DE1503386B1 - Arbeitsverfahren fuer einen zweistufigen Verdichter - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Arbeitsverfah- den Betriebsbedingungen ausgesetzt sind, verwendet, ren für einen zweistufigen Verdichter, bei dem die Je nachdem, ob das Kühlgut in eine Kühlanlage im einzelnen Stufen in Abhängigkeit von einem Ver- ungekühlten Zustand frisch eingefüllt wird oder sich braucher, der den Abgabedruck des Verdichters das Kühlgut bereits auf der gewünschten tiefen Tembestimmt, in Parallel- bzw. Reihenbetrieb umgeschal- 5 peratur befindet, findet der Verdichter unterschiedtet werden. liehe Bedingungen, insbesondere unterschiedliche Es ist ein zweizylindriger Kolbenverdichter be- Saug- und Abgabedrücke vor, denen er sich durch kannt, dessen Druckzylinder sowohl nebeneinander Umschaltung auf die eine oder andere Betriebsart als auch hintereinander schaltbar sind, so daß der anpassen kann. Bei kleinem Verhältnis von Saug-Verdichter wahlweise einstufig oder zweistufig be- ίο und Abgabedruck, das sich bei frisch in die Kältetrieben werden kann. Der Kolbenverdichter wird ein- anlage eingefülltem Kühlgut einstellt, arbeitet der stufig gefahren, wenn verhältnismäßig niedrig ge- Verdichter zur Erzielung einer möglichst hohen spanntes Druckmittel in größeren Mengen gebraucht Kälteleistung im einstufigen Betrieb. Bei irgendwird. Der bekannte Verdichter wird zweistufig ge- einem, mit sinkender Temperatur des Kühlgutes steifahren, wenn verhältnismäßig hoch gespanntes 15 genden Druckverhältnis beginnt der einstufige VerDruckmittel in kleiner Menge gefordert ist. Die Um- dichter jedoch unwirtschaftlicher als der zweistufige schaltung vom einstufigen in den zweistufigen Betrieb zu arbeiten. Daher wird bei demjenigen Druckver- und umgekehrt erfolgt mit Hilfe einer Ventilein- hältnis umgeschaltet, bei dem die erzielbare Kälterichtung, leistung im einstufigen und im zweistufigen Betrieb

Es ist ferner Mehrgruppen-Gebläse bekannt, bei so annähernd gleich ist.

welchem die Gruppen zeitweise parallel und zeit- Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Arbeitsweise hintereinander arbeiten. Das bekannte Mehr- Verfahrens schlägt die Erfindung eine Vorrichtung gruppen-Gebläse wird für einen Hochofen verwen- mit einem Umsteuerventil für die Stufen des Verdichdet, dessen Betrieb zeitweise höheren Druck bei ters vor, das mit einem Stellkolben verbunden ist, zum Teil größerer, zum Teil kleinerer Luftmenge 25 der über Steuerleitungen beaufschlagbar ist. Diese verlangt. Zur Anpassung an die Betriebszustände des Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochofens werden die Gruppen des Gebläses ent- an sich bekannter Differenzdruckmesser vorgesehen weder parallel oder hintereinander geschaltet. Wie ist, dessen Ausgangssignal in an sich bekannter bei dem vorher beschriebenen Verdichter wird auch Weise ein Zweiwege-Magnetventil steuert, das den bei dem bekannten Gebläse nicht vorgeschrieben, 30 Stellkolben des Umsteuerventils entweder mit der auf welche Weise eine Umschaltung vom einstufigen Abgabeseite oder Saugseite des Verdichters verin den zweistufigen Betrieb erfolgen soll und von bindet,
welchen Größen diese abhängig zu machen ist. Für eine Bypass-Vorrichtung für einen Verdichter

Es ist ferner ein mehrstufiger Verdichter mit hin- ist es bekannt, einen Differenzdruckmesser zur Antereinander oder parallel schaltbaren Stufen bekannt, 35 steuerung eines Zweiwege-Magnetventils zu verwender im einstufigen Betrieb auf einen Niederdruck- den, um eine Bypass-Leitung zwischen der Ansaugspeicher und im zweistufigen Betrieb auf einen Hoch- seite und der Abgabeseite des Verdichters durchzudruckspeicher arbeitet. Die Umschaltung von einer schalten. Die Erfindung verwendet diese bekannte zur anderen Stufe erfolgt über eine Ventileinrich- Vorrichtung in vorteilhafter Weise zur Ansteuerung tung, die betätigt wird, wenn die gemessenen Drücke 40 eines Umsteuerventils für die Stufen des Verdichters in den Speichern einen vorgegebenen Grenzwert zur Durchführung des erfindungsgemäßen Arbeitserreichen. Der bekannte Verdichter arbeitet also auf Verfahrens.

