Verfahren und Einrichtung zur Leistungsregelung von Verdichtern, insbesondere für Kältemaschinen. Ein bekanntes Verfahren zur Leistungs- regelung von Verdichtern einer Kältemaschi- nenanlage besteht darin, dass die Saugöffnun gen während eines Teils des Verdichtungs- hubes offen gehalten werden.
Bei solcher Arbeitsweise bleibt die je Hub- dem Arbeitszylinder zugeführte Gas menge unverändert und setzt sich aus einer beim Verdichtungshube durch die Saug öffnungen zurückströmenden "Ballastgas" Menge und aus einer bestimmten "Nutzgas"- Menge zusammen.
Es gelingt mit dem ange gebenen Verfahren, .die für die Nutzkälte- leistung ausschlaggebende Nutzgasmenge in nerhalb ,gewisser Grenzen zu verändern, es ergeben sich jedoch -- insbesondere bei schnelläufigen oder bei mehrstufigen Ver dichtern - nicht allein kraftwirtschaftliche Nachteile, sondern auch betriebliche Schwie rigkeiten,
deren Ursache in der Natur dieses Regelverfahrens liegt. Die als Ballast ver arbeitete Umlaufgasmenge Jurchströmt n4m- lich den Arbeitszylinder zu wiederholten Ma len und nimmt dabei Zylinderwärme (Rei bungswärme) und Schmieröl auf.
Diese Zy linderwärme teilt sich dem angesaugten Nutzgas bei seiner Mischung in, der Saug leitung bereits vor Eintritt in den Arbeits- raum mit und erhöht in unwillkommener Weise den Wärmeinhalt des Gemisches:
es stellt sich ein Beharrungszustand auf höhe rem. mittleren Temperaturniveau ein als bei normaler Betriebsweise (Ballastmenge gleich Null).
Überdies wird das vom Ballastgas aufgenommene Schmieröl entweder in den Verdampfer zurückgedrückt (Verölen der Verdampferflächen), oder es wird wieder in den Arbeitszylinder mitgerissen, wodurch eine übermässige Anreicherung des Zylinder inhaltes mit Öldämpfen eintritt,
so dass der volumetrische Wirkungsgrad eine empfind- liche Verschlechterung erfährt. Weiterhin wird eine Verschlechterung des Liefergrades dadurch bedingt, -dass bei dem. angegebenen Regelverfahren eine periodische Umkehr der Strömungsrichtung in Saugleitung und Saugventilen eintritt.
Der Betrieb der üb lichen Schnellaufverdichter (800 bis 1500 Umdr./Min.), welche höchste Anforderungen an .die Stetigkeit der Einström- und Auslass- bedingungen sWIen, bringt also bei Anwen dung des bekannten Verfahrens erhebliche Nachteile mit sich.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Leistungsregelung von Verdichtern, welches die oben erörterten Nachteile beseitigt, und .dessen Durchfüh rung besondere betriebliche, kraftwirtschaft liche und bauliche Vorteile für die Regelung von Kältemas@ehinen bietet, ohne jedoch in seiner Anwendung auf diese Sondergruppe von Verdichtern beschränkt zu bleiben.
Der wesentliche Unterschied des neuen Verfahrens gegenüber den bisher bekannt ge wordenen Regelverfahren besteht darin, dass die Saugöffnung eines oder mehrerer Ver- dichterzylinder vor Beendigung des Saug hubes geschlossen wird,
so dass die im Zylin der eingeschlossenen Gase oder Dämpfe bis zur Beendigung des Saughubes auf einen Druck unterhalb des Ansaugdruckes adia- batisch expandieren. Weiterhin erfordert die Ausbildung der Regeleinrichtung nur ge ringfügige bauliche Abänderungen der üb- 'lichen Bauarten von Schnellaufverdichtern mit besteuerten Einlass- und freifliegenden Auslassventilen.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird im folgenden anhand von verschiedenen in der Zeichnung dargestellten Ausführungs beispielen der zur Durchführung dieses Ver fahrens geeigneten Vorrichtung erläutert.
