Kolbenverdichter mit einem Organ zur Leistungseinstellung. Die Erfindung betrifft einen Kolben verdichter mit einem Organ zur Leistungs- einstellung mittels Änderung des schädlichen Raumes, insbesondere für Kälte- bezw. Kom- pressionsanlagen und bezweckt, beim An fahren eine unerwünschte Überschreitung des beim Normalbetrieb erforderlichen Kraft bedarfes für den Verdichter zu vermeiden.
Bei Verdichtern, für Kälte- oder Vakuum anlagen kann der Kraftbedarf für den Ver dichter beim Anfahren, .das heisst beim In- betriebsetzen bekanntlich je nach den verlie- genden Verhältnissen, bis auf angenähert den doppelten Wert desjenigen Wertes ansteigen,
der dem normalen Befirieb entspricht. Bei An lagen mit Handbedienung kann durch ent- spreohende Drossselu ng der Sauglestuug der Kraftbedarf des Verdichters konstant gehal ten werden. Hingegen bei Anlagen mit selbst- tätigem Betrieb muss- der Antriebsmotor für den höchsten Kraftbedarf des Verdichters beim Anfahren ,gebaut werden.
Dadurch er- g- i#b#t sich der Nachteil, dass im normalen Be trieb der Motor nur zur Hälfte belasten sein und @daheir unwirtschaftlich arbeiten würde.
Um diesen Nachteil zu beseitigen, wird gemäss der Erfindung vorgeschlagen, dass beim Inbetriebsetzen des Verdichters das Organ zur Leistungseinstellung mit Hilfe einer in Abhängigkeit von einer mit dem Inbetrieb- setzen sich ändernden Betriebsgrösse arbei tenden Siteuervorrichtung eine leistungsver- mindernde Stellung
einnimmt.
Auf der Zeichnung sind zwei AusTüh- rungisbeispiele des Erfinidungsgegenstandes und eine Detailvariante dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen Kolbenverdichter mit -ein:eir Anfahr- und einer Bejtriebs-druck-Steuer- vorrichtung im Schnitt, Fig. 2 einen Verdichter mit einer bei Nor malbetrieb iso,dromarbeitenden Betriebs-druck- SteuervoDri@chtung, F'ig. 3 eine Variante einer Einzelheit aus Fig. 2.
Der Verdichter 1 in F'ig. 1 mit dem Kol ben 2 hat ein Organ 3 zur Leistun@gseinetel- lung mittels Änderung des schädlichen Raumes, indem das Organ 3 beim Aufwärts,- gehen die Schlitze 4, 5, 6, 7 und 8 freigibt. die den Zylinderraum. 9 mit fünf zusätzlichen schädlichen Räumen verbinden, von denen zwei mit 10 und- 12 bezeichnet sind.
Das Organ 3 wird vorn. Servomotorkolben 15 be tätigt, dessen Steuerschieber 16 den Druck- mittelzuflu:ss aus der Leitung 17 zu den Räumen 18 und 19 mittels der Steuerkanten 21 und 22 öffnet und schliesst. Das Rück- führungsgestänge 28 mit den Einstell- sehra.uben 24 und die Feder 25 verbinden das Organ 3 mit dem Schieber 16.
Im Stillstand ,d--,s Verdichters 1 drückt die Feder 26 das Organ 3 in die höchste Stellung bis zum An schlag 27 hinauf, so da.ss der Verdichter im Stillstand auf kleinste Leistung eingestellt ist.
An die Saugleitung 29 des. Verdichters 1 ist der Rauem. 30 der Steuervorrichtung 31 angeschlossen, die das Organ 3 zur Leistung gs- einstellung beim Inbetriebsetzen des Verdieh- ters 1 in Abhängigkeit von einem mit dein Inbetriebsetzen sich ändernden Betriebsdruel@, im vorliegenden Fall dem Saugdruck,
in eine leistungsvermindernde Stellung bringt bezw. in dieser hält. Diese Anfahmsteu.ervorri-eha.ung 31 hat im Raum 30 ein Membranrohr 32 m:
it der Druckfeder 33, dessen Teller 34 sich zwischen .den Anschlägen 35 und 36 be-,vebt. Das mit dem Teller 34 fest verbundene Ge- stänge 37 betätigt das verschieblich auf dem Gestänge 37 gelagerte Vorsteuerorgan 38 mit den Ein- und. Ausl'asssahlitzen 39 und 40 und der Feder 41, deren Spannung mittels der Schraube 42 eingestellt werden kann.
Einer seits verbindet das Vorsteueror bau 38 als Steuerschieber den Raum 43 und den mit ihm durch die Leitung 44 verbundenen Raum 45 unter dem Schieber 16 mit der Zuflussleit:un:- 46 und der Abfluss.leitun.g 47 für das Drticl.:#- mittel;
anderseits arbeitet das Organ 38 als Vemtellkolben unter dem Druck des Druck- mittels im Raum 48, das über die Leitung 49 von der Steuervor richtung 51, der Be-triebs- druck-Steuervorzichtung zugeführt wird.
Der Raum 52 de..r Steuervarrichtung ist ebenfalls an die Saugleitung 29 angeschlos sen. Der Teller 53 des Membranrohree 54 mit der Druckfeder 55 bewegt sich zwischen den Anschlägen 56 im.d 5'7 und betätiät über den Stössel 58 und den Hebel 59 das zu-eite Vor- steneror'gan 60,
61 für den Schieber 16 zur Steiterunb des =den Kolben 15 besitzenden Servomotors. Dabei wird der Servomotor von cl,--i- Stewervo.rrichtun- 51 derart einge.stelit, dass während des Betriebes des V rdicltters 1 eine bestimmte Betriebsgrösse, z. B. der Saug druck, konstant gehalten wird.
Das vor- genannte zweite Vorsteuerorgan besteht aus dem. Kolfenschieber 60 mit den Steuerkanten 4? und 63 und dem Rizckfiihrschieber 61 mit Ein- und Ausiassschlit,zen 64, 65 und der Drtiel,:fed er 66.
Vom Ringraum 67 führt die Leitun-- 68 zur Drosselstelle 69 und dem Druckraum 70. Mittels der Stellschraube 71 wird die Spannung der Feder 72 und damit di.e Höhe des konstant zu haltenden Ansattg- clruckes eingestellt.
In der Sangleitung 29 und den mit ihr verbundenen Räumen 30 und 52 der Steuer- vorrichtunt; 31 und 51 herrscht bei Kälte- # anh a-gen im Stillstand der .den mittleren Raumtemperaturen entsprechende, höhere Au,s--leichdruck,
bei Vakuumanlagen Atmo- _sphä rc ndrueh.
MTenn nun der Verdichter 1 selbsttäti-b in Betrieb gesetzt wird, so erfolgt dies infolge des in seiner höchsten Stellung befindlichen Organes 3 mit dem grössrtmöglichen zusätz- 1i.ehen schädlichen Raum und somit beim kleinsten Kraftbedarf. Infolgedessen besteht eine Gefahr für die weiter nicht da.rg-estellte Antrieb@sma:
schine des Verdichters 1 auch im Moment des Anfahrens nicht. Im Anfahr- zustand, das heisst wenn in den Räumen 30 iind 52 der @usgleichdrtich herrscht, sitzt <B>das</B> Membra-nrohr 32 der Anfahrsteuervor- r ichtti@ng 31 auf dem Anschlag 35 für die maximale Zusahaltung von schädlichem Raum auf.
Ebenso sitzt; das Nembranrohr 54 der andern, das heisst, der Betriehsdruek-Steuer- vorrichtung :51 auf dem Maximalanschla,g 56 auf. Über das Gestänge 58 und 59 wird der Vorsteu erkalbenschieber 60 so hoch angeho ben, dass die Steuerkante 62 die Öffnung 64 zud=ec-kt, während. die Steuerkante 63 den Drucl@mirttel@-Abl@aufs,chlitz 65 freilegt und,die Leitung 49 bezw. den Raum 48 mit dem Ab lauf 7 3 verbindet.
Dadurch kann die Steuer- vo@rrichtung 51 die Stellung :des Organes 3 bezw. seines Steuerorganes 16 nicht beein flussen.
Der Druckleitung 46 wird z. B. Drucköl oder Druckmittel einer nicht gezeichneten Za.hnradölpumpe zugeführt, die gemeinsam mit dem Verdichter 1 angetrieben wird.
In folgedessen, wenn nun dar Verdichter 1 in Betrieb gesetzt wird, fliesst Druckmittel dem Vorsteue:rorggan 38 zu. Das Organ 38 ist in der untersten Stellung und die Steuerschlitze 39 haben den Druckmittelzufluss zum Raum 43 und zum Raum 45 unterhalb des Schie bers<B>16</B> geöffnet.
Der Schieber 16 wird ange hoben, die Steuerkanten 21 öffnen den Ab fluss ,aus dem Raum 18 über dem 'Servomotür- kolben 15 und die Steuerkanten 22 den Druck mittelzufluss aus der Leitung 46 und,der Lei tung 17 zum Ringraum 19 unter dem Kol ben 15.
Dadurch wird: ,das Organ 3 in seiner höchsten strichpunktiert gezeichneten Stel lung a.m Anschlag 27 festgehalten. Bei einem gewissen im Raum. 43 herrschenden Druck, .der der Kraft ,der Feder 41,da;s Gleichgewicht hält, schliesst der Schieber 38 seine Schlitze 39 ab.
Infolge :da Inbetriebsetzens des Verdich ters 1 nimmt nun der Druck in der Saug leitung 29 des Verdiehters 1 und damit auch in den Räumen 30 und 52 der Steuervorrich- tungen 31, 51 ab. Das 'tgembranrohr 32 dehnt sich unter dem Einfluss der' Kraft der Feder 33-, wobei die Belastung des Vorsteuer- organes 38 durch; die Feder 41 abnimmt.
Der Druck im Raum 43 sinkt, .indem die Steuer öffnung 40 Druckmittel aus dem Raum 43 in die Ablaufleitung 47 abfliessen lässt, bis -der im Raum 43 herrschende, auf das Organ 38 wirkende Druck seich mit der Kraft der Feder 41 wieder im Gl@eiahgewicht befindet.
Der geringere Druck im Raum 43 be wirkt eine Verstellung des Steuerschiebers 16 unter dem Einfluss der Feder 25 nach unten. Dabei wird der Raum 18 mit dem Druck mittelzufIuss 17 verbunden, der Servomotor- koslben 15 und damit auch das Organ 3 be wegen sich nach unten bis @die Rückführung 23 durch Entspannung der Feder 25 den Steuerschieber 16 wieder in die Abss,chluss- lag:e zurückgeführt hat.
Bei diesem Regel vorgang hat die Saugleitung des Verdichters dlem Volumen nach zugenommen, während die Leistungsaufnahme des Verdichters 1 die Leistungsfähigkeit des Antriebsmotors nicht überschritten hat.
Dieser Reg elvorgang wird nun im Verlauf der Anfahrperiode so lange wiederholt bezw. fortgesetzt, bis z. B. alle zusätzlichen s,ahäd- fichen Räume gab:geschaltet sind, dass heisst bis das Organ 3 seine unterste durch den An schlag 2.8 begrenzte, ebenfalls strichpunktiert gezeichnete Endlage erreicht hat.
Ist diese Lage erreicht, so hat zweckmässig gleichzei- tig die Steuervorrichtung 31 bezw. das Feder- rahr 32 seinen Minimalanschlag 36 erreicht, während die Steuemvomrichtung 51 bezw. das Membranrohr 54 gerade anfängt sich von seinem dem maximalen Betriebsdruck ent sprechenden Aneehlag 56 abzuheben.
Der Druck in der :Saugleitung 29 bezw. in den Räumen 30 und 52 kann auch in diesem Augenblick noch um einen bestimmten Betrag höher als :der Druck sein, der dem normalen Betriebszustand entspricht, und zwar isst er um so viel höher als es die übliche Über- messung von z. B. 10 % des Antrieb,7t@moto!rs gegenüber der normalen Leistung erlaubt.
In diesem Falle wird beim weiteren Ab- sinken des in der Leitung 29 bezw. in den Räumen 30 und 52 das Mem- branrohr 32 dar 31 weiter entspannt, bis der Teller 34 am Anschlag 36 anliegt.
Der Druck im Raum 4,3 sinkt eben falls und nimmt einen Wert an,-der niedriger ist als der, welcher der Vollaststellung, das heisst,der untersten Lage des Organes 3 ent spricht.
Gleichzeitig ist der Saugdruck im Raum 52 auf den Wert .gesunken, der die obere Grenze darstellt, die für die selbsttätige Leistungsregelung im Betrieb zugelassen ist. Bei diesem Druck im Raum 52 hat sich das Federrohr 54 und,damit ,die Feder 55 so weit entspannt,
dass sich die Steuerkanten 6? und <B>623</B> des Kolbenschiebers 60 gegenüber den Schlitzen 64 und 6 5 der Rückführ-Schieber- büchse 61 gerade in der in Fib. 1 bezeigten AL bschlusslabe befinden.
Damit ist die Anfahrregelunb beendet. Die erde Steuervorrichtung 31 ist am An- schlab 36 .st;illbesetzt und die andere Steuer- vorrichtung 51 übernimmt die Regelung des Verdichters 1 auf konstanten An.s.au-druck.
Ist z. B. die Leistung des Verdichters 1 zu äross, so sinkt der Druck in der Sa.ti;b- leitunb 29 und damit im Raum 52 unter den normalen Wert. Das Alembranrohr 54 bezw. sie Feder 55 entspannt sich und verschiebt M \ttel :des Gestänges 58, 59 den Kolben- schieber 60 nach unten.
Die Steuerkante 62 öffnet den Schlitz 64, es strömt Druckmittel aus der Leitung 46 über den Schlitz 64, die Leitung 49 in den Raum 48. Das Steuer organ 38 bewegt sieh unter Entspannung der Feder 41 nach unten und öffnet die Einl.ass- sc:hlitze 39.
Druckmittel fliesst aus der Lei tung 46 in den Raum 43, bis das Gleich- gewicht zwischen dem Druck im Raum 48 zusä.tz#lich der Kraft der Feder 41 und dem Druck im Raum 43 wieder herbestellt ist, das heisst bis das. Steuerorgan 38 sich wieder in der Abschlusslage befindet.
Der erhöhte Druck im Raum 43 und somit im Raum 45 wirkt auf das Steuerorgan 16, drückt dieses nach oben, wobei die Feder 25 gespannt wird. Die Steuerkanten 21 öffnen den Druckmittelab,la.ss aus dem Raum 18. während die Steuerkanten 22 den Druek- m *ttelzufluss aus der Leitung<B>17</B> zum Raum , t' 19 freigeben.
Infolgedessen verschiebt sich der Servomotorkolben 15 und das Organ nach oben, his die Rückführung 23, 25 den Schieber 16 wieder in die Ahschlussla-e zu- rückbeführt hat. Das Steuerorgan 3 hat nun wieder zusätzlichen schädlichen Raum ent sprechend dem augenblicklichen Leistungs bedarf des Verdichters 1 zugeschaltet.. Die Verdichteranlabe, läuft in einem neuen Gleich gewichtszustand weiter, bis ihr Leistungs bedarf bezw. der Saudruck in der Leitung 29 sich wieder ändert.
Damit die Ren elvorgänbe stabil verlaufen, ;st die zweite Steuervorrichtung 51 in Fig. 1 mit einem Rückführscliieber 61 versehen, der wie folgt wirkt:
Mit dem. durch die Steuerkante 62 ge- öffneten Druelz:mittelzufluss zum Raum 48 steigt der Druck im Raum 48 wie auch im Ringraum (17. Infolge dieses höheren Druckes im Raum 67 fliesst Druckmittel über die Lei- ttm- 68 und die Drosselung 69 in den Raum 70.
Der. Rüekführschieber 61 wird nach unten verschoben, bis zwischen der Spannung der Feder 66 und dem Druck auf tiie Schieberbüch.se 61 Gleichbewieht herrscht.
Alsdann befindet sich der Rückführschieber 61 in bezub auf den Kolbenschieber 60 wieder in der Abschlusslabe, das heisst die Druck mitt:elein- bezw. -au.strittsöffnunben 64 und (=,5 sind wieder abbeschlo@s.sen uns der Regel vorgang ist beendet.
Infolge e dieser stabilen Rückführung ent- pricht jeder Stellung des Organes 3, also jeder Leistungsstufe des Verdichters 1, eine ganz bestimmte Stellung des Tellers 53, des 1lembranrohres 54 bezw. eine ganz be- ..timmte Spannung der Federn 55, 72 und ,
omit auch ein ganz bestimmter Druck im Raum 52 und in der Saugleitung 29.
Fiir den besamten Leistungsbedarf ges Verdichters 1 ist also zur Regelung ein be- stimmter Drucl@intervall z-,viochen Mazimallei:stun-- erforderlich.
In den meisten Fällen ist jedoch dieser bleibende Druckunterschied zwischen Maxi.ma.l- und lvIinimalleistitnb, welcher bei Kälteanlagen _le:chbedeutend ist mit einem Temperatur abfall, nichterwünscht.
Um dieses für die Regelung erforderliche Druckgefälle auszuschalten, ist beim Aus- führungsbeispiel nach Fib. 2 die Steuer- vorriehtung 51 noch mit einer Isadromvor- richt.unb 80 bis 85 versehen.
Mit dieser Iso- dromvorriclit.nng- wirkt die Steuervorrich- tun(r 51 wie folgt: Ist z. B. die Leistung des Verdichters 1 zu bering, das heisst. steigt der Druck in der Satibleit,unb 29 und somit im Raum 52, so wird das Membranrohr 54 bezw. die Feder 55 zusammengedrückt. Da- bei folgt infolge der Zugkraft der Feder 72 das Gestänge 58, 59 der Bewegung :des Tellers 53 und hebt den Schieber 60.
Dieser öffnet mit seiner Steuerkante 63 den Schlitz 65 im Rückführungsschieber 61. Druck mittel fliesst aus :dem Raum .48 in die Ab- laufleitung 73. Der Druck im Raum 48 ,sinkt. Infolgedessen geht Jer Steuerschieber 38 aufwärts und -öffnet den Abfluss von Druckmittel aus dem Raum 43, wo:dureh der Druck im Raum 43 und im Raum 45 ab nimmt.
Der Schieber 16 geht nach unten und: öffnet .den Z,ufluss von Druckmittel aus der Leitung 17 nach dem Raum 18 und den Druekmittelabfluss aus dem Raum 19. Der Servomotorko:lben 15 resp. das Organ 3 geht abwärts und schaltet den zusätzlichen schäd lichen Raum ab.
Die Rückführung, die im Gegensatz zur Fig. 1 in Fig. 2 :aus :dem Schrägkurventisch 76, dem Winkelhebel 77 und dem Stössel 78 besteht, entlastet heim Abwärtsgehen .des Organes 3 die Feder 25, so dass der Schieber 16 wieder in die Ab- schlusslage zurückkehrt.
Der verminderte Druck im Raum 48 bezw. im Ringraum 67 macht sieh über die Leitung 68 und die Drosselstelle 69 im Raum 70 geltend und entlastet den Rück führungsschieber 61. Dieser geht unter dem Finfluss der Feder 66 nach oben und schliesst -den Druckmittelabfluss aus :dem Raum 48 vo,rläufi:g ab.
Mit einer gewissen Verzögerung strömt nun Druckmittel über die Drosselstelle 80 aus den Räumen 81 und 82 in die Lei tung 49. Die Feder 83 entspannt sich, der Kolben 84 geht nach unten und der Druck unter dem Kolben 84 sinkt und :damit auch der Druck im Raum 82. Infolgedessen wird der Rückführungsschieber 61 durch die vorher erhöhte Spannung der Feder 85 ge,- genügter derjenigen der Feder 66 nach unten verschoben. Dadurch wird der Druckmittel abfluss aus -dem Raun 48 nochmals geöffnet und -die Leistung des Verdichters nochmals erhöht.
Der Regelvorgang ist beendet sobald die Spannung der Federn 66 und 85 und der Druck in den Räumen 70 und 82 ausgegli- chen ist. Alsdann, befinden ;sich der Rück führungsschieber 61 und auch der Teller 53 des lllembranrohres 54 wieder in ihrer ur sprünglichen Lage, wobei auch der Druck im Raum 52 wieder :
den ursprünglichen durch die Einstellvorrichtung 71, 72 einge- stellten Soillwert genau erreicht hat und :die Steuervorrichtung 51 somit eine Isodro#m- regelung herbeiführt.
