Einfluss der Kolbenringbauform auf die Fördermenge eines trocken laufenden Wasserstoffverdichters
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(f Burckhardt est Compression EINFLUSS DER KOLBENRINGBAUFORM AUF DIE FÔRDERMENGE EINES TROOKEN LAUFENDEN WASSERSTOFFVERDIOHTERS Dr. Norbert Feistel Compressors for a Lifetime

2 EINFLUSS DER KQLBENRINGBAUFQRM AUF DIE FORDERMENGE EINES TRQCKEN LAUFENDEN WASSERSTQFFVERDICHTERS Dr. Norbert Feistel studierte Allgemeinen Maschi-nenbau an der Universitt Karlsruhe. 1987 Ab-schluss als Dipl.-Ing. (TH). Beginn der beruflichen Karriere als Konstrukteur in der Abteilung Rollen-und Kettenforderer der Firma Mannesmann Demag Fordertechnik, Qffenbach/Main. 1988 Eintritt in die Abteilung Forschung und Ent-wicklung der Firma Burckhardt Compression, Winterthur, Schweiz. Hier ist er ttig als Fach-spezialist fur die Entwicklung trocken laufender Dichtsysteme fur...

EINFLUSS DER KQLBENRINGBAUFQRM AUF DIE FORDERMENGE EINES TROCKEN LAUFENDEN WASSERSTOFFVERDICHTERS 3 Um einen mglichst guten volumetrischen Wirkungsgrad bei der un-geschmierten Verdichtung von Wasserstoff zu erzielen, sind hchste Anforderungen an die Leistungsf䴠higkeit der trocken laufenden Dichtsysteme erforderlich. Als besonders kritisch kann hierbei die Verdichtung von kleinen bis mittleren Frdermengen auf hohe Drcke angesehen werden, wie sie beispielsweise beim Bef乹llen von Gasbehltern oder in der chemischen Industrie als so genannte Prozessgasverdichter hufig anzutreffen sind. Aufgrund...

4 EINFLUSS DER KQLBENRINGBAUFQRM AUF DIE FORDERMENGE EINES TROCKEN LAUFENDEN WASSERSTOFFVERDICHTERS KAPITEL 2 AUSFHRUNGEN UND EINSATZBEREICHE DER VERSCHIEDENEN KٛLBENRINGBAufoRMEN Kolbenringe fur doppelt wirkende Zylinder mit grossen Durch-messern werden meist einteilig und mit einem gerade oder schrg geschnittenen Stoss ausgefuhrt. Abb. la / b Bei diesen Bauformen wird der Stoss weder in axialer noch radia-ler Richtung abgedichtet, woraus auch fur sprde Trockenlauf-materialien ein geringes Risiko fur ein Bruchversagen resultiert. Mit fortschreitendem Verschleiss kommt es jedoch zu einer...

EINFLUSS DER KQLBENRINGBAUFQRM AUF DIE FORDERMENGE EINES TROCKEN LAUFENDEN WASSERSTOFFVERDICHTERS 5 Werden beide Teile des Twin-Rings aus dem gleichen Material hergestellt, drohen wiederum die oben genannten Probleme entweder durch versagen durch Bruch bzw. Kriechen im Stoss-bereich oder durch eine ungengende Verschleisskompensation. Bei dieser Bauform bietet es sich jedoch an, den Deckring aus einem hochfesten Hochtemperaturpolymer mit schmalen Abmes-sungen auszufhren und den verbleibenden Bauraum f鹹r das eigentliche Dichtelement zu ntzen, beispielsweise in hochabrieb-festem Polymerblend....

6 EINFLUSS DER KQLBENRINGBAUFQRM AUF DIE FORDERMENGE EINES TRQOKEN LAUFENDEN WASSERSTQFFVERDICHTERS Abb. 5 Zweistufiger Wasserstoff-Kreuzkopfkompressor zur untersuchung des Betriebs-verhaltens trocken laufender Dichtsysteme Abb. 6 Messung der Wasserstoff-Fordermenge mitteLs eines thermischen Massen-durchfLuss-Messgertes in expLosionsgeschiitzter Ausfiihrung messern zur Bestimmung des Massenstroms zustzlich die Dichte ermittelt werden muss, Liefert der thermische Massendurch-flussmesser unmitteLbar die gesuchte Grosse. NachteiLig gegen-uber den einfachen und robusten DrosseLeLementen wie...

EINFLUSS DER KQLBENRINGBAUFQRM AUF DIE FORDERMENGE EINES TROCKEN LAUFENDEN WASSERSTOFFVERDICHTERS 7 Fur die unter einem Winkel von 30° geschnittenen schrgen Stsse der einteiligen Kolbenringe wurde bei Raumtemperatur ein mitt-leres Stossspiel von 2.66 mm ermittelt. Mit einem radialen Kolben-spiel von 0.75 mm ergibt sich somit eine nicht vom Kolbenring abgedichtete Spaltflഠche von 1.98 mm2. Bei den ebenfalls unter 30° geschnittenen zweiteiligen Ringen betrug das gesamte mittlere Stossspiel 2.75 mm, was zu einer hnlich grossen Durchstrmflഠche von 2.04 mm2 fuhrt, aufgeteilt auf zwei Stsse. Die...

8 EINFLUSS DER KQLBENRINGBAUFQRM AUF DIE FORDERMENGE EINES TRQCKEN LAUFENDEN WASSERSTQFFVERDICHTERS bar durch das jeweils erste Dichtelement resultieren, was zu einem etwas gnstigeren Schadraum fuhrt. Mit fortschreitendem Verschleiss werden sich bei allen Bauformen ohne vollstndige Stossabdichtung die Spaltquerschnitte kon-tinuierlich erh頴hen, bis dies schliesslich zu einem inakzeptabel hohen Leckgasstrom fhrt. Bei Kolbenringen mit berlapptem Stoss wird zwar f鹹r einen begrenzten Verschleissweg die direkte Durchstrmung des anwachsenden Spaltquerschnitts verhin-dert, ein Umstrmen der...

EINFLUSS DER KQLBENRINGBAUFQRM AUF DIE FRDERMENGE EINES TRQOKEN LAUFENDEN WASSERSTQFFVERDICHTERS 9 Abb. 10 AbhԢngigkeit der Frdermenge von der KoLbenringbauform bei einfach wirken-der Verdichtung Abb. 11 ZeitLicher Verlauf der relativen Frdermenge fur je vier Kolbenringe mit schr䴢gem Stoss sowie konventioneLLe und formschLussig gekoppeLte Twin-Ringe (MessintervaLL: 300 Sek.) m en sz oj m ■a :a 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 ■ ▼ Twin-Ring UberLappter Stoss Schrger Stoss Zweiteilig, mit Spannring Zweiteilig, ohne Spannrin g y * y? < y. - r e g n e rm er d F 110 100 90 80 70 60...

10 EINFLUSS DER KQLBENRINGBAUFQRM AUF DIE FORDERMENGE EINES TRQOKEN LAUFENDEN WASSERSTQFFVERDICHTERS Abb. 12 Abb. 13 Im Gegensatz zur formschlussig gekoppelten Ausfuhrung (rechts) fuhrt beim Formschlussig gekoppelter Twin-Kolbenring (Patent angemeldet) konventionellen Twin-Ring der ungleiche Verschleiss von Dicht- und Deckring zu _ Hingegen lassen der ungleiche Materialabtrag entlang des Dicht-elementumfangs sowie Deformationen im Stossbereich ver-muten, dass im Betrieb durch ein ungleichmssiges Anliegen der Kolbenringe weitere Durchstrmflഠchen wirksam waren. Im Neuzustand der Twin-Ringe...

EINFLUSS DER KQLBENRINGBAUFQRM AUF DIE FORDERMENGE EINES TRQOKEN LAUFENDEN WASSERSTQFFVERDICHTERS 11 zu einem Spalt zwischen den beiden Ringteilen fhrt. Durch eine formschlssige Kopplung zwischen Dicht- und Deckring kann die F鹴rdermenge langer auf dem hohen Niveau der gasdichten Bauformen gehalten und so eine optimale Ausnutzung des radia-len Verschleisswegs erzielt werden. Die bei der Verdichtung von Gasen mit einer hohen Molmasse vorhandenen Vorteile von Kolbenringbauformen ohne Stossabdichtung wie Robustheit gegen Kriechen oder Bruchversagen sowie Aufteilung der Druck-differenz ber...