einen Speicher immer nur im gleichen Betriebszu- Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines

stand, d. h. ein- oder zweistufig. Dadurch wird jedoch Ausführungsbeispiels näher beschrieben, das in den

ein verhältnismäßig unwirtschaftliches Verfahren 45 Zeichnungen dargestellt ist.

verwendet, da es z. B. beim Auffüllen des Hoch- F i g. 1 erläutert das Verhalten eines zweistufigen

druckspeichers, wenn dieser verhältnismäßig leer ist, Verdichters bei Parallel- und Reihenbetrieb in einer

zweckmäßiger wäre, diesen zunächst im einstufigen Kühlanlage;

Betrieb bis zu einem gewissen Maß aufzufüllen, um F i g. 2 zeigt eine schematische Ansicht eines sechs-

dann in den einstufigen Betrieb umzuschalten. 50 zylindrigen, zweistufigen Kompressors von der An-

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Arbeits- saugseite;

verfahren für einen zweistufigen Verdichter anzu- F i g. 3 zeigt ein Umsteuerventil für einen Verdich-

geben, bei dem eine unter wechselnden Betriebs- ter nach F i g. 2;

bedingungen an die veränderliche Verbraucherlei- F i g. 4 zeigt schematisch das Zusammenwirken

stung optimal angepaßte Umschaltung zwischen 55 zwischen den Verdichterstufen und der Steuerung

Parallel- und Reihenbetrieb bewirkt wird. des Verdichters gemäß dem erfindungsgemäßen

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art Arbeitsverfahren.

wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Verhält- Die Figuren in F i g. 1 geben das Verhalten zweier

nis des Abgabedrucks zum Saugdruck bei veränder- Verdichterstufen für Reihen- und Parallelbetrieb des

licher Verbraucherleistung gemessen wird und daß 60 Verdichters wieder. Jede Stufe ist z. B. ein einzylin-

bei kleinem Druckverhältnis die Stufen des Verdich- driger Kolbenverdichter. Die Kühlleistung ist als

ters im Parallelbetrieb und bei größerem Druckver- abhängige Veränderliche über dem Druckverhältnis

hältnis im Reihenbetrieb geschaltet werden, wobei von Abgabe- zu Saugdruck aufgetragen. Die Kurve

die Umsteuerung etwa in dem Punkt erfolgen, in dem A-B stellt die Veränderung der Kühlleistung dar, die

die Verbraucherleistung für den Parallelbetrieb gleich 65 sich bei in Reihe geschalteten Verdichterstufen bei

der für Reihenbetrieb ist. unterschiedlichen Druckverhältnissen einstellt. Die

Das erfindungsgemäße Arbeitsverfahren wird vor- Kurve C-D gibt die Veränderung der Kühlleistung

teilhaft für Kompressionskälteanlagen, die wechseln- im Parallelbetrieb wieder. Bei einem bestimmten

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Druckverhältnis schneiden sich die beiden Kurven In diesem Fall ist eine Strömungsmittelverbindung

im Punkt E. zwischen dem Raum links des Einsatzes 20 und dem

Aus den Kurvenverläufen nach F i g. 1 ist ersieht- Raum, in dem der Zylinder 24 sich befindet, gelich, daß sich bei verhältnismäßig kleinem Druck- schaffen.

