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Verfahren zur Regelung von Kreiselverdichtern. Die Erfindung betrifft
eine Regelvorrichtung für Kreiselverdichter; durch welche die Drehzahl des Verdichters
ausschließlich vom Luftdruck oder der ,Luftmenge verändert, jedoch vom Geschwindigkeitsregler
auf der vom Luftdruck oder der Luftmenge jeweils eingestellten Größe gehalten- wird.
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Es soll durch die vom Luftdrucke oder der Luftmenge bewirkten Änderungen
der Drehzahl des Verdichters- der Förderdruck oder die Fördermenge konstant gehalten
oder nach einem . bestimmten Gesetze geregelt werden, und zwar dadurch, daß die
vom Enddruck oder einem Zwischendruck betätigten Luftdruck- oder Luftmengenregler
derart mit dem Regelgestänge verbunden werden, daß die Drehzahl des Verdichters
mit der Zunahme des Luftdruckes bzw. der Luftmenge größer wird.
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Der grundlegende neue Gedanke der vorliegenden Erfindung besteht in
der Erkenntnis, .daß das- gesamte Verhalten eines Turbokompressors durch drei Größen.
bestimmt wird: A die Drehzahl, B der Luftdruck, . C die Luftmenge, und daß diese
drei Größen so miteinander gesetzmäßig zusammenhängen, daß durch die Festlegung
zweier Werte der dritte Wert eindeutig bestimmt ist.
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Bisher herrschte zwar die Ansicht, daß eine Regelung auf gleichbleibende
Fördermenge nur unter Zuhilfenahme des dynamischen Druckes in der Saug- bzw. Druckleitung
des Verdichters, also nur durch einen Luftmengenregler, durchführbar wäre. Die vorliegende
Erfindung beruht jedoch auf der Erkenntnis, daß eine gleichbleibende Fördermenge
auch durch einen Luftdruckregler- erzielt werden kann, und zwar dann, wenn eine
' zwangläufige Verbindung zwischen Druckregler und Geschwindigkeitsregler besteht,
derart, daß zu einem bestimmten Luftdruck eine bestimmte, unveränderliche Umlaufzahl
gehört. Es ist alsdann nur noch nötig, daß der Druckregler so eingerichtet .ist,
daß mit zunehmendem Luftdruck eine Erhöhung der Drehzahl des Verdichters herbeigeführt
wird. Zur Erzielung einer Regelung nach der Linie b-m der Fig. z der Zeichnung muß
also z. B. das Regelorgan so eingestellt werden, daß die Antriebsmaschine bei der
dem. Druck in b entsprechenden Stellung des Druckreglers n4 Umdrehungen, bei einer
dem Druck in m entsprechenden Stellung des Druckreglers dagegen n7 Umdrehungen in
der Minute macht.
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Durch entsprechende Einstellung des Druckreglers und des Regelorgans
in Abhängigkeit vom Luftdruck läßt sich jede beliebige Regelung innerhalb der durch
die Linie a-b-e und d-b-e begrenzten Flächen c-b-e und a-b-d und also auch eine
Regelung nach der Linie k-1 der Fig. x durchführen.
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Mit den bisher bekannten.Luftmengenregelungen mittels Luftmengenreglers
ist eine Regulierung auf .Linie k-i dagegen nicht er-
Teichbar,
weil bei diesen eine Erhöhung des Luftdruckes nur mit abnehmender Luftmenge eintritt.
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Der wesentliche Unterschied der Regelungsweise innerhalb des Bereiches
der Fläche c-b-c und d-b-a gegenüber der Regelung im Bereich der Flächen c-b-d und
e-b-a besteht darin,-daß bei ersterer mit zunehmendem Luftdruck eine Umlaufsteigerung,
bei letzterer eine Umlaufverminderung eintritt.
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Für die Regelung auf gleichbleibenden Luftdruck galt in gleicher Weise
bisher die Benutzung eines Druckreglers für erforderlich. Wie jedoch die Regelung
auf gleichbleibende Luftmenge durchführbar ist in Abhängigkeit vom Luftdruck, so
ist es nach der vorliegenden Erfindung auch möglich, eine Regelung auf gleichbleibenden
Luftdruck mit Hilfe eines Luftmengenreglers, d. h. . eines dynamischen Druckreglers
herbeizuführen, wenn hierbei die Drehzahl durch den Luftmengenregler eingestellt
wird. Um z. B. mit einem Luftmengenregler eine Regelung zwischen den Zuständen b
und e der Fig. i , auf gleichbleibenden Luftdruck durchzuführen, genügt es, daß
bei der Luftmenge im Punkt b entsprechenden Stellung des Luftmengenreglers das Regelorgan
der Antriebsmaschine die der Drehzahl % entsprechende Stellung bei der dem Punkt
e entsprechenden Stellung des Luftmengenreglers dagegen eine der Drehzahl n7 entsprechende
Stellung einnimmt.
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In gleicher Weise kann durch entsprechende Einstellung des Luftmengenreglers
und des Regelorganes in Abhängigkeit von der Luftmenge jede beliebige Regelung im
Verdichterdiagramm herbeigeführt werden. Besonders wichtig sind jedoch die Regelungen
innerhalb .der durch die Linien k-1 und d-e begrenzten Flächen l-b-e und d-b-k,
weil die Durchführung dieser Regelungen mit Hilfe eines Druckreglers Schwierigkeiten
bietet.
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Die Fig. 2 und 3 zeigen zwei verschiedene Ausführungsformen der Regelung.
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Bei Fig. 2 - wird * als Geschwindigkeitsregler ein stark stabiler
Regler verwendet, welcher jedoch derart angeordnet ist, daß bereits ein geringer
Teil io-ii seines Hubel io-i2 genügt, um das Regelorgan 6 aus einer Endlage in die
andere überzuführen. Die Hülse 2 des Reglers greift an der Stange 2-3-4 an. Der
Punkt 4 -ist mit der Kolbenstange 23 des Kolbens 5 im Gehäuse 22 und -des Ventiles
6 im Gehäuse 24 gelenkig verbunden. Im Punkt 3 greift die Verbindungsstange 29 ;an,
welche mit dem Gelenk 27 des Hebels g verbunden ist. Auf letzteren wirken die -Steuervorrichtung
8 und beispielsweise der Luftdruckregler 7 ein. Sobald der Druck der durch das Rohr
33 auf die Oberfläche des Kolbens 13 im Luftdruckregler.7 einwirkenden. Luft steigt,
wird -die auf der Unterseite des Kolbens wir-@eride Feder 16 zusammengedrückt. Infolgedessen
senkt sich die Stange 14 und der Punkt 15 des um das Gelenk 27 schwingenden Hebels
g. Die Kölbchen 17 und 18 der Steuervorrichtung 8 werden gesenkt; hierdurch tritt
eine Hilfsflüssigkeit aus dem Rohr ig in das Rohr 2i über und hebt den Kolben 5
und das Ventil 6, vergrößert also die Füllung der den Kreiselverdichter treibenden
Turbine, mithin -auch die Leistung und Drehzahl derselben. Unter - dem Einfluß der-
steigenden Drehzahl hebt sich die Hülse 2 des Reglers i und führt zusammen mit dem
Kolben 5 die Kölbchen r7 und 18 in ihre Mittellage zurück.
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Bei der Anordnung nach Fig. 3 ist Punkt 4 als fester Drehpunkt ausgebildet
und die Stange 23 unter Zwischenschaltung einer Isodromvorrichtung an das Gelenk
27 des Hebels g angeschlossen.
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Sobald hierbei der -Luftdruck steigt, wird die Stange g ebenfalls
um das Gelenk 27 abwärts gedreht und infolgedessen durch die Hilfsflüssigkeit, der
Kolben 5 und das Ventil 6 gehoben; dadurch wird die Feder 26 zusammengedrückt. Unter
Einwirkung der Spannung der Feder 26 sowie der durch das Heben des Ventiles 6 verursachten
Leistungsvergrößerung wird in kurzer Zeit unter gleichzeitiger Verschiebung der
Hülse 2 des Reglers i die Rückführung der Kolben 17 und 18 in ihre Mittellage bewirkt.
Der neuen Stellung des Reglers z sowie der Eröffnung des Ventiles 6 entspricht hierauf
der geänderte Beharrungszustand.
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Verlangt .die Durchführung der Regelung an Stelle des bisher verwendeten
Luftdruckreglers einen I<uftmengenregler, so ist die Bewegung des Kolbens 13
im Zylinder 7 von dem dynamischen Druck in der Luftleitung, des Verdichters abzuleiten.
Zu diesem Zweck müssen die Rohre 33 und 34; wie in Fig. -3 punktiert gezeichnet,
an zwei verschiedenen Stellen der Luftleitung 35 - angeschlossen werden, und zwar
die Leitung 33 an die Stelle höheren Druckes. Zur Erhöhung des Druckunterschiedes
in den beiden Leitungen 33 und 34 ist in Fig. 3 die Luftleitung 35 eingeschnürt.
Die Leitung 33 wird dann am zweckmäßigsten an eine Stelle des Rohres vor
der Verengung und die Leitung 34 an die engste Stelle des Rohres 35 angeschlossen.
Die gleiche Vorrichtung kann auch bei der Regelvorrichtung nach Fig.2 verwendet
werden. In beiden Fällen ist auch eine Luftmengenreglung nach Fig. 4 anwendbar,
bei welcher der dynamische Druck verstärkt durch die Saugwirkung der strömenden
Luft die Scheibe 36 gegen den Druck der Feder 37 verstellt -und hierdurch eine Verschiebung
der Stange 14 bzw. des Punktes 15 entsprechend der. Zunahme der
Luftmenge
herbeiführt. An Stele der soeben beschriebenen Luftmengenregler ist für diesen Zweck
auch jeder andere Regler zu verwenden, dessen Bewegungen in irgendeiner Weise durch
den dynamischen Druck in der Luftleitung verursacht wird.
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Als Belastung des Kolbens 13 ist bei den beschriebenen Anordnungen
eine Feder angenommen worden. Dadurch wird eine Verstellung des Reglers 7 proporfional
dem statischen oder dynamischen Druck herbeigeführt.
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So spielt sich der Regelungsvorgang in Fig. 2 und 3 auf irgendeiner
bestimmten geraden oder gekrümmten, Linie ab: Nun kann man jedoch auch eine Regelung
auf j eder beliebig anders gekrümmten Kurve herbeiführen, wenn man statt der gleichmäßig
sich ändernden Belastung auf die untere Seite des Kolbens 13 eine der beabsichtigten
Regelung entsprechende ungleichmäßig sich ändernde Belastung verwendet. Eine solche
ungleichmäßig sich ändernde Belastung kann z. B. dadurch herbeigeführt werden, daß
man statt einer Feder 16 mehrere Federn verwendet, welche nacheinander zur Einwirkung
kommen, oder auch dadurch, daß man den Raum unter dem Kolben 13 durch die Leitung
34 an einen Raum gleichmäßigen oder sich ändernden Druckes anschließt, wobei dann
dieser Druck, allein oder unterstützt durch eine bzw. mehrere Federn auf den Kolben
13 einwirken. Auf diese Weise gelingt es z. B. an Stelle der Regelung P-b-y (Fig.
1) die Regelung auf de: punktierten Kurve P-b-s durchzuführen, welche zwischen den
.gleichen Drehzahlen m,-n" wie vorher, die Erreichung eine. r beträchtlich größeren
Luftmengenzunahme gestattet.
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Für das Wesen der Erfindung ist es belanglos, ob@ das Regelverfahren
ganz oder teilweise maschinell oder von Hand ausgeübt wird, wobei der Luftdruck-
oder Luftvolumenregler durch die Tätigkeit des Wartungspersonals ersetzt werden
kann. Die beschriebenen Regelungsvorschriften können auch auf verschiedene Maschinenarten
einwirken, z. B. auf eine elektrische oder Gasmaschine oder auf eine Zweidruckdampfturbinenanlage.
Auch kann eine Regelung der Dampfzufuhr in Abhängigkeit von Abdampfdruck angeschlossen
werden, deren Betätigung unabhängig von der Luftregelung erfolzt: