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Maschinenanlage, bestehend aus einer Kreiselmaschine,' die mindestens
mit einer anderen Maschine (Kolbenmaschine oder einer Maschine beliebiger anderer
Bauart) zusammen auf eine Druckleitung arbeitet. Die Erfindung betrifft eine Anlage,
welche einen Kreiselverdichter bzw. eine Kreiselpumpe und mindestens einen zweiten
Verdichter bzw. eine Pumpe beliebiger Bauart aufweist, mit dem bzw. der jene Kreiselmaschine
auf eine gemeinsame Druckleitung arbeitet.
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Bei solchen Anlagen ist es erwünscht, daß die Förderverhältnisse der
Kreiselmaschine, unter welchem Ausdruck hier immer ein Kreiselverdichter oder eine
Kreiselpumpe verstanden werden soll, gewissen Bedingungen genügen. So wird häufig
gefordert, daß die Kreiselmaschine solange als möglich mit ihrer normalen, dem besten
Wirkungsgrad entsprechenden Belastung arbeitet. Zu diesem Behufe ist es bereits
bekannt, bei Anlagen mit einem Kreisel- und einem Kolbenverdichter die Belastungsschwankungen
durch den Kolbenverdichter übernehmen zu lassen. Dies geschieht dadurch, daß der
Kolbenverdichter eine Regulierung erhält, die durch den Druck, der in der den beiden
Verdichtern gemeinsamen Druckleitung herrscht, eingestellt wird und auf eine Vorrichtung
einwirkt, welche die Menge des Treibmittels reguliert, das zur Antriebmaschine des
Kolbenverdichters fließt. Solche auf konstanten Druck eingestellte Reguliervorrichtungen
erfüllen ihren Zweck so lange, als die Umdrehungszahl der den Kreiselverdichter
antreibenden Maschine genau konstant bleibt. Sobald sich jedoch diese Umdrehungszahl
ändert, weist die Charakteristik des Kreiselverdichters im Druckvolumendiagramm
einen anderen Verlauf auf. Damit nun beispielsweise bei einer neuen niedrigeren
Umdrehungszahl der Druck erreicht wird, auf den die obenerwähnte Reguliervorrichtung
eingestellt ist, muß die Fördermenge des Kreiselverdichters eine verhältnismäßig
große Verminderung erfahren. Der Verdichter arbeitet also stark in Unterlast, was
dem Zweck der Vorrichtung geradezu widerspricht. Die Volumenverminderung kann unter
Umständen so groß sein, daß bei der neuen Umdrehungszahl keine Stabilität in der
Förderung des Kreiselverdichters mehr herrscht, so daß dieser zu pumpen anfängt.
Derartige labile Betriebszustände sind aber für einen geordneten Betrieb nicht zulässig.
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Gemäß vorliegender Erfindung wird nun bei einer Anlage der anfangs
erwähnten Art die Fördermenge des Kreiselverdichters auf eine Reguliervorrichtung
einwirken gelassen, welche die Förderverhältnisse der mit dieser Kreiselmaschine
parallel geschalteten Maschine beeinflußt. Indem die Reguliervorrichtung auf konstante
Fördermenge anstatt auf konstanten Druck eingestellt ist, sind die der letzteren
Art von Reguliervorrichtungen anhaftenden Mängel vermieden. Bei einer Anlage mit
einer auf konstante Fördermenge eingestellten Reguliervorrichtung tritt bei einer
kleinen Änderung der Umdrehungszahl der Antriebsmaschine des Kreiselverdichters
bei derselben Fördermenge wohl eine gewisse Druckänderung ein. Diese ist aber entsprechend
der angenommenen kleinen Tourenzahländerung ebenfalls klein und auf alle Fälle prozentuell
wesentlich kleiner als die Volumenänderung, die eintreten würde, wenn die Reguliervorrichtung
auf konstanten Druck eingestellt wäre. Eine kleine Änderung der Umdrehungszahl der
Antrie'#smaschine der Kreiselmaschine kann infolgedessen bei Anwendung vorliegender
Erfindung nur geringe Abweichungen von den Betriebspunkten besten Wirkungsgrades
ver , ursachen und vor allem keine schädlichen Störungen der Förderverhältnisse
der Kreiselmaschine hervorrufen.
