Hochdruckkompressor Die Erfindung betrifft einen Hochdruckkompressor mit in einem Zylinder ausgebildeter Zylinderbohrung, in welcher ein Kolben beweglich ist, einem Ventilgehäuse am Ende des Zylinders und einem äusseren Gehäuse, welches das Ventilgehäuse und mindestens einen Teil des Zylinders umschliesst, wobei das Ventilgehäuse mit Strömungskanälen für den Einlass und den Auslass des Mediums versehen ist, in welchen Einlassventile und Auslassventile angeordnet sind, die der Steuerung der Strömung des Mediums durch die Kanäle dienen.
Der erfindungsgemässe Hochdruckkompresser ist dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse eine Bohrung aufweist, welche eine Verlängerung der Zylin derbohrung bildet und mindestens die einen der Einlass- ventile und der Auslassventile am Umfang rund um die Bohrung des Ventilgehäuses angeordnet sind.
Bei vielen Kolbenkompressoren, wie z. B. Kompres soren für die Herstellung von Polyäthylen wird eine Kompression des Mediums, d. h. des gasförmigen Äthy lens auf einen Druck im Bereich von 1800 bis 4200 kg/cms gefordert. Es besteht dabei in steigendem Masse die Notwendigkeit einer Konstruktion dieser Hochdruckkompressoren mit einer minimalen Zylinder zahl, woraus sich ergibt, dass jeder der Zylinder des Kompressors grössere Dimensionen benötigt. Diese gros sen Zylinder haben dabei Förderleistungen, die wesent lich die Leistungen früherer Hochdruckkompressoren übersteigen.
Die bisher verwendeten Ventilanordnungen, die der Steuerung der Strömung der Medien in die Zylinder und aus ihnen heraus bei den früheren Hoch druckkompressoren dienten, sind zur Steuerung der Strömungen der Medien ungeeignet, welche von diesen grösseren Zylindern geliefert werden.
Bei der Konstruktion von Niederdruck-Kompresso- ren wurden die Probleme, welche sich zufolge einer Vergrösserung der Dimensionen der Zylinder stellen, im allgemeinen dadurch gelöst, dass die Einlassventile und die Auslassventile in entsprechenden Grössen ausgebil- det wurden, um sich an die Grösse der Zylinder anzupassen.
In Fällen in welchen eine weitere Vergrösse- rung der Einlassventile und der Auslassventile aus Gründen einer Beschränkung der Ventilgrösse und der Hubgrösse nicht mehr möglich war, wurden zusätzliche Einlassventile und Auslassventile vorgesehen, um die Förderleistung des Zylinders zu berücksichtigen.
Bei Hochdruck-Kolbenkompressoren beträgt in vielen Fällen die Ventilgrösse bereits das mögliche Maximum. Ausser- dem ist eine Beifügung von zusätzlichen Einlassventilen und Auslassventilen im allgemeinen bei den normalen Ventilanordnungen nicht möglich, da die Grösse der Ventilanordnungen beschränkt ist und die Anforderung besteht, dass die Ventilanordnungen und in gewissen Fällen auch die Zylinder unter äusserem Druck des Mediums stehen müssen, um Beschädigungen zu vermei den, die sich aus ihrer Belastung ergeben würden.
Es ist daher keine der üblichen Massnahmen zur Berücksichti gung der erhöhten eintretenden und austretenden Strö mungsmengen möglich, wenn es sich um vergrösserte Zylinder von Hochdruck-Kolbenkompressoren handelt.
Die neuartige, verbesserte Ventilanordnung ist be sonders zur Steuerung der Strömungsmenge des Me diums von grossen Zylindern von Hochdruck-Kolben- kompressoren geeignet und kann so ausgebildet sein, dass die Ventilanordnung wie auch der ihr zugeordnete Zylinder unter äusserem Druck des Mediums stehen können. Die Ventilanordnung soll dabei anpassungsfä hig, kompakt in ihrer Ausbildung, mit guter Wirksam keit und im Betrieb zuverlässig sein.