verhältnis die größere Kühlleistung bei einstufigem, 5 Der Ausgang des Zylinders 15 ist über die Leitung also parallelem Betrieb der Verdichterstufen einstellt, 18 mit einem Ende des T-förmigen Rohres 37 ver-Ab Punkt E, d. h. bei ansteigendem Druckverhältnis,. bunden. Ein anderer Zweig dieses Rohrstücks führt ergibt sich eine größere Kühlleistung, wenn der Ver- direkt zu einer Seite eines kombinierten Rückschlagdichter einstufig gefahren wird. Die optimale Arbeits- und Absperrventils 40. Die andere Seite des Ventils kennlinie hat daher den Verlauf C-E-B. Diese io ist an einen Zweig eines weiteren T-förmigen Rohr-Arbeitskennlinie wird gemäß dem erfindungsgemäßen Stücks 41 angeschlossen, dessen Zweig 42 an einem Arbeitsverfahren dann erreicht, wenn etwa im Kniestück 43 befestigt ist, das an den Ausgang der Punkt E eine Umschaltung des Verdichters vom ein- Zylinder 17 angeschlossen ist. Das freie Ende des stufigen in den zweistufigen Betrieb oder umgekehrt T-förmigen Rohrstücks 41 stellt die Abgabeseite des erfolgt. 15 Verdichters dar. Die Zylinder 15 bilden die erste und

In Fig. 2 sind mit 10 allgemein die Speicherkam- die Zylinder 17 die zweite Verdichterstufe,
mern des Verdichters bezeichnet. Die Wand des In F i g. 4 ist mit 44 ein Differenzdruckmesser beVerdichters ist mit 11 bezeichnet. In diesem Aus- zeichnet. Dessen Eingänge sind an den Verdichter führungsbeispiel verlaufen die Wände des Verdich- über dünne Rohrleitungen, die mit L.P. und H.P. ters parallel zueinander. Die Ansaugöffnung des ao bezeichnet sind, verbunden. Die Rohrleitungen L.P. Verdichters ist mit 12 bezeichnet. Im Inneren des und H.P. sind mit der Ansaug- bzw. Abgabeseite des Verdichters befindet sich eine Wand 13, die eine zweistufigen Verdichters verbunden. In Abhängigkeit öffnung 14 aufweist. Die öffnungen 12 und 14 stehen von dem dem Differenzdruckmesser 44 zugeführten miteinander in Verbindung. Der Verdichter weist Druck wird ein Zweiwege-Magnetventil 45 so gevier erste Zylinder 15 auf. Ein weiterer Wandteil 16 25 schaltet, daß es die Leitung 46 (die zum Volumen 30 ist einstückig mit der Wand 11 ausgebildet und um- im Zylinder 24 führt) entweder mit unter niedrigem gibt zwei zweite Zylinder 17. Eine Strömungsleitung Druck stehendem Strömungsmittel oder mit unter 18 führt vom Ausgang der Zylinder 15 zu einer Vor- hohem Druck stehendem Strömungsmittel speist, richtung 37, die später noch eingehender beschrieben Beide Drücke werden dem zweistufigen Verdichter wird. 30 abgenommen, beispielsweise mit Hilfe dünner Rohr-

Ein Einsatz 20 ist in einer Öffnung der Wand 16 leitungen.

angeordnet. Der Einsatz 20 ist von einer Dichtung Es soll nun angenommen werden, daß sämtliche 21 umgeben, die in einer Umfangsnut eingesetzt ist oben beschriebenen Teile sich in Ruhestellung befin- und eine Strömungsmitteldichte Befestigung bildet. den. Beim Einschalten des Verdichters sitzt dann Der Einsatz besitzt eine mittlere Öffnung 22. Er weist 35 unter Wirkung der Feder 29 der Kolben 28 in der ferner einen vorspringenden Sitz 23 auf. In F i g. 3 dargestellten Lage auf dem rechten Sitz 23. Stellt ist ferner ein Zylinder 24 dargestellt, der an einem sich ein Druckverhältnis von Abgabe- zu Ansaug-Ende geschlossen ist und dessen anderes Ende einen druck ein, das kleiner ist als ein vorgegebener Wert, einstückigen Flansch aufweist. Der Zylinder ist mit- dann schaltet der Differenzdruckmesser 44 das Matels mehrerer gegeneinander versetzter hohler Hülsen 40 gnetventil 45 so, daß der Ausgang der Zylinder 27, 25 vom Einsatz 20 auf Abstand gehalten. Der Ein- d. h. der Ausgang der zweiten Verdichterstufe, über satz 20 wird seinerseits durch die Vorrichtung 37 mit die Leitung 46 mit dem Raum 30 des Zylinders 24 Hilfe von mehreren Hülsen 26 auf Abstand gehalten. verbunden ist. Dadurch wird das Ventilelement 34 Durch die Hülsen 25 und 26 erstrecken sich Bolzen gegen die Wirkung der Feder 29 bis zum Anschlag 27. Im Zylinder 24 ist ein Kolben 28 verschiebbar 45 am Sitz 39 nach links bewegt. Der Zufluß zum Einangeordnet, der an einem Ende durch eine Feder gang des Verdichters (entsprechend den voll aus-29 druckbeaufschlagt ist. Zwischen dem anderen gezogenen gekrümmten Pfeilen nach F i g. 2) erfolgt Ende des Zylinders 28 und dem geschlossenen Ende durch die öffnungen 12 und 14 zu den vier ersten des Zylinders 24 befindet sich ein Volumen 30. Zylindern 15. Sobald das Ventil 34 sich an den Sitz Durch den Kolben 28 geht ein Bolzen 31 hindurch, 50 39 angelegt hat, folgt ein anderer Teil der Eingangsder auf dem größten Teil seiner Länge von einer strömung des Verdichters den gestrichelt dargestell-Hülse 32 umgeben ist. Die Hülse 32 und der Bolzen ten gekrümmten Pfeilen und tritt in das Innere des 31 gehen durch eine Öffnung einer Platte 33 hin- durch den Wandteil 16 gebildeten Raumes, in dem durch, die im übrigen das offene Ende des Zylinders sich die beiden Zylinder 17 befinden, ein. Der Aus-24 verschließt. Die Feder 29 liegt mit einem Ende 55 gang der vier Zylinder 15 ist über die Leitung 18 an an der Platte 33 an. Am anderen Ende des Bolzens ein Ende des T-förmigen Rohrstücks 37 angeschlos-31 ist ein Ventilelement 34 angebracht, das dadurch sen, von wo aus eine Verbindung mit der Öffnung mit dem Kolben verschiebbar wird. Das Ventil- im Zweig 38 besteht, so daß eine Kraft gegen die element 34 besitzt beidseitig Dichtungselemente 35. linke Fläche des Ventilelements 34 ausgeübt wird, Die Dichtungselemente 35 werden durch Scheiben 36, 60 die diesen Stopfen nach rechts drückt. Dieser Kraft die mit dem Bolzen 31 und der Hülse 32 zusammen- wirkt jedoch eine größere Kraft, die das Ventilwirken, am Ventilelement 34 gehalten. Ein T-förmi- element gegen die Feder nach links drückt, entgegen, ges Rohrstück 37 besitzt einen Zweig 38, dessen öff- die von dem gleichen Ausgang über die Leitung 46 nung einen Sitz 39 aufweist. In der dargestellten Lage durch Einwirkung auf die Innenfläche des Kolbens des Kolbens 28 liegt die rechte Dichtungsscheibe 35 65 28 erzeugt wird. Da die Innenfläche des Kolbens 28 dichtend auf dem Sitz 23 der Öffnung 22 auf. Bei größer ist als die Fläche der Öffnungen, die von dem einer Verstellung des Kolbens 28 nach links liegt das Ventilelement 34 verschlossen werden, bleibt der linke Dichtungselement 35 dichtend an dem Sitz 39. Kolben auf dem Sitz 39 sitzen. Das von den Zylin-

dem 15 abgegebene Strömungsmittel strömt somit über die Leitung 18 vollständig durch das T-förmige Rohrstück 37, ohne daß eine Abzweigung durch dessen Zweig 38 erfolgt. Das Ventil 40 gestattet nur einen Durchfluß zum T-förmigen Rohrstück 41. Die beiden Zylinder 17 geben ihre Strömungsmittel in das Kniestück 43 ab, das somit ebenfalls in das T-förmige Rohrstück 41 eingespeist wird. Auf diese Weise ist der parallele oder einstufige Betrieb des Verdichters eingestellt, der bei Druckverhältnissen links vom PunktE in Fig. 1 den günstigeren Betriebszustand darstellt. Steigt während des Betriebs des Verdichters der Abgabedruck an oder, was im Fall einer Anwendung in einer Kühlanlage wahrscheinlicher ist, fällt der Ansaugdruck ab, gelangt das Druckverhältnis irgendwann zu einem Punkt, der dem Punkt E in der F i g. 1 entspricht. Bei einem dem Punkt E in F i g. 1 entsprechenden Druckverhälinis steuert der Differenzdruckmesser 44 das Magnetventil 45 in der Weise, daß der Ansaugdruck der ersten Stufe des Verdichters über die Leitung 46 an den Raum 30 im Zylinder 24 angeschlossen wird. Der über die Leitung 18 wirkende Abgabedruck der Zylinder 15 beaufschlagt die linke Fläche des Ventilelements 34, wodurch das Ventilelement und der Kolben 28 nach rechts zurückgestellt werden, da das Produkt aus dem Abgabedruck der ersten Stufe und der linken Fläche des Ventilelements 34 jetzt größer ist als das Produkt aus dem Ansaugdruck im Raum 30 und der inneren Fläche des Kolbens 28. Unter Mithilfe der Feder 29 erfolgt die Verstellung des Kolbens 34 nach rechts verhältnismäßig schnell, so daß dem aus dem Zweig 38 des T-förmigen Rohrstücks 37 kommenden Druck keine Gelegenheit gegeben wird, ebenfalls auf die rechte Fläche des Ventilelements einzuwirken und diesen in einer Zwischenstellung zwischen den Sitzen 39 und 23 zu halten. Das Ventilelement 34 nimmt daher immer eine definierte Lage an. Um Schwingungen des Kolbens zu vermeiden, kann der Differenzdruckmesser 44 oder das Ventil mit Verzögerungsmitteln versehen sein, so daß eine Umschaltung nur dann erfolgt, wenn das Druckverhältnis, bei dem die Umschaltung erfolgen soll, eine vorbestimmte Zeit vorliegt.

