Der Membrankopf eines Membrankompressors
besteht im wesentlichen aus zwei, durch ein Membranpaket, voneinander
getrennten Arbeitsräumen,
nämlich
dem Gas- und dem Hydraulikraum. Ein im Hydraulikraum bewegter Kolben
erzeugt dort einen Überdruck,
durch den das Membranpaket verformt und somit das Medium im Gasraum
verdichtet und durch ein Ventil ausgeschoben bzw. im Rückhub angesaugt
wird.The membrane head of a membrane compressor
consists essentially of two, by a membrane package, from each other
separate workspaces,
namely
the gas and the hydraulic room. A piston moving in the hydraulic chamber
creates an overpressure there,
through which the membrane package is deformed and thus the medium in the gas space
compressed and pushed out by a valve or sucked in on the return stroke
becomes.
Bisherige Membranköpfe müssen wie
in der Schrift DE
100 56 708 C1 dargestellt mit einem Rückschlagventil mit bewegten
mechanischen Teilen oder ganz ohne Vorrichtung für die Strömungslenkung auskommen. Weiterhin
dient nur eine Lochplatte mit unterschiedlich ausgebildeten Geometrien
zu einer, in diesem Fall aber eher gleichmäßigen, nicht stoßhaften Öldruckverteilung
auf das Membranpaket. Die Lösung
in der Schrift DE
100 56 708 C1 hat zwei entscheidende Nachteile. Zum einen
unterliegen die Bauteile einem Verschleißprozeß, da diese trotz dämpfender
Wirkung des Öles
einer hohen Belastung ausgesetzt sind. Die Druckdifferenzen während eines
Hubes können
im Bereich zwischen 30 und 800 bar liegen. Bei Antriebsdrehzahlen
zwischen 200 – 750
min–1 unterliegen
die Bauteile somit einer sehr hohen Schwellbelastung.Previous membrane heads must be as in the font DE 100 56 708 C1 shown with a check valve with moving mechanical parts or completely without a device for flow control. Furthermore, only one perforated plate with differently designed geometries is used for a, in this case rather uniform, non-abrupt oil pressure distribution on the membrane package. The solution in Scripture DE 100 56 708 C1 has two major disadvantages. On the one hand, the components are subject to a wear process, as they are exposed to high loads despite the oil's dampening effect. The pressure differences during a stroke can be in the range between 30 and 800 bar. At drive speeds between 200 - 750 min –1 , the components are subject to a very high threshold load.
Zum anderen sind bewegte Teile grundsätzlich stärker gegen
Versagen durch Bruch gefährdet als
unbewegte. Lose Teile, z. B. durch Platten- oder Federbruch, im
Hydraulikraum können
schwere Schäden
an Kolben, Lochplatte oder Membran verursachen. Ein Fremdkörper, der
zwischen Membran und Lochplatte gespült wird führt zwangsläufig zum Membranbruch mit allen
Konsequenzen (z. B. kann Öl
den Gasraum kontaminieren wenn durch große Fremdkörper alle Membranen gleichzeitig
zerstört werden).On the other hand, moving parts are fundamentally more opposed
Failure at risk of failure as
unmoved. Loose parts, e.g. B. by plate or spring break, in
Hydraulic room can
heavy damage
on the piston, perforated plate or membrane. A foreign body that
rinsing between the membrane and the perforated plate inevitably leads to membrane breakage with all
Consequences (e.g. oil
contaminate the gas space if all membranes are caused by large foreign bodies
be destroyed).
Für
die Förderleistung
und somit den Wirkungsgrad eines Membrankopfes ist der Strömungsverlauf
und damit der Druckaufbau im Hydraulikraum des Membrankopfes jedoch
von entscheidender Bedeutung. Nur durch eine Strömung, die einen Druckaufbau
von außen
nach innen erzeugt, ist gewährleistet,
dass sich das Membranpaket vom äußeren Durchmesser
beginnend nach innen am Membrandeckel abrollt und das Gas komplett
aus dem Membrankopf geschoben wird. Andernfalls bilden sich lokale
Gaspolster (-blasen), die die Förderleistung
ver schlechtem und durch örtliche
Spannungsspitzen die Lebensdauer des Membranpaketes reduzieren.For
the capacity
and thus the efficiency of a membrane head is the flow pattern
and the pressure build-up in the hydraulic chamber of the diaphragm head, however
vital. Only through a flow that builds up pressure
from the outside
generated internally is guaranteed
that the membrane package is from the outer diameter
starting on the inside of the membrane cover and the gas completely
is pushed out of the membrane head. Otherwise local ones form
Gas cushions (bubbles) that affect the delivery rate
bad and through local
Voltage peaks reduce the life of the membrane package.