Die Erfindung wird anhand einiger in der Zeichnung schematisch dargestell ter Ausführungsformen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt einer Ausführung der Ventilanordnung zusammen mit einem Zylinder eines Kompressors, Fig. 2 den Schnitt nach der Linie 2-2 in der Fig. 1.
betrachtet in der Richtung der eingezeichneten Pfeile, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 in der Fig. 1, ebenfalls in Pfeilrichtung betrachtet, Fig. 4 einen Längsschnitt einer anderen Ausführung der erfindungsgemässen Ventilanordnung zusammen mit dem Zylinder eines Kompressors und Fig. 5 einen Längsschnitt einer weiteren Ausführung der erfindungsgemässen Ventilanordnung zusammen mit dem Zylinder eines Kompressors.
Der in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Kolbenkom pressor enthält einen Zylinderkörper 10 mit einer Zylin derbohrung 12, welche sich in Längsrichtung im Zylin derkörper 10 erstreckt und einen hin und her bewegli chen Kolben 14 enthält.
Der Zylinderkörper 10 ist von einem Gehäuse 16 umgeben, welches sich in Längsrichtung über das Ende 18 des Zylinderkörpers 10 hinaus erstreckt. Das Gehäu se 16 enthält eine zylindrische Gehäusebohrung 20, welche sich ebenfalls über das Ende 18 des Zylinderkör pers 10 hinaus erstreckt.
Die Gehäusebohrung 20 ist koaxial mit dem Ende 18 des Zylinderkörpers 10 und hat einen Querschnitt, der im wesentlichen gleich grosse ist wie der Querschnitt des Endes 18. Das andere Ende der Gehäusebohrung 20, welche dem Ende 18 entgegengesetzt ist, ist durch einen zylindrischen Kopfteil 22 verschlossen, der am Umfang vom Gehäuse 16 umschlossen ist.
Der Kopfteil 22 ist mit einer ringförmigen Nut 24 versehen, welche sich am Umfang des Kopfteiles 22 zwischen diesem und dem Gehäuse 16 erstreckt. In der ringförmigen Nut 24 ist ein Dichtungsring 26 eingelegt, welcher sich gegen das Gehäuse 16 und den Kopfteil 22 stützt und eine Srömung des Mediums aus der Gehäuse bohrung 20 zwischen dem Gehäuse 16 und dem Kopfteil 22 verhindert.
Die Ventilanordnung ist in den Figuren 1 bis 3 mit 28 bezeichnet. Die Ventilanordnung 28 enthält ein Ventilgehäuse, das aus drei zylindrischen Teilen 30, 32, 34 besteht, welche der Reihe nach in der Gehäuseboh rung 20 zwischen dem Zylinderkörper 10 und dem Kopfteil 22 angeordnet sind. Die Teile 30, 32, 34 sind mit ihren Stirnseiten durch einen Verbindungsteil, wie z.
B. eine Schraube 36 verbunden und haben eine Länge, die ausreicht, dass sich die äusseren Flächen der Teile 30 und 34 mit dem Ende 18 des Zylinderkörpers 10 und dem Kopfteil 22 berühren. Die Teile 30, 32 und 34 haben alle einen gleichen Querschnitt, welcher im wesentlichen gleich gross ist, wie der Querschnitt des En des 18 des Zylinderkörpers 10.
Die Teile 30, 32 und 34 sind allerdings in der Gehäusebohrung 20 mit genügend Spiel geführt, dass ein Zwischenraum 38 zwischen den Teilen 30, 32 und 34 sowie dem Gehäuse 16 entsteht, welcher -mit dem Medium gefüllt ist. In der gleichen Weise ist auch der Zylinderkörper 10 im Gehäuse 16 mit Spiel angeordnet, so dass sich der zylindrische Zwischen raum 38 für das Medium auch rund um den Zylinder körper 10 erstreckt.
Der zylindrische Zwischenraum 38 dient der Aufnahme von leckendem Medium und dient gleichzeitig dazu, die Teile 30, 32 und 34 sowie den Zylinderköper 10 unter einen äusseren Mediumdruck zu setzen.
Der Teil 30 ist mit einer axialen Bohrung 40 versehen, welche sich in Achsrichtung der Zylinderboh rung 12 im Zylinderkörper 10 erstreckt und eine Verlängerung der Zylinderbohrung 12 bildet. Der Teil 32 ist in seiner dem Teil 30 zugewandten Stirnfläche mit einer axialen Ausnehmung 42 versehen, welche sich in Achsrichtung der Bohrung 40 befindet und einen Ab- schluss der Verlängerung der Zylinderbohrung 12 bildet. Bei der Ausführung nach den Figuren 1 bis 3 erstreckt sich somit die Zylinderbohrung 12 durch den Zylinder körper 10 sowie in Verlängerung durch die Teile 30 und 32.