Befindet sich das Ventilelement 34 in der in F i g. 2 dargestellten Lage an dem rechten Sitz 23, dann kann das Strömungsmittel nicht den gestrichelt gezeigten, gekrümmten Pfeilen folgen, und es strömt vom Ausgang der Zylinder 15 über die Leitung 18 und den Zweig 38 an der linken Fläche des Ventilelements 34 vorbei und in den Eingang der Zylinder 17. Der zum T-Stück 43 geleitete Abgabedruck der Zylinder 17 gelangt über den Zweig 42 des T-förmigen Rohrstücks 41 und wirkt gegen die andere Seite des Rückschlagventils 70. Wegen der in Reihe geschalteten Verdichterstufen ist das Rückschlagventil in Sperrichtung mit der Summe der Drücke der beiden Stufen beaufschlagt, während in Öffnungsrichtung nur der Druck der ersten Stufe wirkt, so daß das Ventil 40 für den Ausgang der ersten Stufe gesperrt bleibt. Das von den Zylindern 15 kommende Strömungsmittel gelangt deshalb in den Eingang der Zylinder 17 und danach über das Kniestück 43 zur Abgabeseite des Verdichters. Dadurch ist also der Reihen- oder zweistufige Betrieb des Verdichters hergestellt.

Einzelheiten des Magnetventils 45 nach F i g. 4 sind nicht dargestellt, da hierfür irgendein herkömmliches Ventil verwendet werden kann. Es ist lediglich erforderlich, daß es ein Dreiwegeventil ist, dessen gemeinsamer Ausgang an die Leitung 48 angeschlossen ist, so daß das Ventil entweder den Ansaugdruck der ersten Stufe oder den Abgabedruck der zweiten Stufe an die Leitung 46 gibt. Die Verbindung mit der Ansaugseite der ersten Stufe und der Abgabeseite der zweiten Stufe erfolgt durch Rohrleitungen kleiner lichter Weite.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Arbeitsverfahren für einen zweistufigen Verdichter, bei dem die einzelnen Stufen in Abhängigkeit von einem Verbraucher, der den Abgabedruck des Verdichters bestimmt, in Parallel- bzw. Reihenbetrieb umgeschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Abgabedrucks zum Saugdruck bei veränderlicher Verbraucherleistung gemessen wird und daß bei kleinem Druckverhältnis die Stufen des Verdichters in Parallelbetrieb und bei größerem Druckverhältnis in Reihenbetrieb geschaltet werden, wobei die Umsteuerung etwa in dem Punkt erfolgt, in dem die Verbraucherleistung für den Parallelbetrieb gleich der für Reihenbetrieb ist.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Umsteuerventil für die Stufen des Verdichters, das mit einem Stellkolben verbunden ist, der über Steuerleitungen beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein an sich bekannter Differenzdruckmesser (44) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal in an sich bekannter V/eise ein Zweiwege-Magnetventil (45) steuert, das den Stellkolben (28) des Umsteuerventils entweder mit der Abgabeseite oder Saugseite des Verdichters (10) verbindet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen