DE10056708C1 - Vorrichtung zur Optimierung der Ölströmung innerhalb eines Membrankompressors - Google Patents

Abstract

Die bisher nicht geordnete Ölströmung im Kopf eines Membrankompressors begünstigte bisher die Polsterbildung zwischen Membrane und Deckelkurve. DOLLAR A Das erfindungsgemäße Verfahren sieht eine kontinuierliche Ölzirkulation im Druckhub und im Saughub vor, die über eine Ventilplatte, die im Druckhub des Kolbens die Löcher im mittleren bereich der Lochplatte selbsttätig verschließt und im Saughub des Kolbens diese wieder selbsttätig freigibt, erreicht wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Optimierung der Ölströmung innerhalb eines Membrankompressors.

Membrankompressoren arbeiten ähnlich wie normale Kolbenkompressoren, jedoch mit einer trennenden Membrane zwischen der Gasseite und der Ölseite. Die Ölseite wird durch die übliche Kolben-Zylindereinheit gebildet, deren Arbeits- und Tot-Volumen voll mit Öl gefüllt sind. Auf der Gasseite befinden sich die Gas-Saug- und Druckventile. Durch die oszillierende Bewegung des Kolbens wird das durch ihn verdrängte Volumen auf die Membrane übertragen, die dann ihrerseits das Ansaugen, die Verdichtung und das Ausschieben des Gases übernimmt. Da der Öldruck während des gesamten Hubes dem Saug- und Kompressionsdruckverlauf der Gasseite entspricht, kann man hier auch von der Arbeitsweise eines Kolbenkompressors sprechen.

Ein geringfügiger Unterschied zum Kolbenkompressor besteht jedoch dann, daß beim Membrankompressor noch ein Sekundärölkreislauf installiert werden muß, um das Lecköl des Kolbens ausgleichen zu können. Zu diesem Zweck wird eine Kompensationspumpe, angetrieben über einen Exzenter auf der Kurbelwelle, verwendet. Diese spritzt somit synchron mit jedem Kolbenhub eine kleine Ölmenge in den Ölraum des Kompressors. Diese Menge muß theoretisch genau so groß sein, wie die Leckage am Kompressorkolben. Da sich dieses technisch nicht realisieren läßt, wird stets eine eingespritzte Ölmenge verwendet, die größer ist, als die der Leckage. Das hat wiederum zur Folge, daß mit jedem Hub des Kompressorkolbens etwas zu viel Öl sich im Ölraum befindet, welches dann im vorderen Totpunkt der Membrane (= Anlage am Deckel) zu einem unkontrollierbaren Öldruckanstieg führen würde. Um dieses zu verhindern, muß noch ein Ölüberströmventil hinzugefügt werden, welches den Öldruck im vorderen Totpunkt des Kolbens auf einen Wert begrenzt, der geringfügig über dem Maximaldruck des Gases liegt.

Die Kurvenform als Anlage der Membrane am Deckel ist nach rein mathematischen Erfordernissen geformt, um die unter dem Druck sich verformende Membrane von außen nach innen auf ihrer Oberfläche abrollen zu lassen. Im weitesten Sinne, im Vergleich mit einem Kolbenkompressor, arbeitet die Membrane als Kolben und die Deckeloberfläche als Zylinder. Das Problem besteht jedoch darin, daß die fortschreitende Dichtwirkung zwischen Membrane und Deckel nicht derjenigen entspricht, wie sie zwischen dem Kolben mit seinen Kolbenringen und der Zylinderwandung besteht. Es können sich zwischen der Membrane und der Deckeloberfläche örtliche Gaspolster ausbilden, die sowohl den schädlichen Raum vergrößern, als auch die Standzeit der Membrane herabsetzen. Diese örtlichen Gaspolster wirken wie abgedichtete Inseln und lassen sich nicht, auch nicht durch einen überhöhen Öldruck, entfernen.

Die in den Schriften DE-AS 11 32 285 und DE-AS 16 53 465 dargestellten Membrankompressoren weisen keine Konstruktionsmerkmale auf, die einen gezielten Strömungsverlauf erkennen lassen, um der örtlichen Polsterbildung zwischen Membran und Deckeloberfläche entgegenzuwirken.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren mit einer Vorrichtung zu schaffen, wodurch die Gefahr der inneren Polsterbildung stark gemindert wird.

Gelöst wird die Aufgabe durch eine Ventilplatte, die im Druckhub des Kolbens die Löcher im mittleren Bereich der Lochplatte selbsttätig verschließt und im Saughub des Kolbens diese wieder selbsttätig freigibt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in den Patentansprüchen 2 und 3 angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen kompletten Membrankopf in der Ausführung nach dem Stand der Technik.

Fig. 2 zeigt einen kompletten Membrankopf nach Fig. 1, in dem zusätzlich die erfindungsgemäße Vorrichtung innerhalb des Ölraumes eingebaut ist.

Die Hauptbestandteile eines Membrankompressors bestehen gemäß Fig. 1 aus dem Flansch mit Zylinder 1, dem Deckel 2, der Lochplatte 3, der Membrane 4, dem Kolben 5, den Ventilen Saug 7 und Druck 6, dem Rückschlagventil 8 und dem Ölüberströmventil 9. Das mit Ölraum bezeichnete Volumen erstreckt sich zwischen dem Kolben 5 und der Membrane 4. Das mit Gasraum bezeichnete Volumen erstreckt sich von der Membrane 4 bis zum Deckel 2. Das Membranhubvolumen ist auf das Kolbenhubvolumen (Fläche × Hub) abgestimmt, so daß die Wirkungsweise der eines Kolbenkompressors entsteht. Die Membrane läuft volumensynchron mit dem Kolben, saugt das Gas über das Saugventil 7 an, verdichtet es und schiebt es durch das Druckventil 6 aus.

