DE1235693B

DE1235693B - Pistons for compressors and pumps for very high pressures

Info

Publication number: DE1235693B
Application number: DEM62686A
Authority: DE
Original assignee: Maschinenfabrik Burckhardt AG
Current assignee: Burckhardt Compression AG
Priority date: 1964-09-23
Filing date: 1964-10-07
Publication date: 1967-03-02

Description

Kolben für Kompressoren und Pumpen für sehr hohe Drücke Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben für Kompressoren und Pumpen für sehr hohe Drücke mit Kammer- und Kolbenringen, die auf einem abgesetzten, mit Gewinde versehenen Schaft der Kolbenstange oder auf einer besonders ausgebildeten Zentralschraube durch Aufschrauben einer offenen Mutter zusammengehalten werden, wobei oberhalb des zusammengesetzten Ringpaketes eine den Schaft bzw. die Zentralschraube umschließende Dichtung vorgesehen ist.Pistons for compressors and pumps for very high pressures The invention refers to a piston used with compressors and pumps for very high pressures Chamber and piston rings mounted on a stepped, threaded stem the piston rod or on a specially designed central screw by screwing it on an open nut held together, with above the assembled Ring package provided a seal surrounding the shaft or the central screw is.

Es hat sich gezeigt, daß bei hohen Arbeitsdrücken die Gewinde zur Aufnahme der Befestigungsmutter einer großen Gefahr eines Dauerbruches ausgesetzt sind. Der auf der Stirnseite des Kolbens wirkende Gasdruck drückt nämlich die Kammerringe zusammen und vermindert dadurch ihre ursprüngliche Länge, so daß auch die Vorspannung des Schaftes vermindert wird. Da beim Betrieb des Kompressors der Gasdruck bei jeder Umdrehung zwischen dem Ansaub und Verdichtungsdruck wechselt, ändert sich auch im gleichen Maß die elastische Zusammendrückung des Kammerringpaketes, was eine erhebliche Wechselspannung im Befestigungsgewinde bewirkt.It has been shown that at high working pressures the thread to Recording of the fastening nut exposed to a great risk of fatigue breakage are. The gas pressure acting on the face of the piston presses the chamber rings together and thereby reduces their original length, so that the bias of the shaft is reduced. Since when operating the compressor, the gas pressure at each Rotation between the suction and discharge pressure changes, also changes in equal measure the elastic compression of the chamber ring package, which is a considerable AC voltage causes in the fastening thread.

Die durch solche Wechselspannungen hervorgerufenen Dauerbrücke sind gerade am Kolben außerordentlich gefährlich und können zur Zerstörung des Kompressors führen, vor allem dann, wenn die abgebrochene Befestigungsmutter in eine ungünstige Lage innerhalb des Hubraumes kommt. Die erwähnten Wechselspannungen können durch Verwendung eines dünnen Schaftes herabgesetzt werden. Diese Verminderung der Wechselspannung hat aber eine Grenze, denn man kann keinen haardünnen Schaft verwenden, weil sonst die ganze Konstruktion unbrauchbar würde. Bei den bekannten Kolben ist also nur eine Verringerung der genannten Wechselspannung bis zu einem gewissen Grad möglich. Dies ist auch bei den bekannten -Dehnschrauben der Fall.The permanent bridges caused by such alternating voltages are extremely dangerous especially on the piston and can destroy the compressor lead, especially if the broken fastening nut in an unfavorable Location comes within the cubic capacity. The mentioned alternating voltages can through Use of a thin shaft can be reduced. This reduction in AC voltage but has a limit, because you can't use a hair-thin shaft because otherwise the whole construction would become unusable. With the known pistons is only a reduction of the alternating voltage mentioned is possible to a certain extent. This is also the case with the known expansion screws.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die Wechselspannungen im Gewinde gänzlich auszuschalten. Dabei wird davon ausgegangen, daß die in der Ebene unterhalb der Dichtung auf Schaft und Ringpaket wirkenden Kräfte gleich sein müssen, damit auch die entsprechenden Formänderungen gleich sind.In contrast, the invention is based on the object of the alternating voltages can be completely switched off in the thread. It is assumed that the The forces acting on the shaft and the ring package must be equal at the level below the seal must so that the corresponding changes in shape are also the same.

