Zehn Jahre erfolgreicher Einsatz von TID-Kolbenringen
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(f Burckhardt éy Compression BEI HOHEN DRUCKDIFFERENZEN Dr. Norbert Feistel Compressors for a Lifetime

2 ZEHN JAHRE ERFOLGREICHER EINSATZ VON TID-KOLBENRINGEN BEI HOHEN DRUCKDIFFERENZEN Dr. Norbert Feistel studierte AUgemeinen Maschi-nenbau an der Universitt Karlsruhe. 1987 Ab-schluss als Dipl.-Ing. (TH). Beginn der beruflichen Karriere aLs Konstrukteur in der Abteilung RoUen-und Kettenforderer der Firma Mannesmann Demag Fordertechnik, Offenbach/Main. 1988 Eintritt in die Abteilung Forschung und Ent-wicklung der Firma Burckhardt Compression, Winterthur, Schweiz. Hier ist er ttig aLs Fachs-pezialist fur die Entwicklung trocken laufender Dichtsysteme fur Prozessgas-Kompressoren. 2002 Promotion...

ZEHN JAHRE ERFOLGREICHER EINSATZ VON TID-KOLBENRINGEN BEI HOHEN DRUCKDIFFERENZEN 3 Bei der lfreien Verdichtung auf Drcke im Bereich um und bei mehr aLs 200 bar k乴nnen die Grenzen trocken Laufender Reibdichtungen erreicht oder auch berschritten werden. Hufig sind die ben頴tigten Frdermengen bei diesen Anwendungen eher gering, was vor aLLem bei der Letzten Verdichtungsstufe zu einem sehr kLeinen ZyLinder-durchmesser fhrt. F乹r die hoch beLasteten DichteLemente resuLtiert hieraus ein OptimierungsprobLem: Sie mssen die bentigten Festig-keits- und Steifigkeitswerte aufweisen sowie eine gute...

4 ZEHN JAHRE ERFOLGREICHER EINSATZ VON TID-KOLBENRINGEN BEI HOHEN DRUCKDIFFERENZEN messer der letzten Verdichtungsstufe kleine Werte von unter 100 mm zur Folge haben kann. Fur die hoch belasteten Dicht-elemente der Endstufe resultiert hieraus ein Optimierungsproblem: Sie mussen die bentigten Festigkeits- und Steifigkeitswerte aufweisen sowie eine gute Fhigkeit zur Verschleisskompensation besitzen. Eine unzul䠠ssig hohe Steifigkeit wurde aber die Ver-schleisskompensation einstuckiger Kolbenringe nachhaltig beein-trchtigen. Um dies zu vermeiden, werden auch mehrteilige Bauformen eingesetzt,...

ZEHN JAHRE ERFOLGREICHER EINSATZ VON TID-KOLBENRINGEN BEI HOHEN DRUCKDIFFERENZEN 5 Abb. 2 Abweichungen eines selbstspannenden Kolbenrings von der Zylinderkontur Gap Type: Gap Unit: mm Time: 1 06.07.2009 15:50 Total Dformation Type: Total Deformation Unit: mm Time: 1 06.07.2009 15:48 0 Max -0.055901 -0.1118 -0.1677 -0.2236 -0.2795 -0.33541 -0.39131 -0.44721 -0.50311 Min 17.579 Max 16.18 14.781 13.382 11.984 10.585 9.186 7.7871 6.3883 4.9895 Min vorragende, ber eine lange Betriebsdauer konstante Dicht-wirkung5. Zum Schutz dieser sehr dichten Bauform vor der zer-st鹴renden Wirkung der hohen...

6 ZEHN JAHRE ERFOLGREICHER EINSATZ VON TID-KOLBENRINGEN BEI HOHEN DRUCKDIFFERENZEN Abb. 3 PrinzipdarsteUung des gefangenen Kolbenrings in "geklemmter" Position Standzeit sollte daher mittels eines tribologisch geeigneteren PEEK-Materials erreicht werden. Es zeigte sich aber rasch, dass das bisher verwendete, mit je 10 Gew.-% PTFE, Grafit- und Kohlefaser-modifizierte PEEK bereits das gnstigste Ver-schleissverhalten besass. Insbesondere berraschte, dass bei ung鹹nstigen Varianten - trotz gleicher Zusammensetzung - die Standzeit auf nur 2'130 Stunden zurckging. Hierfr d鹹rfte unter anderem der...

ZEHN JAHRE ERFOLGREICHER EINSATZ VON TID-KOLBENRINGEN BEI HOHEN DRUCKDIFFERENZEN 7 Abb. 4 Aufbau des TID-Kolbenrings aus TID-Segmenten, Spannring und Grundring Fur die Aktivierung der Segmente beim Kompressorstart sowie fur die weitere Verschleisskompensation ist hier ein zusatzliches Spannelement unvermeidlich. Damit es bei einem mglichen Verlust des Spannrings aus der Nut nicht zu erheblichen Schaden im Zylinder kommt, wurde als Federwerkstoff kein Metall, sondern ein mit 30 Gew.-% Kohlefasern geflltes PEEK-Material gewahlt. Der entscheidende Unterschied zu den ublichen mehrteiligen...

8 ZEHN JAHRE ERFOLGREICHER EINSATZ VON TID-KOLBENRINGEN BEI HOHEN DRUCKDIFFERENZEN Tab. 1 VergLeich der verschiedenen bei einem Enddruck von 250 barg in trockenem Stickstoff getesteten Dichtsystemvarianten Dichtsystem Konventionelle Kolbenringe Gefangene Kolbenringe Gefangene Kolbenringe / Twin-Ringe Gefangene Kolbenringe / TID-Ringe Gefangene Kolbenringe / TID-Ringe Material mod. PEEK mod. PEEK mod. PEEK / mod. PEEK mod. PEEK / mod. PEEK mod. PEEK / PoLymerbLend Versuchsdauer Std. 416-1'070 664-1'545 1'300-4'008 8'206 8'425 Dichtwirkung schLecht schLecht gut mssig gut werden. Daher sollte...

ZEHN JAHRE ERFOLGREICHER EINSATZ VON TID-KOLBENRINGEN BEI HOHEN DRUCKDIFFERENZEN 9 Abb. 7 Bruchversagen (links) und ungleicher Materialabtrag an Twin-Ringen aus mod. PEEK unter der Wirkung einer hohen Druckdifferenz Anordnung der Verdichtungsrume ist, dass diese nun einfach wirkend arbeiten und daher - je nach Druckniveau dazwischen -mindestens eines der beiden Dichtsysteme eine leckagewirksame statische Druckdifferenz besitzt. Abb. 6 zeigt ein typisches Beispiel eines solchen trocken laufenden Kompressors, der in einer zweikurbligen Ausfhrung in der ers-ten Stufe doppelt wirkend (rechts in...

10 ZEHN JAHRE ERFOLGREICHER EINSATZ VON TID-KOLBENRINGEN BEI HOHEN DRUCKDIFFERENZEN kapitel 5 4.2 KOMBINATION AUS GEFANGENEN KOLBENRINGEN UND TID-KOLBENRINGEN Nach den positiven Erfahrungen mit den TID-Kolbenringen in den Prfstandversuchen wurde im JuLi 1999 ein erstes System in der vorteiLhaften Ausfhrung in PoLymerbLend in eine Kundenan-Lage aLs Ersatz der bisher verwendeten Version mit Twin-Ringen eingesetzt. In dem Wasserstoffverdichter mit einem Enddruck von 200 barg und einem ZyLinderdurchmesser von 60 mm in der Letzten Verdichtungsstufe wurde aLs bis dahin bestes Ergebnis eine...

ZEHN JAHRE ERFOLGREICHER EINSATZ VON TID-KOLBENRINGEN BEI HOHEN DRUCKDIFFERENZEN 11 kapitel 6 Nomenklatur PTFE Polytetrafluorethylen PEEK Polyetheretherketon PPS Polyphenylensulfid Literatur 1 Burckhardt Compression AG: Kolbenkompressor zum lfreien Verdichten von Gasen Europisches Patent EP0541482 B1, 1992 2 Burckhardt Compression AG: Dichtelement fur Trockenlaufsysteme und Verwendung eines solchen Dichtelements Europ䠠isches Patent EP0985108 B1, 1997 3 Burckhardt Compression AG: Verfahren zur Herstellung eines Dichtelements sowie Dichtelement hergestellt nach dem Verfahren Europisches...