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Verfahren und Einrichtung zur stufenlosen Regelung der Liefermenge von mehrstufigen Verdichtern
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Das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren zur stufenlosen Regelung der Liefermenge von mehrstufigen Verdichtern besteht nun darin, dass am Ausgang wenigstens einer Vorstufe, vorzugsweise der ersten Stufe, mittels eines Drosselorganes, dessen Steuerung von der abzudrosselnden Druckdifferenz unabhängig ist, ein veränderbarer Teil des von ihr geförderten Gases entnommen und der restliche Teil der nächstfolgenden Verdichterstufe zugeführt wird.
Entsprechend einem weiteren wesentlichen Erfindung merkmal ist bei der zur Durchführung des Verfahrens vorgesehenen Einrichtung sowohl der Saugventilraum als auch der Druckventilraum der einen Verdichterstufe mit dem Saugventilraum der nächstfolgenden Verdichterstufe durch je eine Leitung verbunden, wobei in die die beiden Saugventilräume unmittelbar verbindende Leitung ein verstellbares, allenfalls durch eine Servosteuerung bedienbares Drosselventil eingesetzt ist und die andere Leitung einen Zwischenkühler enthält.
Das erfindungsgemässe Verfahren gestattet im Gegensatz zu den bekannten Einrichtungen eine Anpassung der Fördermenge an den schwankenden Bedarf auch bei unveränderter Drehzahl, wobei der Enddruck oder der Ansaugdruck möglichst konstant gehalten werden kann.
Als weitere Vorteile dieser Regelung sind anzuführemdas wirtschaftliche Arbeiten des Verdichters über den ganzen Regelbereich : geringe Verstellkräfte zur Veränderung der Menge des entnommenen Gasteiles ; die Vermeidung von unterdrücken vcr dem Verdichter ; die Vermeidung der Bruchgefahr der Ventile. da letztere von der Regelung praktisch unbeeinflusst bleiben und endlich die geringen Gestehungskosten der Einrichtung, die zufolge ihres einfachen Aufbaues eine erhöhte Betriebssicherheit aufweist.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel zur Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens ein dreistufiger Kolbenverdichter schematisch dargestellt. Es bezeichnen K,K,K die Kolben der drei Verdichterstufen, SV,SV,SV die Säugventile und DV.DV, DVdie Druckventile. ZK und ZK2 sind Zwischenkühler zwischen den Stufen. Hinter dem ersten Zwischenkühler ZK ist eine Umlaufleitung L angesetzt, die zur Rückführung des nach der ersten Stufe entnommenen Gasteiles in die Saugleitung dient.
Ein in die Leitung L eingesetztes Regelventil RV gestattet die Einstellung der rückgeführten Gasmenge.
1m einfachsten Fall genügt ein handbetätigtes Absperrorgan zur Regelung. Die zumeist erwünschte selbsttätige Mengenregelung wird durch die Verbindung des Stellgliedes mit einer an sich bekannten Servosteuerung bewirkt, wobei die Schaltimpulse durch einen Geber dem Stellglied vermittelt werden. Auf diese Weise kann die Fördermenge des Kompressors dem jeweiligen Verbrauch angeglichen werden. In Anwendungsfällen, in welchen eine Konstanthaltung des Anfangsdruckes Pa vor dem Kompressor, z. B. eines konstanten Überdruckes, erwünscht ist, kann die Forderung gleichfalls durch Beeinflussung des Regelen- tiles RV mit Hilfe des Gebers erfüllt werden. Ähnlich können andere Regelforderungen damit verwirklicht werden.
Die indizierte Antriebsleistung eines Kompressors ist theoretisch bekanntlich proportional der Drehzahl, dem Hubvolumen, dem Anfangsdruck p, dem volumetrischen Wirkungsgrad und einem das Verdichtungs-
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derabmessungen und den schädlichen Räumen abhängen.
Bei der ersten Stufe ergibt sich durch die Absenkung des Zwischendruckes Pi eine Verkleinerung des
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allerdings nicht in dem gleichen Masse wie bei den andern Stufen. Als Verlust tritt nur der Anteil für die Kompression in der ersten Stufe auf, der der entnommenen Gasmenge entspricht, sich jedoch mit sinkendem Zwischendruck p hinter der ersten Stufe verkleinert. Ein solcher Energieverlust besteht dann, wenn die Druckenergie des in der Leitung L rückgeführten Gasteiles im Regelventil RV vernichtet wird oder wenn man bei Luftkompressoren die nach der ersten Stufe entnommene Gasmenge einfach in die Atmosphäre entweichen lässt, wie dies die gestrichelte Entnahmeleitung L'in der Zeichnung andeutet.
Hingegen ist eine Herabsetzung dieses Verlustes möglich, wenn der entnommene Gasteil einer Niederdruck-Verbrauchsleitung zugeführt bzw. bei andern Verwendungszwecken, z. B. in einem Pressluftmotor, nutzbar gemacht wird.
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pa2fermenge sinkt.
Bei besonders starker Verminderung der Liefermenge kennels in der letzten Stufe verhältnismässig grosse Druckverhältnisse mit entsprechend hohen Endtemperaturen auftreren. m diese nach Bedarf zu begrenzen,
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sicht die Erfindung vor, die Druckverhältnisse bei Vollast in den einzelnen Stufen unterschiedlich auszu- legen, und zwar in der ersten Stufe in tragbaren Grenzen möglichst hoch, in der letzten Stufe jedoch möglichst niedrig zu bemessen. Enthält der Kompressor mehrere Zwischenstufen, dann können deren Druckverhältnisse in Förderrichtung absteigend bemessen werden, soweit nicht fallweise eine abweichende Festlegung zweckmässig erscheint.
Im Grenzfall wird die letzte Stufe bei Vollast bzw. die erste Stufe bei stärkster Regelung überhaupt nicht verdichten, d. h. mit einem Druckverhältnis etwa vom Weit 1 arbeiten.
Ein weiteres Mittel, um das Druckverhältnis der letzten Stufe herabzusetzen und zu stabilisieren, besteht darin, den schädlichen Raum in dieser Stufe beträchtlich grösser zu wählen, als dies durch den konstruktiven Aufbau des Zylinderkopfes und den Einbau der Arbeitsventile bedingt wäre. Selbstverständlich wird man die beiden Mittel zur Begrenzung und Stabilisierung des Druckverhältnisses der letzten Stufe, nämlich deren Hubvolumen und schädlichen Raum, in jedem Einzelfall zweckmässig kombinieren.
Soll die erfindungsgemässe Regeleinrichtung nachträglich an einem bereits bestehenden Kompressor eingebaut werden, dessen Zylinderabmessungen unveränderlich festliegen, dann ist eine Vergrösserung des schädlichen Raumes in der letzten Verdichterstufe innerhalb gewisser Grenzen durch Unterlagen vonZwi- schenringen unter die Arbeitsventile (Saug-und Druckventile) bzw. erforderlichenfalls auch unter den Zylinderkopf möglich.
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In-nerhalb dieses Bereiches vollzieht sich die Regelung in verhältnismässig wirtschaftlicher Weise, da ein Verlust an Druckenergie, soweit er nicht vermeidbar ist, nur im Niederdruckgebiet auftritt.
Bei Kompressoren mit einer grösseren Zahl von Zwischenstufe kann sich gegebenenfalls die Rückführung eines Teiles des Gases auch über mehrere Stufen erstrecken. Das Verfahren erweist sich auch mit den gleichen Vorteilen als anwendbar, wenn für die erste Stufe ein rotierender Verdichter verwendet wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur stufenlosen Regelung der Liefermenge von mehtstufigen Verdichtem, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang wenigstens einer Vorstufe, vorzugsweise der ersten Stufe, mittels eines Drosselorganes, dessen Steuerung von der abzudrosselnden Druckdifferenz unabhängig ist, ein veränderbarer Teil des von ihr geförderten Gases entnommen und der restliche Teil der nächstfolgenden Verdichterstufe zugeführt wird.