse unabhängig
vom Trennraum ausgebildet sind.