Fig. 1 zeigt das Indikatordiagramm eines zweistufigen Ammoniak-Kältemaschinenver- dichters, der nach dem neuen Regelverfahren arbeitet; Fig. 2 und -3i zeigen ein Ausführungsbei- spiel der Steuerung eines federbelasteten Tellereinlassventils in Querschnitt und Aufriss ;
Fig. 4 und 5 ,zeigen ein Ausführungsbei spiel der Steuerung eines Einlassdrehschie- bers in Querschnitt und Aufrsss. Im Indikatordiagramm, Fig.1, beziehen sich -die Zeiger 1 auf den ND-Zylinder, die Zeiger 2 auf eden HD-Zylinder. Die Strecken V entsprechen dem geometrischen Zylinder inhalt, die Strecken Y" .den schädlichen Räumen,
die Strecken VB den Hubvolumen. Mit Beginn des Saughubes (Punkt _.) er folgt die adiabatische Entspannung der Restgase auf den Saugdruck, welcher im Punkte B erreicht wird. Bei geöffnetem Saugventil beginnt mit diesem Augenblick das Einströmen von Nutzgas.
Werden die Saugventile bis zur Beendigung des Saug hubes (V) geöffnet gehalten, so ergibt sich die grösstmögliche Zylinderfüllung und da mit die unter den obwaltenden Druckzu ständen .grösste Kälteleistung.
Erfordern je doch die Betriebsbedingungen .der Kältean- lage eine im Verhältnis V'IV verkleinerte Kälteleistung, so werden erfindungsgemäss -die Saugöffnungen vorzeitig, und zwar im Punkte<B>C</B> geschlossen.
Im weiteren Verlauf des Saughubes tritt eine adiabatische Ent spannung der Zylinderfüllung nach Linie C'-C ein, verbunden mit Druck- und. Tem peratursenkung im Zylinderraum und Ar beitsgewinn (entsprechend .dem Unterschied der Wärmeinhaltsgrössen). Bei,dem nunmehr anschliessenden Druckhub verläuft der gleiche Vorgang mit umgekehrtem Vbrzeichen, bis der Punkt<B>C</B> wieder erreicht ist.
Von hier aus erfolgt die weitere Verdichtung -des Zy linderinhaltes bis zur Erreichung des Gegen druckes im Punkte D entsprechend Verdich tungslinie C'-D. In diesem Augenblick öff nen die Auslassventile, und es erfolgt der Aus:schub des Zylinderinhaltes bis zur Be endigung des Druckhubes (V8) im. Punkte A, wo,das Arbeitsspiel von neuem beginnt.
Das vorstehend beschriebene Regelver fahren ermöglicht die Beherrschung belie biger Betriebszustände, je nach Wahl des Saugventilschlusses der einzelnen Druck stufen.
Die Durchführung des vorliegenden Ver fahrens zur Leistungsregelung erfordert die Steuerung -des Zylindereinlasses, und die hierzu benötigten Einrichtungen passen sieb len jeweils vorliegenden Bauweisen der Saugventile an.
In Fig. 2, und 3 stellt 1 ein als Teller ventil ausgebildetes Saugventil dar, welches durch die Feder 2 auf seinen Sitz gedrückt wird. Die am Spindelende angebrachte Rolle 3 wälzt sich am Umfang des mit der Steuer welle 4 umlaufenden Steuernockens 5 ab, welcher Ventilöffnung und Ventilschluss regelt.
Durch entsprechende Formgebung des auf der Steuerwelle 4 verschiebbaren Nok- kens 5 wird bedarfsweise die Füllung ver ändert, so dass beispielsweise die in Fig. 3 mit x-x bezeichnete Lage des Nockenum- fanges gegenüber der Ventilachse der gröss ten, die Lage y-y der kleinsten einstell baren Füllung entspricht.
In Fig. 4 und 5 (Drehschiebersteuerung) wird,der im Zylinderraum befindliche :Saug schlitz 6 in Abhängigkeit von der Kurbel- welle durch den Drehschieber 7 jeweils frei gegeben oder verdeckt, und -die Einlassdauer ist abhängig von der Formgebung ,der im umlaufenden Schieber befindlichen Öffnung.
