DE806443C

DE806443C - Luftkompressor mit Expansionsmaschine fuer die Gasverfluessigung

Info

Publication number: DE806443C
Application number: DEP14261A
Authority: DE
Inventors: Fritz Kaeuflein
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1948-10-02
Filing date: 1948-10-02
Publication date: 1951-06-14

Description

Luftkompressor mit Expansionsmaschine für die Gasverflüssigung Die Verwendung von Expansionsmaschinen zur Gewinnung von Kälte bei der Gasverflüssigung und zur Erzeugung von Sauerstoff-Stickstoff ist bekannt. Der Vorteil besteht darin, daß es mit Hilfe einer Expansionsmaschine möglich ist, sehr schnell tiefe Temperaturen bei Leistung von äußerer Arbeit zu erreichen.
Um diese äußere Arbeit nutzbringend zu verwerten, wurde die Expansionsmaschine mit einem Motorgenerator mittels Riementrieb verbunden. Dieser Motorgenerator muß aber die Expansionsmaschine erst in Bewegung setzen, weil sie als Einzylindermaschine nicht allein anlaufen kann: dann erst kann der Generator den erzeugten Strom in ein Netz abgeben.
Der Wert einer solchen Kraftrückgewinnung ist sehr gering, weil durch die Überdimensionierung des Generators und der Triebwerksteile der Expansionsmaschine sowie durch den Riementriel> sehr viel Kraft verlorengeht. Sämtliche Triebwerksteile der Expansionsmaschine müssen so stark gebaut sein, daß sie dem plötzlichen Druck auf den Kolben beim Öffnen des Einlaßventils ohne Beschädigung standhalten können. Dieser Druck auf den Arbeitskolben kann je nach Größe der Maschineneinheit bis zu 30 ooo kg betragen. DieLager müssen daher im Verhältnis zu den Abmessungen der Expansionsmaschine außerordentlich groß sein.
Trotz einem schweren im Schwungrad angebrachten Gegengewicht kann ein gleichmäßiges Laufen des Motorgenerators nicht erzielt werden, was sich unvorteilhaft auf das Netz auswirkt.
Eine andere bekannte Lösung der Kraftrückgewinnung besteht in dem unmittelbaren Anbau einer Expansionsmaschine an die Kurbelwelle des Luftkompressors mittels einer starren Kupplung. Diese Ausführung bedingt jedoch eine besondere, vollständige Expansionsmaschine mit allen Triebwerksteilen und dem notwendigen Fundament.' Aber auch hier geht durch den mechanischen Wirkungsgrad der Expansionsmaschine sehr viel von der erzeugten Energie verloren, die nicht mehr nutzbringend im Arbeitsverfahren verwertet werden kann. Bei der Gasverflüssigung sind bekanntlich die Kraftkosten die höchsten Ausgaben, und es ist deshalb von sehr großem Wert, diese Kosten so weit wie möglich zu vermindern.
Die vorerwähnten Nachteile der beiden bekannten Bauarten können vollständig vermieden, und die Kraftrückgewinnung kann aufs äußerste gesteigert werden, wenn erfindungsgemäß die Expansionsmaschine mit dem Luftkompressor zu einer Einheit, und zwar so verbunden wird, daß die Expansionsmaschine in jedem Arbeitsgang ihre Kraft an den Luftkompressorkolben ohne Zwischenschaltung von Triebwerksteilen überträgt. Die Expansionsmaschine bildet in diesem Falle mit dem Luftkompressor eine vollständige Maschineneinheit.
Der Zusammenbau kann bei einer Ausführungsform derart erfolgen, daß der Stufenkolben des Luftkompressors durch den letzten Zylinder hindurchgeht und mit dem Arbeitskolben der Expansionsmaschine unmittelbar verbunden wird. Die Steuerung der Ein- und Auslaßventile kann mittels Stangen und Nocken, die auf der Kurbelwelle des Luftkompressors sitzen, erfolgen.
Eine andere vorteilhaftere Anordnung des Erfindungsgedankens besteht in dem Anbau der Expansionsmaschine an den Kurbelkasten des Luftkompressors auf der den Arbeitszylindern gegenüberliegenden Seite. Bei dieser Anordnung gibt die Expansionsmaschine ebenfalls ihre Kraft unmittelbae auf die Kolbenstange des Luftkompressors ab. Die Kraftübertragung geschieht mittels starrer Stangen und Traversen, die vorteilhaft am Kreuzkopf des Luftkompressors befestigt sind. Die Steuerung ist sehr einfach anzubringen, die beiden Steuernocken sitzen zu beiden Seiten des Kurbelhubes auf der Kurbelwelle innerhalb oder außerhalb des Kurbelkastens; die Verbindung mit den Ein- und Auslaßventilen geschieht mittels Stangen und Hebel, die einstellbar ausgebildet sind.
Diese Ausführungsform ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt Abb. r eine Seitenansicht der Maschine, während Abb. 2 einen Längsschnitt darstellt.
Abb. 3 ist, teilweise im Schnitt, der Grundriß. Der mehrstufige Verdichtungszylinder ist mit a bezeichnet, das zugehörige Kurbelgehäuse mit b. An diesem ist unmittelbar die Expansionsmaschine c angesetzt, und die Kraftübertragung von einem Kolben zum anderen geschieht durch die Traversen d, die um die Kurbelwelle e herumgreifen. Die Steuerung der Ventile der Expansionsmaschine erfolgt durch die Steuerstangen f, die durch die auf der Kurbelwelle e sitzenden Steuernocken g betätigt werden.
Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die seitherige Bauart der Luftkompressorzylinder nicht geändert werden muß. Es muß nur der Kurbelkasten für den Anbau des Zylinders der Expansionsmaschine eingerichtet werden. Nach diesem Vorschlag würde der kalte Zylinder der Expansionsmaschine nicht mit der warmen Seite der Kompressionszylinder in Berührung kommen.
Die Bauart des Luftkompressors zusammen mit der Expansionsmaschine in einer Maschineneinheit gemäß der Erfindung ist in jeder Beziehung vorteilhafter als alle bekannten Ausführungen; sie ist billiger in der Herstellung, weil alle Triebwerksteile und Lagerungen fortfallen; sie benötigt kein besonderes Fundament und keine besondere Montage, und sie ist vor allem in der Wirkungsweise am besten, weil alle Kraft des Arbeitskolbens der Expansionsmaschine unmittelbar auf den kraftverbrauchenden Arbeitskolben des Luftkompressors übertragen wird.
Bei den seitherigen Bauarten konnte man höchstens mit einer Kraftrückgewinnung von 5 bis 6 °lo rechnen, während durch die neue Anordnung eine Kraftrückgewinnung von 15 bis 20 °/o möglich ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: r. Luftkompressor mit Expansionsmaschine zur Gasverflüssigung, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Maschinen zu einer Maschineneinheit zusammengebaut sind.
2. Ausführung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder beider Maschinen gleichachsig liegen.
3. Ausführung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansionsmaschine. am Kurbelrahmen des Luftkompressors angebaut ist und die Kraftübertragung auf den Kreuzkopf mittels Stangen und Traversen geschieht.
4. Ausführung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansionsmaschine am Zylinder des Kompressors angeordnet ist.
5. Ausführung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuernocken zu beiden Seiten der Kurbelkröpfung angeordnet sind.