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Zweckmäßig kann dafür gesorgt sein, daß die Reguliervorrichtung gleichzeitig
sowohl unter dem Einfluß der Fördermenge als auch unter dem Einfluß des Förderdruckes
der Kreiselmaschine steht, deren Förderverhältnisse gewollten Bedingungen zu genügen
haben. Eine solche Reguliervorrichtung ermöglicht es, den Förderzustand des Kreiselverdichters
bei veränderlicher Umlaufzahl desselben im Druckvolumendiagramm auf eine gewollte
Parabel, beispielsweise die Parabel besten Wirkungsgrades oder -die Grenzkurve der
Stabilität einzustellen. Auf den beiliegenden Zeichnungen sind mehrere beispielsweise
Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht, und zwar zeigt Abb.
i in einem Druckvolumendiagramm Charakteristiken und Arbeitsparabeln von Kreiselverdichtern,
Abb. 2 eine Anlage, bei welcher die Fördermenge eines Kreiselverdichters die Menge
des Treibmittels reguliert, welche zur Antriebsmaschine eines Kolbenverdichters
fließt, der mit dem Kreiselverdichter auf eine gemeinsame Druckleitung arbeitet,
Abb.
3 eine Anlage, bei «welcher die Fördermenge und der Förderdruck eines Kreiselverdichters
die Fördermenge eines Kapselgebläses beeinflussen, das mit dem Kreiselverdichter
auf eine gemeinsame Druckleitung arbeitet, und Abb. 4 eine Anlage, bei welcher die
Fördermenge eines Kreiselverdichters die Umdrehungszahl einer Dampfturbine beeinflußt,welche
einen Verdichter antreibt, der mit dem Kreiselverdichter auf eine gemeinsame Druckleitung
arbeitet.
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Bei der in Abb. 2 gezeigten Anlage bezeichnet 2 einen Kreiselverdichter
und 3 einen-Kolbenverdichter. Diese zwei Verdichter arbeiten auf eine gemeinsame
Druckleitung i. Der Kreiselverdichter 2 ist durch einen Elektromotor 4 angetrieben
und läuft (praktisch gesprochen) mit konstanter Umdrehungszahl. Der Verdichter 3
ist mit einer Kolbenkraftmaschine 5 unmittelbar gekuppelt, welche beispielsweise
eine Dampf- oder Gasmaschine sein kann. 6 bezeichnet einen Meßapparat, in welchem
das vom Kreiselverdichter 2 angesaugte Medium einen Unterdruck erzeugt. Je größer
die Fördermenge dieses Verdichters 2 ist, desto größer ist der im Apparat 6 erzeugte
Unterdruck, und umgekehrt. Zum Zwecke, die Fördermer ge des Kreiselverdichters 2
auf einen gewollten Betrag -einzustellen, und zwar vor allem, um einen gewollten
Betrag nicht unterschreiten zu lassen, solange der mit diesem Verdichter ä parallel
geschaltete Verdichter 3 an der Förderung in die Druckleitung i noch teilnimmt,
ist eine Reguliervorrichtung vorgesehen. DieseVorrichtung «eist eine Membran 7 auf,
welche ein Gehäuse 8 in zwei Teile unterteilt. Der untere Teil des Gehäuses 8 ist
durch eine Leitung 9 mit einem Meßapparat 6 .verbunden, so daß in jenem Gehäuseteil
der im Apparat 6 erzeugte Unterdruck herrscht. Von oben ist die Membran 7 durch
den Atmosphärendruck belastet. Eine mit einer Stange ii in Wirkungsverbindung stehende
Feder io wirkt der Kraft entgegen, welche die Membran 7, infolge. des im -unteren
Teil des Gehäuses 8 herrschenden Unterdruckes, nach abwärts zu bewegen trachtet.
Die Stange ii und ein Gestänge 12, 13 übertragen die Bewegung -der Membran 7 auf
einen Ülsteuerschieber 14. Dieser Schieber regelt den Zu-und Abfluß von Drucköl
zu einem Servomotorzylinder 15, dessen Kolben 16 mit einem Ventil 17 und dem Hebel
12- verbunden ist. Durch das Ventil 17 wird der Zufluß des Treibmittels zur Kolbenkraftmaschine
5 geregelt.
