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Verfahren und Vorrichtung zur stufenlosen Regelung von Verdichtern durch zeitweises Offenhalten des Saugventils während des Druekhubes.
Es ist bekannt, die Leistung von Kolbenverdiehtern bei gleichbleibender Umlaufgeschwindigkeit dadurch zu regeln, dass das oder die Saugventile während eines mehr oder minder grossen Teiles des
Druckhubes offengehalten werden. Es wird dann während des Druckhubes ein der Einstellung des
Reglers entsprechender Teil des angesaugten Mediums wieder ins Freie gedrückt.
Dieses zurückflutende Medium durchströmt das Saugventil mit grosser Geschwindigkeit und übt dabei einen nicht unbeträchtlichen Strahldruek auf das Saugventil aus. Die Grösse dieses Druckes ist eine Funktion von dem Quadrate der Durehflussgesehwindigkeit.
Die Kräfte zum Offenhalten der Saugventile während der Regelperiode müssen diesem Strahl- druck angepasst sein. Mit dem Ansteigen dieser Kräfte wachsen also auch die Grössen der Reglereinrich- - tung, die ihrerseits die Regelung nachteilig beeinflussen. Auch bereitet es Schwierigkeiten, die erheblichen Haltekräfte infolge des oft nur kleinen zur Verfügung stehenden Raumes aufzubringen. Von besonderem Nachteil ist die Grösse des Strahldruckes für die Ventilplatte, da diese im Augenblick des Schliessens mit beträchtlicher Gewalt gegen den Ventilsitz geschleudert wird. Das kann leicht zu
Brüchen Anlass geben.
Es sind auch Vorrichtungen bekannt, mittels eines zusätzlichen schädlichen Raumes, dessen
Grösse durch einen in diesem Raum zwangläufig 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 s3hädlichen Raumes nur in einem bestimmten Bereich stufenlos und darüber hinaus sprunghaft erfolgt, so dass hiemit keine stufenlose Regelung von Voll-bis Nullast erzielbar ist.
Gemäss der Erfindung werden die vorgenannten Nachteile dadurch beseitigt, dass die Rückfluss- geschwindigkeit des Mediums in dem oder den Saugventilen während der Regelperiode wesentlich vermindert wird. Zu diesem Zweck wird während der Regelperiode dem Zylinder ein schädlicher Raum zugeschaltet, der beispielsweise gebildet wird durch einen Teil der Saugleitung. Es können dabei mehrere Zuschalträume hintereinander geschaltet sein.
In der Zeichnung ist in Fig. 1 eine beispielsweise Ausführungsform eines Verdichters schematisch dargestellt, Fig. 2 zeigt verschiedene Leistungsdiagramme des Verdichters, Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Durchströmgeschwindigkeit des Mediums durch das Saugventil während der Regelperiode bei einem Kompressor normaler Bauart und einem Kompressor gemäss der Erfindung.
Bei dem Kompressor entsprechend Fig. 1 bewegt sich in dem Zylinder a ein Kolben b. Die Ein- saugung in den Zylinderraum a erfolgt durch das Saugventil c, welches durch den Regler d gesteuert wird. Zwischen dem gesteuerten Saugventil c und einem zweiten in der Saugleitung liegenden ungesteuerten Ventil t, welches in der gleichen Richtung wie das Ventil c öffnet, ist der Zuschaltraum g eingeschaltet. Das Ventil t wird im Gegensatz zu dem Ventil c nicht durch einen Regler beeinflusst ; es arbeitet selbsttätig.
Im Gegensatz zu den bisher bekannten Verdichtern mit stufenloser Leistungsregelung, bei welchen während der Regelperiode das zurückflutende Medium durch das offengehaltene Saugventil in die drucklose Saugleitung gelangt, wird gemäss der Erfindung dieser zurückgeschobene Teil des
Mediums ebenfalls durch das geöffnete Ventil c herausgedrückt, aber in dem Zusehaltraum g durch das geschlossene Ventil t aufgefangen. In diesem Raum g steigt also der Druck während der Regelperiode
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an. Die Folge davon ist eine Verringerung der Durchströmgeschwindigkeit durch das Ventil c. Daraus ergibt sich eine Änderung des Strahldruckes des zurückströmenden Mediums auf die Ventilplatte, da dieser Druck sich mit dem Quadrate der Geschwindigkeit ändert.
Zwar ist der Strahldruck auch abhängig von dem spezifischen Gewicht. Er wächst jedoch nicht mit dem Quadrate, sondern direkt proportional mit dem spezifischen Gewicht, welches natürlich mit zunehmendem Druck anwächst.
Die Grösse des Zuschaltraumes g richtet sich nach dem Verdichtungsverhältnis. Soll bis auf Nulleistung geregelt werden, bleibt also das Saugventil c während des ganzen Druckhubes offen, so muss der Zuschaltraum die Grösse aufweisen, die für die Verdiehtungslinie h, i, k, m in dem Diagramm nach Fig. 2 der Zeichnung notwendig ist. Das Diagramm h, n, m, 0 stellt ein normales Kompressordiagramm dar. Tritt der Regler in Tätigkeit, d. h. bleibt beispielsweise das Saugventil von h bis i offen, dann erfolgt während dieser Zeit die Verdichtung im Zylinder a und im Zuschaltraum g. Im Punkt i schliesst das Saugventil ; die weitere Verdichtung geht nur noch im Zylinderraum a vor sich, u. zw. von t bis p. Nach der Linie p-m erfolgt das Ausschieben des verdichteten Mediums in die Druckmittelleitung.
Von m bis q erfolgt die Rückexpansion im Zylinderraum a, von q bis r die Rückexpansion im Zylinder a und Zuschaltraum g und von r bis h endlich die Ansaugung.
Ein anderes Bild eines Diagrammes eines geregelten Verdichters zeigt der Verlauf ,/c, s, m, t, u, h.
Der durch die Geschwindigkeitsverringerung erzielte verminderte Strahldruck lässt sich an nachfolgendem Beispiel klar erkennen :
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ablenkung einen Strahldruck, der rechnerisch ermittelt werden kann. Diese Kräfte sind für den Bereich der Regulierung von Voll-auf Nulleistung in Fig. 3 als Kurve x eingezeichnet. Die entsprechende Kurve y für die Ausführung eines Verdichters ohne Zuschaltraum steigt wesentlich höher hinauf als die Kurve x.
Gemäss der Erfindung genügt also zum Offenhalten des Saugventils c eine bedeutend geringere Kraft, als bei den Verdichtern üblicher Bauart. Auch ist die Geschwindigkeit, mit welcher das Saugventil im Augenblick des Schliessens auf den Sitz geschleudert wird, beträchtlich niedriger, als sonst.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur stufenlosen Regelung von Verdichtern durch zeitweises Offenhalten des Saugventils während des Druckhubes, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verminderung der Rückflussgeschwindigkeit des Mittels im gesteuerten Saugventil (c) während der Regelperiode dem Zylinder (a) ein von einem ungesteuerten Saugventil (t) begrenzten schädlicher Raum (g) zugeschaltet wird.