CZ289846B6 - Pístový kompresor pro bezolejové stlačování plynů - Google Patents

Abstract

Ve v lci (1) p stov ho kompresoru je upraven p st (2) s nejm n jedn m uchycen²m p stn m krou kem (10), ulo en²m na p stu (2) v kruhov dr ce. P stn krou ek (10) omezuje svou od vnit°n plochy (11) v lce (1) odvr cenou obvodovou plochou (12) v kruhov dr ce prostor (23), na kter² p sob tlak plynu v kompresn m prostoru. P stn krou ek (10) m dv radi ln , navz jem rovnob n omezovac plochy (13, 14), z nich plocha (14), p°ivr cen ke kompresn mu prostoru, prob h na sti radi ln °ky p stn ho krou ku (10). P stn krou ek (10) je sv²mi ob ma rovnob n²mi omezovac mi plochami (13, 14) kluzn veden na p° slu n²ch ploch ch kruhov dr ky. Zbytkov plocha (16) p stn ho krou ku (10) je od obvodov plochy (15), p°ivr cen k vnit°n plo e (11) v lce (1) vytvo°ena jako kl nov plocha, zkosen pod ·hlem 5.degree. a 15.degree. od rovnob ky k omezovac plo e (14), p°ivr cen ke kompresn mu prostoru (4), a k t to omezovac plo e (14), a tak plocha, soused c s kl novou plochou v kruhov dr ce na p stu (2), prob h pod stejn²m ·hlem rovnob n s kl novou plochou.\

Description

Vynález se týká pístového kompresoru k bezolejovému stlačování plynů s alespoň jedním válcem a s pístem, který je v něm veden a je opatřen nejméně jedním proříznutým a v kruhové drážce na pístu vedeným, tak zvaným uchyceným pístním kroužkem, který svou obvodovou plochou, odvrácenou od vnitřní plochy válce, omezuje ten prostor kruhové drážky, na nějž působí tlak plynu v kompresním prostoru válce, a kteiý je kolmo na tuto obvodovou plochu opatřen dvěma radiálními, navzájem rovnoběžnými omezovacími plochami, od kterých přes část radiální šířky pístního kroužku probíhá plocha, obrácená ke kompresnímu prostoru, přičemž pístní kroužek je svými oběma rovnoběžnými omezovanými plochami veden kluzně na příslušných plochách kruhové drážky.

Dosavadní stav techniky

Takový pístový kompresor s uchycenými pístními kroužky je znám ze švýcarského patentového spisu č. 482 953. Každý uchycený pístní kroužek má přitom límec, vyčnívající v osovém směru, a to buď jen na straně obrácené ke kompresnímu prostoru, takže pístní kroužek má v průřezu zkosený profil, nebo probíhá vyčnívající límec v osovém směru po obou stranách kroužku, takže se vytvoří průřez tvaru T. Přečnívající límec leží - při pohledu v radiálním směru - za osově vyčnívajícím osazením kruhové drážky, přičemž toto osazení tvoří narážka pro pístní kroužek, když se rozšíří pod tlakem plynu, působícího na jeho vnitřní obvodové ploše. V důsledku omezení tohoto rozšiřování jsou pístní kroužky označovány jako zachycené.

V provozu pístového kompresoru vyplývají pro tyto pístní kroužky tři fáze:

1. Pístní kroužek ještě nepřiléhá svým límcem na osazení kruhové drážky, avšak jeho vnější obvodová plocha klouže po vnitřní ploše válce. Pístní kroužek má vysokou míru opotřebení a dochází k malému unikání plynu.

2. Límec pístního kroužku sahá k nárazné ploše vyčnívajícího osazení kruhové drážky, čímž se sníží opotřebení pístního kroužku na vnitřní ploše válce a unikání plynu je přibližně stejné jako předtím.

3. Mezi vnější obvodovou plochou pístního kroužku a vnitřní plochou válce vznikne utěsnění kruhové štěrbiny s nepatrným opotřebením a poněkud větším únikem plynu než předtím. Opotřebení kroužku, nastalé oproti fázi 2, a případně další opotřebení kroužku vznikají malým příčným pohybem pístu ve válci. Míra opotřebení přitom vznikající je o to menší, čím lepší je vedení pístu a pístnice. Když se těsnicí kruhová štěrbina mezi pístním kroužkem a vnitřní plochou válce stane příliš velkou, je třeba pístní kroužek vyměnit.

V důsledku toho, že průřez pístních kroužků má zkosený tvar nebo tvar T, je jejich výroba poměrně nákladná. Tím, že u známých pístních kroužků je část, probíhající od vyčnívajícího límce k vnitřní ploše válce omezena dvěma radiálními, navzájem rovnoběžnými plochami, jež jsou vedeny mezi rovnoběžnými plochami vyčnívajícího osazení nebo vyčnívajících osazení kruhové drážky, dojde při provozu kompresoru ve stavu podle fáze 3 k možnosti tak zvaného třepetání kroužků, totiž k nekontrolovatelnému pohybu pístního kroužku uvnitř jeho kruhové drážky. Tomuto třepetavému pohybu je možno zabránit buď tlakem plynu, působícím na vnitřní obvodové ploše pístního kroužku, nebo napínacími pružinami, přiléhajícími na tuto plochu, což se daří jen zčásti a při použití napínacích pružin je to navíc spojeno se zvýšením konstrukčních nákladů.

ZDE-PS 31 48 488 je znám zachycený pístní kroužek, u kterého na přechodu k vyčnívajícímu límci není pravý úhel, nýbrž tupý úhel, za tím účelem, aby se na místě přechodu snížil vrubový účinek. Svěrací účinek pístního kroužku v jeho nárazné poloze na vyčnívající osazení kruhové drážky zde není zamýšleno a není také možné. Část pístního kroužku, probíhající od vyčnívajícího límce k vnitřní ploše válce, je jako dosud omezena dvěma radiálními, navzájem rovnoběžnými plochami. Třepetavému pohybu pístního kroužku není zde rovněž zabráněno.

Podstata vynálezu

Vynález vychází z úlohy zdokonalit pístový kompresor shora uvedeného druhu tak, aby provozní chování zachyceného pístového kroužku bylo optimalizováno, aby konstrukční tvar pístního kroužku byl zjednodušen a tím aby byly sníženy výrobní náklady.

Tato úloha je podle vynálezu vyřešena tím, že zbytková plocha pístního kroužkuje od obvodové plochy, přivrácené k vnitřní ploše válce, vytvořena jako klínová plocha, zkosená pod úhlem 5° až 15° od rovnoběžky k omezovači ploše přivrácené ke kompresnímu prostoru, až k této omezovači ploše, a že také plocha, sousedící s klínovou plochou v kruhové drážce na pístu, probíhá pod stejným úhlem rovnoběžně s klínovou plochou.

U strojů, pracujících s dvoustupňovou kompresí je také druhá zbytková plocha pístního kroužku, která v osovém směru leží proti klínové ploše, vytvořena jako klínová plocha, a tato druhá klínová plocha, jakož i plocha s touto druhou klínovou plochou sousedící jsou zkoseny v kruhové drážce pod úhlem 5° až 15°.

Podle dalšího provedení vynálezu sestává pístní kroužek z umělé hmoty s vlastností dobrého chodu za sucha. V tomto případě se může při vysokých teplotách a tlacích plynu dostavit o sobě známý jinak nevítaný vytlačovací jev, který pozůstává v tom, že se pístní kroužek deformuje v radiálním směru. Tím se u pístního kroužku podle vynálezu zlepší těsnicí funkce, aniž by byla nepříznivě ovlivněna spolehlivost provozu.

Nyní bude blíže vysvětleno několik příkladů provedení vynálezu v souvislosti s výkresy.

Přehled obrázků na výkresech

Na obr. 1 je ve schematickém zjednodušení osový průřez pístem a válcem pístového kompresoru.

Na obr. 2a je v průřezu detail A z obr. 1 ve větším měřítku a v první provozní fázi.

Na obr. 2b je znázorněna podrobnost z obr. 2a v druhé provozní fázi.

Na obr. 3a a obr. 3b je znázornění, odpovídající obr. 2a a 2b u pozměněného pístního kroužku.

Na obr. 4a a obr. 4b je zobrazení, odpovídající obr. 2a a obr. 2b pro další pozměněný pístní kroužek.

Příklady provedení vynálezu

Podle obr. 1 má pístový kompresor válec X ve kterém je upraven píst 2 s možností pohybu nahoru a dolů. Ten konec pístu 2, který je na obr. 1 dolní, přechází do pístnice 3, která je známým a neznázoměným způsobem spojena s klikovým pohonem. Na obr. 1 je nad pístem 2 kompresní prostor 4, ve kterém se známým a neznázoměným způsobem nasává při sestupném zdvihu pístu 2 plyn určený ke stlačení, který se pak při následujícím vzestupném zdvihu stlačí a z kompresního

-2CZ 289846 B6 prostoru 4 vytlačí. Píst 2 sestává z tyčovitého nástavku 5 pístnice 3, přes který je nasunuta objímka 6, která nese sedm nad sebou upravených uchycených pístních kroužků 10. Pístní kroužky 10 jsou drženy pohromadě maticí 7, našroubovanou na horní konec nástavku 5.

Podle obr. 2a má proříznutý pístní kroužek 10 vnitřní válcovou obvodovou plochu 12, která je odvrácena od vnitřní plochy 11 válce 1. Omezovači, podle obr. 2a další plocha 13 pístního kroužku 10 probíhá kolmo k vnitřní obvodové ploše 12 a spočívá z největší části na rovinné vodicí ploše komorového kroužku 20. Rovnoběžně s omezovači plochou 13 má pístní kroužek 10 na svém, na obr. 2 homím konci omezovači plochu 14, která probíhá jen po části radiální šířky pístního kroužku 10 a doléhá na rovinnou vodicí plochu druhého komorového kroužku 21. Mezi vnitřní obvodovou plochou 12 a válcovou omezovači plochou 22 komorového kroužku 21 je vytvořen prstencový prostor 23. který přes kanál 24 ústí do prstencového prostoru 25 mezi válcem 1_ a komorovým kroužkem 21. Takto je prstencový prostor 23 pod tlakem plynu, který je v prstencovém prostoru 25, a který tlačí pístní kroužek 10 jeho vnější obvodovou plochou 15 proti vnitřní ploše 11 válce L

Mezi vnější obvodovou plochou 15 a omezovači plochou 14, na obr. 2a horní plochou pístního kroužku 10 je zbytková plocha 16, která je vytvořena jako klínová plocha. Zbytková plocha 16 je zkosená pod úhlem a = 5° až 15°, probíhá až k omezovači ploše 14. přičemž úhel a je měřen vůči rovnoběžce k omezovači ploše 14. Omezovači plocha v komorovém kroužku 21, sousedící se zbytkovou plochou 16, je zkosena pod stejným úhlem a, přičemž však je vodicí plocha v komorovém kroužku pro omezovači plochu 14 v radiálním směru navenek o hodnotu X delší než omezovači plocha 14. To znamená, že pístní kroužek 10 se může v kruhové drážce, tvořené komorovými kroužky 20 a 21, posouvat směrem ven o hodnotu X, přičemž tloušťka pístního kroužku 10 se v důsledku opotřebení třením na vnitřní ploše 11 příslušně zmenšuje. Tento stav je znázorněn na obr. 2b.

Podle obr. 2b přiléhá tedy pístní kroužek 10 svou zbytkovou plochou 16 na sousední klínovou plochu komorového kroužku 21 a je mu proto bráněno v dalším roztahování v radiálním směru. Proto je pístní kroužek 10 uchyceným pístním kroužkem 10. Další opotřebení na vnější obvodové ploše 15 je možné jen ještě tehdy, když píst 2 se v průběhu svého osového vratného pohybu radiálně vychyluje. Přitom může mezi vnitřní plochou 11 válce a mezi vnější obvodovou plochou 15 pístního kroužku 10 vzniknout malá prstencová mezera, přes kterou uniká trochu plynu do nejbližšího prstencového prostoru 25' ve směru ke klikovému pohonu. V tomto případě pracuje pístový kompresor jako kompresor s labyrintovými těsnicími kroužky.

Užije-li se pro pístní kroužky 10 umělých hmot pro chod na sucho nebo jejich směsí z polytetrafluorethylenu (PTFE), polyetheretherketonu (PEEK), polyfenylensulfidu (PPS) nebo polyimidu (PI), může být případné unikání zamezeno extruzivním účinkem. Tento účinek záleží v tom, že tlak plynu, působící v prostoru 23. deformuje plasticky pístní kroužek 10 a tím vzdor svěracímu působení na klínových plochách vyvolá dotyk své obvodové plochy 15 na vnitřní ploše U.

U provedení podle obr. 3a a 3b je také druhá zbytková plocha 16', pístního kroužku 10, odvrácená od kompresního prostoru, vytvořena jako klínová plocha. V souhlasu s tím je také klínovitě vytvořena i ta plocha v koncovém kroužku 20', který sousedí s touto druhou zbytkovou plochou 16'. Z výrobních a montážních důvodů jsou komorové kroužky 20' a 21' rozděleny v rovině omezovači plochy 14. Toto provedení je určeno pro kompresory, u kterých píst stlačuje ve dvou stupních, tj. píst i pístnice jsou vytvořeny tak, že také na tom konci pístu 2, který je na obr. 1 dolní, je kompresní prostor. Jinak funguje uspořádání podle obr. 3a a 3b stejným způsobem jak to bylo popsáno pro obr. 2a a 2b.

U příkladu provedení podle obr. 4a a 4b sestává pístní kroužek 10 ze dvou materiálů o různé žáruvzdornosti tak, že díl 10', odvrácený od vnitřní plochy 11 válce, a díl 10, odvrácený od

-3CZ 289846 B6 kompresního prostoru, tvoří profil tvaru L, který má větší žáruvzdornost, avšak méně dobrou schopnost chodu nasucho než ostatní části pístního kroužku 10, pro které je vlastnost dobrého chodu na sucho důležitá. Takto lze profilem L zpevnit měkčí část pístního kroužku 10. Komorové kroužky 20 a 21 jsou opět vytvořeny stejně, jak je to popsáno u obr. 2a a 2b. Také fungování je stejné, jak je popsáno u obr. 2a a 2b. Provedení podle obr. 4a a 4b se užívá u kompresorů s extrémními kombinacemi tlaku a teploty.

Pístní kroužky jsou ve shora uvedených příkladech popsány pro pístový kompresor s křižákovou konstrukcí, lze je však použít i pro kompresory konstruované s plunžrem.

Průmyslová využitelnost

Toto vytvoření pístního kroužku vede ke konstruktivně jednoduchému tvaru, který lze poměrně levně zhotovit. V důsledku klínové plochy vzniká při provozu kompresoru v průběhu shora uvedené fáze 3 svěrací působení pístního kroužku v jeho dorazové poloze a tím minimální mezera mezi vnější obvodovou plochou pístního kroužku a vnitřní plochou válce. Svěrací účinek zabraňuje také třepetavému pohybu pístního kroužku v kruhové drážce. Opotřebení kroužku a unikání plynu jsou také ve fázi, uvedené pod číslem 3, menší než u známých pístních kroužků. To je spojeno také s tou výhodou, že životnost pístních kroužků je větší než dosud.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (4)

1. Pístový kompresor pro bezolejové stlačování plynů s alespoň jedním válcem (1) a s pístem (2), který je v něm veden a je opatřen nejméně jedním proříznutým a v kruhové drážce na pístu vedeným, tak zvaným uchyceným pístním kroužkem (10), který svou obvodovou plochou (12), odvrácenou od vnitřní plochy (11) válce (1), omezuje ten prostor kruhové drážky, na nějž působí tlak plynu v kompresním prostoru (4) válce (1), a který je kolmo na tuto obvodovou plochu opatřen dvěma radiálními navzájem rovnoběžnými omezovacími plochami (13, 14), od kterých přes část radiální šířky pístního kroužku (10) probíhá plocha, obrácená ke kompresnímu prostoru (4), přičemž pístní kroužek (10) je svými oběma rovnoběžnými omezovacími plochami (13, 14) veden kluzně na příslušných plochách kruhové drážky, vyznačující se tím, že zbytková plocha (16) pístního kroužku (10) je od obvodové plochy (15), přivrácené k vnitřní ploše (11) válce (1) vytvořena jako klínová plocha, zkosená pod úhlem 5° až 15° od rovnoběžky k omezovači ploše (14), přivrácené ke kompresnímu prostoru (4), až k této omezovači ploše (14), a že také plocha, sousedící s klínovou plochou v kruhové drážce na pístu (2), probíhá pod stejným úhlem rovnoběžně s klínovou plochou.

2. Kompresor podle nároku 1, vyznačující se tím, že u strojů, pracujících s dvoustupňovou kompresí, je také druhá zbytková plocha (16') pístního kroužku (10), která v osovém směru leží proti klínové ploše, vytvořena jako klínová plocha, a tato druhá klínová plocha, jakož i plocha s touto druhou klínovou plochou sousedící jsou zkoseny v kruhové drážce pod úhlem 5° až 15°.

3. Kompresor podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že pístní kroužek (10) sestává z plastu s vlastností dobrého chodu za sucha.

-4CZ 289846 B6

4. Kompresor podle nároků 1 až 3,vyznačující se tím, že ta část pístního kroužku (10), jež je odvrácena od kompresního prostoru (14) a vnitřní plochy (11) válce (1), má tvar L a sestává z materiálu s větší žáruvzdorností než ostatní materiál pístního kroužku (10).