Die Erfindung besteht in einer derartigen Bemessung und Ausbildung des Schaftes der Kolbenstange oder der Zentralschraube,- daß die Verkürzung des Schaftes oder der Zentralschraube und des Ringpaketes unter dem Einfluß des auf, die Stirnflächen wirkenden Gasdruckes gleich groß sind: Sofern das Ringpaket aus einem Material mit gleichem oder kleinerem Elastizitätsmodul wie das Material der Kolbenstange oder der Zentralschraube vorgesehen ist, wird durch die Erfindung vorgeschlagen, daß zum Ausgleich der durch die Kolbenringe verursachten Schwächung der Kammerringe der Schaft der Kolbenstange geschwächt ist.The invention consists in such a dimensioning and training of the shaft of the piston rod or the central screw, - that the shortening of the Shaft or the central screw and the ring assembly under the influence of the end faces of the acting gas pressure are of the same size: Provided that the ring package is off a material with the same or lower modulus of elasticity as the material of Piston rod or the central screw is provided, is proposed by the invention, that to compensate for the weakening of the chamber rings caused by the piston rings the shaft of the piston rod is weakened.

Sofern jedoch das Ringpaket aus einem Material mit höherem Elastizitätsmodul als das Material des Schaftes der Kolbenstange oder der Zentralschraube vorgesehen ist, wird durch die Erfindung vorgeschlagen, daß zur Verhinderung unterschiedlicher Deformationen, die durch die unterschiedlichen Elastizitätsmoduln bedingt sind, der Querschnitt des Schaftteiles gegenüber dem Querschnitt des mit der Dichtung versehenen Schaftteiles vergrößert ist.If, however, the ring package is made of a material with a higher modulus of elasticity provided as the material of the shaft of the piston rod or the central screw is, is proposed by the invention that to prevent different Deformations caused by the different moduli of elasticity, the cross section of the shaft part compared to the cross section of the with the seal provided shaft part is enlarged.

Durch die Lehre nach der Erfindung ist es möglich, die im Gewinde wirkenden Wechselkräfte aufzuheben, wohingegen es mit Dehnschrauben lediglich möglich ist, diese Kräfte zu verringern.By teaching according to the invention, it is possible that in the thread canceling acting alternating forces, whereas it is only possible with expansion screws is to lessen these forces.

In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt. Es zeigt jeweils im Schnitt F i g. 1 einen durch Nuten geschwächten Kolben, F i g. 2 einen durch Querschnittsverkleinerung geschwächten Kolben, F i g. 3 einen im Querschnitt verstärkten Kolben und F i g. 4 eine gegenüber F i g. 1 abgeänderte Ausführungsform.In the drawing, embodiments of the invention are for example shown. It shows in section F i g. 1 weakened by grooves Piston, fig. 2 shows a piston that has been weakened by a reduction in cross section, F i G. 3 shows a piston with a reinforced cross-section; and FIG. 4 one opposite FIG. 1 modified embodiment.

