DE1191069B

DE1191069B - Hochdruckkolbenkompressor

Info

Publication number: DE1191069B
Application number: DEB59567A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Heinz Boldt
Original assignee: Borsig GmbH
Current assignee: Borsig GmbH
Priority date: 1960-09-29
Filing date: 1960-09-29
Publication date: 1965-04-15
Also published as: CH392755A

Description

Hochdruckkolbenkompressor Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochdruckkolbenkompressor, an dessen hydraulischem Treibkolben auf jeder seiner Stirnseiten je ein gleichachsig angeordneter Kompressorkolben angeschlossen ist, und bei dem der Antrieb des Treibkolbens durch eine stufenlos regelbare Pumpe erfolgt, die das flüssige Treibmittel unter der Einwirkung eines mit einem Hilfsschieber ausgerüsteten Steuerschiebers abwechselnd auf eine der beiden Seiten des Treibkolbens leitet, insbesondere zur Erzeugung höchster Gasdrücke, beispielsweise solcher von über 1500 kg( cm2, wobei der Treibkolben beiderseitig je mit einem Bremskolben versehen ist, der am Ende des Hubes in einen Bremszylinder eintaucht und das in dem Bremszylinder enthaltene Medium über Bremsschlitze verdrängt.
Es ist im Kolbenkompressorenbau bekannt, Maßnahmen zu treffen, um die in Totpunktsnähe auftretenden Schläge abzuschwächen. Als Mittel zur Abschwächung solcher Schläge hat man vornehmlich bei Kolbenkompressoren geringerer Leistung und niedriger Arbeitsdrücke magnetische und pneumatische Bremsen sowie mechanische Federn verwendet. Es ist auch bekannt, die erwähnten Schläge in der Totpunktsnähe durch Tauchkolben zu verringern, die am Hubende in entsprechende Bremszylinder eintauchen und das in diesen enthaltene Medium über Bremsschlitze oder sonstige Drosselkanäle verdrängen. Bei allen diesen Konstruktionen wird die am Hubende abgebremste Bewegungsenergie des Kompressorkolbensystems lediglich vernichtet, ohne sie im Rahmen der Gesamtanlage des Kolbenkompressors nutzbar zu machen.
Die Erfindung bezweckt eine Weiterentwicklung des Hochdruckkolbenkompressors der eingangs gekennzeichneten Art mit dem Ziel, den in einem an sich bekannten Bremszylinder entstehenden Druck nicht nur zum Abbremsen des Arbeits- bzw. Treibkolbens, sondern gleichzeitig zur Betätigung eines Hilfsschiebers heranzuziehen. Das geschieht erfindungsgemäß in der Weise, daß jeder der beiden Bremszylinder über entsprechende Rohrleitungen mit je einer Seite des Hilfsschiebers verbunden ist.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es stellt dar F i g. 1 eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Hochdruckkolbenkompressors mit hydraulischer Abbremsung des Treibkolbens und hydraulischer Umsteuerung des Hilfsschiebers und F i g. 2 ein Diagramm, welches den zeitlichen Ablauf der Bewegungen des Treibkolbens mit seinen beiden Kompressorkolben sowie des Hilfs- und Steuerschiebers erkennen läßt.
Gemäß F i g. 1 läuft in dem hydraulischen Treibzylinder 1, der an seinen stirnseitigen Enden durch die Zylinderdeckel 2, 2' abgeschlossen ist, der Treibkolben 3. Auf beiden Seiten ist der Treibkolben mit Bremskolben 4, 4' starr verbunden, die mit Bremsschlitzen 5, 5' versehen sind. Die Bremszylinder 6, 6', welche Ausstülpungen der Zylinderdeckel 2, 2' darstellen, bilden zusammen mit den Bremskolben 4, 4' Bremsräume 7, 7'. Die Kompressorzylinder 8, 8' sind mit Zylinderdeckeln 9, 9' abgeschlossen, in denen sich die Ansaugventile 10, 10' und die Auslaß- oder Druckventile 11, 11' befinden. In den Kompressorzylindern laufen die Kompressorkolben 12, 12', die entweder mit dem Treibkolben 3 aus einem Stück bestehen oder in letzteren einseitig fest eingesetzt sind.
