DE3620914A1

DE3620914A1 - Reciprocating compressor with starting relief and load regulation, especially for refrigerating machines

Info

Publication number: DE3620914A1
Application number: DE19863620914
Authority: DE
Inventors: Jan Wattez
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-06-21
Filing date: 1986-06-21
Publication date: 1987-12-23

Abstract

For starting relief and load regulation of a reciprocating compressor, at least one valve seat plate 4 with radial outflow of the pressure agent in the direction of the piston stroke is guided movably in such a way that below the lifted valve seat plate a small annular clearance H1 is obtained, through which the cylinder pressure space in the start-up phase communicates in a throttled manner with the suction space S until the pressure in the pressure space D has built up to such an extent that the valve seat plate, because of the differential pressure, remains on its seat on the upper front surface of the cylinder sealed against the cylinder pressure space. By means of a servo control with a four-way valve 10 and membrane 5, the device can also be used for load regulation during operation of the reciprocating compressor in that the pressure difference between the pressure space D in the reciprocating compressor and the suction space S is used for controlled lifting of the valve seat plate 4 and thus for deactivating one or more cylinders. Sucking in of oil at the oil pan of the reciprocating compressor, resulting in slugging in the valve, is avoided. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolbenverdichter mit kombi niertem Saug- und Druckventil, dessen Saugraum den Zy linder und die unter Abdichtung in das Verdichtergehäuse eingesetzte, auf der oberen Stirnfläche des Zylinders auf liegende Ventilsitzplatte des kombinierten Saug- und Druck ventils mindestens teilweise umgibt und dessen Druckraum sich zwischen dem Verdichtergehäuse und dem Zylinderkopf befindet. Sie geht damit aus von der DE-OS 33 04 341, in der Erkenntnis, daß bei dieser Bauart eines Kolbenver dichters mit seitlicher Anströmung der Ventilsitzplatte eine Anlaufentlastung und eine Leistungsregulierung be sonders vorteilhaft zu verwirklichen ist.The invention relates to a piston compressor with a combi nated suction and pressure valve, the suction space the Zy linder and the sealed in the compressor housing inserted, on the upper end face of the cylinder horizontal valve seat plate of the combined suction and pressure valve at least partially surrounds and its pressure chamber between the compressor housing and the cylinder head located. It is based on DE-OS 33 04 341, in the knowledge that with this type of piston piston more tightly with lateral flow against the valve seat plate a start-up relief and a power regulation is particularly advantageous to implement.