Wird der Drehschieber in seiner Lage gegen über dem Einlassschlitz des Zylinders ver schoben, so entspricht beispielsweise die Lage x-x der grössten die Lage y-y der klein sten Füllung.
Sinngemäss kann bei Verwendung von Gleifschiebersteuerungen eine Füllungsände rung durch Änderung ,der Exzentrizität und des Voreilwinkels erreicht werden.
Anstatt die Verstellung der Regeleinrich tung von Hand vorzunehmen, kann dieser Vorgang auch selbsttätigen Einrichtungen übertragen werden, welche abhängig von Temperatur, Druck oder Drehzahl <I>eine</I> periodische oder fortlaufende, eine stufen weise oder gleitende Verstellung,der Einlass- ventile innerhalb beliebiger gewünschter Grenzen gestatten.
Es können auch gleichzeitig oder ab wechselnd mehrere der vorgenannten Regel mittel verwandt werden, wie am folgenden Anwendungsbeispiel erläutert werden soll.
Eine Kältemaschine zur Kühlung eines Eisenbahnfahrzeuges wird unmittelbar von der Laufachse des Fahrzeuges angetrieben. Wird wegen dem mit der Fahrtgeschwindig- keit wechselnden Drehzahl der Verdichter auf grösste Leistung bei kleinster prak tisch gewählter Fahrtgeschwindigkeit (z. B.
15 km/h) bemessen, so würden Kraftbedarf und Leistung bei höheren Fahrtgeschwindig keiten (z. B. bis zu<B>100</B> km/h unzulässig steigen. Es verstellt deshalb ein Drehzahl regler die Füllung abhängig von der Dreh zahl der Laufachse derart, dass trotz ver änderlicher Drehzahl Leistung und Kraft- bedarf der Maschine gleich bleiben, jeden falls ein zulässiges Mass nicht überschreiten.
Ist .die im Kühlraum gewünschte Temperatur erreicht, so übernimmt der Temperaturregler die Verminderung der Kälteleistung während ,den Perioden verminderten Kältebedarfes. Tritt aus irgendwelchen Gründen eine unzu lässige Drucksteigerung im Verflüssiger oder Verdichter auf, so übernimmt der Druck regler die Zurückführung der Liefermenge auf ein Mass, welches ein weiteres Ansteigen des Druckes ausschliesst.
Bei Wechsel der Fahrtrichtung und somit des Drehsinnes des Verdichters übernimmt eine Freilaufsteuer- einriehtung die erforderliche Umsteuerung der Einlassventile.
Als weiteres. Anwendungsbeispiel des neuen Regelverfahrens wird -die Beherr schung verschiedener Verdampferdrücke mit ein und demselben Verdichterzylinder einer Kältemaschine angeführt: zu Beginn des Ansaugehubes werden zunächst Dämpfe aus dem Verdampfer höheren Druckes angesaugt.
Bei vorzeitigem Schluss des Saugventiles werden diese Dämpfe unter Arbeitsgewinn im Zylinder auf -den Druck .des Verdampfers tieferer Temperatur entspannt, wobei der Ventilschluss so vorzeitig verlegt wird, dass ,der tiefere Verdampferdruck bereits vor Be endigung des Saughubes erreicht wird.
In diesem Augenblick öffnet das Saugventil abermals, und es wird eine weitere Zylinder füllung mit Tiefdruckgas aus -dem zweiten Verdampfer bis zur Beendigung des Saug hubes vorgenommen.
Durch solche Betriebs- weise wird,die gesamte aufzuwendende Ver- dichtungsarbeit gleich der Verdichtungs- arbeit,der einzelnen Dampfmengen von ihrem jeweiligen Druck auf den (gemeinsamen) Verflüssigungsdruck anstatt des sonst übli chen Arbeitsaufwandes für die gesamte Gas menge vom tiefsten Verdampferdruck auf Verflüssigungsdruck.