Gemäß F i g. 1 nimmt der abgesetzte Schaft 2 der Kolbenstange 1 Kammerringe 3 und einen Endring 5 auf. In die Absätze der Kammerringe 3, die auch aus Einzelringen mit verschiedenem Durchmesser gebildet sein können, sind die Kolbenringe 4 üblicher Konstruktion eingesetzt. Auf den Kammerringen 3 liegt der Endring 5, in welchem sich ein Abdichtungsring 6 befindet, der dem Gas den Durchtritt entlang des Kolbenschaftes 2 verwehrt. Die ein- oder mehrteiligen Kammerringe 3 sind an den Stirnflächen gasdicht aufgeschliffen. Das Paket von Kammerringen 3 einschließlich dem Endring 5 ist durch eine offene Mutter 7 zusammengeschraubt. In dieser Mutter 7 befindet sich eine Bohrung 8, welche den Druckausgleich im Ringraum 29 unter dem Gewinde 10 bewirkt.According to FIG. 1, the stepped shaft 2 of the piston rod 1 takes chamber rings 3 and an end ring 5. In the paragraphs of the chamber rings 3, which also consist of individual rings formed with different diameters can be, are the piston rings 4 usual construction used. The end ring 5 lies on the chamber rings 3, in which there is a sealing ring 6, the gas along the passage of the piston skirt 2 is blocked. The one-part or multi-part chamber rings 3 are on The end faces are ground gas-tight. The package of chamber rings 3 including the end ring 5 is screwed together by an open nut 7. In this mother 7 is a hole 8, which the pressure equalization in the annular space 29 under the Thread 10 causes.

Durch die Anordnung der Dichtung 6 werden der Endring 5 und die Kammerringe 3 nur auf der dem Gasdruck zugewendeten Fläche belastet, wobei sich das gesamte Kammerringpaket unter dem Einfluß der Belastung elastisch verkürzt. Die Stirnfläche 18 des Schaftes 2 steht ebenfalls unter der Wirkung des Gasdruckes, wodurch sich auch der Schaft 2 unter dem Einfiuß dieser Kraftwirkung elastisch verkürzt.The arrangement of the seal 6, the end ring 5 and the chamber rings 3 loaded only on the surface facing the gas pressure, whereby the entire Chamber ring package elastically shortened under the influence of the load. The frontal area 18 of the shaft 2 is also under the action of the gas pressure, whereby the shaft 2 is also elastically shortened under the influence of this force effect.

Damit die Verkürzung des Schaftes und des Ringpaketes gleich groß ist, ist der Schaft 2 durch Anbringung mehrerer am Umfang verteilter Nuten 9 geschwächt. Hierdurch wird im Gewinde 10 die schädliche Dauerwechselbeanspruchung ausgeschaltet.So that the shortening of the shaft and the ring package is the same is, the shaft 2 is weakened by making a plurality of grooves 9 distributed around the circumference. As a result, the harmful fatigue stress in the thread 10 is eliminated.

Die Nuten 9, die zur Schwächung des Schaftes 2 angebracht werden, können eine beliebige Form haben. Sie können rechteckig oder halbrund ausgeführt sein oder als Abflachungen des Querschnittes, wobei am oberen und unteren Ende ein allmählicher übergang zum vollen Schaftquerschnitt zu empfehlen ist.The grooves 9, which are made to weaken the shaft 2, can be of any shape. They can be rectangular or semicircular be or as flattened areas of the cross-section, with one at the top and one at the bottom a gradual transition to the full shaft cross-section is recommended.

Die erfindungsgemäß notwendige Verkleinerung des Querschnittes des Schaftes 2 kann auch durch eine Hohlbohrung erzielt werden.The reduction in the cross section of the necessary according to the invention Shank 2 can also be achieved through a hollow bore.

Es ist aber auch möglich, den Schaft 2 auf einen gewissen Teil der Länge im Durchmesser 11 zu verkleinern, wobei dann eine besondere Zentrierbüchse 12 für die Aufnahme der Kammerringe 3 eingesetzt wird (F i g. 2).But it is also possible, the shaft 2 on a certain part of the To reduce length in diameter 11, then a special centering sleeve 12 is used for receiving the chamber rings 3 (FIG. 2).

Bei den Ausführungsformen nach den F i g. 1 und 2 hat das Material des Ringpaketes einen gleichen oder einen kleineren Elastizitätsmodul wie das Material der Kolbenstange.In the embodiments according to FIGS. 1 and 2 has the material of the ring package has the same or a smaller modulus of elasticity as the material the piston rod.