Bisher war es zur Leistungsregulierung, der die Anlaufent lastung als Sonderfall begrifflich zuzuordnen ist, üblich, die Ventilsitzplatte (oder bei mehrzylindrigen Kolbenver dichtern die Ventilsitzplatten) saugseitig gegenüber dem Saugraum selektiv zu schließen, wodurch ein oder mehrere Zylinder abgeschaltet werden. Abgesehen von den ungünstigen Auswirkungen des saugseitigen Abschaltens von Zylindern auf den elektrischen Antriebsmotor stellt sich in den Zy linderräumen unter Umständen über längere Zeit ein Vakuum ein mit der Folge, daß aufgrund des atmosphärischen Über druckes in der Ölwanne Öl in den Zylinderraum gelangt, was zu Flüssigkeitsschlägen und der Zerstörung von Sauglamellen führen kann.So far, it was for performance regulation that the starter conceptual burden as a special case is customary, the valve seat plate (or with multi-cylinder piston ver seal the valve seat plates) on the suction side against the Selectively close suction chamber, creating one or more Cylinders are switched off. Except for the bad ones Effects of switching off cylinders on the suction side in the Zy relieve a vacuum over a long period of time one with the consequence that due to the atmospheric excess pressure in the oil pan oil gets into the cylinder space what to liquid hammer and the destruction of suction lamellae can lead.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Beschädigung von Lamellen durch eventuelle Flüssigkeitsschläge zu ver meiden.The invention has for its object the damage of slats due to possible liquid hammer avoid.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht aus den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Hiernach kann sich die Ventilsitzplatte in ihrer Führung in dem Verdichtergehäuse in Richtung des Kolbenhubes von ihrem Sitz auf dem Zylinder begrenzt abheben, so daß zwischen dem Druckraum des Zylin ders und dem Saugraum des Verdichters ein Kurzschluß ein gestellt ist. Eine Druckdifferenz zwischen dem Zylinder- Druckraum und dem Saugraum bzw. der Ölwanne kann daher nicht mehr entstehen. Unter dem Gesichtspunkt der ein fachen Anlaufentlastung ist es jedoch erforderlich, daß der Hub der Ventilsitzplatte bzw. die Höhe des Ringspaltes z.B. auf 1 mm begrenzt ist, d.h. beim Verdichtungshub das Medium nur gedrosselt in den Saugraum des Verdichters zu rückströmen kann, so daß sich - wenn auch verzögert - in dem Druckraum des Verdichters ein Druck aufbaut, der schließlich die Ventilsitzplatte durch Differenzdruck auf die obere Stirnfläche des Zylinders zurückdrückt und dort hält. Der Differenzdruck kann auch durch eine sich am Zylinderkopf abstützende Druckfeder verstärkt werden, wenn es nur auf eine Anlaufentlastung ankommt.The solution to this problem consists of the characteristic ones Features of claim 1. According to the Valve seat plate in its guide in the compressor housing in the direction of the piston stroke from their seat on the cylinder lift off limited, so that between the pressure chamber of the Zylin ders and the suction chamber of the compressor a short circuit is posed. A pressure difference between the cylinder Pressure chamber and the suction chamber or the oil pan can therefore no longer arise. From the point of view of a starting relief, however, it is necessary that the stroke of the valve seat plate or the height of the annular gap e.g. is limited to 1 mm, i.e. in the compression stroke Medium throttled into the suction chamber of the compressor can flow back so that - even if delayed - in the pressure chamber of the compressor builds up a pressure that finally the valve seat plate by differential pressure presses back on the upper face of the cylinder and stops there. The differential pressure can also be a compression spring supporting on the cylinder head are reinforced, if only start-up relief is important.

Ferner ist es wegen der vorteilhaft leichtgängigen Führung der Ventilsitzplatte in Bohrungen des Verdichtergehäuses empfehlenswert, die Ventilsitzplatte über umfangsverteilte Zentrierstifte gegenüber dem Zylinder exakt zu führen, wobei die Zylinderstifte auch ein Drehen der Ventilsitz platte verhindern.Furthermore, it is because of the advantageous smooth-running guidance the valve seat plate in the bores of the compressor housing recommendable, the valve seat plate over circumferentially distributed To guide centering pins exactly in relation to the cylinder, the cylinder pins also rotating the valve seat prevent plate.

Um die beschriebene Anlaufentlastung zu einer regelrechten Leistungsregulierung weiterzubilden, dient eine zylinderkopf seitige Servosteuerung für die Hubbewegungen der Ventilsitz platte nach dem Patentanspruch 4. In order to reduce the described start-up to a real one A cylinder head serves to further develop power regulation side servo control for the stroke movements of the valve seat plate according to claim 4.

Hiernach ist die den Hub der Ventilsitzplatte durch An schlag begrenzenden Stellspindel mit einer zweiseitig be aufschlagbaren Membran verbunden, die wechselseitig von dem Druck im Druckraum des Verdichters und entgegengesetzt von dem Saugdruck beaufschlagt werden kann mit der Folge, daß je nach der Stellung des Vierwegeventils die Ventil sitzplatte bei benötigter voller Leistung des Verdichters niedergehalten oder bei Leistungsminderung angehoben wird, um den Kurzschluß zwischen dem Saugraum und dem Zylinder- Druckraum bleibend herzustellen.After that is the stroke of the valve seat plate by On impact-limiting adjusting spindle with a double-sided be openable membrane connected alternately by the pressure in the pressure chamber of the compressor and opposite can be acted upon by the suction pressure, with the consequence that depending on the position of the four-way valve, the valve Seat plate when the compressor needs full power is held down or raised in the event of reduced performance, the short circuit between the suction chamber and the cylinder To create a permanent pressure chamber.