Die Innenräume der bZembranrohre 32 und 54 können mit einem Raum mit konstan tem Druck, vorzugsweise mit der Atmosphäre verbunden werden. Die eine .geneigte Gerade bildende Rückführkurve des Gliedes 76 in Fi,g. 2 könnte auch durch eine Stufenkurve - vergl. Glied 86 in Fig. 3 - ersetzt sein, deren Einzelstufen so gestaltet sind,
dass die untere Steuerkante 87 des Organes 3 nicht im Bereich einer der Öffnungen 4 biss 8 stehen bleiben kann, um eine Dros se: lung zwischen den zusätzlichen schädlichen Räumen und dem Raum 9 des Verdichters 1 und damit eine Leistungsverminderung zu vermeiden.
Bei Anlagen mit einem einzylindrigen Verdichter können in dem Saugleitung 29 bezw. in den Räumen 30 und 52 erhebliche Druckschvvvan'kungen auftreten, die dem Membranrahr 54, das bei einer empfind lichen Regulierung besonders dünnwandig ist, gefährlich werden könnten.
Zur Dämp fung :dieser Druckschwankungen auf ein zu lässiges und gleichzeitig für die Empfind lichkeit der Regelvorrichtung 51 erwünscht-es Mass wird der Innenraum des 1VIembranrohres 54 und :der damit über die Drosselstelle ' 74 kommunizierende Raum 75 mit einer Flüs sigkeit ,gefüllt. Infolgedessen wirkt der Innenraum :
des Membranrohres 54 als<I>Flüs-</I> sigkeitsdämpfer, dessen Wirkung durch die Drosselstelle 74 eingestellt werden kann.
Selbstverständlich: können die Steuer- vo:rrichtungen 31 und 51 auch in Abhängig keit eines andern beim Anfahren auftreten den Betriebsdruckes bezw. einer andern Be triebsgrösse als des :Saugdruckes arbeiten. So kann z.
B. :die Stewervorrichtung 51 auch in Abhängigkeit von einem Zwischen- oder vom Enddruck der Verdichtung oder von einem thermostatischen Druck im Heiz system einer Wärmepumpenanlage arbeiten. In diesem Fall ist das Membranrohr sinn gemäss für den Betriebsdruck, der für die Regelung massgebend ist, auszubilden.
Es kann aber auch das Organ 3 anstatt mittels eines Servomotorkolbens von Hand eingestellt werden und die Steuervorrichtung 31 anstatt als Vo@rsteuerung, als Sperrvor- riehtung ausgebildet sein, die die Hand.- einstellunb vorrichtung so lange in der be stimmten leistungsvermindernden Stellung sperrt,
bis der Kraftbedarf des Verdichters dem Noirmalwert entspricht bezw. falls die Hand@einstellungisvorrichtung nicht in die er forderliche leistungsvermindernde Stellung gebracht ist, z. B. mittels eines Relais., das Inbetriebsetzen -des Verdichters 1 bezw. das Einschalten seines Antriebsmotors ver hindert.
Für die Steuervorrichtungen 31 und 51 sowie für den Servomator und dessen Steuerorgan 16 kann anstatt Drucköl auch ein anderes Druckmittel, z. B. unter einem Zwischen- oder dem Enddruck stehendes Fördermittel des Verdichters verwendet wer den. Ferner kann zeitweise ,das eine oder das andere Druckmittel verwendet werden, wie z.
B. während des Anfahrens Drucköl, und während d;es normalen Betriebes unter Druck stehendes Fördermittel. An Stelle eines Be triebsdruckes können die Steuervorrichtun gen 31 und 51 auch in: Abhängigkeit von einer andern Betriebsgrösse, z. B. Tempera tur, arbeiten.
Die ,erfindungsgemäss vom Organ 3 zur Lei stungseinstellung, einzunehmende leistungs- vermindern@de Stellung kann während des Inbetriebsetzens sowohl unveränderlich sein als auch sich ändern.