Im Schiebergehäuse 13 sind der Steuerschieber 14 und der Hilfsschieber 15 untergebracht. Mit 16 ist der Druckraum im Innern des Schiebergehäuses bezeichnet. Die Anschlußkanäle 17,17' dienen der Zuleitung des Steuerdruckmittels zum Verstellen des Hilfsschiebers 15; die Anschlußkanäle 18, 18' dienen der Zuleitung des Steuerdruckmittels zum Verstellen des Steuerschiebers 14.
Mit 19 ist eine durch den Motor 20 angetriebene, stufenlos regelbare Förderpumpe für die Druckflüssigkeit bezeichnet. Die Pumpe 19 saugt über die Leitung 21 Flüssigkeit aus dem Sammelbehälter 22 an und drückt diese mittels der Leitung 23 in den Druckraum 16 des Schiebergehäuses 13. In der von der Druckleitung 23 abgezweigten Rückflußleitung 24 ist das überdruckventi125 angeordnet. Die Leitungen 26,26' dienen der Zuführung der Druckflüssigkeit vom Steuerschieber zum Treibzylinder 1. Die Rückflußleitungen 27, 27' führen vom Steuerschieber zum Sammelbehälter 22. Die Leitungen 28, 28' stellen die Verbindung von den Bremsräumen 7, 7' zu den Anschlußkanälen 17, 17' des Hilfsschiebers 15 her. Die Leitungen 29, 29' vermitteln die Weiterleitung des Steuerdrucks vom Hilfsschieber 15 zum Steuerschieber 14. Mit 30, 30' sind Verbindungsleitungen zwischen den Leitungen 28 und 26 bzw. 28' und 26' bezeichnet, in denen Rückschlagventile 31, 31' angeordnet sind. In den von der Druckleitung 23 abgehenden Zweigleitungen 32, 32' sind die Anfahrventile 33, 33' angeordnet.
Zum Inbetriebsetzen des Hochdruckkolbenkompressors wird die Förderpumpe 19 angelassen. Da der Treibkolben 3, der Hilfsschieber 15 und der Steuerschieber 14 in jeder beliebigen Stellung stehen können, läuft der Kompressor nicht immer an. Zu diesem Zweck wird beispielsweise das Anfahrventil 33' geöffnet, womit der Hilfsschieber 15 in die aus F i g. 1 ersichtliche Stellung gebracht wird. Der Hilfsschieber 15 steuert den Steuerschieber 14 in die aus F i g. 1 ersichtliche Stellung, da der Raum links vom Steuerschieber 14 unter Druck gesetzt wird. Damit wird Druckflüssigkeit über die Leitung 26' in die rechte Seite des Treibzylinders 1 gegeben, und der Treibkolben 3 bewegt sich weiter nach links. Wenn dabei der Bremskolben 4 in den Bremszylinder 6 tritt, dann steigt der Druck der in dem Bremsraum 7 eingeschlossenen Flüssigkeit, und diese strömt über die Bremsschlitze 5 zurück. Dadurch werden die Kolben 3,12,12' teilweise abgebremst. Beim weiteren Eintauchen des Bremskolbens 4 in den Bremszylinder 6 werden die Bremsschlitze 5 abgedeckt, und es steigt der Druck im Bremsraum 7 über den Druck, welcher in 23, 16, und 26' herrscht. Dieser Druck teilt sich über die Leitung 28 dem Kanal 17 mit, wodurch der Hilfsschieber 15 nach rechts geworfen wird und den Druckraum 16 über die Leitung 29' mit dem - Anschlußkanal 18' verbindet. Hierdurch geht der Steuerschieber 14 nach links, weil der Raum links vom Steuerschieber 14 über Anschlußkanal 18, Leitung 29 und die entsprechenden Kanäle des Schiebergehäuses 13 mit der Rückflußleitung 27 verbunden ist, also der Raum links vom Steuerschieber 14 drucklos geworden ist. Durch diese Stellung des Steuerschiebers 14 wird der Druckraum 16 über die Leitung 26 mit der linken Zylinderseite des Treibkolbens 3 verbunden. Gleichzeitig wird über das Rückschlagventil 31 der Bremsraum 7 mit dem Druckraum 16 verbunden. Jetzt treibt die Druckfiüssigkeit über Leitung 23 und Druckraum 16 den Treibkolben 3 in Richtung nach rechts. Vor dem Erreichen des rechten Umkehrpunktes setzt sinngemäß dasselbe Spiel ein, der Hilfsschieber 15 und der Steuerschieber 14 werden wieder in die aus F i g. 1 ersichtliche Stellung gebracht, und die Kolben 3, 12, 12' laufen wieder nach links. Mit 23 a ist ein Druckspeicher in der Druckleitung 23 bezeichnet, der die Ölmenge@aufnimmt, die während des Durchgangs des Steuerschiebers 14 durch die Nullage keinen ungehinderten Durchfluß findet, damit der Betrieb wirtschaftlich gestaltet werden kann.