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In Abb. i stellt die Kurve I die Charakteristik des Kreiselverdichters
für eine bestimmte, konstante Umdrehungszahl n dar. Die beschriebene Reguliervorrichtung
bewirkt nun, daß die Fördermenge des Kreiselver. dichters 2 einen bestimmten Punkt
A der Kurve- I- nicht überschreitet, solange die mit diesem Verdichter -parallel
geschaltete Maschine 3, 5 ihre maximale Belastung nicht erreicht hat. Sobald nämlich
die Fördermenge des Kreiselverdichters 2 zunimmt, wird die Stange ii entgegen der
Wirkung der Feder io nach abwärts bewegt und der Schieber 14 dabei so verstellt,
daß Druckflüssigkeit unter den Kolben 16 gelangen kann. Das hat ein Heben des Ventils
17 zur Folge, so daß mehr Treibmittel zur Kolbenkraftmaschine 5 fließen kann. Der
Verdichtei# 3 wird daher mehr fördern, was eine Druckzunahme in der Leitung i zur
Folge hat. Dieses bedingt, daß die Fördermenge des Kreiselverdichters 2 abnimmt.
In ähnlicher Weise sorgt die beschriebene Reguliervorrichtung dafür, daß die Fördermenge
des Kreiselverdichters 2 den Punst A nicht unterschreitet, solange der mit dem Verdichter
2 parallel geschaltete Kolbenverdichter 3 nicht stillsteht oder nicht auf eine gewollte
minimale Belastung eingestellt worden ist. Der Punkt A kann so gewählt sein, daß
der elektrisch angetriebene Kreiselverdichter 2 solange wie mög. lich mit der normalen
Belastung, welche dem besten Wirkungsgrad entspricht, arbeitet.
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Anstatt durch die beschriebene Reguliervorrichtung das Ventil 17 beeinflussen
zu lassen, könnte dieselbe auch zum Einstellen eines Drosselorgans dienen, das die
Fördermenge der mit dem Kreiselverdichter parallel geschalteten Maschine beeinflußt.
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Der in den beiden Verdichtern 2,3 gemeinsamen Druckleitung i herrschende
Druck hängt auch von dem mit konstanter Umdrehungszahl laufenden Verdichter 2 ab.
Durch Einschalten eines regulierbaren Drosselorgans 18 zwischen den Druckstutzen
des Verdichters 2 und die Druckleitung i kann erreicht werden, daß in der Druckleitung
i ein niedrigerer Druck herrscht als der, welcher den Förderverhältnissen des Kreiselverdichters
2 entspricht. Die beschriebene Reguliervorrichtung ermöglicht in einem solchen Falle,
daß trotz, der durch das Organ 18 bewirkten Drosselung der Kreiselverdichter 2 so
belastet bleibt, daß er nicht in das Pumpengebiet fällt.
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Bei der in Abb. 3 gezeigten Anlage= fördern ein Kreiselverdichter
2 und ein Kapselgebläse 3 auf eine gemeinsame Druckleitung i. Der Verdichter 2 ist
durch eine Dampfturbine 4, das Gebläse 3 vermittels Riemenantriebes durch einen
Elektromotor 5 angetrieben. 6 bezeichnet -einen Volumenzylinder, in dem ein Kolben
7 arbeitet, und 8 bezeichnet einen Druckzylinder, in welchem ein Kolben. g arbeitet..
Der Kolben 7 steht einerseits unter dem Einfluß des Unterdruckes, der in einem Volumenmeßapparat
io des Kreiselverdichters 2 durch das von letzterem angesaugte Medium erzeugt wird,
also unter dem Einflusse der Fördermenge des Verdichters
2; andererseits
steht der Kolben auch unter der Wirkung des atmosphärischen Druckes. Der Kolben
g steht einerseits unter der Wirkung des Förderdruckes im Druckstutzen des Verdichters,
andererseits unter der Wirkung einer Feder ii. Durch die Kolbenstangen 12, 13 und
einen Hebel 14 sind die beiden Kolben 7,9 miteinander in Verbindung gebracht.
Im Punkt 15 des Hebels 14 ist durch eine Stange 16 ein Hebel 17 angeschlossen. Mit
diesem stehen ein Ölsteuerschieber 18 und ein Servomotor i9 in Verbindung. Letz.
terer ist durch eine Kolbenstange 2o, einen Lenker 21 und einen Hebel 22 mit einer
Drosselklappe 23 verbunden, welche in der Saugleitung des Gebläses 3 angebracht
ist.
