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Einrichtung zur Verhütung des Pumpens eines Turboverdichters Die Erfindung
bezieht sich auf eine Einrichtung zur Verhütung des Pumpens eines Turboverdichters,
bei dem durch einen hohlzylinderförmigen Schieber der Ansaugquerschnitt des Laufrades
bei zunehmender Fördermenge vergrößert und bei abnehmender Fördermenge verkleinert
wird.
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Es ist bereits seit langem bekannt, das Pumpen von Verdichtern mit
Hilfe von verstellbaren Leitschaufeln zu verhindern. Die Verstellung der Schaufeln
kann dabei von Hand oder selbsttätig erfolgen. Eine automatische Einstellung wird
durch Einrichtungen möglich, die unter dem Einfluß des Druckes oder der Menge des
geförderten Mediums oder unter dem Einfluß'beider Größen stehen. Bei einer bekannten
Ausführungsform dient eine im Druckkanal angeordnete Meßdüse im Zusammenwirken mit
Federn und Kolben zur Betätigung des Gliedes, welches die Leitschaufeln verstellt.
Von Nachteil ist hierbei die Tatsache, daß der Steuerverlauf nicht ohne weiteres
der Pumpgrenzeharakteristik angepaßt werden kann. Bei Verringerung der Fördermenge
ist der Druckabfall noch relativ hoch und der WirIcungsgrad dementsprechend gering.
Ferner läßt sich mit der bekannten Einrichtung das Pumpen dann nicht verhindern,
wenn die Fördermenge unter etwa 20% des Nennwertes sinkt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verdichter nach einer
Kennlinie zu steuern, die weitgehend mit der Pumpgrenzcharakteristik überein-,timmt
oder in einem gewünschten Zusammenhang zu dieser steht. Dies - läßt sich
erfindungs'gemäß dadurch erreichen, daß die Verstellung des Schiebers, der den Eintrittsquerschnitt
des Verdichterrades festlegt, durch eine Progranimsteuereinrichtung erfolgt, die
einen DifferentiaIsteuerkolben, einen Differentialantriebskolben und eine das Steuerprogramm
bestiminende Nockenscheibe aufweist. Uni stets eine stabile Steuerung zu gewährleisten,
empfiehlt es sich, eine etwas stärkere Drosselung einzustellen, als es an sich für
die Verhinderung des Pumpens notwendig wäre. Der Vorteil der Erfindung besteht darin,
daß ein maximaler Wirkungsgrad erzielbar ist und der Steuerverlauf bis herab zur
Fördermenge Null auf einfache Weise eindeutig festgelegt werden kann.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung nach
der Erfindung schematisch und zum Teil perspektivisch dargestellt. An Hand der Zeichnung
ist auch das erfindungsgemäße Verfahren bei-##pielsweise erläutert.
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Der hohlzylitiderförinige Schieber 1 bilde-t mit seinen zwei
Trägern 2 und den vier Rädern 3 ein f ahrbares Gestell, welches in
nicht gezeigten Fahrbahnnuten des Verdichtergehäuses geführt wird und das axiale
Einschieben des Schiebers 1 in das Verdichterrad 4 erlaubt, wodurch der Eintrittsquerschnitt
F, reduziert werden kann.
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111 die Druckleitung 5 ist eine die geförderte Menge
messende Venturidüse 6 eingebaut. Zwischen dem Eintritt in die Venturidüse
6, an den die Leitung des höheren Druckes pl, angeschlossen ist, und der
engsten Stelle, an die eine Leitung des niedrigeren Druckes pl, angeschlossen ist,
besteht eine Dri#clzdifferenz, welche der Menge des durch die Düse 6
strömenden
Mediums entspricht. Am Ende der Druckleitung 5 tritt ein Strömu#ngswiderstand
auf, der durch einen Schieber 7 dargestellt ist. Der Schie#be#r
7 bestimmt den Strömungsquersch#nitt F 2-Der hohlzylinderförrnige Schieber
1 wird durch einen Differentialsteuerkolben 8 gesteuert, welcher mittels
eines Balges 9 mit dem Gehäuse 10 verbunden ist. Im Innenraum
11 des Steuerkolbens 8 herrscht der Druck pl, und im Außenraum 12
de#r Druck pl.. Eine Ouecksilberdichtung 13 trennt die beiden Räume
11
und 12 voneinander.
