DD241454A1 - Druckentlastungs-rueckschlagventil, insbesondere fuer kaeltemittel-hubkolbenverdichter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Druckentlastungs-Rueckschlagventil, insbesondere fuer Kaeltemittelhubkolbenverdichter. Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Druckentlastungseinrichtung und das Rueckschlagventil zu vereinigen und deren Funktion ohne aeussere Hilfsenergie zu gewaehrleisten. Das Ventil soll in Verdichter mit hohem Wirkungsgrad und niedrigen Anlaufmoment realisierbar sein. Die erfindungsgemaesse Loesung sieht die Anordnung einer in einem Ventilsitz gelagerten, mit Ventilteller versehenen Ventilspindel vor, welche in Kombination von Druckentlastungs- und -ausgleichsbohrungen arbeitet. Die Anordnung kann sowohl in der Druckleitung als auch in einem Druckschalldaempfer des Verdichters erfolgen. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen ,

Anwendungsgebiet der Erfindung j

Die Erfindung ist vorzugsweise anwendbar in Kältekreisläufen zwischen dem Druckstutzen des Kältemittelverdichters und dem Kondensator. Des weiteren ist diese Erfindung geeignet für alle Druckstromerzeuger, bei denen nach regelungs- oder betriebstechnisch bedingten Ausschalten der erzeugte Druck in bestimmten Grenzen erhalten bleibt, für das erneute Einschalten jedoch keine Druckentlastung erforderlich ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt sind Schaltungen zur Druckentlastung der Hochdruckseite von Kältemittelverdichtern und anderen Druckstromerzeugern, bei denen in der Rohrleitung zwischen dem Druckstutzen des Druckstromerzeugers und den nachgeschalteten Anlagenbauteilen ein Rückschlagventil angeordnet ist. Durch das Rückschlagventil wird das Rückströmen von bereits verdichtetem Medium verhindert, wenn der Druckstromerzeuger ausgeschaltet wird. In den Fällen, die wegen des begrenzten verfügbaren Anlaufmomentes des Antriebsmotor^ für das Wiedereinschalten eine Druckentlastung erfordern, muß der Druck im Raum zwischen Druckseite des Druckstromerzeugers und Rückschlagventil druckentlastet werden. Das erfolgt im allgemeinen mittels eines Bypassventils, ausgeführt als Magnetventil, Motorstellventil oder ähnlicher Lösung. Dabei kann die Bypassleitung in Kältekreisläufen zur Saugseite des Verdichters führen, so daß bis zum Rückschlagventil der gleiche niedrige Saugdruck hergestellt wird und damit Antriebsmotoren auch mit niedrigen Anlaufmoment starten können. Nach Erreichen der Nenndrehzahl des Antriebsmotors kann das Bypassventil geschlossen werden, wodurch die Druckentlastung beendet wird und die Förderung durch das sich selbsttätig öffnende Rückschlagventil in die Druckleitung beginnt. Es existieren auch Lösungen, bei denen die Bypassleitungen nicht zur Saugseite, sondern an einen anderen Ort niedrigen Druckes der Anlage, oder z. B. bei Luftverdichtern einfach in die umgebende Atmosphäre geführt wird.

Es ist auch eine Druckentlastungsmöglichkeit, insbesondere für kleine Kältemittelhubkolbenverdichter, bekannt geworden, bei der mit oder ohne Rückschlagventil ein sehr kleines künstliches Leck zwischen Druck- und Saugseite konstruktiv vorgesehen wird, z. B. als Kerbe im Dichtsitz des Druckventilplättchens.