Der in F i g. 1 dargestellte Hochdruckkolbenkompressor hat also eine vollkommen hydraulische Steuerung. Die Hubzahl des Treibkolbens 3 und damit der Kompressorkolben 12,12' kann mit Hilfe der stufenlos regelbaren Förderpumpe 19 durch Mengenregelung beliebig eingestellt werden. Der in den Bremszylindern 6, 6' nach dem Eintauchen der Bremskolben 4, 4' entstehende Druck wird also nicht nur zum Abbremsen des Treibkolbens 3, sondern gleichzeitig zur Betätigung des Hilfsschiebers 15 herangezogen.
F i g. 2 zeigt von oben nach unten den zeitlichen Ablauf der Bewegungen des Hilfsschiebers 15, des Steuerschiebers 14 und des Treibkolbens 3 mit seinen beiden Kompressorkolben 12, 12'. Als Abszisse ist die Zeit t einer Kolbenbewegung von 3,12,12' von rechts R und links L und wieder zurück nach rechts, also einer ganzen Hin- und Rückbewegung der Kolben, aufgetragen. Die Ordinaten sind die jeweiligen Schieber- und Kolbenwege, wobei die Linien 15-15, 14-14 und 3-3 die jeweiligen Mittelstellungen des Hilfsschiebers 15, des Steuerschiebers 14 und des Treibkolbens 3 andeuten.
Bei 61 fährt der Treibkolben 3 aus dem rechten Umkehrpunkt an. Zu dieser Zeit steht der Hifsschieber 15 links und der Steuerschieber 14 rechts. Wenn der Treibkolben 3 bei 62 angekommen ist, dann taucht der Bremskolben 4 in den Bremszylinder 6, und die Bremsung des Treibkolbens 3 beginnt. Nach dem Abdecken der Bremaschlitze 5 durch die Kante des Bremszylinders 6, also bei 63, wird Flüssigkeit über den Anschlußkana117 zur linken Seite des Hilfsschiebers 15 gedrückt, und der Hilfsschieber 15 geht nach rechts. Hat der Hilfsschieber 15 bei 64 seine Mittellage überschritten, so wird der Steuerschieber 14 schnell von rechts nach links gesteuert. Wenn der Steuerschieber 14 über seine Mittellage bei 65 geht, dann erhält die linke Treibzylinderseite des Treibzylinders 3 über Leitung 26 Druckflüssigkeit, und der Treibkolben 3 wird von links nach rechts geschoben. Bei Stellung 66 beginnt dasselbe Spiel mit den entgegengesetzen Bewegungen.
Bei dem erfindungsgemäßen Hochdruckkolbenkompressor werden also die Bewegungen des Treibkolbens in den Umkehrpunkten hydraulisch abgebremst. Der Hilfsschieber wird selbsttätig hydraulisch umgesteuert, wodurch der Steuerschieber sehr schnell hydraulisch in seine andere Endlage gebracht wird. Auch der Hilfsschieber und der Steuerschieber werden in ihren Außenlagen hydraulisch aufgefangen. Mit Hilfe der Anfahrventile kann der Kompressor aus jeder Lage angefahren werden. Durch die stufenlos regelbare Förderpumpe kann jede gewünschte Hubzahl des Treibkolbens und damit der Kompressorkolben von Hand oder von einem Regler eingestellt werden.

Claims

Patentanspruch: Hochdruckkolbenkompressor, an dessen hydraulischem Treibkolben auf jeder seiner Stirnseiten je ein gleichachsig angeordneter Kompressorkolben angeschlossen ist, und bei dem der Antrieb des Treibkolbens durch eine stufenlos regelbare Pumpe erfolgt, die das flüssige Treibmittel unter der Einwirkung eines mit einem Hilfsschieber ausgerüsteten Steuerschiebers abwechselnd auf eine der beiden Seiten des Treibkolbens leitet, insbesondere zur Erzeugung höchster Gasdrücke von beispielsweise über 1500 kg/ cm2, wobei der Treibkolben beiderseitig je mit einem Bremskolben versehen ist, der am Ende des Hubes in einen Bremszylinder eintaucht und das in dem Bremszylinder enthaltene Medium über Bremsschlitze verdrängt, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß jeder Bremszylinder (6, 6') mit je einer Seite des Hilfsschiebers (15) verbunden ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 834125, 596 890; deutsche Auslegeschriften Nr. 1074 204, 1054 649, 1053 710.