Diese genannte verlustarme Strömung wird durch
die im Patentanspruch gemachte Erfindung wie folgt erreicht:
Bild
1 zeigt einen Membrankopf mit Zylinder, bestehend aus folgenden
Hauptkomponenten:This low-loss flow is achieved by the invention as claimed in the claim:
Figure 1 shows a membrane head with cylinder, consisting of the following main components:
-
(1) Flansch( 1 ) Flange
-
(2) Deckel( 2 ) Cover
-
(3) Lochplatte( 3 ) Perforated plate
-
(4) Membran( 4 ) Membrane
-
(5) Kegel mit (6) konischen Bohrungen( 5 ) Cone with ( 6 ) conical holes
-
(7) Zylinder( 7 ) Cylinder
-
(8) Kolben( 8th ) Piston
-
(9) Hydraulikraum( 9 ) Hydraulic room
Ein auf eine Lochplatte (3)
geschraubter Kegel (5) mit bestimmtem Durchmesser und bestimmter Höhe leitet
das Öl
mittels eines Kolbens (8) vom Zylinder (7) in
den Hydraulikraum (9) des Membrankopfes nach außen. Die
konischen Bohrungen (6) im Kegel sind so ausgeführt, dass
diese den Durchfluß im Druckhub
geometriebedingt sperren, im Saughub jedoch den Ölfluß von der Mitte des Membrankopfes heraus
beschleunigen. Der mit solchen konischen Bohrungen versehene Kegel
hat somit die Funktion eines Strömungsbegrenzers
(im weiteren Sinne ähnlich
einem Rückschlagventil),
ohne dass – wie
sonst üblich – mechanisch
bewegte Komponenten benötigt werden.
Ein ausgeführtes
Beispiel zeigt Bild 2.One on a perforated plate ( 3 ) screwed cone ( 5 ) with a certain diameter and a certain height conducts the oil using a piston ( 8th ) from the cylinder ( 7 ) in the hydraulic room ( 9 ) of the membrane head to the outside. The conical holes ( 6 ) in the cone are designed so that they block the flow in the pressure stroke due to geometry, but accelerate the oil flow from the center of the diaphragm head in the suction stroke. The cone provided with such conical bores thus has the function of a flow limiter (in the broader sense similar to a check valve) without the need for mechanically moving components, as is usual. An example is shown in Figure 2.
Die mit dieser Erfindung erzielten
Vorteile gegenüber
herkömmlich
gebauten Membranköpfen sind:The achieved with this invention
Advantages over
conventional
built membrane heads are:
-
– höherer Wirkungsgrad
durch Reduzierung / Vermeidung von dissipativen Grenzschichtablösungen und
damit verbundenen Strömungswirbeln (Totwassergebiete)- higher efficiency
by reducing / avoiding dissipative boundary layer detachments and
associated vortexes (dead water areas)
-
– höherer Wirkungsgrad
durch hundertprozentige Ausnutzung des geometrischen Arbeitsraumes (Membranhubvolumen)- higher efficiency
through 100% utilization of the geometric working space (diaphragm stroke volume)
-
– keine
lokalen, erhöhten
Biegespannungen in den Membranen durch Vermeidung von Gaspolsterbildung,
dadurch verlängerte
Standzeiten der Membranen mit entsprechend höherer Verfügbarkeit der Maschinen.- no
local, elevated
Bending stresses in the membranes by avoiding gas cushion formation,
thereby lengthened
Service life of the membranes with a correspondingly higher availability of the machines.