Mehrstufiger Verdichter. Der Aufbau mehrstufiger Hochdruckver dichter üblicher Bauart ist stets gekennzeich net durch die Verwendung von mehrfach ab gestuften Kolben, wobei die arbeitenden Kol benflächen der einzelnen Stufen (bis auf die letzte) durch Ringflächen verschiedener Breite und verschiedenen Durchmessers ge bildet werden. Dabei ist die durch Kolben ringe abzudichtende Spaltlänge und damit die Undichtigkeit bei einer Ringfläche stets erheblich grösser als bei einer flächengleichen Kreisscheibe.
Diese allgemein gebräuchliche Anordnung hat verschiedene beträchtliche Nachteile: Die Ringflächen der einzelnen Stufen müssen so auf die Vorder- und Rückseite des Kolbens verteilt werden, dass zwecks gün stiger Ausnützung des Kurbeltriebwerkes die Summe aller Kräfte in der einen Totpunkt lage möglichst genau gleich der Summe aller Kräfte in der andern Totpunktlage wird;
dabei lässt es sich meist nicht vermeiden, dass ein Ringraum übrig bleibt, der keiner Stufe zugehörig ist und in welchem das Gas, ohne verdichtet zu werden, nutzlos aus- und ein ;gesohoben wird; die unvermeidliche Erwär mung dieses hin- und hergeschobenen Gases verschlechtert den Liefergrad der folgenden Stufe.
Da die Länge jeder einzelnen Abstufung des Kolbens mindestens so .gross sein muss, wie der Hub plus der Länge der Kolbenring partie, so erhält der ganze Kolben eine ausserordentliche Baulänge, und die Festig- keitsverhältnisse für diesen verwickelt ge stalteten Hohlkörper werden durch den grossen Durchmesser sehr ungünstig.
Die grosse Baulänge verlangt unter allen Umständen eine liegende Anordnung der Ma- schine. Damit werden aber meist besondere )Massnahmen notwendig, um,das Gewicht des hin- und hergehenden Kolbens zu tragen und dabei den Verbiegungen gerecht zu werden, die durch die grosse Baulänge unvermeidlich sind.
Ausserdem verursacht dieser schwere Kol- gen unausgeglichene Massenkräfte, die sich im Betrieb sehr unangenehm auswirken. Schliesslich wird die Zugänglichkeit einer derartigen Maschine sehr schlecht, da man meist die Hälfte der übereinandergeschalteten Zylinder abnehmen muss, um den Kolben freizulegen.
Die nachstehend beschriebene Erfindung ermöglicht die vollkommene Vermeidung all dieser Übelstände und erlaubt dem Konstruk teur eine wesentlich grössere Freiheit in der Gestaltung.
Gemäss dieser Erfindung wird in einem doppeltwirkenden Zylinder der Arbeitsraum auf der Deckelseite für die erste Stufe, der Arbeitsraum auf der Stopfbüchsenseite für die zweite Stufe benützt, so dass im Gegen satz zur gebräuchlichen Bauweise Hub und Bohrung für die erste und zweite Stufe gleich sind. Durch eine entsprechende starke Vergrösserung des schädlichen Raumes und der dadurch bedingten Rückexpansion wird das wirkliche Fördervolumen der zweiten Stufe auf denjenigen Bruchteil des Förder- volumens der ersten verringert, der durch das Druckverhältnis gegeben ist.
Dieser Zylinder, der auf den beiden Kolbenseiten die erste und die zweite Stufe enthält, ist im folgenden der Einfachheit halber als #Niederdruckzylin- der" bezeichnet. Die Zylinder der dritten und höheren Stufe sind einfachwirkend und auf den Deckel des Niederdruckzylindern so aufgesetzt, dass die Gasdrücke auf die Kolben dieser Stufen dem Gasdruck der zweiten Stufe entgegenwirken und so einen Ausgleich der Stangendrücke in beiden Totpunktlagen herbeiführen.
Durch diese Anordnung fällt die sonst erforderliche Abstufung des Kolbens zwi schen den Arbeitsflächen der ersten und der zweiten Stufe ebenso fort wie die nutzlose Ringfläche, die durch die Abstufung zwi schen den beiden Arbeitsflächen entstehen würde. Der Niederdrucklikolben wird bei spielsweise um mehr als eine Hublänge ver kürzt; er kann als offener Topfkolben aus geführt werden, in dessen Hohlraum der grösste Teil des benötigten schädlichen Rau mes für die zweite Stufe zwanglos unter gebracht werden kann und der durch sein ge ringeres Gewicht kleinere Massenkräfte er gibt.
Die Verkürzung der Baulänge macht eine stehende Bauart der Maschine möglich, wo durch das Kolbengewicht nicht mehr von der Zylinderlaufbahn getragen werden muss, die Schmierung verbessert wird und jeder ein seitige Verschleiss wegfällt. Jedoch ist eine liegende Anordnung selbstverständlich auch möglich.
Einige Ausführungsformen des Erfin dungsgedankens sind in Fig. 1 bis 3 schema tisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine dreistufige Maschine mit einem doppeltwirkenden Zylinder 1. Auf der Seite des Deckels 2 dieses Zylinders 1 be findet sieh die erste Stufe A und auf der Stopfbüchseniseite die zweite Stufe B. Auf den im Zylinder 1 'befindlichen Niederdruck- kolben 3 ist der einfachwirkende Kolben 4 der dritten Stufe C so aufgesetzt, dass durch das Gegeneinanderwirken der Gasdrücke der ersten und .dritten Stufe einerseits und der zweiten Stufe anderseits der Ausgleich der Stangenkräfte in beiden Totpunktlagen er reicht wird.
Fig. 2 zeigt eine vierstufige Maschine, bei welcher auf den Kolben 4 der dritten Stufe C noch ein weiterer Kolben 5 für die vierte Stufe D aufgesetzt ist. Es ist ohne weiteres klar, dass man in derselben Weise auch Ver dichter mit noch höheren Stufenzahlen auf bauen kann, bei denen alle höheren Stufen so auf dem Deckel 2 des N iederdruckzylin- ders 1 aufgebaut sind,
dass ihre Gasdrucke zusammen mit dem Gasdruck der ersten Stufe der zweiten Stufe zum Ausgleich der Stangenkräfte in beiden Totpun.ktla.gen ent- gegenwirken.
Wenn man die Leistung der beiden ersten Stufen auf mehrere untereinander gleiche Niederdruckzylinder verteilt, and auf jeden dieser Niederdruckzylinder einen Hochdruck zylinder aufsetzt, erhält man eine Mehr- kurbelmaschine von besonders vorteilhaftem und weitgehend symmetrischem Aufbau.
Fig. 3 zeigt dies am Beispiel einer drei- kurbeligen fünfstufigen Maschine. Die dritte; vierte und fünfte Stufe C, D und E sind hier auf drei Niederdruckzylindern 1 so angeord net, dass wieder jeweils ein einfachwirkender Hochdruckkolben 6, 7, 8 zusammen mit dem Gasdruck der ersten Stufe einem Kolben 3 der zweiten Stufe entgegenwirkt. Damit wird auch hier der Ausgleich der (Stangenkräfte in beiden Totpunktlagen erzielt; überdies sind die Stangenkräfte der einzelnen Kurbeln untereinander gleich, da auf die kleineren Kolben der höheren Stufen ein entsprechend höherer Gasdruck wirkt. Mit Ausnahme der verschiedenen Durchmesser der drei letzten Stufen wird die Maschine in ihrem Aufbau also völlig gleichmässig.
Es ist klar, dass dieser Aufbau auch für andere Stufenzahlen angewendet werden kann, wobei die Zahl der Niederdruckzylin der immer um zwei kleiner ist als die Zahl der Stufen. Beispielsweise würde ein vier stufiger Verdichter nach diesem Schema zwei Kurbeln und zwei Niederdruckzylinder, ein sechsstufiger vier Kurbeln und Niederdruck zyliuder erhalten.
Es ist ferner klar, dass man die Kurbel zahl dieser Maschinen durch mehrfaches An einanderreihen verdoppeln oder verdrei fachen kann. Beispielsweise könnte man durch zweifaches Aneinanderreihen der Ma schine von Fig.3 eine sechskurbelige fünf stufige Maschine schaffen.
Weitere Kombinationen sind bei solchen Mehrkurbelmaschinen möglich, wenn man auf einige oder alle Niederdruckzylinder je zwei oder mehr Hochdruckzylinder (ähnlich Fig. 2) aufsetzt. Es ist bei derartigen Mehr kurbelmaschinen leicht zu erreichen, dass die einzelnen Hochdruckkolben trotz ihrer ver schiedenen Durchmesser das gleiche Gewicht erhalten, indem man sie als Hohlkörper mit verschiedener Wanddicke ausführt. Dadurch lässt sich, je nach Kurbelzahl und Kurbel- versetzung, ein weitgehender Massenausgleich verwirklichen.