Der Kopfteil 22 ist mit einem axialen Kanal 44 versehen, welcher in eine kreisförmige Kammer 46 mündet, die in der Stirnfläche des Kopfteiles 22 ausge bildet ist, welche dem Teil 34 zugewandt ist. Das entgegengesetzte Ende des Kauales 44 ist an eine nicht dargestellte Quelle des gasförmigen Mediums angeschlos sen, welches vom Kolben 14 verdichtet werden soll und der Kammer 46 zugeführt wird. Die Quelle des zu verdichtenden Mediums kann z. B. der vorangehende Zylinder des Hochdruckkompressors sein oder im Falle des ersten Zylinders des Kompressors sich ausserhalb dieses befinden.
Der Teil 34 enthält eine Mehrzahl von radial verteilten Kanälen 48, welche sich in Längsrichtung durch den Teil 34 erstrecken und mit der Kammer 46 in Verbindung stehen. Die Stirnfläche des Teiles 34, welche dem Teil 32 zugewandt ist, ist mit einer runden Kammer 50 versehen, welche an ihrem äusseren Rand mit den Kanälen 48 in Verbindung steht. Im Teil 32 ist in der Achsrichtung jedes der Kanäle 48 des Teiles 34 je eine Ventilkammer 52 ausgebildet. In jeder der Ventilkam mern 52 ist ein Ventilkörper 54 geführt, welcher durch eine Feder 56 gegen einen Sitz im Teil 34 gedrückt wird, um die Verbindung zwischen den Kanälen 48 und der Kammer 50 zu sperren.
Im Teil 32 ist in der Mitte ein in Achsenrichtung verlaufender Kanal 58 ausgebildet, des sen entgegengesetzte Enden mit der Ausnehmung 42 im Teil 32 und der Kammer 50 im Teil 34 in Verbindung stehen. Der Kanal 58 dient der Führung des Mediums, welches in die Kammer 50 gelangt, in axialer Richtung in die Zylinderbohrung 12. Die Kanäle 44, 48, 58 und die Kammer 46 und 50 bilden ein Kanal-System für die Zufuhr des durch den Kolben 14 zu komprimierenden Mediums in die Zylinderbohrung 12.
Die Stirnfläche des Teiles 30, welche dem Ende 18 des Zylinderkörpers 10 zugewandt ist, enthält einen ringförmigen Kanal 60, welcher sich in radialer Richtung von der Bohrung 40, die im Teil 30 ausgebildet ist, nach aussen erstreckt. Am äusseren Rand des Kauales 60 ist eine Mehrzahl von Kanälen 62 ausgebildet, die sich in Achsenrichtung durch den Teil 30 erstrecken und an ihren einen Enden mit dem Kanal 60 verbunden sind. Die entgegengesetzten Enden der Kanäle 62 stehen in Verbindung mit einem Kanal 64, welcher in der Stirnflä che des Teiles 32 ausgebildet ist, die dem Teil 30 zugewandt ist.
Der Kanal 64 erstreckt sich jeweils von dem ihm zugeordneten Kanal 62 radial nach aussen. In Achsenrichtung jedes der Kanäle 62 ist im Teil 32 je eine Ventilkammer 66 ausgebildet. In jeder der Ventil kammern 66 ist ein Druckventil 68 geführt, welches durch eine Feder 70 gegen einen Ventilsitz im Teil 30 gedrückt wird, um die Verbindung zwischen den Kanä len 62 und 64 zu sperren.
Das in radialer Richtung äussere Ende jedes der Kanäle 64 steht mit dem ringförmigen Zwischenraum 38 in Verbindung. Auf diese Weise wird das aus der Zylinderbohrung 12 geförderte Medium in den Zwi schenraum 38 eingeführt, wodurch der Zylinderkörper 10 mit der Ventilanordnung 28 unter äusseren Druck gesetzt wird. Das radiale äussere Ende jedes der Kanäle 64 steht auch in Verbindung mit je einem Ende eines aus der Mehrzahl von in Längsrichtung verlaufenden Kanä- len 72, welche im Zylinderkörper 10 an seiner äusseren, dem Gehäuse 16 zugewandten Seite ausgebildet sind.
