CH227216A - Mehrstufenverdichter mit regulierbarer Förderleistung. - Google Patents

Description

  Mehrstufenverdichter mit regulierbarer Förderleistung.    Die' Erfindung betrifft einen Mehr  stufenverdichter mit regulierbarer     Förder-          leistung,    mit Differentialkolben und min  destens einer nichtfördernden Kolbenarbeits  fläche, die bei Vollastbetrieb zum Ausgleich  der Kolbenkräfte von einem als Ausgleich  druck wirkenden Stufendruck beaufschlagt  wird.  



  Zur Regulierung der Förderleistung solcher  Verdichter wurde schon die     Verwendung    von       Zusatzkammern    vorgeschlagen, die zur Ver  grösserung des schädlichen Raumes zum  Zwecke der Leistungsverminderung, an den  oder die Arbeitszylinder einer oder mehrerer  Verdichterstufen angeschlossen werden kön  nen. Eine zweckmässige und raumsparende       Unterbringung    solcher     Zusatzkammern    ver  ursacht jedoch bei Mehrstufenverdichtern  mit Differentialkolben häufig erhebliche  Schwierigkeiten, so dass oft ein Anbau un  schöner Kammern am Verdichterzylinder mit  den nachteiligen zusätzlichen Verbindungs  flanschen und Abdichtungen angebracht wer  den muss.

      Diese Nachteile können dank der Erfin  dung vermieden werden, indem der der nicht  fördernden Kolbenfläche zugeordnete Zylin  derraum als leistungsvermindernde Zusatz  kammer zu der den Ausgleichsdruck erzeu  genden Verdichterstufe verwendet werden  kann. Dadurch wird eine gedrängte Bauart  ohne zusätzliche     Abdichtungsstellen    ermög  licht. Auch können trotz des Zusatzraumes  alle Ventile der verschiedenen Verdichter  stufen leicht zugänglich bleiben.

      Der nichtfördernde Zylinderraum kann  mit dem     Kompressionsraum    der zu regulie  renden     Verdichterstufe        einerseits,.    und mit  dem     Ausgleichsdruckraum    anderseits über je  ein Absperrorgan verbunden sein,     _    um jenen  Zylinderraum je nach Bedarf als leistungs  vermindernde Zusatzkammer oder     als    blosse       Druckausgleichkammer    verwenden zu . kön  nen.

       Es        kann    aber auch für beide Anschlüsse  des Zylinderraumes ein gemeinsames - Ab  schlussorgan     (Dreiweghahn,        Dreiwegventil)     von solcher     :Wirkungsweise    vorgesehen wer-      den, dass immer nur der eine oder andere An  schluss (nie beide zusammen) geöffnet ist.  



  Der nichtfördernde Zylinderraum kann  zur Erhöhung seiner Wirkung     rauzmvergrö-          ssernde    Ausweitungen besitzen. Es können  auch weitere Zusatzkammern vorhanden sein,  die einzeln mit dem     nichtfördernden    Zylin  derraum verbunden werden können, um sie  einzeln oder in Gruppen zu     stufenweiser    Re  gulierung zu verwenden. Bei mehrkurbeligen  Mlehrstufenverdichtern werden vorteilhafter  weise die Zusatzkammern der den einzelnen  Kurbeln zugeordneten Zylinder nacheinander  immer in ein- und derselben Reihenfolge  reguliert, um eine möglichst vielstufige Regu  lierung zu     erhalten.     



  Ausführungsbeispiele des Erfindungsge  genstandes sind in Fig. 1, 2, 4 und 5 der  Zeichnung dargestellt. Diese Figuren stellen  je einen schematischen Schnitt durch einen  einkurbeligen Dreistufenverdichter dar. Es  bedeuten:  I, II, III die Arbeitsräume der ersten,  zweiten und dritten Verdichterstufe, 3 den  Differentialkolben mit den Arbeitsflächen 4  der ersten, 5 der zweiten und 6 der dritten  Verdichterstufe. Die Arbeitsfläche 7 ist  nichtfördernd und dient bei Vollastbetrieb  zum Ausgleich der Kolbenkräfte. Zu diesem  Zweck ist beim Beispiel nach Fig. 1 bei     Voll-          lastbetrieb    der der Zylinderfläche 7 zuge  ordnete Arbeitsraum IV durch das Abschluss  organ 8 mit der Druckleitung 11 der ersten  Verdichterstufe verbunden.  



  Der durch einen nicht gezeichneten An  triebsmechanismus über Kurbelzapfen 16 und  Pleuelstange 17 hin und her bewegte Diffe  rentialkolben 3 saugt das zu fördernde Me  dium durch die Leitung 10 an und verdichtet  dieses in der ersten Verdichterstufe auf einen  ersten Zwischendruck. Die verdichteten Gase  gelangen über die Verbindungsleitung 11 zur  zweiten, der Kolbenringfläche 5 zugeordneten  Verdichterstufe, wo eine Weiterkompression  auf einen noch höheren Druck erfolgt. Dar  aufhin erfolgt die Überleitung durch die Lei  tung 12 in die dritte Verdichterstufe, w o die  Komprimierung auf den Enddruck vorgenom-    tuen wird. Der Ausstoss der auf den     End-          druck    komprimierten Medien erfolgt über die  Leitung 13. 14 sind die Saugventile der ver  schiedenen Verdichterstufen und 15 deren  Druckventile.

   In den dargestellten Beispielen  steht der nichtfördernde Arbeitsraum IV bei  Vollastbetrieb unter dem Enddruck der  ersten Verdichterstufe.  



  Soll nun eine Leistungsverminderung vor  genommen werden, dann ist beim Beispiel  nach Fig. 1 das Abschlussorgan 8 zu schliessen  lund das Abschlussorgan 9 zu öffnen. Damit  wird die Verbindung zwischen nichtfördern  dem     Arbeitsraum    IV und dem Drucksystem  der ersten Verdichterstufe unterbunden, da  für aber eine Verbindung zwischen Raum IV  und demn Kompressionsraum I der ersten Ver  dichterstufe hergestellt. Beim Aufwärtsgang  des Kolbens wird ein Teil der zu verdichten  den Medien in den sich dabei     vergrössernden     Arbeitsraum IV hinein komprimiert.

   Beim       Abwärtsga.ng    des Kolbens erfolgt. ein     Rück-          srhieben    und     Rückexpandieren    dieser 'ver  dichteten Medien aus dem     Raum    IV in den       Arbeitsraum    I. der nun Saugraum ist. Erst.  wenn sich diese im Raum IV enthaltenen  Gase bis auf den durch das zugehörige Ventil  14     lxstiminten    Saugdruck expandiert haben,  erfolgt das weitere Ansaugen neuer Gase  durch die Saugleitung 10. Das Fördervolumen  der     ersten    Stufe wird somit je nach Grösse  des nichtfördernden     Arbeitsraumes    IV redu  ziert.  



  Der     fördervolumenvermindernde    Einfluss       dee    Raumes IV kann dadurch verkleinert  werden, dass das     Absehlussorgan    9 vor Errei  chen des Saugdruckes in den miteinander ver  bundenen Räumen I und IV geschlossen  wird, so dass der Saugdruck in dem nun ab  geschlossenen Raum I früher erreicht wird.  



  Die Betätigung des Organes 9 kann zu  diesem Zwecke     beispielsweise    von der     Ver-          dichterwelle    aus mechanisch, hydraulisch  oder pneumatisch erfolgen, wobei Mittel vor  gesehen sein können, die eine stufenlose Ver  stellung des Schliesszeitpunktes innerhalb der       Saughubdauer    der zu regulierenden Druck  stufe     (Abwärtsgang    des     Kolbens)    ermöglichen,      zum Zwecke einer stufenlosen Leistungsregu  lierung. Während des Druckhubes (Auf  wärtsgang des Kolbens 3) bleibt das     Ab-          sehlussorgan    9 geöffnet.  



  Um die Leistungsverminderung zu ver  stärken, kann der normale nichtfördernde  Arbeitsraum IV durch raumvergrössernde       Ausweitungen    V vergrössert werden. Ferner  können eine oder mehrere weitere Zusatz  kammern IV (Fix. 2) angebracht und bei  spielsweise sternförmig um den nichtfördern  den Arbeitsraum IV angeordnet sein.  



  An Stelle der einzelnen Abschlussorgane 8  und 9 (Fix. 1) kann, wie in Fig. 2 darge  stellt, z. B. eine Art Dreiwegorgan 18 vorge  sehen werden, welches wechselweise den  nichtfördernden Arbeitsraum IV entweder  mit dem     Arbeitsraum    I oder mit der Druck  leitung 11 der ersten Verdichterstufe verbin  det. Die Zusatzkammern VI können durch  Absehlussorgane 19 vom Raum IV abgetrennt  werden. Bei mehreren Zusatzkammern VI  und mehreren Abschlussorganen 19 erfolgt  die Betätigung der Organe 19 mit Vorteil  immer in ein und derselben Reihenfolge. Für  die Einhaltung dieser Reihenfolge wird  zweckmässig ein besonderes Organ     verwendet,     beispielsweise ein Nockenträger 24 (Fix. 5).  Der letztere kann dabei Ventile 25 betäti  gen, die den Zu- bezw.

   Abfluss von gasförmi  gen oder flüssigen Druckmitteln zu die Ab  schlussorgane 8, 9, 18, 19     betätigenden        Servo-          kolben    26 regeln.  



  Der Nockenträger 24 kann von Hand oder  durch einen nicht dargestellten Servomotor,  beispielsweise einen Elektromotor, einen  Elektromagneten, pneumatisch oder hydrau  lisch betätigt werden. Der Servomotor kann  dabei zwecks automatischer     Regulierung    des  Fördervolumens von einem Pressostaten.  Thermostaten oder auch mehreren solchen  voneinander abhängigen oder unabhängigen  Vorrichtungen     gesteuert    werden. Auch kann  zur     Steuerung    des Servomotors mindestens  ein Pressostat und Thermostat gleichzeitig  angewendet werden.  



  Die Anordnung kann auch so getroffen  werden, dass die Verbindung zwischen den    Räumen I und IV unabhängig von den Orga  nen 19 geschlossen werden kann. Dadurch  wird auch bei Benützung von     Zusatzräumen     VI eine stufenlose Regulierung ermöglicht.    An Stelle des Nockenträgers kann auch ein       anderes        geeignetes    Organ verwendet werden.  



  Fig. 8 zeigt ein Indikatordiagramm einer  leistungsregulierbaren Verdichterstufe eines  Mehrstufenkompressors mit Differential  kolben. Es bedeuten 20 die Rückexpansions  linie bei Vollast und geschlossener Verbin  dung zwischen den Räumen I und IV zu  Beginn des Saughubes des Kolbens 3, 21 die       Ansauglinie,    22 die Kompressionslinie und  23 die Ausstosslinie.  



  Wenn die Verdichterstufe I mit zuge  schaltetem nichtförderndem. Arbeitsraum IV  arbeitet, das heisst wenn beispielsweise das  Abschlussorgan 9 geöffnet ist, dann ergibt  sich wegen des grossen Schadraumes eine  Expansionslinie nach 20'. Die Ansauglinie 21  wird bedeutend kürzer. Die Verkürzung der  selben auf v' gegenüber v bei Vollast ist der  Leistungsverminderung proportional.  



  Wird nun das Abschlussorgan 9 nach  Zurücklegen eines     Kolbenweges    s (Fix. 3)  geschlossen, dann ergibt sich ein neuer Ver  lauf der     Expansionslinie    nach 20". Die An  sauglinie 21 erhält wieder     eine    grössere Länge       v",    demzufolge sich auch eine vergrösserte       Leistung    ergibt gegenüber den Verhältnissen       betdauernd        geöffnetem        Abschlussorgan    9.

    Wird     dieses        Abschlussorgan    noch früher ge  schlossen, dann ergibt sich .logischerweise eine  noch grössere     Förderleistung    ,des Mehrstufen  verdichters, bleibt es dagegen während län  gerer Zeit offen, dann verringert sich die Lei  stung der Maschine entsprechend.  



  Bei der     beschriebenen        Arbeitsweise    bleibt  mit Vorteil     das        Abschlussorgan    9     während,des     ganzen     Druckhubes    geöffnet.

   Parallel zum       Abschlussorgan    8 (in     Fig.    1 und 4) kann       zweckmässigerweise    gemäss     Fig.    4 ein     feder-          belastetes        Abblaseventil    8' eingebaut sein,  welches nach dem Abschluss des Organes 9  ein     Ausschieben    der durch den weiteren     Kol-          benabwärtsgang        im    Arbeitsraum IV ver  drängten, Druckgase ermöglicht.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Mehrstufenverdichter mit regulierbarer Förderleistung und mit Differentialkolben und mindestens einer nichtfördernden Kol benarbeitsfläche, die bei Vollastbetrieb zum Ausgleich er Kolbenkräfte von einem als Ausgleichdruck wirkenden Stufendruck be aufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der dieser nichtfördernden Kolbenfläche zu geordnete Zylinderraum als leistungsvermin dernde Zusatzkammer zu der den Ausgleichs druck erzeugenden Verdichterstufe verwen det werden kann. UNTERANSPRÜCHE: 1.

   Mehrstufenverdichter nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass je ein Absperrorgan in den Verbindungen des nicht fördernden Zylinderraumes mit dem den Aus gleichsdruck aufweisenden Druckraum einer seits und dem Kompressionsraum der zu regu lierenden Stufe anderseits vorhanden ist. 2. Mehrstufenverdichter nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass in die Verbindung zwischen dem nichtfördernden Zylinderraum und dem den Ausgleichsdruck aufweisenden Druckraum ein Abblaseventil eingebaut ist. 3.

   Mehrstufenverdichter nach Patentan spruch, gekennzeichnet durch ein Absperr organ, durch das der nichtfördernde Zylin- cderraum wahlweise mit dem den Ausgleichs- druclk aufweisenden Druckraum oder mit dem Kompressionsraum der regulierbaren Stufe verbunden werden kann. 4. Mehrstufenverdichter nach Patentan spruch, gekennzeichnet durch ein Steuer organ, das die Verbindung zwischen dem Kompressionsraum der zu regulierenden Druckstufe und dem nichtfördernden Zylin derraum in einem zvecks stufenloser Regu lierung stufenlos veränderbaren Zeitpunkt während des Saughubes dieser Druckstufe schliesst. 5.

   Mehrstufenverdichter nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der nichtfördernde Zylinderraum raumvergrö ssernde Ausweitungen besitzt. 6. Mehrstufenverdichter nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ausser dem nichtfördernden Zylinderraum noch andere Zusatzräume besitzt. 7. Mehrstufenverdichter nach Patentan spruch und Unteranspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, dass die weiteren Zusatzräume an den nichtfördernden Zylinderraum ange schlossen sind. B. Mehrstufenverdiehter nach Patentan spruch und Unteranspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, dass diese weiteren Zusatz räume radial um den nichtfördernden Zylin derraum angeordnet sind. 9.

   Mehrstufenverdichter nach Patentan spruch und Unteransprüchen 6 und 7, ge kennzeichnet durch je ein jedem an den nicht fördernden Zylinderraum angeschlassenen Zusatzraum zugeordnetes Abschlussorgan. 10. Mehrstufenverdichter nach Patentan spruch und Unteranspruch 6, gekennzeichnet durch ein Steuerorgan, das die Zusatzräume immer in ein und derselben Reihenfolge zu- bezw. abschaltet. 11.

   Mehrstufenverdichter nach Patentan spruch und Unteranspruch 6, als Mehrkurbel- masehiiie ausgebildet, gekennzeichnet durch ein Steuerorgan, das die Zusatzräume der den einzelnen Kurbeln zugeordneten Zylinder immer in ein und derselben Reihenfolge zu- bezw. abschaltet. 12. Mehrstufenverdichter nach Patentan spruch und Unteransprüchen 6, 7 und 9, ge kennzeichnet durch ein Steuerorgan für die Steuerung der Abschlussorgane der Zusatz räume. 13. Mehrstufenverdichter nach Patentan spruch und Unteransprüchen 6, 7, 9 und 12.

   dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerorgan ein auf Ventile eines Druckölsystems wirken der Nockenträger ist. 14. Mehrstufenverdichter nach Patentan spruch und Unteransprüchen 6, 7, 9 und 1.2, ,dadurch gekennzeichnet, dass das Steuer organ durch einen Servomotor betätigt wird. 15. Mehrstufenverdichter nach Patentan spruch und Unteransprüchen 6, 7, 9 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerorgän von Hand eingestellt werden kann. 16.

   Mehrstufenverdichter nach Patentan spruch und Unteransprüchen 6, 7, 9, 12 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass der das Steuer organ betätigende Servomotor ein Elektro motor ist. 17. Mehrstufenverdichter nach Patentan spruch und Unteransprüchen 6, 7, 9, 12 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Servomotor ein Elektromagnet ist. 18. Mehrstufenverdichter nach Patentan spruch und Unteransprüchen 6, 7, 9, 12 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Servo motor ein Druckflüssigkeitsmotor ist. 19. Mehrstufenverdichter nach Patentan spruch und Unteransprüchen 6, 7, 9, 12 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Servo motor ein Druckgasmotor ist. 20. Mehrstufenverdichter nach Patentan spruch und Unteransprüchen 6, 7, 9, 12 und 14, gekennzeichnet durch mindestens einen den Servomotor beherrschenden Pressostaten. 21.

   Mehrstufenverdichter nach Patentan spruch und Unteransprüchen 6, 7, 9, 12 und 14, gekennzeichnet durch mindestens einen den Servomotor behemrschenden Thermo staten. 22. Mehrstufenverdichter nach Patentan spruch und Unteransprüchen 6, 7, 9, 12 und 14, gekennzeichnet durch mindestens je einen ,den Servomotor beherrschenden Pres.sostaten und Thermostaten.