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Mit der in Abb. 3 gezeigten Reguliervorrichtung kann der Förderzustand
des Kreisel verdichters 2 bei veränderlicher Umlaufzahl izl, n2, n3 im Druckvolumendiagramm
z. B. auf eine gewollte Parabel II oder III (Abb. i) eingestellt werden. Zu diesem
Zwecke ist nur dafür zu sorgen, daß die Kombination der Wirkungen des Druckkolbens
g und des Volumenkolbens 7 den Steuerschieber 18 in die Gleichgewichtslage, d. h.
in die Lage bringen, in welcher kein Druckmittel zum Servomotorkolben ig gelangt,
wenn der Förderzustand des Verdichters 2 der gewollten Parabel II oder III im Druckvolumendiagramm
entspricht.
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Bei den beschriebenen Ausführungsformen kann durch geeignete Bemessung
der verschiedenen Teile der Reguliervorrichtung oder durch Unterbrechung der Wirkungsverbindung
zwischen wenigstens zwei Teilen dieser Vorrichtung, welche so lange dauert, bis
die genannten Teile einen bestimmten Weg zurückgelegt haben (wozu z. B. Anschläge
oder elastische Zwischenglieder zur Verwendung kommen können), dafür gesorgt sein,
daß die Reguliervorrichtung erst wirksam wird, wenn der Förderzustand des Kreiselverdichters
2 *sich einem Grenzzustand nähert, während sie vollständig unwirksam ist, solange
der Förder-oder Betriebszustand des Kreiselverdichters 2 diesen Grenzzustand um
ein bestimmtes Maß überschreitet. Im Falle konstanter Umdrehungszahl n kann z. B.
dafür gesorgt sein, daß die Reguliervorrichtung unwirksam bleibt, solange sich das
graphische Bild des Betriebs- und Förderzustandes in Abb. i auf der Kurve I rechts
vom Punkte A befindet, wobei A den Grenzpunkt der Stabilität darstellt. Im Falle
veränderlicher Umdrehungszahl kann dafür gesorgt sein, daß die Reguliervorrichtung
unwirksam ist, solange der Betriebs- oder Förderzustand des Kreiselverdichters 2
in dem graphischen Bilde einer bestimmten Kurve, z. B. der Kurve II der Abb. i,
welche die Grenzkurve der Stabilität darstellt, bleibt. Tritt aber die Reguliervorrichtung
in Wirkung, so sorgt sie dann dafür, daß die durch den Punkt A bzw. die Kurve II
dargestellte Grenze nicht unterschritten wird. Während die beschriebgnen Reguliervorrichtungen
unwirksam sind, können andere Reguliervorrichtungen wirksam sein, welche mit vorliegender
Erfindung nichts zutun haben, und welche ausgeschaltet werden, sobald die oben beschriebenen
Reguliervorrichtungen wirksam werden. Eine solche weitere Reguliervorrichtung kann
z. B. dafür sorgen, daß die parallel geschalteten Verdichter gleich viel fördern,
solange die in den Abb. 2 bis .¢ gezeigten Reguliervorrichtungen unwirksam sind.
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Bei der in Abb. .¢ gezeigten Anlage arbeiten zwei Kreiselverdichter
2 und 3 auf eine gemeinsame Druckleitung i. Der Kreiselverdichter 2 läuft mit konstanter
Umdrehungszahl und wird durch einen Elektromotor 4 angetrieben, während der Verdichter
3 mit veränderlicher Umdrehungszahl laufen kann und durch die Dampfturbine 5 angetrieben
ist.. In den Saugstutzen des Verdichters 2 ist ein Volumenmeßapparat 6 eingebaut,
in dem durch das angesaugte Medium ein Unterdruck erzeugt wird. 7 bezeichnet ein
Gehäuse, in das dieser Unterdruck übertragen wird, und welches durch eine Membran
8 in zwei Teile unterteilt ist. Die Membran 8 steht einerseits unter dem Einfluß
des genannten Unterdruckes, andererseits unter dem Einfluß des Atmospärendruckes
und einer Druckfeder g. Die Bewegung der Membran 8 wird auf einen _Ölsteuerschieber
io übertragen, welcher den Ölzu- und -abfluß zu einem Ölmotor ii regelt, der je
nach der Stellung des Schiebers io rechts oder links herumdreht oder in der Mittellage
des Schiebers io stillsteht. Die Dampfturbine 5 steht unter dem Einfluß eines Geschwindigkeifsreglers
12, der seinerseits mit einem Steuerschieber 13, einem Servomotor 14 -und einem
Einlaßventil 15 in Wirkungsverbindung steht. Ein Rückführhebel 16 stützt sich auf
eine Hülse 17, welche als Mutter auf einer Schraube 18 läuft: Diese Schraube ist
lose drehbar auf der Kolbenstange ig des Servomotors 14 angebracht und mit einem
Zahnrad 2o versehen. In dieses Zahnrad 2o greift ein Zahnkolben 21 ein, welcher
von dem Ölmotor ii gedreht wird.