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Die Stellung des Steuerkolbens 8 ergibt sich aus der
jeweils resultierenden Differenz der Drücke pl, und P12, wobei der Druck
P,1 auf eine kleinere Kolbenfläche wirkt als der Druck pl.. Dieser Druckdifferenz
wirkt die Feder 14 entgegen.
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Der Steuerkolben 8 wirkt auf einen Hebel 15 mittels
eines Stahlbandes 16, welches durch ein Gewicht 17
gespannt ist. Eine
Verdrehung des Hebels 15 um die Achse 18 bewirkt eine Verstellung
der Nadelspitze 19,
welche die öffnung 20 der Einstellschraube
29 mehr oder weniger schließen kann. Die Nadelspitze 19 wird durch
zwei parallele Stahllamellen 21 gehalten, damit die Reibungsverluste gering sind.
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Die Antriebsvorrichtung des Schiebers 1 weist einen Differentialantriebskolben
22 auf, dessen obere wirksame Kolbenfläche Fb halb so groß ist wie die untere wirksame
Kolbenfläche F,' Die Kolbenfläche Fb steht dauernd unter dem Druck p, der
vom Verdichter geförderten Luft. Die Zufuhr dieser Druckluft unter den Antriebskolben
22 wird durch eine Drosselschraube 23
gedrosselt, so daß bei mehr oder weniger
starker Drosselung der Öffnung 20 durch die Nadelspitze 19
der Druck auf die
Kolbenfläche F, entsprechend variieren und den Antriebskolben 22 verstellen kann.
Die Bewegung des Antriebskolbens 22 überträgt sich auf den Doppelhebel 24, der seinerseits
den Schieber 1
verstellt.
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Die mechanische Rückführung zwischen dem Steuerzylinder
8 und dem Antriebskolben 22 erfolgt durch die Nockenscheibe 25, welche
bei der Drehung um die Welle 26 den drehbar auf der Achse 28 angeordneten
Hebel 27 und damit auch die Achse 18 und die Nadelspitze
19 zurückverstellt.
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Die Antriebskurvenscheiben 30 dienen zur Betätigung von zwei
weiteren nicht gezeigten hohlzylinderförmigenSchilebernl eines mehrstufigenKompressors.
Die fest mit der Welle 26 verbundenen Antriebskurvenscheiben 30 betätigen
mittels der Rollen 31 die drehbar auf der Achse 33 angeordneten Doppelhebel
32 und das Gestänge 34, welches auf nicht gezeigte Weise die zwei weiteren
hohlzylinderfönnigen Schieber verstellt. Der gewünschte Regulierverlauf jedes einzelnen
holilzylinderförmigen Schiebers kann durch entsprechende Formgebung der Antriebskurvenscheiben
erreicht werden.
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Der Reguliervorgang spielt sich folgendermaßen ab: Wenn sich
der durch den Schieber 7 verursachte Widerstand vergrößert, so nimmt die
Förderrnenge des Verdichters ab, die Fläche F, wird kleiner, und der Druck
p, steigt. Die Druckdifferenz pli-pl, in der Venturidüse sinkt, so daß das
Gleichgewicht des Steuerkolbens 8 gestört ist. Das Gewicht 17 sinkt
und hebt dabei mittels des Hebels 15 die Nadelspitze 19,
welche die
Öffnung 20 abschließt. Dabei steigt der Druck auf die untere Kolbenfläche F", so
daß sich der Antriebskolben 22 nach oben bewegt, was zur Folge hat, daß der hohlzylinderförmige
Schieber 1 in die Öffnung des Gebläserades 4 eintaucht und den Eintrittsquerschnitt
T, verkleinert. Die eintretende Luft wird dabei gedrosselt, und der Druck- pl sinkt,
bis der Steuerzvlinder 8 wieder im Gleichgewicht ist. Die Verdreliung der
Nockenscheibe 25 bewirkt eine Verstellung der Nadelspitze 19 nach
unten, so daß der Druck auf die Kolbenfläche F" wieder abnimmt und daher der Antriebskolben
22 zum Stillstand kommt.