Das andere Ende jedes der Kanäle 72 steht mit einem ringförmigen Kanal 74 in Verbindung, welcher am Umfang des Zylinderkörpers 10 zwischen seinen Enden ausgebildet ist. Der ringförmige Kanal 74 steht seiner seits mit einem Kanal 76 in Verbindung, der im Gehäuse 16 ausgebildet ist. Der Kanal 76 ist mit dem folgenden Zylinder des Hochdruckkompressors verbunden oder steht im Falle des letzten Zylinders des Kompressors mit der Vorrichtung in Verbindung, welche zur Aufnahme des im Zylinder verdichteten Mediums bestimmt ist.
Die Kanäle 60, 62, 64, 72, 74 und 76 bilden auf diese Weise ein System von Auslasskanälen, die der Führung des vom Kolben 14 verdichteten Mediums dienen.
Während des Betriebes des in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Kompressors strömt während des Saughu bes des Kolbens 14 das vom Kolben 14 zu komprimier ende Medium durch den Kanal 44 und die Kammer 46 und gelangt von dort in die Kanäle 48. Der Druck des Mediums in den Kanälen 48 überwindet die Kraft der Federn 56, wodurch die Ventilkörper 54 in ihre Kam mern 52 gedrückt werden. Durch diese Bewegung der Ventilkörper 54 wird eine Verbindung der Kammer 50 mit den Kanälen 48 geschaffen und eine Strömung des Mediums aus den Kanälen 48 in die Kammern 50 ermöglicht.
Das Medium, welches auf diese Weise in die Kammer 50 gelangt, strömt durch den Kanal 58 in die Zylinderbohrung 12. Während dieses Saughubes des Kolbens 14 drücken die Federn 17 die Ventilkörper 68 gegen ihre Sitze, wodurch das System der Auslasskanäle des Zylinders verschlossen bleibt. Auf diese Weise wird eine Strömung des bereits vorher verdichteten Mediums, das aus der Zylinderbohrung 12 abgeleitet wurde, zurück in die Zylinderbohrung 12 verhindert.
Während des Förderhubes des Kolbens 14 strömt das durch den Kolben 14 verdichtete Medium aus der Zylinderbohrung 12 durch den ringförmigen Kanal 60 und gelangt aus diesem in die Kanäle 62. Das geförderte Medium welches durch die Kanäle 62 strömt, setzt den Bereich des Teiles 30, welcher unmittelbar die Bohrung 40 umschliesst unter äusseren Druck. Der Druck des ge förderten Mediums überwindet die Kraft der Federn 70, wodurch die Ventilkörper 68 in ihre Ventilkammern 66 gedrückt werden.
Diese Bewegung der Ventilkörper 68 gestattet eine Strömung des durch die Kanäle 62 geförderten Mediums in die Kanäle 64. Ein kleinerer Teil des Mediums, welches in die Kanäle 64 gelangt, strömt daraus in den ringförmigen Zwischenraum 38, um die Ventilanordnung 28 und den Zylinderkörper 10 unter äusseren Druck zu versetzen. Der grösste Teil des verdichteten Mediums strömt allerdings durch den Kanal 72, den ringförmigen Kanal 74 und den Kanal 76, durch welchen das verdichtete Medium dem dargestellten Zylinder entnommen wird.
Dieser Teil des verdichteten Mediums liefert einen zusätzlichen äusseren Druck für den Zylinderkörper 10 und die Ventilanordnung 28 während seiner Strömung durch die Kanäle 72. Die Federn 56 halten dabei die Ventilkörper 54 geschlossen, um dadurch zu verhindern, dass das verdichtete Medium aus der Zylinderbohrung 12 durch die Einlasskanäle während des Förderhubes des Kolbens 14 entweicht.