Die Ölleckage am Kolben 5 muß durch eine äußere Pumpe wieder ausgeglichen werden. Hierzu wird eine durch einen Exzenter angetriebene kleine Kolbenpumpe verwendet, die mit jedem Hub eine kleine Ölmenge über das Rückschlagventil 8 in den Ölraum spritzt. Dadurch, daß der Exzenter direkt auf der Kurbelwelle sitzt, findet synchron mit jedem Hub des Hauptkolbens 5 eine genau dosierte Einspritzung der Kompensationspumpe statt. Da diese eingespritzte Ölmenge aus Gründen der Betriebssicherheit stets größer sein muß, als die Leckage am Kolben 5, ist noch ein Ölüberströmventil 9 erforderlich, welches die zuviel eingespritzte Ölmenge im vorderen Totpunkt von Kolben 5 und Membrane 4 abströmen lassen kann.

Die mit jedem Druckhub einhergehende Vorwärtsbewegung des Kolbens 5 schiebt das Öl durch die Löcher der Lochplatte 3 vor die Membrane, die dann ihrerseits im vorderen Totpunkt des Kolbens vollständig an der Deckeloberfläche anliegt. Trotz der mathematisch orientierten Deckelkurve, die einen Abwälzvorgang der Membrane von außen nach innen begünstigen soll, kommt es immer wieder vor, daß sich zwischen der Membrane und der Deckeloberfläche örtliche Gaspolster bilden. Das durch die Lochplatte strömende Öl wirkt dabei gleichzeitig in voller Oberfläche auf die Membrane.

Kernpunkt der Erfindung ist eine tiefgreifende Änderung der Strömungsverhältnisse, die den Abwälzvorgang der Membrane im Druckhub von außen nach innen durch das Öl unterstützt und zugleich die Bildung von Gaspolstern verhindert. Gleichzeitig soll im Saughub des Kolbens 5 das Öl auf dem direkten Wege wieder zurückströmen, um eine möglichst gute Kühlwirkung des Öles an der Zylinderwand zu erzielen. Zur Realisierung dieser Forderungen muß die Strömung innerhalb des Ölraumes rhythmisch mit der Kolbenbewegung in eine Zirkulationsbewegung gebracht werden. Diese Zirkulationsbewegung darf dabei, nicht mehr ein bloßes Hin und Her des Öles bewirken, sondern muß im Druckhub das Öl, vom Kolben ausgehend, zunächst in die äußeren Zonen der Membrane führen, um danach dem Abwälzvorgang folgend, auch das Zentrum der Membrane zu erreichen. Von dort soll es dann wieder beim Saughub des Kolbens auf direktem Wege durch die Mitte diesem unmittelbar folgen, damit die während des Druckhubes hauptsächlich im Zentrum aufgenommene Verdichtungswärme schnellstens und wirkungsvoller an der kalten Zylinderwand abgegeben werden kann.

Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung, bestehend aus der Ventilplatte 10 und den Führungen 11 erfüllen die Voraussetzungen, die erwünschte Zirkulation des Öles zu erzeugen. Im Druckhub des Kolbens 5 liegt die Ventilplatte 10 automatisch über den sich ausbildenden Differenzdruck an der Lochplatte an und verschließt den mittleren Bereich der Locher in der Lochplatte 3. Dadurch muß das Öl den äußeren Weg über die noch freien Locher wählen und gelangt somit zuerst in den äußeren Membranbereich, wo es die Ausbildung von Gaspolstern durch die Unterstützung des mathematischen Abrollvorganges verhindert. Nach der erfolgten Gesamtanlage der Membrane am Deckel gegen Ende des Druckhubes wird der Saughub eingeleitet, der seinerseits wiederum über den sich ausbildenden Differenzdruck die Ventilplatte 10 von der Lochplattenoberfläche abhebt. Dadurch kann dann das heiße Öl im mittleren Durchmesserbereich direkt dem Kolben in Richtung der kalten Zylinderwand folgen. Die Ausbildung der Ventilplatte 10 als Siebplatte mit einem Lochmuster, welches nicht mit dem Lochmuster der Lochplatte 3 übereinstimmt und bei Anlage der Ventilplatte 10 an der Lochplatte 3 keine freien Lochquerschnitte entstehen läßt, wirkt dabei unterstützend. Die Führungen 11 sind gleichzeitig mit einem Anschlag als, Hubbegrenzung für die Ventilplatte 10 versehen.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Optimierung der Ölströmung innerhalb eines Membrankompressors, mit einer durch einen Kolben hydraulisch angetriebenen Membran sowie einer die Membran im Saughub stützenden Lochplatte, gekennzeichnet durch eine Ventilplatte (10), die im Druckhub des Kolbens (5) die Löcher im mittleren Bereich der Lochplatte (3) selbsttätig verschließt und im Saughub des Kolbens (5) diese wieder selbsttätig freigibt.

2. Vorrichtung zur Optimierung der Ölströmung innerhalb eines Membrankompressors, nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Blechformteil als Ventilplatte (10) und in der Lochplatte (3) befestigten Führungselementen (11), die den Hub der Ventilplatte (10) begrenzen.

3. Vorrichtung zur Optimierung der Ölströmung innerhalb eines Membrankompressors, nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilplatte (10) als Siebplatte mit einem Lochmuster ausgebildet ist, welches nicht mit dem Lochmuster der Lochplatte (3) übereinstimmt und bei Anlage der Ventilplatte (10) an der Lochplatte (3) keine freien Lochquerschnitte entstehen läßt.