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Die in Abb. 4 gezeigte Reguliervorrichtung gestattet den von der Dampfturbine
5 angetriebenen Verdichter 3 so zu beeinflussen, daß die Fördermenge des Verdichters
2 einen gewollten Beträg nicht unterschreitet oder, soweit es möglich ist, sich
auf einen gewollten Betrag einstellt. Durch die Reguliervorrichtung kann die Umdrehungszahl
der Dampfturbine 5 in Abhängigkeit von der Fördermenge des Kreiselverdichters 2
innerhalb des wirksamen Bereiches des Geschwindigkeitsreglers 12 verstellt werden.
Man kann auch hier
die Reguliervorrichtung so ausbilden, daß durch
letztere eine Beeinflussung der Umdrehungszahl der Dampfturbine 5 z. B. erst stattfindet,
wenn eine gewisse minimale Belastung (Pumpgrenze) des Verdichters 2 erreicht ist,
während bei größeren Belastungen der Einfluß der beschriebenen Reguliervorrichtung
ausgeschaltet ist. Man kann .aber andererseits die Reguliervorrichtung auch so ausbilden,
daß eine gewünschte Belastung des Verdichters 2 so lange aufrechterhalten bleibt,
als es überhaupt möglich ist.
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Die Verstellung der Umdrehungszahn kann auch in ähnlicher Weise durch
Veränderung der Federspannung des Geschwindigkeitsreglers erfolgen.
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Anstatt die in Abb. 3 gezeigte, von der Reguliervorrichtung beeinflußteDrosselklappe
23 in der Saugleitung des Verdichters 3 anzuordnen, könnte sie auch im Druckstutzen
dieses Verdichters untergebracht sein.
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Bei . den verschiedenen dargestellten Ausführungsformen arbeitet jeweils-
mit dem Kreiselverdichter 2 ein einziger weiterer Verdichter 3 auf die gemeinsame
Druckleitung r. Es sei bemerkt, daß auch mehrere Verdichter mit dem Kreiselverdichter
2 auf die gemeinsame Druckleitung i arbeiten können. In einem solchen Falle kann
dann in Verbindung mit jedem der mit dem Kreiselverdichter 2 parallel geschalteten
Verdichter eine der beschriebenen Reguliervorrichtungen entsprechende Reguliervorrichtung
vorgesehen werden. Gewünschtenfalls könnte für die mit dem Kreiselverdichter 2 parallel
geschalteten Verdichter auch nur eine einzige Reguliervorrichtung vorgesehen sein,
die mindestens von der Fördermenge des Verdichters 2 beeinflußt wird und ihrerseits
mit mehreren Organen, z. B. mit in jeder Saug- oder Druckleitung der mit dem Verdichter
2 parallel geschalteten Verdichter angeordneten Drosselklappe in Wirkungsverbindung
steht oder auf ein Organ in einer gemeinsamen Leitung wirkt.
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Im weiteren sei bemerkt, daß sich die Erfindung ohne weiteres auch
bei Anlagen verwenden läßt, bei denen an Stelle von Verdichtern Pumpen vorgesehen
sind und von denen eine eine Kreiselpumpe ist, die mit mindestens einer weiteren
Pumpe beliebiger Bauart auf eine gemeinsame Druckleitung arbeitet.
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Unabhängig von den beschriebenen Reguliervorrichtungen könnte z. B.
auch noch eine Reguliervorrichtung am Austrittsende der den parallel geschalteten
Verdichtern oder Pumpen gemeinsamen Druckleitung oder am Eintrittsende der den parallel
geschalteten Maschinen gemeinsamen Saugleitung vorgesehen sein. Solche Reguliervorrichtungen
haben aber mit vorliegender Erfindung nichts zu tun.