Evaluation of the influence of material, manufacturing and testing parameters on the leakage of PTFE and PEEK based sealing materials in reciprocating compressors

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Autoren

Abstract

Die Druckpackung eines Kolbenkompressors hat die Aufgabe den Verdichtungsraum zur Umgebung hin abzudichten. Sie ist eine Peformance-bestimmende Komponente. Die Druckpackung besteht aus mehreren Abschnitten, die als "Container" oder als "Cup" bezeichnet werden. In jedem Abschnitt befindet sich ein Dichtelement. Diese Dichtelemente setzen sich aus einem oder mehreren Packungsringen zusammen. Das Dichtelement, das auch als Ringgruppe bezeichnet werden kann, wird durch den abzudichtenden Differenzialdruck aktiviert. Durch die Druckdifferenz werden die einzelnen Ringsegmente aufeinander, auf die Kolbenstange und gegen die Oberfläche des Cups gedrückt. Der Kontaktdruck zwischen den Oberflächen ergibt sich aus der Druckdifferenz und der Ringgeometrie und liegt in der Größenordnung des Gasdrucks. Leckage durch ein Dichtelement kann an mehreren Stellen auftreten: • In der dynamischen Dichtfläche zwischen der sich bewegenden Kolbenstange und dem Dichtelement. • In der statischen Dichtfläche zwischen einem Ring und einem weiteren Ring oder einem Ring und der Cup-Oberfläche. • Aufgrund von herstellbedingten Imperfektionen an den Kanten zwischen den einzelenen Ringsegmenten und zwischen einzelnen Packungsringen. Die vorliegende Arbeit untersucht die Leckagepfade zwischen statischen Dichtflächen und den Einfluss von Test-, Material- und Bearbeitungsparametern auf die Leckage. Der Fokus liegt dabei auf dem Kontaktdruck, dem anliegenden Gasdruck und der Rauigkeit und Flachheit der Dichtringe. Um diese Einflüsse zu testen wurde ein Teststand gefertigt. Mithilfe einer Zugprüfmaschine kann ein definierter Kontaktdruck unabhängig vom anliegenden Gasdruck aufgebracht werden. Etwaige Leckage wird am Ende des Prüfaufbaus gemessen. Die Dichtringe wurden mit verschiedenen Berarbeitungsmethoden und -parametern hergestellt, um den Einfluss der Rauigkeit und der Flachheit auf die Leckage zu untersuchen. Verschiedene Materialpaarungen, die typischerweise auch in Dichtpackungen verwendet werden, wurden im Zuge eines Versuchsplans vermessen. Bevor die Testreihe durchgeführt wurde, wurden störende Einflussfaktoren im Versuchsaufbau detektiert und minimiert. Das entwickelte Messschema wurde für alle Materialkombinationen verwendet. Die Versuche bestätigten die theoretischen Zusammenhänge. Die Leckage nimmt logarithmisch mit zunehmendem Kontaktdruck ab. Für den Fall, dass der anliegende Gasdruck geringer als der Kontaktdruck ist, kommt es zu einem linearen Anstieg der Leckage mit zunehmendem Gasdruck. Sobald der Gasdruck im Bereich des Kontaktdruckes liegt, kann dessen Einfluss auf den Kontakt zwischen den Dichtringen nicht mehr vernachlässigt werden. Dies resultiert in einem schnelleren Anstieg der Leckage. Für leicht deformierbare Materialen spielt die Flachheit nur eine untergeordnete Rolle und die Rauigkeit ist der treibende Faktor. Für steifere Materialien spielt die Flachheit eine größere Rolle. Vor allem bei geringem Kontaktdruck können dadurch Spalte zwischen den Dichtelementen entstehen, was zu sehr hohen Leckagen führt.

Details

Titel in ÜbersetzungUntersuchung des Einflusses von Material-, Verarbeitungs- und Testparametern auf die Leckage von Kolbenstangendichtmaterialien
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung20 Dez 2019
StatusVeröffentlicht - 2019