Bei sehr hohen Drücken werden in vielen Fällen die Auflage- und Zwischenringe aus einem sehr harten Werkstoff mit hohem Elastizitätsmodul hergestellt, der sich unter der auftretenden Belastung weniger verformt und daher den Kolbenringen im Betriebe dauernd eine ebene Auflage gewährleistet.At very high pressures, the support and intermediate rings are in many cases made of a very hard material with a high modulus of elasticity, which is less deformed under the occurring load and therefore the piston rings in the Companies guaranteed a level surface at all times.

Der hohe Elastizitätsmodul macht eine etwas andere Ausführung des Kolbens erforderlich, die in F i g. 3 schematisch dargestellt ist.The high modulus of elasticity makes the Piston required, which is shown in FIG. 3 is shown schematically.

Der Teil 13 des Kolbenschaftes dient zur Aufnahme und Zentrierung der Unterlageringe 14 und Distanzringe 15, wobei zwischen den Unterlageringen 14 die Kolbenringe 4 eingesetzt werden. Den Abschluß des Ringpaketes bildet einen Endring 16 mit der Abdichtung 6, jedoch ist der Querschnitt des Schaftteiles 13 gegenüber dem mit der Abdichtung 6 versehenen Schaftteil 17 größer.The part 13 of the piston skirt serves to receive and center the base rings 14 and spacer rings 15, the piston rings 4 being inserted between the base rings 14. The end of the ring assembly is formed by an end ring 16 with the seal 6, but the cross section of the shaft part 13 is larger than that of the shaft part 17 provided with the seal 6.

Durch die Anordnung des Dichtringes 6 wird nun wiederum der Endring 16 auf seiner dem Gasdruck zugekehrten Seite belastet und überträgt die Längskraft auf den kleineren Ringquerschnitt der Distanzringe 15 und Unterlageringe 14. In diesen Ringen entsteht daher eine Druckspannung, die größer ist als der Gasdruck, und die elastische Zusammendrückung dieser Ringe, die aus Material von hohem Elastizitätsmodul angefertigt sind, wird vergrößert. Auf der Stirnfläche 18 wirkt der Gasdruck auf die dem Durchmesser des Schaftteiles 17 entsprechende Fläche. Da der Durchmesser des Schaftteiles 13 größer ist als der Durchmesser des Schaftteiles 17, entsteht im Kolbenschaft eine Druckbeanspruchung, die kleiner ist als der wirkende Gasdruck, wodurch die elastische Verkürzung des Schaftes 13 unter dem Gasdruck verringert wird. Es kann daher leicht durch die passende Abstimmung der Durchmesser der Schaftteile 13 und 17 erreicht werden, daß auch bei Verwendung eines Werkstoffes mit höherem Elastizitätsmodul für die Unterlageringe 14 und die Distanzringe 15 die gesamte elastische Verkürzung des Ringpaketes und des Schaftteiles 13 gleich bleibt, wodurch die Dauerwechselbeanspruchungen im Gewinde 1.0 ausgeschaltet werden.Due to the arrangement of the sealing ring 6, the end ring 16 is in turn loaded on its side facing the gas pressure and transfers the longitudinal force to the smaller ring cross-section of the spacer rings 15 and support rings 14. In these rings, therefore, a compressive stress arises that is greater than the gas pressure, and the elastic compression of these rings, which are made of material with a high modulus of elasticity, is increased. On the end face 18, the gas pressure acts on the area corresponding to the diameter of the shaft part 17. Since the diameter of the shaft part 13 is larger than the diameter of the shaft part 17, a compressive stress arises in the piston shaft which is less than the acting gas pressure, whereby the elastic shortening of the shaft 13 under the gas pressure is reduced. It can therefore easily be achieved by matching the diameter of the shaft parts 13 and 17 that even when using a material with a higher modulus of elasticity for the base rings 14 and the spacer rings 15, the entire elastic shortening of the ring assembly and the shaft part 13 remains the same, whereby the Continuous alternating stresses in thread 1.0 are eliminated.

