Höchstdruck-Kolbenkompr essoranlage. Die Erfindung bezieht sich auf eine Höchstdruck-Kolbenkompressoranlage, bei der mindestens ein Kolben der antreibenden Maschine unter Zwischenschaltung einer schwingenden Flüssigkeitssäule und eines zwischen der Flüssigkeitssäule und einem Kompressorkolben verbundenen Freikolbens den Kompressorkolben antreibt.
Die Erfin dung besteht darin, da.ss mindestens ein Teil des Volumens der schwingenden Flüssig keitssäule derart ausgeschaltet wird, dass nur noch der übrige Teil des Volumens der Flüssigkeitssäule zur Wirkung kommt, zum Zweck, den Hub des die Verdichtung bewir kenden Kompressorkolbens bei gleichblei bender Mittelstellung zu verändern. Die Anlage kann mit einer Umleitung N ersehen sein, mit deren Hilfe der ausgeschaltete Teil der Flüssigkeitssäule in einen Raum geleitet werden kann, in welchem er nicht zur Wir kung kommt.
Der Kolben der antreibenden Maschine kann als Stufenkolben ausgebildet sein, und entsprechende auf entgegengesetzte Flächen ,des Treibkolbens wirkende Teilflüssigkeits- säulen können durch eine Umlaufleitung miteinander abschliessbar verbunden sein. Gegebenenfalls kann aber auch der Treib- kalben als Stufenkolben ausgebildet sein.
Um die Abstufungsmöglichkeit der Verände rung des Volumens der Flüssigkeitssäule zu vergrössern, empfiehlt es sich, sowohl den Kolben der antreibenden Maschine, als auch den Treibkolben als .Stufenkolben auszubil den und entsprechende zusammenarbeitende Seiten ider Kolben miteinander abschliessbar zu verbinden.
In .der zwischen dem. Treibkolben und dem Kolben der antreibenden Maschine an geordneten Flüssigkeitssäule kann ein Ab- schlu.ssorgan zum Unterbrechen der Flüssig keitssäule vorhanden sein, wie auch die die Umleitung ermöglichenden Verbindungen mit einem Abschlussorgan versehen sein kön nen. Entsprechende zusammenarbeitende Ab schlussorgane können mit einer Einriehtung verbunden sein, die ein gemeinsames Um steuern der Abschlussorgane ermöglicht.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfin dungsgegenstandes ist anhand eines zwei stufigen Kompressors auf der Zeichnung schematisch dargestellt. Fig. 1 zeigt die Stellung der Abschluss- und Umlauforgane für die Schaltung der Flüssigkeitssäulen für maximalen Hub, welcher durch die ge strichelt gezeichneten Endlagen der Kom- pressorkolben kenntlich gemacht ist, wäh rend in Fig. 2 und 3 die Stellung und Schal tung der verschiedenen Organe für eine Ver kleinerung des Hubes dargestellt ist. Fig. 4 und 5 sind Varianten von Fig. 1.
Fig. 6 veranschaulicht die Veränderung des Hubes ,der Kompressorkolben.
Im Blinder 1 (Fig. 1), in welchem die Flüssigkeitssäule 2, 3 und die Flüssigkeits säule 4, 5 eingeschlossen ist, wird durch die Kolbenstange 6 der doppeltwirkende Stufen kolben 7 der antreibenden Maschine bewegt. Die Teile 2 und 3 der einen Flüssigkeits säule stehen durch Leitungen 8 und 9, die mit Abschlussorganen 10 und 11 versehen sind, mit der einen .Seite des im Zylinder 12 angeordneten Treibkolbens 13 in Verbin dung. Die Teile 4 und 5 der andern Flüs sigkeitssäule sind durch die Leitungen 14 und 15, die durch Organe 16 und 17 abge schlossen werden können, mit der andern Seite des Treibkolbens 1'3 verbunden.
Auf der Kolbenstange 18 des Treibkolbens 13 ist einer seits im Zylinder 19. der doppeltwirkende Kom- pressorkolben 20, zum Beispiel einer ersten Druckstufe I, und im Zylinder 21 der doppelt wirkende Kompressorkolben 22 einer zwei ten Druckstufe II angeordnet. Zwischen den Teilen 2 und 5 der beiden Flüssigkeitssäulen ist eine durch ein Organ 23 abschliessbare Umlaufleitung 24 vorgesehen. Der Teil 3 der einen Flüssigkeitssäule ist durch eine Umlaufleitung 25, welche ebenfalls ein Ab schlussorgan 26 aufweist, mit dem Teil 4 der andern Flüssigkeitssäule verbunden.
Die Abschlussorgane 10 und 17 können einzeln verstellt oder durch eine Kuppelstange 27, mit welcher auch noch das Organ 28 ver bunden sein kann, nach Art eines Gelenk vierecks miteinander betätigt werden. In gleicher Weise kann die Umschaltung der Abschlussorgane 11 und 16, die zum Bei spiel durch eine Stange 28 gekuppelt sind, zusammen erfolgen. Auch das Organ 26 kann mit der Stange 28 verbunden sein, so dass die Verstellung der Organe 11, 16 und 2,6 miteinander erfolgt.
Die Arbeitsweise der in Fig. 1 bis 3 dar gestellten Anlage ist die folgende: Die für beide Bewegungsrichtungen in Betracht kommende totale Arbeitsfläche F des Kolbens 7 der antreibenden Maschine besteht gemäss Fig. 1 für jede,Seite aus der Fläche f i des kleineren und der Fläche des grösseren Kolbens. Entsprechend der Stellung der Organe 10, 11, 16, 17, 23 und 2,6 wirkt bei jedem Hub des Kolbens 7 die Fläche<I>F = f,</I> + f. auf die Flüssigkeits säulen.
Bewegt sich der Kolben 7 nach links, so wird die Teilsäule 2 durch die Leitung 8 und das geöffnete Organ 10, die Teilsäule 3 durch die Leitung 9 und das offene Organ 11 auf die linke Seite des Kolbens 13 im Zylinder 12 gedrückt, der selbe nach rechts gepresst und die Verdich tung des in die rechten Zylinderseiten der ersten und zweiten Stufe eingeführten Mittels bewirkt.
Beim Rückwärtsgang des Kolbens 7 wirkt dieselbe Fläche F = f, -I- f, auf die Teilsäulen 4 und 5, wodurch diese letzteren durch Leitungen 14 und 15 und die geöffneten Organe 16 und 17 auf die rechte Seite des Kolbens 13 geleitet, den selben nach links drücken, wobei die Ver dichtung des in die linken Seiten der Zy linder 19 und 2'1 angesaugten Mittels be wirkt wird. Dabei sind die Umlauforgane 23 und 26 geschlossen.
'Soll nun zum Beispiel der schädliche Raum vergrössert beziehungsweise der Hub der Kompressorkolben verkleinert werden, so erfolgt dies durch Veränderung des Volumens der Flüssigkeitssäulen, indem ein Teil desselben ausgeschaltet wird, in dem zum Beispiel die Fläche f,. und da, mit die Teile 2 und 5 der beiden Flüssig keitssäulen wirkungslos gemacht werden. Zu diesem Zweck werden die Organe 10 und 17 in die aus Fig. 2 ersichtliche Lage gebracht, das heisst abgeschlossen und das Abschlussorgan 23 der Umlaufleitung 24 geöffnet.
Für die Verschiebung des Treib- kolbens 13 steht also nur noch die auf die Teile 3 und 4 der Flüssigkeitssäulen wirkende Fläche f 2 zur Verfügung. Bewegt sich der Kolben 7 zum Beispiel nach links, so drückt die Fläche f 2 die Teilflüssigkeits- säule 3 durch die Leitung 9 und (las offene Organ 11 auf die linke Seite des Kolbens 13. Die von der Kolbenfläche f 1 verdrängte Flüssigkeit findet die Leitung 8 geschlossen und wird durch die Umlaufleitung 24 in das durch die Verschiebung des Kolbens 7 gebildete Vakuum des Raumes der Teil flüssigkeitssäule 5 gedrückt.
Infolge der Ausschaltung der Fläche f, beziehungs weise des von ihr verdrängten Volumens wird der Kolben 13 nur bis in die punk- iiert eingezeichneten Endlagen verschoben, durch welche auch die punktiert eingezeich neten Endlagen der Kompressorkolben 20 und 22 bestimmt sind. Gegenüber Fig. 1 ist der Hub der Kolben 20 und 22 in einer Richtung um den Betrag so ver kleinert.
Beim Rückwärtsgang des Kol bens 7 wird die Teilflüssigkeitssäule 4 durch die Leitung 14 auf die rechte Seite des Kolbens 13 gedrückt, derselbe nach links verschoben, wobei in den linken Sei ten der Zylinder 79 und 21 die Verdichtung des angesaugten Mittels erfolgt. Das von der Fläche f 1 verdrängte, um die Teil säule 2 vergrösserte Volumen der Teil säule 5 wird durch die Umlaufleitung 24 wieder in den Raum der Teilsäule 2 zurück gefördert.
Der Hub des Treibkolbens 13 ist also auch in dieser Richtung durch die Verkleinerung der auf den Treibkolben wir kenden Fläche beziehungsweise durch die Abschaltung des Teils 5 der Flüssigkeits säule um den Betrag so kleiner geworden, so dass der gesamte Hub der Kolben 20 und 22 um den Betrag 2 y so, und zwar gleich mässig in bezug auf die Mittelstellung der Kompressorkolben verkleinert worden ist.
Soll die Fläche f z des Kolbens 7 der an- treibenden Maschine ausgeschaltet werden, so sind, wie in Fig. 3 dargestellt ist, die Organe 11, 16 und 23 zu schliessen. Für die Bewegung des Kolbens 13 steht somit nur noch die von der Fläche f 1 beein flusste Teilflüssigkeitssäule zur Verfügung, da die von der Fläche f 2 verdrängte Teil flüssigkeitssäule ohne Arbeit zu leisten durch die Umlaufleitung 25 verschoben wird. Durch Verkleinerung der wirkenden Fläche wird der Hub des Treibkolbens 13 und derjenige der 1Kompressorkolben 2'0 und 22 auf die durch die punktiert einge zeichneten Endlagen ersichtliche Grösse ver kleinert.
Gemäss Fig. 4 ist der Kolben 7 der an treibenden Maschine doppeltwirkend, der Treibkolben 13, mit dem die Kompressor kolben 20 und 21 durch die Kolbenstange 18 verbunden sind, dagegen als Stufenkolben ausgebildet. Ferner wirkt der Kolben 7 der antreibenden Maschine, statt wie in den Fig. 1 bis 3 auf vier Teilflüssigkeitssäulen direkt; nur auf zwei Flüssigkeitssäulen direkt, nämlich auf 30 und 31.
Ein Teil der Flüssigkeitssäule 30 gelangt durch die Leitung 32 auf die kleinere, rechte Kol benfläche des Treibkolbens 13 zur Wir kung, während . ein anderer Teil der Säule 30 durch die Leitung 33 auf die rechte, grössere Kolbenfläche des Treibkolbens 13 zur Einwirkung gebracht werden kann. Die Leitungen 32 und 33 sind durch Organe 34 und 35 abschliessbar gemacht.
In F ig. 1. ist das Organ 34 in offener, das Organ 35 in geschlossener Stellung eingezeichnet. A.iach die Flüssigkeitssäule 31 wird durch die Lei tungen 36 und 37 in bezug auf ihre Ein wirkung auf den Treibkolben 13 in gleicher Weise unterteilt, indem ein Teil durch die Leitung 37 auf die grössere Fläche, ein an derer Teil durch die Leitung 36 auf der kleineren Fläche des Treibkolbens zur Wir kung gebracht werden kann. Die Leitungen 36 und 37 können durch Organe 38, wel ches in offener, und 39, welches in ge schlossener Stellung eingezeichnet ist, abge schlossen werden.
Die beiden Seiten des Zy- linders mit dem kleineren Durchmesser sind durch eine Umlaufleitung 40, die Enden des Zylinders mit dem grösseren Durchmesser durch die Umleitung 41 miteinander ver bunden. Das Abschlussergan 42 der Um leitung 40 kann mit den Abschlussorganen 38 und 34 zwangsläufig gekuppelt sein, ebenfalls das Abschlussbrgan 43 der Um leitung 41 mit den Abschlussorganen 39 und 35.
Um eine Veränderung des Hubes der Kompressorkolben möglich zu machen, steht das verdrängte Volumen, das heisst das Pro dukt aus dem Hub und der auf die Flüs sigkeitssäule wirkenden Fläche des Kol bens 7 in einem solchen Verhältnis zu den entsprechenden Grössen des Kolbens 13, dass die Xompressorkolben 20 und 21 den gröss ten Hub ausführen, wenn die Flüssigkeits säule 30 bezw. 31 auf die kleinste Fläche des Treibkolbens 13 wirkt, das heisst wenn die Leitungen 132 und 36, sowie die Umlei tung 41 geöffnet und die Leitungen 33 und 37, sowie die Umleitung 40 geschlossen sind.
Soll der Hub zum Beispiel auf 1/2 ver kleinert werden, so sind bei gleichzeitiger Öffnung des Organes 42 die Organe 38 und 34 zu schliessen, so dass die vom Kolben 7 verdrängte Flüssigkeit durch die Leitungen 37 und 33 auf die grössere Fläche des Treib- kolbens, die auf der Zeichnung doppelt so gross als die kleinere ist, geleitet wird. Soll der Hub noch weiter verkleinert werden, zum Beispiel auf '/3, so sind auch noch die Organe 38 und 34 zu öffnen und das Organ 42 zu schliessen.
Die Flüssigkeitssäulen 30 und 31 wirken in diesem Fall auf eine Fläche, die dreimal grösser ist als bei alleini ger Öffnung der Organe 38 und 34. Der Hub wird dadurch auf einen Drittel seiner maximalen Grösse verkürzt.
Eine weitere Abstufung für die Ver änderung des Hubes ergibt sich dadurch, dass nicht nur der Treibkolben 13, sondern der Treibkolben und der Kolben der an treibenden Maschine als Stufenkolben aus gebildet sind, wobei durch die Zahl der Stufen die gewünschte Abstufbarkeit er- reiicht wird.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in welchem sowohl der Kolben 7 der an treibenden Maschine als auch der Treib- kot ben 13 a11s doppeltwirkende Stufenkol ben ausgebildet sind. Die Teilflüssigkeits- säulen 2 und 3 stehen mit jedem der Zylin derräume 45 und 46 des Treibkolbens in Verbindung. Ebenfalls sind die Teilflüs- sigkeitssäulen 4 und 5 mit jedem der Zy linderräume 47 und 48 verbunden.
Wie aus der Fig. 5 ersichtlich ist, können die einzelnen Leitungen, die an einer Zu sammenflussstelle 49 bezw. 50 zusammen kommen, durch Organe 51, 52, 53 und 54 bezw. 55, 56, 57 und 58 abgeschlossen oder geöffnet werden. Die T'eilflüssigkeits- säulen 2, 3, 4 und 5 sind unter sich durch die Umlaufleitungen 24 und 25 miteinan der verbunden:. Die Zylinderräume 45 und 48, sowie 46 und 47 des Treibkolbens sind durch Umlaufleitungen 40 und 41 mitein ander verbunden.
Der Kolben 7 ist derart bemessen, dass der Hub der Kompressorkol- ben am grössten ist, wenn die grössere und die kleinere Fläche des Kolbens 7 die Teil flüssigkeitssäulen 2 und 3 gleichzeitig und auf die kleinere Fläche des Kolbens 13 allein verschieben. (Organe 51, 52, 5 bezw. 55, 56, 58, sowie 43 geöffnet; 23, 26, 54, 57 und 42 geschlossen.) Umgekehrt ist der Hub der Kompressorkolben am klein sten, wenn nur die Teilflüssigkeitssäule bezw. 5 in die.
Räume 45 und 46 in einer Bewegungsrichtung bezw. 47 und 48 in cler andern gleichzeitig verschoben wird, wäh rend die Teilsäule 3i bezw. 4, ohne Arbeit zu leisten, in der Umlaufleitung 25 zirku liert. (Stellung der Organe wie in Fig. 5). Für das in Fig. 5 dargestellte Ausführungs beispiel ergeben sich bei gleichbleibender Mittelstellung somit neun Abstufungsmög lichkeiten für die Veränderung des Hubes der Rompressorkolben.
Zusammengefasst bestehen verschiedene Möglichkeiten, den Hub der Kompressor kolben bei gleichbleibender Mittelstellung derselben zu verändern, sei es, dass nur ein Teil des vom Kolben der antreibenden Ma schine verdrängten Volumens auf den Treib- kolben zur Wirkung gebracht, ein anderer Teil in einer Umlaufleitung, ohne Arbeit zu leisten zirkuliert (Fig. 1 bis 3), sei es, dass bei vom Kolben der antreibenden Maschine verdrängtem, konstantem Flüssigkeitsvolu- inen die Veränderung des Hubes durch Ver änderung,
zum Beispiel Vergrösserung des diesem Volumen im Zylinder des Treibkol- ben:, zur Verfügung stehenden Raumes be wirkt wird (Fig. 4), oder endlich durch Un terteilung der vom Kolben der antreibenden Maschine bewegten Flüssigkeitssäule und Veränderung des Raumes im Zylinder des Treibkolbens, durch Zu- oder Abschalten von Teilräumen (Fig. 5).
Wie in Fig. 6 dar gestellt ist, wird dadurch erreicht, @dass der maximale Hub s auf s1, 3, etc. verkleinert werden kann, indem die Mittellage<I>in</I> der Kompressorkolben dieselbe bleibt.
Die gemäss der Erfindung vorgesehene Veränderung des Hubes kann natürlich auch für einfachwirkende Kompressorkolben in Betracht kommen, wie auch durch die An triebsmaschine mehrere Kolben 7 betätigt werden können oder die Schaltung der Treib kolben oder der Verbin:dungs- oder der Um leitungen in anderer Weise, als in den Aus führungsbeispielen dargestellt, erfolgen kann.