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Verfahren und Vorrichtung zur stufenlosen Regelung von Verdichtern.
Die Leistung von Kolbenverdichtern wird bekannterweise bei gleichbleibender Drehzahl u. a. auch derart geregelt, dass verschieden grosse schädliche Räume zugeschaltet werden, wodurch die Kompressionskurve und die Rückexpansionskurve eine flachere Neigung erhalten und entsprechend der Grösse des schädlichen Raumes die Leistung verringert wird. Eine stufenlose Regelung der Leistung lässt sieh auf diese Art nicht erzielen.
Es sind auch Vorrichtungen bekannt, mittels eines zusätzlichen schädlichen Raumes, dessen Grösse durch einen in diesem Raum zwangsläufig bewegten Kolben bestimmt wird, und mindestens eines weiteren zusätzlichen schädlichen Raumes von unveränderlicher Grösse, der vom gleichen Kolben gesteuert wird, die Leistung zu regeln. Diese Anordnung hat aber den Nachteil, dass die Zunahme des schädlichen Raumes nur in einem bestimmten Bereich stufenlos und darüber hinaus sprunghaft erfolgt, so dass hiemit keine stufenlose Regelung von Voll-bis Nullast erzielbar ist.
Weiter ist es bekannt, die Leistung eines Kolbenverdichters in der Weise stufenlos zu regeln, dass das Saugventil während eines Teiles des Druekhubes offen gehalten wird und dadurch ein, der Einstellung des Reglers entsprechender Teil des Mediums wieder ins Freie strömt. Dies hat den Nachteil, dass das durch das Saugventil zurückströmende Medium einen bedeutenden Strahldruek auf die Ventilplatte des Saugventils ausübt und im Augenblicke des Schliessens - also während der Druckperiode- mit grosser Kraft gegen den Ventilsitz geschleudert wird, was oft Brüche zur Folge hat. Die Kräfte zum Offenhalten der Saugventile nehmen mit dem Strahldruck zu, der in erster Linie von der im Ventil auftretenden Geschwindigkeit und dann noch vom spezifischen Gewicht des Mediums abhängt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur stufenlosen Regelung von Verdichtern durch Offenhalten der Regelventile, die zwischen Zylinder und Zusehaltraum liegen, während eines Teiles des Druckhubes, u. zw. kann die Betätigung der Regelventile elektromagnetisch erfolgen, in welchem Falle eine mit dem Verdichter gleichlaufende Antriebseinrichtung nötig ist.
Ganz besonders vorteilhaft lässt sich die Beeinflussung des Regelventils auf hydraulischem Wege, mit Druckluft oder von Hand durchführen, wobei die Regelung nicht in Abhängigkeit von der Kolbenstellung erfolgt.
Will man aber hydraulisch oder mit Luftdruck auf das Saugventil regelnd einwirken, so kann bekannterweise eine Leistungsverminderung von maximal zirka 50% erzielt werden, da die massgebenden, von innen auf das Ventil wirkenden Kräfte von dem aussen auf dem Ventil lastenden jeweils konstanten Regeldruck zweimal erreicht werden, d. h. alle einstellbaren, vom Regler wirkenden konstanten Drücke werden innerhalb der ersten Hälfte des Kolbenweges von den innen auf das Ventil wirkenden Kräften erreicht, weil ungefähr in der Mitte des Kolbenweges diese Kräfte ihre maximale
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Der Erfindung gemäss lässt sich eine von einem jeweils konstanten Druck beeinflusste Steuerung des Regelventils einwandfrei durchführen, die bis auf die Nulleistung stufenlos herabregeln kann.
Zu diesem Zwecke wird innerhalb des Zuschaltraumes ein kleiner Kolben mit dem Steuerventil direkt in Verbindung gebracht, u. zw. derart, dass auf die dem Ventil zugewendete Kolbenseite der jeweils im Zuschaltraum herrschende Druck ausgeübt wird, während die andere Kolbenfläehe dem steuernden Flüssigkeitsdruck ausgesetzt ist. Da der Kompressionsverlauf, der auch im Zuschaltraum auftritt, zuzüglich des im gleichen Sinne wirkenden Strahldruckes auf das Regelventil eine stets steigende
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Kurve darstellt, wird dieselbe von dem auf der andern Kolbenfläche lastenden, jeweils konstanten Druck nur in einem Punkte geschnitten, d. h. jedem Druck der steuernden Flüssigkeit entspricht ein bestimmter Punkt der Kolbenstellung, weshalb die Regelung-bis auf die Nulleistung gewährleistet ist.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die empfindlicheren Saugventile nur ihre normale Funktion ausüben und keine Steuerung erhalten, was für ihre Lebensdauer günstig ist ; die Steuerung wirkt auf das dem Zuschaltraum zugewiesene Ventil, das also nur einem bestimmten Zweck dient und deshalb entsprechend gestaltet werden kann. Bei Bruch des letzteren tritt bloss eine Leistungsverminderung ein, während bei Bruch eines gesteuerten Saugventils eine unerwünschte Rückwirkung auf die vorhergehende Stufe stattfindet.