In F i g. 1 bis 3 sind Kolben dargestellt, bei denen der abgesetzte Schaft mit dem Kolben aus einem Stück besteht. Es ist auch möglich, den Kolbenringteil vom eigentlichen Kolbenschaft unter Wahrung des Erfindungsgedankens zu trennen, und ein Beispiel dieser Ausführung ist in F i g. 4 schematisch dargestellt.In Fig. 1 to 3 pistons are shown in which the stepped The shaft and the piston are made in one piece. It is also possible to use the piston ring part to separate from the actual piston skirt while preserving the inventive concept, and an example of this embodiment is shown in FIG. 4 shown schematically.

Es ist hierbei wie in F i g. 1 angenommen, daß die Kammerringe 3 und die besonders ausgebildete Zentralschraube 19 aus Material gleicher Festigkeit angefertigt sind. Die als Aufnahmeteil für die Kammer-und Kolbenringe dienende hohle Zentralschraube 19 ist mit Hilfe einer durchgehenden Schraube 20 lösbar mit der Kolbenstange 1 verbunden.It is here as in FIG. 1 assumed that the chamber rings 3 and the specially designed central screw 19 made of material of the same strength are. The hollow central screw serving as a receiving part for the chamber and piston rings 19 is detachably connected to the piston rod 1 with the aid of a through screw 20.

Durch die Anordnung geeigneter Nuten 9 am Umfang des Schaftes 21 der Zentralschraube wird wiederum erreicht, daß die gesamte Verkürzung des Ringpaketes gleich ist der Verkürzung der Zentralschraube 19, so daß im Gewinde 10 der Mutter 7 keine Dauerwechselbeanspruchung eintritt. Die Befestigungsschraube 20 erhält am oberen Ende eine geeignete Dichtung unter dem Schraubenkopf.By arranging suitable grooves 9 on the circumference of the shaft 21 of the Central screw is in turn achieved that the entire shortening of the ring package the shortening of the central screw 19 is the same, so that in the thread 10 of the nut 7 no continuous alternating stress occurs. The fastening screw 20 receives on a suitable seal under the screw head at the top end.

Es kann auch eine Konstruktion gemaß F i g. 3, d. h. bei Verwendung von Unterlage- und Distanzringen aus Material mit höherem Elastizitätsmodul in ähnlicher Weise ausgeführt werden, indem die Schaftteile 13 und 17 hohlgebohrt werden und durch eine ähnliche Schraube 20, wie in F i g. 4 dargestellt, am Kolbenschaftende 1 lösbar befestigt werden.A construction according to FIG. 3, that is, when using washer and spacer rings made of material with a higher modulus of elasticity, are carried out in a similar manner, in that the shaft parts 13 and 17 are hollow-drilled and fixed by a similar screw 20, as in FIG. 4, can be releasably attached to the end of the piston skirt 1.

Claims

Claims: 1. Pistons for compressors and pumps for very high pressures with chamber and piston rings, which are held together on a stepped, threaded shaft of the piston rod or on a specially designed central screw by screwing on an open nut, with one above the assembled ring assembly the shaft or the central screw enclosing seal is provided, characterized by such a dimensioning and design of the shaft (2, 13) of the piston rod (1) or the central screw (19) that the shortening of the shaft or the central screw and the ring assembly under the Influence of the gas pressure acting on the end faces are the same.

2. Piston, in which the ring pack is made of a material with the same or lower elasticity modulus as the material of the piston rod or the central screw, according to claim 1, characterized in that to compensate for the weakening of the chamber rings (3) caused by the piston rings (4) ) the shaft (2) of the piston rod (1) is weakened.

3. Piston, in which the ring pack is made of a material with a higher modulus of elasticity than the material of the .Schaftes the piston rod or the central screw is provided, according to claim 1, characterized in that to prevent different deformations caused by the different moduli of elasticity, the Cross-section of the shaft part (13) is enlarged compared to the cross-section of the shaft part (17) provided with the seal (b) (FIG. 3). References considered: British Patent No. 861877.