-
Mengenregeleinrichtung für Verdichter Die Erfindung bezieht sich
auf eine Mengenregeleinrichtung für Verdichter der Art, bei denen es nicht zulässig
ist, daß das Verhältnis zwischen dem Förder- und dem Saugdruck im Deillastbetrieb,
d. h. das Verdichtungsverhältnis, sich von dem Verdichtungsverhältnis bei Normallastbetrieb
wesentlich unterscheidet. Ein Beispiel für diese Verdichterart ist ein Urokkenlauf-Schraubenverdichter.
-
Der Trockenlauf-Schraubenverdichter umfaßt zwei Schraubenwellen, die
in einem Gehäuse berührungsfrei in bezug aufeinander angeordnet sind. Im Betrieb
wird dem Gehäuse kein 01 zugeführt.
-
Wenn dieser Verdichter so gesteuert wird, daß der Saugstrom gedrosselt
wird, während der Verdichter mit dem gleichen Förderdruck beaufschlagt wird, wie
das bei einem Öleinspritz-Schraubenverdichter der Fall ist, nähert sich der Saugdruck
einem Teilvakuum, so daß das Verdichtungsverhältnis sich stark erhöht. Außerdem
werden Trockenlauf-Schraubenverdichter nicht ausreichend gekühlt, um einen unzulässigen
Temperaturanstieg des Arbeitsmittels zu verhindern, wodurch eine ungewollte Berührung
oder ein Steckenbleiben der Schraubenläufer
selbst oder zwischen
den Läufern und dem Verdichtergehäuse auftreten kann infolge der Wärmeausdehnung
der Läufer. Es wird daher für Trockenlauf-Schraubenverdichter ein Mengenregelverfahren
angewandt, bei dem der Saugstrom gedrosselt und gleichzeitig der Förderauslaß zur
Atmosphäre geöffnet ist, so daß kein Anstieg des Verdichtungsverhältnisses auftreten
kann.
-
Wenn jedoch der Saugstrom vollständig unterbrochen ist, wird das Verdichtungsverhältnis
unzulässig groß. Es wurde daher eine weitere Regelung vorgeschlagen, bei der der
Saugstrom nicht vollständig unterbrochen wird, sondern eine geringe Gasmenge in
den Verdichter eingelassen wird, um den Anstieg des Verdichtungsverhältnisses so
weit wie möglich zu begrenzen. Ein derartiges Verfahren und eine Einrichtung zu
dessen Durchführung sind in der US-PS 3 367 562 angegeben. Die dort angegebene Einrichtung
weist jedoch Probleme auf, die nachstehend erläutert werden.
-
Eine hydraulische Betätigungsvorrichtung mit einem Gehäuse 27 und
einer Membran 26 dient dazu, eine Drosselklappe 6 zu öffnen, ein Druckentlastungsventil
22 zu schließen und beide Absperrorgane in diesen Stellungen zu halten, Im Lastbetrieb
des Verdichters wird das Druckentlastungsventil 22 von dem Förderdruck des Hochdruckverdichters
3 über eine Leitung 17 beaufschlagt. Die durch diesen Förderdruck erzeugte Kraft
hat eine beträchtliche Größe, Diese Kraft könnte durch Vermindern des Durchmessers
des Druckentlastungsventils 22 verringert werden. Wenn jedoch der Ventildurchmesser
verringert wird, wird der Widerstand gegen den Gasstrom durch einen Ventil sitz
mit entsprechend verringertem Durchmesser dementsprechend erhöht, so daß die zum
Treiben der Verdichter 2 und 3 erforderliche Leistung auch im Nullastbetrieb nicht
vermindert werden kann.
-
Die Membran 26 unterteilt das Innere des Gehäuses 27 in zwei Kammern
28 und 29. Der Höchstdruck in der zweiten Kammer 28 ist gleich dem Förderdruck des
Hochdruckverdichters 3 (bei dem Verdichteraggregat nach der US-PS 3 367 562 ist
der Druck in der zweiten Kammer gleich dem Förderdruck des Nie der druckverdichters
2). Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß ein Lecken durch das Druckentlastungsventil
22 in dessen Schließstellung, d. h. im Lastbetrieb des Verdichteraggregats, vermieden
werden muß, muß der Innendurchmesser des Gehäuses 27 des hydraulischen Ventilstellglieds
wenigstens 2-3mal so groß wie der Durchmesser des Absperrorgans 22 sein.
-
Damit ist ein großes Ventilstellglied erforderlich.
-
Die Anwendung eines Fluiddrucks zum Betätigen der Drosselklappe 6
und des Druckentlastungsventils 22 bedeutet nachteiligerweise eine beträchtliche
zeitliche Verzögerung von dem Moment an, in dem ein einem Gasbehälter 14 zugeordnetes
druckempfindliches Schalterstellglied 77 ein Signal abgibt, bis zu dem Moment, in
dem die Drosselklappe 6 geöffnet und das Druckentlastungsventil 22 geschlossen wird
bzw. umgekehrt. Infolgedessen ändert sich der Druck im Fluidbehälter 14 beträchtlich
zwischen einem Pegel unterhalb einer vorbestimmten, von dem Schalterstellglied 77
voreingestellten Untergrenze zu einem von dem Stellglied voreingestellten oberen
Wert. Daher ergibt sich bei der Regeleinrichtung für das Verdichteraggregat nach
der US-PS kein gutes Ansprechverhalten, wodurch ein unverhältnismäßig hoher Leistungsverbrauch
auftritt.
-
Die Drosselklappe 6 und das Druckentlastungsorgan 22 sind durch ein
Verbindungsglied 24 verbunden. Damit muß das Druckentlastungsorgan 22 nahe der Drosselklappe
angeordnet sein.
-
Infolgedessen muß das Druckentlastungsrohr 17 länger sein, wodurch
sich wiederum ein größerer Strömungswiderstand des Rohrs in bezug auf den es durchströmenden
Druckgasstrom im Nullastbetrieb des Verdichteraggregats ergibt. Die größere
Länge
des Druckentlastungsrohrs 17 bringt ferner direkte und indirekte Probleme mit sich
insofern, als die Wahl der Stellen für die Anordnung eines Schalldämpfers und Kühlers
19, eines Zwischenkühlers 9, eines Nachkühlers 13, des Druckluftbehälters 14 usw.
des Verdichteraggregats stark eingeschränkt wird.
-
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Mengenregeleinrichtung
für ein Verdichteraggregat, bei der die Saugdrosselklappe und das Druckentlastungsorgan
innerhalb einer sehr kurzen Zeitdauer geöffnet und geschlossen werden können, wobei
die Einrichtung einen geringen Leistungsbedarf hat, die Stellen zur Anbringung von
Maschinenbauteilen im wesentlichen frei wählbar sind und die Mengenregeleinrichtung
einfach aufgebaut ist, Die verbesserte Mengenregeleinrichtung nach der Erfindung
für eine Verdichtereinheit ist gekennzeichnet durch eine erste Feder, die die Drosselklappe
in Richtung ihrer Schließstellung beaufschlagt, einen ersten Elektromagneten, der
im erregten Zustand die Drosselklappe gegen die Kraft der ersten Feder in ihre maximale
Offenstellung verschiebt, ein Verbindungselement zwischen der Drosselklappe und
dem ersten Elektromagneten, eine zweite Feder, die das Druckentlastungsventil in
Richtung seiner maximalen Offenstellung beaufschlagt, einen zweiten Elektromagneten,
der im erregten Zustand das Druckentlastungsventil gegen die Kraft der zweiten Feder
in seine Schließstellung verschiebt, eine elektrische Schaltung für den zweiten
Elektromagneten, einen in der Schaltung angeordneten elektrischen Schalter und ein
auf Änderungen der Stellungen der Drosselklappe ansprechendes und den Schalter betätigendes
Schalterstellglied, so daß, wenn die Drosselklappe in ihre Schließstellung bewegt
wird, das Druckentlastungsventil geöffnet wird, und wenn die Drosselklappe in ihre
Offenstellung bewegt wird, das Druckentlastungsventil geschlossen wird.
-
Bei einem Verdichteraggregat der Art, bei der das Verhältnis zwischen
dem Förder- und dem Saugdruck, d. h. das Verdichtungsverhältnis, im Nullast- und
im Lastbetrieb so gleichmäßig wie möglich sein soll, z. B. bei Trockenlauf-Schraubenverdichtern,
werden also Elektromagnete verwendet, um eine Saugdrosselklappe und ein Druckentlastungsorgan
derart zu steuern, daß beim Schließen der Drosselklappe das Druckentlastungsorgan
geöffnet wird, um dadurch ein Ansteigen des Verdichtungsverhältnisses zu vermeiden.
Wenn Signale zum Schließen der Drosselklappe und Öffnen des Druckentlastungsorgans
erzeugt werden, werden die Elektromagnete augenblicklich wirksam, schließen die
Drosselklappe und öffnen das Druckentlastungsorgan.
-
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 teilweise geschnittene Ansichten von drei Ausbis 3 führungsbeispielen
der Mengenregeleinrichtung für ein Verdichteraggregat.
-
Nach Fig. 1 sind ein Niederdruckverdichter 2 und ein Hochdruckverdichter
3, die beide Schraubenverdichter sind, an einem gemeinsamen Gehäuse 1 angeordnet.
Die Verdichter 2 und 3 werden von einer im Gehäuse 1 gelagerten gemeinsamen Welle
(nicht geseigt) getrieben. Eine Saugdrosselklappe 6 mit einer in ihr ausgebildeten
Austrittsöffnung 7 ist in einer mit einer Saugöffnung des Niederdruckverdichters
2 verbundenen luftansaugleitung 4 angeordnet und unterteilt die Saugleitung 4 in
einen oberen Abschnitt 4' und einen unteren Abschnitt 5. Wenn die Drosselklappe
6 geschlossen ist, strömt Luft vom oberen oder stromauf befindlichen Abschnitt 4'
durch einen zwischen der Innenumfangsfläche der Saugleitung und dem Außenumfangsrand
der Drosselklappe 6 gebildeten Spalt 32 und die Austrittsöffnung 7 in den unteren
oder stromabwärts befindlichen Leitungsabschnitt
5. Wenn jedoch
die Drosselklappe 6 geöffnet ist, strömt die Luft frei vom oberen Leitungsabschnitt
4 in den unteren Leitungsabschnitt 5.
-
Ein Förderauslaß des Niederdruckverdichters 2 ist mit einer Saugöffnung
des Hochdruckverdichters 3 über eine Leitung 8, einen Zwischenkühler 9 und eine
Leitung 10 verbunden. Die aus dem Hochdruckverdichter 3 austretende verdichtete
Luft wird durch die Förderleitungen 11 und 12 und den Nachkühler 13 zu dem Behälter
14 gefördert.
-
An der Verbindungsstelle zwischen den Förderleitungen 11 und 12 ist
ein Absperrorgan 15 angeordnet, das in seiner Schließstellung die Verbindung zwischen
den Förderleitungen 11 und 12 unterbricht, wodurch verhindert wird, daß die verdichtete
Luft im Behälter 14 aus diesem zum Verdichter 3 zurückströmt, wenn die Verdichter
2 und 3 angehalten oder entlastet werden.
-
Eim Druckentlastungsleitung 16 ist mit der Förderleitung 11 verbunden
und führt zu einer Ventilkammer 18, die ihrerseits mit einem zur Atmosphäre offenen
nachgeschalteten Entlastungsrohr 17 verbunden ist. Ein Druckentlastungsventil 19
ist in der Ventilkammer 18 angeordnet und regelt die Verbindung zwischen der vorgeschalteten
Entlastungsleitung 16 bzw. dem nachgeschalteten Entlastungsrohr 17.
-
Die Drosselklappe 6 ist über ein Glied 21 mit einem Ende einer Stange
20 verbunden, deren anderes Ende mit einem Eisenkern 33, der von einem ersten Elektromagneten
27 umgeben ist, verbunden ist. Die Stange 20 ist von einer Feder 24 umgeben, die
die Stange in eine solche Richtung beaufschlagt, daß die Drosselklappe 6 geschlossen
wird.
-
Das Entlastungsventil 19 ist über eine Stange 38 und einen Hebel 37
mit einem Ende einer Stange 36 verbunden, die ihrerseits
mit ihrem
anderen Ende mit einem zweiten Eisenkern 34, der von einem zweiten Elektromagneten
28 umgeben ist, verbunden ist. Die elektrische Schaltung für den Elektromagneten
28 umfaßt einen Schalter 31, der durch Verbindungsglieder 30 und 35 geöffnet und
geschlossen wird, die mit der Stange 20 wirksam verbunden sind. Eine Feder 29 ist
der Stange 38 so zugeordnet, daß sie sie in Öffnungsrichtung des Entlastungsventils
19 beaufschlagt.
-
Der Behälter 14 weist ein druckempfindliches Schalterstellglied 22
auf, das einen zwischen elektrischen Leitungen 25 und 26 angeordneten Schalter 23
öffnet und schließt. Der Elektromagnet 27 ist mit dem Schalter 23 über den elektrischen
Leiter 25 reihengeschaltet.
-
Ein übliches Zeitsteuerrelais 50 hält die elektrischen Zuleitungen
von der Stromversorgung getrennt, bis die Drehzahl des Motors (nicht gezeigt) für
die Verdichter 2 und 3 einen vorbestimsten Höchstwert erreicht. In diesem Zustand
ist die Drosselklappe 6 geschlossen und das Druckentlastungsventil 19 geöffnet (vgl,
Fig. 1), und zwar aufgrund der Kräfte der Federn 24 und 29, so daß die Verdichter
lastfrei getrieben werden. Nachdem die Zuleitungen 25 und 26 Strom führen, wird
der Schalter 23, wenn der Druck im Behälter 14 unter einem durch das druckempfindliche
Schalterstellglied bestimmten Pegel liegt, vom Stellglied 22 geschlossen, Dadurch
wird der Elektromagnet 27 erregt und verschiebt den Eisenkern 33 und damit die Stange
20 nach links gegen die Kraft der Feder 24, so daß die Drosselklappe 6 in ihre maximale
Offenstellung geschwenkt wird. Wenn die Drosselklappe 6 durch die Linksverschiebung
der Stange 20 beinahe ihre maximale Offenstellung erreicht hat, wird der Schalter
31 durch die Verbindungsglieder 30 und 35 geschlossen, so daß der Elektromagnet
28 erregt wird und den Eisenkern 34 zusammen mit dem Glied 3 anhebt. Infolgedessen
wird der Hebel 37 im Uhrzeigersinn geschwenkt
und bewegt die Stange
38 gegen die Kraft der Feder 29 abwärts. Infolgedessen wird das Entlastungsventil
19 geschlossen, so daß die Verdichter 2 und 3 im Lastbetrieb arbeiten.
-
Wenn der Druck im Behälter 14 bis zu dem vom Schalterstellglied 22
vorgegebenen oberen Grenzwert steigt, wird der Schalter 23 geöffnet und schaltet
den Elektromagneten 27 ab, so daß die Stange 20 durch die Kraft der Feder 24 nach
rechts bewegt wird und dadurch die Drosselklappe 6 in die Schließstellung bringt.
Zu Beginn der Rechtsbewegung der Stange 20 wird auch der Schalter 31 geöffnet und
schaltet den Elektromagneten 28 ab, so daß die Feder 29 das Entlastungsventil 19
in die Offenstellung verschiebt, wodurch die Verdichter 2 und 3 entlastet werden.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel genügt eine relativ kleine Kraft, um die
Drosselklappe 6 zu betätigen, und zwar aufgrund der Anwesenheit des Spalts 32 um
die Drosselklappe 6. Daher braucht der Elektromagnet 27 nur eine geringe Kraft auszuüben,
die notwendig und ausreichend ist, um die Vorspannkraft der Feder 24 zu überwinden,
Zusätzlich kann ein handelsübliches Magnetventil, das bei elektrischer Erregung
geschlossen wird, als Baugruppe für den Elektromagneten 28 und das Druckentlastungsventil
19 verwendet werden.
-
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 haben der Fig, 1 entsprechende
Teile gleiche Bezugszeichen. Es werden hier nur die Unterschiede erläutert, Der
Schalter 31 zum Öffnen und Schließen der elektrischen Schaltung für den Elektromagneten
28 wird von einem differenzdruckempfindlichen Schalterstellglied 39 betätigt, das
auf einen Differenzdruck zwischen dem oberen und dem unteren Leitungsabschnitt 4'
bzw. 5 der Saugleitung 4 anspricht. Das Schalterstellglied 39 ist pneumatisch mit
dem oberen und dem unteren Leitungsabschnitt 4' und 5 der Saugleitung 4 über Druckübertragungsleitungen
39' bzw. 39" verbunden. Das Schalterstellglied 39 ist so angeordnet,
daß
bei vollständig geöffneter Drosselklappe 6, wobei die Druckdifferenz an der Drosselklappe
6 im wesentlichen Null ist, der Schalter 31 geschlossen gehalten wird, und daß,
wenn die Drosselklappe 6 gering aus der maximalen Offenstellung in eine teilweise
geschlossene Stellung bewegt ist, um eine Druckdifferenz an der Drossdlclappe zu
erzeugen, der Schalter 31 geöffnet wird, Im Betrieb haben die Drosselklappe 6 und
das Entlastungsventil 19 die in der Zeichnung angegebenen Positionen, wenn die Verdichter
2 und 3 soeben angefahren wurden. Nachdem den Zuleitungen 25 und 26 Strom zugeführt
wird, erfolgt die Mengenregelung der Verdichter nach Maßgabe des Drucks im Behälter
14. Wenn der Druck im Behälter 14 unterhalb eines von dem Schalterstellglied 22
vorgegebenen unteren Grenzwerts liegt, wird der Schalter 23 geschlossen, so daß
der Elektromagnet 27 erregt und die Drosselklappe 6 geöffnet wird, Wenn die Drosselklappe
6 geöffnet wird, wird das Stellglied 39 wirksam und schließt den Schalter 31, Bo
daß der Elektromagnet 28 erregt wird und das Entlastungsventil 19 schließt, so daß
die Verdichter 2 und 3 in den Lastbetrieb gebracht werden und den Behälter 14 mit
verdichtetem Gas aufladen.
-
Wenn der von dem druckempfindlichen Schalterstellglied 22 bestimmte
obere Druckgrenzwert im Behälter 14 erreicht ist, öffnet das Stellglied 22 den Schalter
23, so daß die Drosselklappe 6 geschlossen wird. Das differenzdruckempfindliche
Schalterstellglied 39 spricht auf eine an der geschlossenen Drosselklappe 6 erzeugte
Druckdifferenz an und öffnet den Schalter 31, so daß das Entlastungsventil 19 geöffnet
wird und die Verdichter 2 und 3 entlastet werden.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird der Schalter 31 durch
das differenzdruckempfindliche Schalterstellglied 39 geöffnet und geschlossen. Das
Stellglied für den Schalter 31
ist jedoch nicht unbedingt ein differenzdruckempfindliches
Stellglied und kann durch eine andere Art von Schalterstellglied ersetzt werden
Wenn z, Be der Druck in der Saugleitung 4 vor der Drosselklappe 6 auf einem im wesentlichen
gleichbleibenden Wert gehalten wird, was der Fall ist, wenn der obere Abschnitt
4' der Saugleitung 4 direkt zur Atmosphäre geöffnet ist, kann die elektrische Schaltung
für den Elektromagneten 28 durch ein druckempfindliches Schalterstellglied 40 (vgl.
Fig. 3) geöffnet und geschlossen werden, das auf eine Druckänderung im unteren Abschnitt
5 der Saugleitung 4 anspricht, Das übrige Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 entspricht
demjenigen nach Fig. 2, Mit der erläuterten Mengenregeleinrichtung ergeben sich
die folgenden Vorteile.
-
Durch die Anwendung der Elektromagnete 27 und 28 als Stellglieder
für die Drosselklappe 6 und das Entlastungsventil 19 wird der Aufbau der gesamten
Regeleinrichtung stark vereinfacht und im Vergleich zu einer Regeleinrichtung, die
zum Betätigen derartiger Absperrorgane einen Fluiddruck verwendet, wesentlich kostengünstiger.
Da ferner diese Elektromagnete innerhalb einer kurzen Zeit wirksam werden können,
ist das Öffnen der Drosselklappe 6 und das Schließen des Entlastungsventii 19 praktisch
sofort beendet, so daß der Anderungsbereich des Drucks im Behälter 14 im wesentlichen
so klein wie der von dem druckempfindlichen Schalterstellglied 22 vorgegebene Bereich
gehalten werden kann, Dadurch wird sichergestellt, daß einerseits die verdichtete
Luft am Förderauslaß des Behälters 14 einen im wesentlichen gleichbleibenden Druck
hat und andererseits sich ein geringerer Verlust an Leistungszufuhr zu den Verdichtern
2 und 3 ergibt.
-
Da ferner das Entlastungsventil 19 und die Drosselklappe 6 nur elektrisch
verbunden sind, kann das Entlastungsventil 19 nahe der Förderleitung 11 angeordnet
sein, so daß die Länge der Druckentlastungsleitung 16 stark verringerbar ist, wodurch
der Strömungswiderstand der Leitung 16 stark verringert und das Volumen der Leitung
16 vermindert werden. Infolgedessen kann die Luft in der Förderleitung 11 und in
der Entlastungsleitung 16 sofort durch das Entlastungsventil 19 austreten, wenn
dieses geöffnet wird, so daß der Druck in der Förderleitung 11 sofort abfällt, wodurch
die Verdichter 2 und 3 innerhalb einer kürzeren Zeit entlastet werden. Die verminderten
Volumina der Entlastungsleitung 16 und der Förderleitung 11 verkürzen die zum Belasten
der Verdichter erforderliche Zeit, wenn das Entlastungsventil 19 geschlossen wird,
so daß der Förderdruck des Verdichters 3 sofort steigt. Dies trägt ebenfalls dazu
bei, einen Verlust der den Verdichtern zugeführten Leistung zu vermindern.
-
Bei der bekannten Mengenregeleinrichtung ergibt sich der Nachteil,
daß beim Umschalten eines zugeordneten Verdichteraggregats von Lastbetrieb auf lastfreien
Betrieb, wenn also die Drosselklappe geschlossen und das Entlastungsventil geöffnet
wird, momentan ein unzulässig hohes Verdichtungsverhältnis zwischen dem Niederdruckverdichter
und dem Hochdruckverdichter 3 entsteht, wodurch die Temperatur der verdichteten
Luft um einige hundert °C steigt, da die Luft in der Leitung 8, dem Zwischenkühler
9 und der Leitung 11 sowie der Entlastungsleitung 16 nicht schnell abgefördert wird.
Bei der Einrichtung nach der Erfindung kann jedoch ein solcher Temperaturanstieg
vermieden werden, weil erstens die Drosselklappe 6 und das Entlastungsventil 19
schnell betätigt werden, so daß die Luft in der Entlastungsleitung 16, der Förderleitung
11, dem Zwischenkühler 9 und den Leitungen 8 und 10 sofort zur Atmosphäre abgeführt
wird, und zweitens die Entlastungsleitung 16 verkürzt werden kann, so daß das Volumen
der Entlastungsleitung 16 und der Förderleitung 11 kleingehalten wird.