In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles des Verdichters mit Zuschaltraum und elektromagnetischer Betätigung des Regelventils, Fig. 2 den Verdichter mit Zuschaltraum und hydraulischer Regelung, Fig. 3 verschiedene Leistungsdiagramme.
Der Arbeitszylinder a, in dem sich der Kolben cl bewegt, ist in bekannter Weise mit einem oder mehreren Saugventile b und einem oder mehreren Druckventilen c versehen. Weiterhin ist an dem Zylinderraum a angeschlossen ein Zuschaltraum/, der durch eine Öffnung o mit dem Zylinder a verbunden ist. Diese Öffnung o kann durch ein geeignetes Absperrmittel, beispielsweise ein Ventil g verschlossen werden. Vorteilhaft wird dieses Ventil g als selbsttätiges Ventil ausgebildet. Gleichzeitig ist irgendeine Vorrichtung vorgesehen, welche unabhängig von den Druckverhältnissen im Zylinder a und dem Raum teine Offenhaltung der Öffnung o, insbesondere während eines wechselnden Teiles des Druckhubes ermöglicht. Die Offenhaltungseinrichtung wird hier elektromagnetisch gesteuert.
Die Regelung der Vorrichtung A zur Offenhaltung des Absperrmittels kann entweder von Hand oder aber auch durch einen selbsttätigen Regler erfolgen, der beispielsweise in Abhängigkeit vom Behälterdruck steht.
Mit Hilfe der beschriebenen Einrichtung ergibt sieh folgende Arbeitsweise :
Arbeitet der Kompressor auf Volleistung, so bleibt das Ventil g ständig geschlossen. Der Kompressor arbeitet alsdann nach dem Diagramm 1, 2, 3, 4, 1.
Soll eine Leistungsverminderung vorgenommen werden, so wird durch die Vorrichtung h bzw. k das Ventil g während eines der Leistungsverminderung entsprechenden Teiles des Diuekhubes offen gehalten. Das Saugventil b schliesst selbsttätig im Punkt 1 des Diagramms.
Die Kompressionslinie steigt dann je nach Grösse des Raumes t wesentlich flacher an. Das Ventile soll beispielsweise im Punkt 5 schliessen. Von da ab verläuft die Kompressionslinie steiler bis zur Aus- schublinie. Eine Lieferung erfolgt also lediglieh auf der Strecke 6-3. Während dieses letzten Teiles des Druckhubes ist der Druck im Arbeitszylinder gleich, der Druck in dem Zuschaltraum i dagegen nur x. Dieser Druckunterschied hat zur Folge, dass nach der Bewegungsumkehr des Arbeitskolbens d am Schluss des Druckhubes die Rückexpansionslinie steil von 3-7 abfällt. In diesem Augenblick öffnet das Ventil g selbsttätig und die weitere Rückexpansion erfolgt dann nach der Linie 7-8, die wiederum flacher verläuft, als der untere Teil 7-4 der Linie 3-4.
Dieser gleiche Vorgang wiederholt sieh solange, bis die Reglereinrichtung das Ventil g im gleichen Augenblick des Druckhubes schliesst.
Erfolgt die Schliessung des Ventils g zu einem noch späteren Punkt, so verläuft die Kompression etwa nach der Linie 1-5-9, wenn im Punkt 9 der Zuschaltraum abgesperrt wird. Die weitere Verdichtung geht dann nach der Linie 9-10 vor sich, so dass eine Lieferung nur auf der Wegstrecke 10-3 erfolgt. Im letztgenannten Falle ist auch der Druck in dem Zuschaltraum t grösser, das Ventil öffnet also bei der Rückexpansion schon beim Druck y ; die Rückexpansion verläuft somit insgesamt nach der Linie 3-11-12.
DieVerdichtungsliniel-5-9, nach welcher die Kompression erfolgt, wenn und solange während des Druckhubes der Zuschaltraum t mit dem Zylinderraum a verbunden ist, steigt um so flacher an, je grösser der Raum/im Vergleich zum Arbeitszylinder a ist. Daraus folgt, dass bei Wahl einer geeigneten, ohne weiteres errechenbare Grösse für den Raum/praktisch eine Lieferung auf jeder gewünschten Teilstrecke der Diagrammlinie 2-3 und damit eine stufenlose Regelung erreicht werden kann.
In Fig. 2 steht das Ventil g mit dem Kolben Tc in starrer Verbindung ; durch das Rohr m wird die steuernde Flüssigkeit zugeführt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur stufenlosen Regelung von Verdichtern, mit einem dem Zylinder zuschaltbaren Raum, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrmittel (g) zwiscl : en Zuschaltraum (t) und dem Zylinder (a) während eines bestimmten, der Teillast entsprechenden Teiles des Hubes ab-und zu- geschaltet wird.