DE2364983C3 - Vorrichtung zum stufenlosen Verändern des Schadraums eines Kolbenverdichters - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum stufenlosen Verändern des Schadraums eines Kolbenverdichters mit im Innern eines Verdichterventils verschieblich angeordneten Vorrichtungskolben, der in einem Vorrichtungszylinder geführt ist Eine solche Vorrichtung ist aus US-PS 20 47 167 bekannt

Bei dieser bekannten Ausbildung ist das Verdichterventil gebildet von einer ringförmigen Platte, welche am Ende des Verdichterzylinders auf einem dessen Innendurchmesser etwas übersteigenden Durchmesser durch Federn gegen konzentrisch um den Zylinder herumliegende Einlaßöffnungen gedrückt ist. Der Vorrichtungszylinder liegt zentral innerhalb des Ventils koaxial zum Verdichterzylinder.

Verdichterventile dieser grundsätzlichen Bauart sind strömungsmäßig nicht sehr vorteilhaft, weil das zu fördernde Medium auf seinem Wege erhebliche Drosselstellen durchströmen muß und erhebliche Umlenkungen erleidet. Eine Verschiebung des Vorrichtungskolbens im Sinne der Bildung oder der Vergrößerung des Schadraums ändert bei dem vorstehend betrachteten Ventil auch nichts an diesen ungünstigen Verhältnissen, weil das in den Schadraum zyklisch hineingedrückte und wieder herausexpandierende Medium nicht an der Förderströmung durch das Verdichterventil teilnimmt. Strömungstechnisch gesehen entfalten das Ventil und die Schadraumveränderungsvorrichtung ihre Wirkungen ohne gegenseitige Beeinflussung nebeneinander.

Vorliegend soll das Ventil eine grundsätzliche andere und strömungstechnisch vorteilhaftere Bauart aufweisen, bei der das Ventil ein zylinderförmiges radial durchströmtes Ventil mit einem im Innenraum des zylinderförmigen Ventilkörpers angeordneten kegelstumpfförmigen Verdrängungskörper ist. Solche Ventile können in Korbausführung oder als Etagen- oder Turmringventile gebaut werden. Ein Beispiel für diese Bauweise ist die Ausbildung gemäß SU-Erfinderschein 81 475. Bei dieser Ven'übauweise durchströmt das Medium den ringkanalförmigen Raum zwischen Verdrängungskörper und Innenfläche des Ventilzylinders und tritt nach einer Umlenkung von nur etwa 90° auf dieser ganzen Innenfläche durch die hier angeordneten Ventilelemente.

Bei Ventilen dieser Bauart sind nur Vorrichtungen zur Veränderung der Verdichterleistung in der Weise bekannt, daß der zylinderförmige Ventilkörper zusammen mit dem Verdrängungskörper in Richtung ihrer gemeinsamen Achse bewegbar sind, wobei durch eine

Zurückbewegung ein Bypass zur Überströmung des Mediums unter Umgehung der Ventilelemente geöffnet wird. Eine Veränderung des Schadraums findet hierbei nicht statt Als Beispiel für eine solche Ausbildung kann die US-PS 12 91 854 genannt werden.

Aus der DE-PS 3 01 556 ist noch eine Ausbildung bekannt, bei der eine Schadraumveränderung in der Weise stattfindet daß der Schadraum auf dem Förderweg des Mediums liegt Dies geschieht dadurch, ίο daß das Verdichterventil als Tellerventil ausgebildet ist, dessen Gehäuse in einem Vorrichtungszylinder hin- und herbeweglich angeordnet ist, welcher in den Arbeitsraum des Verdichterzylinders mündet Hier handelt es sich wieder nicht um die vorliegend zu verwendende Bauart mit zylinderförmigem, radial durchströmtem Ventil.

Bei allen bekannten Ausbildungen mit Veränderung des Schadraums zum Zwecke der Änderung der Verdichterleistung bleibt die Konfiguration des Verdichterventils unverändert und somit auch dessen dimensionsloser Strömungswiderstandsbeiwert In den verschiedenen Betriebszuständen zwischen Vollast- und Teillastbereich ergeben sich die Verluste bei der Durchströmung des Ventils deshalb im wesentlichen nur aus der Fördermenge und ändern sich im wesentlichen nur mit dieser.

Der vcrliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß die Durchströmungsverluste im Ventil in den Teillastbereichen verringert sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verdichterventil ein zylinderförmiges, radial durchströmtes Ventil mit einem im Innenraum des zylinderförmigen Ventilkörpers angeordneten kegelstumpfförmigen Verdrängungskörper, wobei der Vorrichtungszylinder auf den Ventilkörper aufgesetzt ist und als Vorrichtungskolben der Verdrängungskörper dient.

Bei einer solchen Ausbildung sind, wenn man den Verdrängungskörper als Bestandteil des Ventils ansieht, die Strömungswiderstandsbeiwerte in den Teillastbereichen verringert. Dies ist deswegen überraschend, weil der Verdrängungskörper an sich auch eine Funktion im Sinne des Ordnens der Strömung und der Verhinderung von Verwirbelungen hat und diese Wirkung sich bei Zurückziehen des Verdrängungskörpers abschwächt.

Tatsächlich zeigt sich jedoch, daß der nachteilige Einfluß von Wirbelbildung überkompliziert wird durch die Verringerung des Strömungswiderstandes aufgrund des größer gewordenen Durchtrittsquerschnitts des Ringkanals zwischen Verdrängungskörper und Innenwand des zylinderförmigen Ventilkörpers.

Ein weiterer Effekt, der offenbar bei der Verbesserung des Widerstandsverhaltens im Teillastbereich mitspielt, ist der Umstand, daß die bei eingefahrenem Verdrängungskörper in der Vollaststellung auftretende verhältnismäßig schroffe Umlenkung der Strömung nach dem Austritt aus den Ventilelementen aus der Radialrichtung in die Axialrichtung nicht mehr vorhanden ist. Die Strömung kann ihre radiale Richtung etwas länger beibehalten bzw. wird sanfter umgelenkt.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der beigegebenen Zeichnung weiter erläutert. Diese zeigt den Querschnitt durch den Zylinderkopf eines Kolbenverdichters mit Vorrichtung zur stufenlosen Veränderung des Schadraums.

In der Zeichnung ist das obere Ende eines Verdichterzylinders 3 mit dem sich hin- und herbewe-

genden Verdichterkolben 4 zu sehen. In der Wandung des Verdichterzylinders ist ein Saugraum 5 und ein Druckraum 7 ausgebildet Der letztere hat mit dem Arbeitsraum 6 des Verdichters über ein übliches Druckventil 2 mit feststehendem Verdrängungskörper 11 Verbindung.

Der Saugraum 5 hat mit dem Arbeitsraum 6 des Verdichters über ein als Saugventil 1 ausgebildetes Verdichterventil Verbindung, welches eine Vorrichtung zum sliifenlosen Verändern des Schadraums des Verdichters aufweist

Diese Vorrichtung besteht aus einem Vorrichtungszylinder 18 mit einem Vorrichtungskolben 19, als welcher der kegelstumpfförmige Verdrängungskörper 21 dieses Ventils dient Dieser ist in Richtung seiner Achse verschieblich ausgebildet und wird betätigt durch einen Schraubenrnechanismus 25 oder auch einen Servomechanismus über eine Stange 20.

Das Saugventil weist an seinem vom Arbeitsraum 6 abgewandten Ende einen Ring 23 auf, auf den der Vorrichtungszylinder 18 aufgesetzt und angepreßt ist Dieser Ring 23 ist mit einem nach innen ragenden umlaufenden Anschlagbund 22 ausgebildet, gegen den sich der Vorrichtungskolben mit einem Absatz in seiner eingefahrenen Endstellung anlegt.

Zur Veränderung des Schadraums des Kolbenverdichters wird der Vorrichtungskolben 19 in seinem Vorrichtungszylinder 18 hin- und herbewegt Befindet sich der Vorrichtungskolben in seiner eingefahrenen Endstellung, so ist der Schadraum minimal und dementsprechend die Verdichterieistung maximal. Dabei unterscheidet sich das Strömungswiderstandsverhalten der aus Verdichterventil 1 und Verdrängungskörper 21 bestehenden Baueinheit nicht von dem einer herkömmlichen Ventileinheit Das durch die Ventilelemente eintretende angesaugte Medium wird durch den

ίο Verdrängungskörper 21 umgelenkt und durchströmt den ringkanalförmigen Raum 15, der sich nach Maßgabe des Kegelwinkels der Kegelstumpfform des Verdrängungskörpers zum Arbeitsraum 6 hin erweitert

Bei zurückgezogenem Vorrichtungskolben 19 arbeitet der Verdichter dadurch im Teillastbereich, daß ein Teil des angesaugten Mediums in den vergrößerten Schadraum während des Verdichtungstaktes hineinkomprimiert wird und aus diesem bei Beginn des Ansaugtaktes zunächst wieder herausexpandiert bevor das Ansaugen des Mediums aus dem Saugraum 5 beginnt. Bei diesem anschließenden Ansaugen des Mediums findet dieses nach Durchtritt durch die Ventilelemente einen wegen des zurückgezogenen Verdrängungskörpers 21 erweiterten Stiömungsquerschnitt vor, was die Strömungsverluste verringert, so daß in den Teillastbereichen ein günstigeres Widerstandsverhalten zu beobachten ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zum stufenlosen Verändern des Schadraums eines Kolbenverdichters mit im Innern eines Verdichterventils verschieblich angeordneten Vorrichtungskolben, der in einem Vorrichtungszylinder geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdichterventil ein zylinderförmiges, radial durchströmtes Ventil mit einem im Innenraum des zylinderförmigen Ventilkörpers (1) angeordneten kegelstumpfförmigen Verdrängungskörper (21) ist, wobei der Vorrichtungszylinder auf den Ventilkörper (1) aufgesetzt ist und als Vorrichtungskolben der Verdrängungskörper (21) dient