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Regelungsvorrichtung für Kreiselverdichter und Pumpen, bei welcher
ein Geschwindigkeitsregler nach erfolgter Einstellung eines den Treibmittelzufluß
regelnden Gliedes durch einen Druckregler eine weitere Verstellung jenes Gliedes
bewirkt. Bekanntlich wird das Verhalten, d. h. der Betriebszustand eines Kreiselverdichters
oder einer Kreiselpumpe durch die drei Größen Drehzahl, Förderdruck und Fördermenge
bestimmt. Diese drei Größen hängen so miteinander gesetzmäßig zusammen, daß durch
Festlegung zweier Werte der dritte Wert eindeutig bestimmt ist.
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Auf Grund -dieser Erkenntnisse ist bereits ein Verfahren zur Regelung
vön Kreiselverdichtern vorgeschlagen worden, nach welchem zur Regelung einer der
drei Größen: Drehzahl, Luftdruck, Luftmenge die beiden anderen Größen benutzt werden,
derart, daß beispielsweise ein Drehzahlregler und ein Luftdruclregler so gesetzmäßig
zusammenarbeiten, daß die gewüngchte Regelung der Luftmenge erreicht wird. Dieses
Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, daß die Durchführung der Regelung mit Hilfe
von Druck und Geschwindigkeitsregler innerhalb bestimmter Gebiete des Betriebszustandes
Schwierigkeiten bietet. Überdies erfordert dieses Verfahren zu seiner Ausführung
eine zahlreiche Apparatur.
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Es ist ferner auch schon eine Regelungsvorrichtung für Kreiselverdichter
bekannt geworden, bei welcher ein Druckregler und ein Geschwindigkeitsregler so
zusammenarbeiten, daß der Druckregler allein bei den Druckschwankungen eine Veränderung
der Umdrehungszahl innerhalb eines bestimmten Drehzahländerungsbereiches bewirkt
und der Geschwindigkeitsregler dabei ohne eigenen Einfluß auf die so hergestellte
neue Drehzahl verstellt wird. Andererseits beeinflußt bei dieser Vorrichtung bei
geringen Schwankungen der Drehzahl infolge Änderung auf der Treibmittelseite der
Geschwindigkeitsregler ohne Mitwirkung des Druckreglers die Treibmittelseite derart,
daß hierbei keine oder nur ganz geringe dauernde Drehzahländerungen eintreten. Mittels
dieser Regelungsvorrichtung ist es möglich, einen Förderdruck von konstanter Größe
zu erhalten. Eine solche Regelung auf konstanten Druck wird z. B. häufig am Druckstutzen
von Hochdruckturboverdichtern verlangt. Da aber die Verbrauchsstellen der von einem
solchen Verdichter gelieferten Druckluft in der Regel sehr weit vom Aufstellungsort
des Verdichters entfernt liegen, so ist der Druck an den Hauptverzweigungspunkten
nicht konstant, indem die Verschiedenheit der Größe des Druckverlustes in der Leitung
bei kleinerer oder größerer Fördermenge nicht ausgeschaltet ist. Es wäre daher eigentlich
richtiger, dafür zu sorgen, daß der Druck der Luft an den Hauptverzweigungspunkten
der Druckleitung auf einen konstanten Betrag eingestellt wird. Dies ist aber nicht
gut möglich, indem es nicht gut durchführbar ist, die Regulierung von den weit entfernten
Verbrauchsstellen aus bewirken zu lassen zwecks Erzielung einer Regelung auf konstanten
Druck.
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Vorliegende Erfindung bezweckt nun, eine Regelungsvorrichtung für
Kreiselmaschinen, worunter hier Kreiselverdichter und Kreiselpumpen verstanden werden,
zu schaffen, welche die erwähnten Mängel der bereits bekanntgewordenen Regelungsvorrichtungen
behebt, keine
von der Fördermenge zu beeinflussende Teile irgendwelcher
Art aufweist, und die es ermöglicht, sogar einen solchen Verlauf der Betriebskurve
zu erzwingen, daß bei abnehmender Fördermenge auch eine Abnahme des Förderdruckes
eintritt.
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Erfindungsgemäß wirkt bei dieser Regelungsvorrichtung für Kreiselverdichter
und Pumpen, bei der in bekannter Weise ein Geschwindigkeitsregler nach erfolgter
Einstellung eines den Treibmittelzufluß regelnden Gliedes durch einen Druckregler
eine weitere Verstellung jenes Gliedes bewirkt, der durch ein kinematisches Gestänge
mit dem Geschwindigkeitsregler verbundene Druckregler über eine dynamisch betätigte
Vorrichtung auf das Regelungsorgan für das Treibmittel ein, und es bewirkt das kinematische
Gestänge eine negative Rückführung der Regelungsvorrichtung, wobei die dynamisch
betätigte Vorrichtung die Stabilität des Reguliervorganges sichert.
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Das den Druckregler mit dem Geschwindigkeitsregler verbindende Gestänge
der Vorrichtung kann zweckmäßig ein einstellbares Glied aufweisen, das mit Drehzapfen
für einen vom Druckregler beeinflußten, drehbaren Teil versehen ist und je nach
seiner Lage einen verschiedenen Zusammenhang zwischen Druck und Umdrehungszahl bedingt.
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Die Regelungsvorrichtung kann zweekmäßigerweise noch Mittel aufweisen,
welche die Geschwindigkeit der dynamisch betätigten Vorrichtung zu verändern gestatten.
_ Auf der beiliegenden Zeichnung sind beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
veranschaulicht, und zwar zeigt Abb. i schematisch eine erste,Ausführungsform, wobei
gewisse Teile der Deutlichkeit halber in einem größeren Maßstab als andere gezeigt
sind.
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Abb.2 zeigt Diagramme, welche die Wirkungsweise einer mit der neuen
Regelungsvorrichtung versehenen Kreiselmaschine veranschaulichen.
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Abb. 3 zeigt in größerem Maßstab im Aufriß eine konstruktive Einzelheit
der Regelungsvorrichtung und Abb. q. eine dazugehörige Oberansicht.
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Die in Abb. i schematisch gezeigte Regelungsvorrichtung weist einen
Druckkolben i auf, welcher in einem Zylinder?. beweglich ist. Der Raum unter diesem
Kolben i steht durch einen Kanal 3 mit dem Druckstutzen einer Kreiselmaschine, beispielsweise
eines nicht gezeigten Verdichters in Verbindung. Von oben wirkt auf den Kolben i
die Spannhaft einer Feder .l. Eine Kolbenstange 5 ist bei 6 mit einem Hebel 7 verbunden.
Dieser Hebel ist drehbar um den Punkt 8 einer Reglerhülse 9 angeordnet. Bei io ist
der Hebel 7 mit einem Olsteuerschieber ix gelenkig verbunden. Dieser Olsteuerschieber
regelt den Zu- und Abfluß von Drucköl durch Leitungen 12, 13 zu einem Vorsteuerschieber
i¢1 eines rotierenden Ohnotors 1q.. Das Drucköl für den Olsteuerschieber ii strömt
durch eine Leitung 15 und für den 01motor 14 durch eine Leitung 16 zu. Die Olabflußleitungen
sind in der Abbildung der Deutlichkeit halber weggelassen. Je nach der Stellung
des Olsteuerschiebers ii wird der Olmotor 14 in Drehung nach rechts oder links gesetzt.
Bei Mittellage des Schiebers i i steht der Ühnotor 14 still. Die Drehung des Olmotors
1q. wird durch ein Räderpaar 17, 18 auf .einen Zahnkolben ig übertragen, welcher
mit einem Zahnrad 2o in Eingriff steht. Dieses Zahnrad sitzt auf einer mit Gewinde
versehenen Spindel 21, mit welcher eine Hülse 22 zusammenarbeitet. Letztere kann
sich als Mutter auf dem Gewinde der Spindel 2i bewegen. Je nach der Stellung des
Ölschiebers ii wird also der Hülse 22 eine Bewegung nach oben oder nach unten erteilt.
Mit der Hülse 22 ist gelenkig ein Rückführungshebel 23 verbunden, welcher am anderen
Ende bei 24 gelenkig mit der Hülse 9 des Geschwindigkeitsreglers 25 einer den Kreiselverd
chter antreibenden, nicht gezeigten Dampfturbine verbunden ist. An den Hebel 23
ist bei 26 ein Steuerschieber 27 der Dampfturbinenreguliereinrichtung angelenkt.
Der Steuerschieber 27 regelt den Zu- und Abfluß von Druckflüssigkeit durch Leitungen
28,29 nach einem Zylinder 3o, in welchem sich ein Kolben 31 verschieben kann.
Der Kolben 31 ist durch-Stange 32 mit einem Ventil 33 verbunden, das den
Zutritt von Dampf nach der nicht gezeigten Dampfturbine beherrscht. Die vorhin erwähnte
Spindel 21 bildet die Fortsetzung der Stange 32. Der Zutritt der Druckflüssigkeit
nach einem Zylinder 34, in welchem sich der Steuerschieber 27 bewegt, erfolgt durch
eine Leitung 35.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Regelungsvorrichtung ist nun folgende
Es sei angenommen, daß sich der Verdichter in einem Betriebszustande befindet, der
in einem Druckvolumendiagramm durch den Punkt A (Abb. 2) dargestellt ist. Der Punkt
A liegt auf der Charakteristik yz@", welche der konstanten Umdrehungszahl n, des
Verdichters entspricht. Wenn nun z. B. der Verbrauch an Druckluft abnimmt, so wird
vorerst der Förderzustand des Verdichters sich so verändern., wie es einem Verdichter
mit konstanter Umdrehungszahl entspricht, weil ja die Regulierung der den Verdichter
antreibenden Dampfturbine in erster Linie auf konstante Umdrehungszahl einstellt.
Der zunächst sich einstellende neue Förderzustand wird also durch einen Punkt B
auf der Charakteristik n2 dargestellt, der weiter links liegt als der Punkt A und
einem höheren Drucke entspricht, als der bei A herrschende. Weil nun aber der Druck
gestiegen ist, wird die Feder
mehr zusammengedrückt. Punkt 6 wird
infolgedessen gehoben und mit ihm auch der Steuerschieber zz, indem sich der Hebel
7 um den augenblicklichen festen Punkt 8 dreht. Die Bewegung des Steuerschiebers
x= nach oben hat eine solche Drehung des Ölmotors 14 zur Folge, daß die Hülse 22
nach oben bewegt wird. Der Rückführungshebel 23 wird dabei um den augenblicklich
feststehenden Punkt 24 gedreht und hebt den Steuerschieber 27. Dies bewirkt den
Zufluß von Druckflüssigkeit, z. B. Drucköl, nach dem oberen Teil des Zylinders 30,
so daß der Kolben 31 nach abwärts bewegt wird und ein teilweises Schließen des Dampfventils
33 erfolgt. Mit anderen Worten, das Ventil 33 der Dampfturbine wird so bewegt, daß
die Dampfturbine, und somit der Verdichter, mit einer kleineren Umdrehungszahl als
n2 läuft. Die Dampfturbinenregulierung kommt erst wieder in Ruhe, nachdem die Umdrehungszahl
abgenommen hat. Mit abnehmender Umdrehungszahl der Turbine nimmt aber auch der Förderdruck
des von derselben angetriebenen Kreiselverdichters ab und es wird nun im Druckvolumendiagramm
der Punkt B auf der durch denselben gehenden Parabel sinken. Der genannte Reguliervorgang
soll nun erst zum Abschluß kommen, wenn der Punkt C erreicht ist, welcher auf einer
gewollten Druckkurve I liegt. Die Umdrehungszahl muß also auf n, reguliert werden.
Der notwendige zwangläufige Zusammenhang zwischen der Umdrehungszahl und dem Förderdruck
wird nun durch die Verbindung des Geschwindigkeitsreglers 25 mit dem Druckregler
=, 2, 4 erreicht. Diese Verbindung wirkt wie folgt Bei der angenommenen abnehmenden
Umlaufszahl der Dampfturbine bewegt sich die Reglerhülse 9 nach abwärts; sie bewirkt
dabei vermöge des Hebels 7 ein Heben des Steuerschiebers xz, da der Punkt 6 augenblicklich
als feststehender Punkt zu betrachten ist. Es wird also durch diese Rückführung
der Hülse 9 der anfänglich eingeleitete Reguliervorgang verstärkt. Die beschriebene
Regelungsvorrichtung wirkt also nach Art einer solchen mit »negativer Rückführung«.
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Gleichzeitig mit der Abnahme der Umdrehungszahl der Dampfturbine,
und somit des Kreiselverdichters, ist aber auch der Druck des letzteren gesunken,
so daß tatsächlich der Punkt 6 ebenfalls sinkt. Kurz gesagt, es bedingt also die
beschriebene Regelungsvorrichtung, daß kleineren Drücken des Verdichters auch kleinere
Umdrehungszahlen zugeordnet werden. Es ist infolgedessen möglich, einen solchen
Verlauf des Druckes in Abhängigkeit von der Fördermenge des Verdichters zu erzwingen,
daß mit abnehmender Fördermenge eine Abnahme des Förderdruckes eintritt, d. h. Betriebszustände
des Kreiselverdichters zu erzwingen, welche der in Abb. 2 gezeigten Kurve I entsprechen.
Dabei ist besonders zu beachten, daß die erwähnte »negative Rückführung« erst zur
Geltung kommt, wenn die Wirkung der erstmals eingeleiteten Regulierbewegung durch
Verstellen der Hülse 22, Verstellung des Dampfventils 33 und Veränderung der Umdrehungszahl
der Turbine, und somit des Kreiselverdichters, zur Geltung gekommen ist. Es findet
also eine sehr vorteilhafte Verschleppung dieser »negativen Rückführung« statt,
was eine Folge des Versehens des dynamisch betätigten Motors 14 ist. Dieser Umstand
ermöglicht es vor allem, die erforderliche Stetigkeit des Reguliervorganges zu sichern.
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Selbstverständlich liegen die in Abb. 2 gezeigten Punkte
A, B, C in Wirklichkeit sehr nahe nebeneinander und es setzt sich eine Einstellung
von A nach C in Wirklichkeit aus einer Reihe von aneinander geschalteten Reguliervorgängen
zusammen.
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Bei der in den Abb. 3 und 4 gezeigten Ausführungsform ist die Hebelstange
7 in mehrere Teile unterteilt. Der Teil 71-, welcher bei 6 wiederum gelenkig mit
der Kolbenstange 5 verbunden ist, ist am rechten Ende gabelförmig ausgebildet und
drehbar um Zapfen 44 gelagert, welche an einem einstellbaren Stück 42 vorgesehen
sind. Letzteres ist verschiebbar auf einem Hebel 41 angeordnet, welcher einen festen
Drehpunkt 43 besitzt. Der Hebel 41 ist am rechten Ende bei 39 mit einer Stange 40
gelenkig verbunden, die ihrerseits bei 38 gelenkig mit einem Hebel 37 verbunden
ist. Dieser hat bei 45 einen festen Drehpunkt und ist bei 36 gelenkig mit der Reglerhülse
9 verbunden. Für eilte bestimmte Einstellung der Regelungsvorrichtung ist das verschiebbare
Stück 42 mit dem Hebel 4r als fest verbunden zu betrachten.
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Diese Regelungsvorrichtung gestattet es, vermöge der Verschiebbarkeit
des Stückes 42, d. h. der D=ehzap'en 44, den Zu. ammenhang zwischen Förderdruck
und Umdrehungszahl des Verdichters zu verändern, was im Druckvolumendiagramm durch
eine verschieden große Neigun ; der Kurve I zum Ausdruck kommt. Je weiter die Zapfen
44 vom festen Drehpunkt 43 entfernt werden, desto steiler verläuft die Kurve
I. Wird das Stück 42 mit Bezug auf Abb. 3 und 4 so weit nach links verstellt, daß
die Achse der Drehzapfen 44 mit der Achse des festen Zapfens 43 zusammenfällt, so
ist die »negative Rückführung« aufgehoben. Man erhält dann eine Regulierung auf
konstanten Druck, in welchem Dalle die Kurve I in eine wagerechte Linie übergeht.
Werden die Drehzapfen 44 noch weiter nach links verschoben, so wird die Rückführung
positiv und die Neigung der Kurve I verläuft dann in entgegengesetztem Sinne, wie
in Abb. 2 gezeigt ist.
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Durch Vorsehen von Drosselorganen, z. B. in der Zuleitung von Druckflüssigkeit
zur Vorsteuereng
41 des Olmotors =q., oder von anderen geeigneten
Bremsvorrichtungen in Verbindung mit dem genannten Motor kann dafür gesorgt werden,
daß die Regulierbewegungen mit größerer oder kleinerer Geschwindigkeit vor sich
gehen.
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Anstatt, daß auf den Kolben x des Druck-' reglers auf der einen Seite
der Förderdruck und auf der andern Seite eine Feder einwirken gelassen werden, könnte
an Stelle der Feder oder neben dieser auch ein hinter einem Drosselorgan herrschender
Druck auf die eine Seite dieses Kolbens i einwirken gelassen werden, so daß letzterer
infolge einer auf seinen beiden Seiten herrschenden Druckdifferenz bewegt wird.
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Es können auch Mittel vorgesehen werden, welche die Spannung der Feder
q. zu verändern gestatten. Eine solche Veränderung der Spannung der Feder q. bewirkt
im Druckvolumendiagramm eine parallele Verschiebung der Kurve I bei gleichbleibender
l,Teigung der letzteren.
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Ferner könnte der Hebel? anstatt bei 8 gelenkig mit der Hülse g verbunden
zu sein, auch an geeigneter Stelle gelenkig mit dem Hebel 23 verbunden werden.