Es gibt auch für druckölgeschmierte Verdichter die Lösung mit dem automatischen Absperrventil, gemäß WP 63842 und WP 84755, bei dem nach dem Einschalten bis zum Erreichen des erforderlichen Mindestöldruckes Saug- und Druckseite des Verdichters durch eine Bypassleitung unmittelbar verbunden sind, so daß der Verdichter in diesem Zeitraum ebenfalls entlastet anläuft. Beim schnellen Öldruckaufbau wird die Öldruckleitung zum Steuerkolben des automatischen Absperrventils unter Zuhilfenahme eines magnetgesteuerten Dreiwegeventils so lange abgesperrt, bis der Anlaufvorgang beendet ist. Eine weitere Lösung besteht in der Benutzung der durch Federkraft betätigten Saugventilentlastung, die eigentlich zur Leistungsanpassung des Verdichters an den Bedarf der Anlage dient, auch zur Anlaufentlastung. Bei fehlendem Öldruck, also z. B. bei Stillstand des Verdichters, werden die Saugventile durch die Wirkung der Federkraft offen gehalten, und bei Betrieb des Verdichters kann nach Öffnen eines Magnetventils der Öldruck die Federkraft überwinden und das Saugventil arbeitet, so daß der Verdichter Gas in die Druckleitung fördert. Ein Rückschlagventil ist bei dieser Schaltung ebenfalls erforderlich.

In ähnlicherWeise benutzt man gasdruckgesteuerte Saugventiientlastungen als Anlaufentlastung.

Weiterhin dienen viele Arten von Schalt- und Fliehkraftkupplungen dem Zweck des entlasteten Anlaufes der Antriebsmaschinen von Druckstromerzeugern.

Alle beschriebenen Lösungen haben den Vorteil, daß sie eine eindeutige Druckentlastung für den Anlauf des Verdichters herstellen und ein Rückströmen des bereits verdichteten Gases verhindern. Nachteilig ist bei der Anordnung von selbsttätigem Rückschlagventil in der Druckleitung und hilfsgesteuertem Entlastungsventil in der Bypass- oder Steuerleitung, daß immer eine zusätzliche Installation in der Kälte- bzw. Druckgasanlage mit der Ansteuerung des Entlastungsventils, im allgemeinen durch ein Zeitglied, notwendig ist. Die damit verbundenen Kosten und die zu Störungen neigenden zusätzlichen Bauteile sowie die erforderliche Einbindung in die elektrische Steuerung der gesamten Anlage werden oft als so ungünstig betrachtet, daß man darauf verzichtet und die betriebstechnischen Nachteile des Verdichteranlaufes unmittelbar gegen den anstehenden Enddruck bei Verwendung eines überdimensionierten Antriebsmotors bevorzugt. Es gibt auch die Möglichkeit der Motorauslegung mit hohem inneren Anlaufmoment, was aber zu Lasten des erreichbaren Wirkungsgrades geht.

Die Lösung mit einem künstlichen Leck führt zu Wirkungsgradverlusten und ist deshalb nur für sehr kleine Verdichterund " Kälteanlagen mit geringen Füllmengen geeignet. Die automatischen Absperrventile sind wegen ihres komplizierten Aufbaus, der damit verbundenen hohen Installationskosten und des erforderlichen Druckölsystems nur Lösungen für Ausnahmefälle, bei denen aus betriebstechnischen Gründen vorrangig die Trennung des Verdichters von Saug- und Druckseite der Kälteanlage erforderlich ist. Für kleine Verdichter mit Schleuderschmiersystemen scheiden sie als Lösung völlig aus.

In gleicher Weise sind die Saugventilentlastungen mittels Öl- oder Gasdruck zu bewerten. Vor allem bei kleinen Kältemittelverdichtern in voll- bzw. halbhermetischer Ausführung, bei denen die Anlaufprobleme die größte Bedeutung haben, sind Saugventilentlastungen nur in Ausnahmefällen vorhanden. Ebenso scheiden Schalt- und Fliehkraftkupplungen bei allen voll- bzw. halbhermetischen Verdichtern aus, und bei offenen Verdichtern sowohl für Kältemittel als auch für andere verdichtende Medien bleiben sie auf Grund ihrer Funktionscharakteristik meist auf Antriebssysteme mit Verbrennungsmotoren beschränkt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Druckentlastungs-Rückschlagventil zu schaffen, welches die getrennte Anordnung einer Druckentlastungseinrichtung und eines Rückschlagventils in der Druckleitung, speziell bei voll- und halbhermetischen Kältemittel-Hubkolbenverdichtern, vermeidet, und dessen Funktion ohne äußere Eingriffe sowie ohne äußere Hilfsenergie gesichert ist. Die Anordnung solI auf der Druckseite des Verdichters im Bereich des Zylinderkopfes oder des Druckschalldämpfers erfolgen und es soll zum untrennbaren Bestandteil des Verdichters gehören. Bei Erfordernis ist die im Ventil unumgängliche Drosselstelle so auszulegen, daß Schalldämpfungseffekte erreicht werden.

Mit der Erfindung soll die Entwicklung von Verdichtern mit Motoren mit hohem Wirkungsgrad und dadurch u.a. bedingten niedrigen Anlaufmoment für Schweranläuffälle ermöglicht werden, wie sie z.B. bei Kältemittel-Hubkolbenverdichtern in Wärmepumpen, Klimageräten und Kälteanlagen mit Abwärmenutzung auftreten.

Wesen der Erfindung

DerErfindung liegtdieAufgabe zugrunde, ein Ventil so zu gestalten, daß die Vereinigung der Vorzüge der erläuterten bekannten Druckentlastungseinrichtungen ermöglicht wird, wobei deren Nachteile vermieden werden, und daß gleichzeitig ein betriebstechnisches und fertigungstechnisches Optimum darstellt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe derart gelöst, daß die Bewegung des Ventiltellers bzw. der Ventilspindel eines Rückschlagventils zwischen den beiden Grenzlagen „geschlossen" und „geöffnet" dazu benutzt wird, eine Druckentlastungsbohrung zwischen Druck- und Saugseite des Verdichters durch einen mit diesem fest verbundenen zweiten Ventilteller bzw. eine Ventilspindel zu öffnen und zu schließen.

Das Rückschlagventil ist in üblicherweise mit einer Feder ausgerüstet, die den Ventilteller beim Aussetzen der Strömung auf den Ventilsitz zieht oder drückt. Die Federkraft wird bei in die Druckleitung strömendem Gas durch die Strömungskraft dieses Gases überwunden. Die Führung des Rückschlagventils erfolgt mittels einer Spindel, die im Ventilsitz läuft. Der Ventilsitz ist zwischen zwei Teilen der Druckleitung oder zwischen Zylinderkopf und Druckleitungsanschluß, oder an einer anderen geeigneten Stelle, z. B. zwischen den beiden Teilen eines Resonanzschalldämpfers, angeordnet. Wegen der periodischen Förderung der Hubkolbenverdichter und wegen der erforderlichen Entlastungszeit vom Einschalten des Verdichters bis zum Erreichen der Nenndrehzahl ist die Anordnung auf alle Fälle so zu wählen, daß zwischen dem Druckarbeitsventil und dem Druckentlastungs-Rückschlagventil ein ausreichendes Puffervolumen, z. B. das druckseitige Volumen des Zylinderkopfes, vorhanden ist. Im Ventilsitz ist eine Bohrung eingebracht, welche zu der dem Verdichter zugewandten Seite des Rückschlagventils einerseits offen ist, deren andere Seite am Außenumfang des Ventilsitzes mündet und entweder bei Vollhermetikverdichtem dadurch unmittelbar mit dem Saugraum oder bei allen anderen Bauarten über eine Rohrleitung geringer Nennweite mit einer Stelle niedrigen Saugdruckes, z. B. des Kurbelgehäuses, verbunden ist. Diese Bypassbohrung dient der eigentlichen Druckentlastung und wird bei einsetzender Förderung, also nach entlastetem Anlauf des Verdichters, durch einen auf der anderen Seite des Ventils an der Spindel des Ventiltellers angeordneten zweiten Ventilteller verschlossen und damit abgedichtet. Die Dichtkraft wird durch die Strömungskraft und durch den am Ventil entstehenden Druckverlust aufgebracht. Es ist auch eine Lösung möglich, bei der die Abdichtung der Bypassbohrung durch einen Schiebesitz mit sehr kleinem Spalt am Umfang der Ventilspindel zur Bohrung des Ventilsitzes erfolgt, wobei die Bypassbohrung innerhalb der Ventilspindel beginnt und über eine oder mehrere radiale Bohrungen von der Spindel in den Ventilsitz mit einem Ringsammeiraum am Innendurchmesser übergeht. Die Bohrung in der Ventilspindel sollte eine Länge von einem Viertel der Wellenlänge der zu dämpfenden Schallfrequenz haben, wenn das Ventil zwischen den beiden Teilen eines Resonanzschalldämpfers angeordnet ist. Der Durchmesser der Bohrung ist zu optimieren zwischen dem ertragbaren Druckverlust, der Höhe des zu dämpfenden Schallpegels und der erforderlichen Kraft für das stabile Arbeiten des Ventils. Bei senkrechtem Einbau ist es möglich, die Schwerkraft anstelle der Federkraft oben beschriebener Lösung zum Schließen des Rückschlagventils zu nutzen.

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: ein Ventil mit zwei Ventiltellern auf der Ventilspindel zwischen zwei Flanschen der Druckleitung im Schnitt, Fig. 2: ein Ventil in ähnlicher Ausführung gemäß Fig. 1 mit Drossel bohrung in der Ventilspindel in einem Resonanzschalldämpfer im Schnitt,

Fig.3: ein Ventil gemäß Fig. 2 mit Schiebedichtsitz der Spindel im Schnitt, Fig.4: ein Ventil mit Drosselbohrung in der Ventilspindel in einem Resonanzschalldämpfer in senkrechter Einbaulage mit Nutzung der Schwerkraft zum Schließen des Ventils bei Aussetzen der Förderung.

Die Schnittdarstellung gemäß Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Druckentlastungs-Rückschlagventil in geöffnetem Zustand mit einem Ventilsitz 1, dem Ventilteller des Rückschlagventils 2 und dem gemeinsamen Bauteil Ventilteller des Druckentlastungsteiles und Spindel 3. Der Ventilsitz 1 ist zwischen den Flanschen 5 und 6 der Druckleitung nach außen dichtend eingespannt. Die Ventilfedern 4 sind so dimensioniert und angeordnet, daß bei ausbleibender Gasströmung von der Verdichterseite 12 zur Anlagenseite 13 durch die ringförmig angeordneten Bohrungen 8 im Druckentlastungsventi !teller 9 und im Ventilsitz 1 der Teller 2 des Ventils auf dem Sitz 1 gezogen wird und an der Dichtleiste 11 die Anlagenseite 13 gegenüber der Verdichterseite 14 abdichtet. Dabei wird die Dichtstelle 10 geöffnet und über die Bypassbohrung 7 die Druckseite 12 des Verdichters mit der Saugseite 14 über die an die Bohrung 7 angeschlossene Leitung 15 verbunden. Bei wiedereinsetzender Förderung befindet sich zunächst im Druckraum 12 des Verdichters der Saugdruck wie im Saugraum 14, bis die einsetzende Förderung infolge der Druckverluste in der Bohrung 7 zum Anstieg des Druckes im Druckraum 12 führt, bis der sich einstellende Überdruck über den Anlagendruck im Raum 13 das Ventil öffnet und infolge der einsetzenden Strömung offen hält. Fig. 2 zeigt die Anordnung des Druckentlastungs-Rückschlagventils zwischen den beiden Räumen 17 und 18 eines Resonanzschalldämpfers 16. Die Bohrung 19 zum Durchtritt des Druckgases ist dabei in der Ventilspindel 3' angeordnet und ihre Länge entspricht einem Viertel der Wellenlänge der zu dämpfenden Frequenz. Der Übertritt des Gases in den anlagenseitigen Druckraum erfolgt über die radialen Bohrungen 20 in der Spindel 3'. Die Entlastungsbohrung 7' mündet z. B. in die Umgebung, wenn der Schalldämpfer 16 innerhalb der Kapsel eines Vollhermetikverdichters untergebracht ist.

Fig.3 zeigt eine Ausführung wie in Fig. 2, jedoch mit einer Abdichtung zur Saug- und Druckseite 13 und 12 mittels Ringspalte 21 und 22.

Fig.4 entspricht der Anordnung entsprechend Fig. 2 zwischen den beiden Kammern 12 und 13 eines Zweikammer-Resonanzschalldämpfers. Im Betriebszustand erfolgt die Abdichtung zwischen dem Druckraum'der ersten Resonanzkammer 12 und der Entlastungsbohrung 7 mit Ringraum 24 durch den Ventilteller 26. Die Abdichtung zwischen dem Druckraum der zweiten Resonanzkammer 13 und der Entlastungsbohrung 7 erfolgt über den Spalt 21. Im geschlossenen Zustand des Ventils erfolgt der Druckausgleich für den entlasteten Anlauf durch die Bohrung 25 der Ventilspindel, die radialen Austrittsbohrungen 20, dem Ringraum 24 und die Entlastungsbohrung zur Saugseite 14 des Verdichters. Die Abdichtung des Druckraumes der zweiten Resonanzkammer 13 zur Entlastungsbohrung 7 erfolgt im geschlossenen Zustand durch den Ventilteller 23. Die Bohrung 25 der Ventilspindel ist in ihrer Länge auf die zu dämpfende Schallfrequenz und das Fördermedium abgestimmt. DasDruckentlastungs-Rückschlagventil bringt folgende technisch-ökonomische Vorteile mit sich:

Die Funktionen eines Rückschlagventils und einer Druckentlastungseinrichtung werden in eine Baugruppe so vereinigt, daß selbsttätiges Arbeiten ohne Ansteuerung und Hilfsenergie zuverlässig gewährleistet ist. Damit ist der Aufwand an Material, vor allem in Form von elektro-mechanischen, elektrischen oder elektronischen Bauteilen gegenüber den bekannten Lösungen wesentlich geringer. Der Elektromotor für den Verdichter ohne Entlastungseinrichtungen kann vorrangig unter dem Gesichtspunkt eines guten Wirkungsgrades dimensioniert werden und damit den Anforderungen einer hohen Energieökonomie entsprechen. Bei der Kombination des erfindungsgemäßen Ventils mit einem Resonanzschalldämpfer tritt der weitere Vorteil in Erscheinung, daß außer dem im Schalldämpfer ohnehin auftretenden Druckverlust kein weiterer Druckverlust auftritt im Gegensatz zu getrennter Anordnung von Schalldämpferund Rückschlagventil.

Claims (5)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Druckentlastungs-Rückschlagventil für Kolbenverdichter, insbesondere für Kältemittelverdichter, gekennzeichnet dadurch, daß in einem in der Druckleitung (12,13), oder dem Druckschalldämpfer (16) des Verdichters in vertikaler oder horizontaler Einbaulage angeordneten, den Druckströmquerschnitt absperrenden Ventilsitz (1), eine mit Ventilteller (2) versehene, gegenüber dem Ventilsitz (1) mit Federn (4) belastete Ventilspindel (3) gleitend gelagert ist und der Ventilsitz (1) mit einer radialen Bypassbohrung (7) sowie Ventilspindel (3) und Ventilsitz (1) mit mehreren ringförmig axial angeordneten Bohrungen (8,9) versehen sind.
2. 2. Druckentlastungs-Rückschlagventil nach Pkt. !,gekennzeichnet dadurch, daß in der Ventilspindel (3) axiale und radiale Bohrungen (19,20) angeordnet sind.
3. 3. Druckentlastungs-Rückschlagventil, nach Pkt. 1 u. 2, gekennzeichnet dadurch, daß die axiale Bohrung (19) ca. ¹A der Wellenlänge der zu dämpfenden Frequenz entspricht.
4. 4. Druckentlastungs-Rückschlagventil, nach Pkt. 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß eine Feder (4) zentrisch über der Ventilspindel (3) oder mehrere Federn (4) ringförmig am Umfang des Ventilsitzes (1) angeordnet sind bzw. bei vertikaler Einbaulage entfallen.
5. 5. Druckentlastungs-Rückschlagventil nach Pkt. 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Ventilsitz (1) mit einem Ringspalt (21) versehen ist.