In der Fig. 4 ist eine abgeänderte Ausführung des erfindungsgemässen Kompressors dargestellt. In dieser Figur sind die der Ausführung nach den Figuren 1 bis 3 entsprechenden Teile mit gleichen Bezugszeichen be zeichnet, wobei jedoch den Bezugszeichen der Buchstabe a beigefügt ist. Bei dieser Ausführung sind die Ventilkör per 54 der Einlassventile durch Kugeln 78 ersetzt worden. In der gleichen Weise sind auch die Ventilkör per 68 der Auslassventile der Ausführung nach den Figuren 1 bis 3 durch Kugeln 80 ersetzt worden. Im übrigen ist die Ausführung nach der Figur 4 gleich wie die beschriebene Ausführung nach den Figuren 1 bis 3.
Die Funktion dieser Ausführung ist somit auch gleich wie die bereits beschriebene Funktion der Ausführung nach den Figuren 1 bis 3.
Die Figur 5 zeigt eine weitere Ausführung der Erfindung. In dieser Figur sind die der Ausführung nach den Figuren 1 bis 3 entsprechenden Teile mit Bezugszei chen bezeichnet, denen der Buchstabe b beigefügt ist. Bei dieser Ausführung ist der Kanal 76b mit der nicht dargestellten Quelle des durch den Kolben 14b zu verdichtenden Mediums verbunden, um das Medium aus dieser Quelle aufzunehmen. Der Kanal 44b ist an die nicht dargestellte Vorrichtung zur Aufnahme des durch den Kolben 14b verdichteten Mediums angeschlossen, um das verdichtete Medium dieser Vorrichtung zuzufüh ren.
Ventilkörper 82 von Einlassventilen sind in den Ventilkammern 84 geführt, welche im Teil 30b ausgebil det sind und stehen unter dem Einfluss von Federn 86, um eine Strömung des Mediums aus der Zylinderboh rung 12b durch das System der Einlasskanäle nach rückwärts zu verhindern. Die Ventilkörper 82, die in der Fig. 5 dargestellt sind, haben die Form von Plattenventi len. Es versteht sich, dass die Ventilkörper 82 auch mit kegeligen Sitzflächen oder in der Form von Kugeln ausgebildet sein können.
In der gleichen Weise können die Ventilkörper der Ausführungen nach den Figuren 1 bis 4 in der Form von Plattenventilen ausgebildet sein, ähnlich wie die Ventilkörper 82 der Ausführung nach der Fig. 5.
Die als Auslassventile dienenden Ventilkörper 87 sind in Ventilkammern 88 geführt, die im Teil 34 ausge bildet sind und stehen unter dem Einfluss von Federn 90, wodurch eine Rückströmung des Mediums aus dem System der Auslasskanäle zurück in die Zylinderbohrung 12b verhindert wird. Die Ventilkörper 87 sind in der Fig. 5 ebenfalls plattenförmig ausgebildet. Es versteht sich, dass auch hier Ventile mit kegeligen Sitzen oder in Kugelform verwendet werden können. In der gleichen Weise können auch die bei den Figuren 1 bis 4 darge stellten Auslassventile mit plattenförmigen Ventilkör pern wie die Auslassventile nach der Fig. 5 versehen sein.
Im Teil 34b ist ein axialer Strömungskanal 94 aus gebildet, welcher die Strömung des Mediums aus der Zy linderbohrung 12b erleichtert. Der Strömungskanal 60b, welcher mit der Zylinderbohrung 12b in Verbindung steht, ist durch eine Mehrzahl von radial verteilten, in Längsrichtung verlaufenden Kanälen 92 mit der Kam mer 50b verbunden, um dieser das geförderte Medium zuzuführen.
Während des Betriebes strömt bei dieser Ausführung der Erfindung das vom Kolben 14b verdichtete Medium durch den Kanal 76b, den ringförmigen Kanal 74b und die Kanäle 72b. Das durch die Kanäle 72b strömende Medium setzt den Zylinderkörper 10b und die Ventilan- ordnung 28b unter äusseren Druck. Ein kleiner Teil des Mediums gelangt in den Zwischenraum 38b und versetzt die Ventilanordnung 28b und den Zylinderkörper 10b unter Druck des bereits vorverdichteten einströmenden Mediums. Der grössere Teil des Mediums strömt durch die Kanäle 64b, 62b und 60b in die Zylinderbohrung 12b.
Das aus der Zylinderbohrung 12b geförderte Me dium strömt durch die Kanäle 60b und 92, die Ventile 87, die Kammer 50b, die Kanäle 48b und 94,, die Kammer 46b und wird durch den Kanal 44b abgelei tet.