Ist der Verdichter an einen Druckkessel angeschlossen, wird das Vierwegeventil zweckmäßig pressostatisch umgesteuert, d. h. durch Überschreiten des Nenndruckes, und zwar bis der Nenndruck wieder unterschritten wird. Ein Kolbenverdichter für Kältemaschinen wird zweckmäßig thermostatisch umge steuert, d. h. durch Überschreiten der Kälteleistung, bis wieder Kältungsleistung erforderlich wird. In beiden Fällen bewirkt die Umsteuerung des Vierwegeventils ein Anheben der Ventilsitzplatte von ihrem zylinderseitigen Sitz.If the compressor is connected to a pressure boiler, the four-way valve appropriately reversed pressostatically, d. H. by exceeding the nominal pressure until the Falls below the nominal pressure again. A piston compressor for refrigeration machines is expediently reversed thermostatically controls, d. H. by exceeding the cooling capacity until cooling performance is required again. In both cases reversing the four-way valve causes the Valve seat plate from its cylinder-side seat.

Bei Kolbenverdichtern mit mehreren Zylindern genügt es, jedem zweiten Zylinder eine Servosteuerung mit Vierwegeventil zuzuordnen, wenn die Verdichterleistung reguliert werden soll.For piston compressors with several cylinders, it is sufficient to a servo control with four-way valve every second cylinder assign when the compressor capacity is regulated should.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Servosteuerung für einen Zylinder im Ausschnitt sche matisch dargestellt, und zwarIn the drawing is an embodiment of the invention with servo control for a cylinder in the cutout represented mathematically, namely

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch den oberen Teil des Zylinders und Verdichtergehäuses sowie des darüber befindlichen Bereiches des Zylinder kopfes mit Servosteuerung, die Ventilsitzplatte in ihrer Position für volle Leistung des Ver dichters, und Fig. 1 shows a vertical section through the upper part of the cylinder and compressor housing and the area above the cylinder head with servo control, the valve seat plate in its position for full performance of the United poet, and

Fig. 2 einen Querschnitt gemäß Fig. 1, die Ventilsitz platte in angehobener Position zur Anlaufent lastung bzw. dauernden Abschaltung des Zylinders. Fig. 2 shows a cross section according to FIG. 1, the valve seat plate in the raised position for Anlaufent load or permanent shutdown of the cylinder.

In das Verdichtergehäuse 3, zu dem der Zylinder 3 a für den Kolben 2 des Verdichters gehört, ist die Ventilsitzplatte 4 eines kombinierten Saug- und Druckventils mit der Saug lamelle 1 derart eingesetzt, daß der Saugraum S des Ver dichters nicht nur den Zylinder 3 a, sondern auch die Ven tilsitzplatte 4 mit deren umfangsverteilten Einströmkanälen 4 a umgibt. Die Ventilsitzplatte 4 ist in Richtung des Kolbenhubes gleitbeweglich geführt, wobei umfangsverteilte Zentrierstifte 13 zwischen Ventilsitzplatte 4 und Zylinder 3 a für eine exakte und undrehbare Führung sorgen.In the compressor housing 3 , which includes the cylinder 3 a for the piston 2 of the compressor, the valve seat plate 4 of a combined suction and pressure valve with the suction lamella 1 is inserted such that the suction chamber S of the United poet not only the cylinder 3 a , but also surrounds the Ven seat plate 4 with its circumferentially distributed inflow channels 4 a . The valve seat plate 4 is slidably guided in the direction of the piston stroke, with circumferentially distributed centering pins 13 between valve seat plate 4 and cylinder 3 a ensuring precise and non-rotatable guidance.

In dem Zylinderkopf 6 befindet sich über der Ventilsitz platte 4 eine Öffnung, die durch einen angeschraubten Deckel 7 verschlossen ist. An dem Deckel ist von unten ein Deckel 8 unter Zwischenlage eines Ringes 8 a angeschraubt, um eine Membran 5 randseitig einzuspannen. Der Deckel 8 ist mit einem mittleren Durchgang für eine Stellspindel 12 ver sehen, der durch eine Dichtung 11 abgedichtet ist. Die Stellspindel 12 ist mit der Ventilsitzplatte 4 über deren Druckventil 4 b durch ein nicht dargestelltes Schraubgewinde zug- und druckfest verbunden.In the cylinder head 6 there is an opening above the valve seat plate 4 , which is closed by a screwed-on cover 7 . A cover 8 is screwed onto the cover from below with the interposition of a ring 8 a in order to clamp a membrane 5 on the edge side. The lid 8 is seen with a central passage for an adjusting spindle 12 , which is sealed by a seal 11 . The adjusting spindle 12 is connected to the valve seat plate 4 via its pressure valve 4 b by a screw thread (not shown) in a tensile and compressive manner.

Durch die Membran 5 wird der Raum zwischen den Deckeln 7 und 8 sowie Ringteil 8 a in zwei Steuerräume 5 a und 5 b unter teilt. Die Membran 5 ist ferner mit dem anschlagseitigen Ende der Stellstange 12 formschlüssig verbunden, etwa durch eine Art Bajonettverschluß, der nach der Montage nicht mehr lösbar ist, da sowohl die Membran 5 als auch die Stell stange 12 sich nicht drehen können.Through the membrane 5 , the space between the covers 7 and 8 and the ring part 8 a is divided into two control rooms 5 a and 5 b . The membrane 5 is also positively connected to the stop-side end of the actuating rod 12 , for example by a type of bayonet lock, which can no longer be released after assembly, since both the membrane 5 and the actuating rod 12 cannot rotate.

Der Deckel 7 trägt zwei Anschlußnippel 9, von denen Lei tungen 14 und 15 zu einem schematisch angedeuteten Vier wegeventil 10 führen. The cover 7 carries two connecting nipples 9 , of which Lei lines 14 and 15 lead to a schematically indicated four-way valve 10 .

Die Leitung 14 ist über einen Anschlußnippel 9 mit dem Steuerraum 5 a über der Membran 5 verbunden, wogegen die Leitung 15 über den anderen Anschlußnippel 9 durch den Ring 8 a und den Deckel 8 hindurch mit dem Steuerraum 5 b unterhalb der Membran verbunden ist. Wie die beiden Schalt stellungen des Vierwegeventils 10 in Fig. 1 und Fig. 2 zei gen, sind die Leitungen 14 und 15 entweder jeweils über nicht dargestellte Leitungen mit dem Druckraum D bzw. dem Saugraum S des Verdichters verbunden, oder umgekehrt.The line 14 is connected via a connection nipple 9 to the control chamber 5 a via the membrane 5 , whereas the line 15 is connected via the other connection nipple 9 through the ring 8 a and the cover 8 to the control chamber 5 b below the membrane. As the two switching positions of the four-way valve 10 in Fig. 1 and Fig. 2 gene zei, the lines 14 and 15 respectively to the suction space S connected to the compressor either through lines not shown to the pressure chamber D respectively, or vice versa.

Die Wirkungsweise der in Fig. 1 und 2 beschriebenen Einrich tung ist folgende:The operation of the device described in FIGS. 1 and 2 is as follows:

In Fig. 1 ist das Vierwegeventil 10 auf volle Leistung des Verdichters eingestellt, indem über die Leitung 14 der Steuerraum 5 a mit dem vollen Druck im Druckraum D des Ver dichters beaufschlagt ist. Gleichzeitig ist über die Lei tung 15 der gegenüberliegende Steuerraum 5 b mit dem Saug raum S des Verdichters verbunden. Bei dieser Konstellation wird die Stellstange 12 aufgrund ihrer formschlüssigen Ver bindung mit der Membran 5 nach unten gedrückt und hält die Ventilsitzplatte 4 in der in Fig. 1 dargestellten Position, in der das Medium aus dem Saugraum S ausschließlich über die umfangsverteilten Einströmkanäle 4 a angesaugt und über das Druckventil 4 b in den Druckraum D gedrückt wird. Auch der hier herrschende Nenndruck wirkt auf die Ventilsitz platte 4 im Sinne der Niederhaltung ein. In der Anlaufphase des Verdichters liegt weder im Druckraum D noch in den Steuerräumen 5 a und 5 b irgendein Druck vor. Daher wird die Ventilsitzplatte 4 schon beim ersten Kolbenhub von ihrem Sitz auf der oberen Ringfläche des Zylinders 3 a angehoben, wie Fig. 2 zeigt. Der Hub der Ventilsitzplatte 4 ist aller dings durch Anschlag der Stellstange 12 an dem zylinder kopfseitigen Deckel 7 begrenzt, und zwar um ein so kleines Maß H 1, daß das von dem Kolben 2 verdrängte Medium nur zum Teil und unter Drosselung in den Saugraum S wirkungs los überströmen kann. In Fig. 1, the four-way valve 10 is set to full power of the compressor by the control chamber 5 a is acted upon by the full pressure in the pressure chamber D of the United poet via line 14 . At the same time, the opposite control chamber 5 b is connected to the suction chamber S of the compressor via the line 15 . In this constellation, the actuating rod 12 is pressed down due to its positive connection with the membrane 5 and holds the valve seat plate 4 in the position shown in FIG. 1, in which the medium is sucked out of the suction space S exclusively via the circumferentially distributed inflow channels 4 a and via the pressure valve into the pressure chamber 4 b D is pressed. The prevailing nominal pressure also acts on the valve seat plate 4 in the sense of holding down. In the start-up phase of the compressor, there is no pressure either in pressure chamber D or in control rooms 5 a and 5 b . Therefore, the valve seat plate 4 is lifted from its seat on the upper annular surface of the cylinder 3 a during the first piston stroke, as shown in FIG. 2. The stroke of the valve seat plate 4 is, however, limited by the stop of the actuating rod 12 on the cylinder head-side cover 7 , namely by such a small amount H 1 that the medium displaced by the piston 2 is only partially effective and throttled into the suction chamber S. can flow over.

Hierdurch wird das Anlaufen des Verdichters erleichtert, jedoch wird ein Teil des von dem Kolben 2 verdrängten Me diums über das Druckventil 4 b in den Druckraum D gelangen und dort einen Druck aufbauen, der schließlich auf die Oberfläche der Ventilsitzplatte 4 eine größere Kraft ausübt als der auf eine kleinere untere Gegenfläche der Ventilsitz platte wirkende Druck oberhalb des Kolbens 2. In diesem Zustand ist die Stellung der Ventilsitzplatte 4 gemäß Fig. 1 erreicht, auch ohne die beschriebene Servosteuerung.In this way, the start-up of the compressor is facilitated, however, a part of the displaced by the piston 2 Me is diums via the pressure valve 4 b into the pressure chamber D arrive and there to build up a pressure that eventually a greater force to the surface of the valve seat plate 4 than the pressure acting on a smaller lower counter surface of the valve seat plate above piston 2 . In this state, the position of the valve seat plate 4 according to FIG. 1 is reached, even without the servo control described.

Die Servosteuerung dient mehr der Leistungsregulierung während des laufenden Kolbenverdichters. Wenn im Druckraum D des Verdichters ein angemessener Druck herrscht und das Vierwegeventil 10 in der Stellung nach Fig. 1 steht, liegt der Druck im Steuerraum 5 a an, so daß die Ventilsitzplatte 4 durch die Membran 5 und die Stellstange 12 zusätzlich niedergehalten wird. Zur Inaktivierung des Zylinders wird das Vierwegeventil 10 in die Stellung nach Fig. 2 umge steuert, so daß die Membran 5 von unten mit dem im Druck raum D anstehenden Druck beaufschlagt und auf der Ober seite im Steuerraum 5 a auf Saugdruck entlastet wird. Die Membran wölbt sich nach oben und nimmt die Stellstange 12 mit, wodurch ein Abheben der Ventilsitzplatte 4 erzwungen wird. Stets ist der Aufwärtshub der Ventilsitzplatte 4 durch Anschlag der Stellstange 12 an dem Deckel 7 begrenzt. Obwohl die Ventilsitzplatte 4 hier gegen die Kraft ange hoben werden muß, die der Hochdruck im Druckraum D auf sie ausübt, die größer ist als die Kraft, die der gleiche Druck in der Steuerkammer 5 b von unten auf die im Durchmesser gegenüber der Ventilsitzplatte 4 kleinere Membran 5 aus übt, wird die Ventilsitzplatte dennoch angehoben, da durch den gedrosselten Kurzschluß zwischen dem Zylinder-Druck raum und dem Saugraum S im Zylinder-Druckraum beim Auf wärtsgang des Kolbens 2 immer noch ein Druck entsteht, der dem Druck im Steuerraum 5 b zuzurechnen ist. The servo control serves more to regulate the output while the piston compressor is running. If the pressure chamber D of the compressor there is a reasonable pressure, and the four-way valve 10 is in the position according to Fig. 1, the pressure is in the control chamber 5 to a, so that the valve seat plate 4 through the membrane 5 and the control rod is further down 12 is held. To inactivate the cylinder, the four-way valve 10 is switched to the position shown in FIG. 2, so that the membrane 5 is acted upon from below with the pressure in the pressure chamber D and is relieved on the upper side in the control chamber 5 a to suction pressure. The membrane bulges upwards and takes the actuating rod 12 with it, which forces the valve seat plate 4 to be lifted off. The upward stroke of the valve seat plate 4 is always limited by the stop of the adjusting rod 12 on the cover 7 . Although the valve seat plate 4 must be raised here against the force that the high pressure in the pressure chamber D exerts on it, which is greater than the force that the same pressure in the control chamber 5 b from below to the smaller in diameter compared to the valve seat plate 4 Diaphragm 5 exerts, the valve seat plate is still raised, because the throttled short circuit between the cylinder pressure chamber and the suction chamber S in the cylinder pressure chamber during upward movement of the piston 2 still creates a pressure that is attributable to the pressure in the control chamber 5 b is.

Die Erfindung bringt noch einen Nebeneffekt mit sich inso fern, als die Ventilsitzplatte 4 in jedem Fall unter Ent lastung eines etwaigen Flüssigkeitsschlages abhebt und die Sauglamelle nicht beschädigt werden kann.The invention also has a side effect inso far, when the valve seat plate 4 lifts in any case under the load of any liquid hammer and the suction lamella can not be damaged.

Claims

1. Piston compressor with a combined suction and pressure valve, the suction chamber of which, at least in part, surrounds the cylinder and the valve seat plate of the combined suction and pressure valve, which rests on the upper end face of the cylinder, and whose pressure chamber is between the compressor housing and the cylinder head, characterized in that the valve seat plate ( 4 ) is movably guided in the compressor housing ( 3 ) in the direction of the piston stroke, and that the stroke of the valve seat plate by stop at least one adjusting spindle ( 12 ) firmly connected to the valve seat plate on the cylinder Linderkopf ( 6 ) is limited such that when the compressor is running, an annular gap with a defined height ( H 1 ) is set below the valve seat plate, via which the cylinder pressure chamber communicates throttled with the suction chamber ( S ) until the pressure in Pressure chamber ( D ) has built up so far that the valve seat plate ( 4 ) dur ch differential pressure remains on its seat on the upper end face of the cylinder ( 3 a ).

2. Piston compressor according to claim 1, characterized in that the maximum height ( H 1 ) of the annular gap or the stroke of the valve seat plate ( 4 ) is limited to approximately 1 mm.

3. Piston compressor according to claim 1 and 2, characterized in that the valve seat plate ( 4 ) via circumferentially distributed centering pins ( 13 ) relative to the cylinder ( 3 a ) is guided.

4. Piston compressor according to claim 1, characterized by a cylinder head-side servo control for the stroke movements of the valve seat plate ( 4 ), consisting of a with the stop end of the adjusting spindle ( 12 ) connected membrane ( 5 ) which is firmly clamped at its edge and two control rooms ( 5 a , 5 b ) forms the servo control, a line system and a controllable four-way valve ( 10 ) being provided, as a result of which the control chamber ( 5 a ) on one side of the membrane with the pressure chamber ( D ) of the compressor and the control chamber ( 5 b ) on the other side of the membrane with the suction chamber ( S ) of the compressor can be brought into communicating connection at the same time, or vice versa.

5. Piston compressor according to claim 4, characterized in that the four-way valve ( 10 ) can be reversed pressostatically, ie by exceeding the nominal pressure, on raising the valve seat plate ( 4 ) until the nominal pressure is undershot.

6. Piston compressor according to claim 4 for refrigeration machines, characterized in that the four-way valve ( 10 ) is thermostatic, that is, by exceeding the cooling capacity, on reversing the valve seat plate ( 4 ) is reversible until there is a need for cooling capacity.