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Ein- oder mehrstufiger Kolbenkompressor mit Ausgleich des Kraftverbrauchs
beim. Hin- und Hergang des Kolbens. Beim Betriebe von Kolbenkompressoren ist bekanntlich
.die Belastung des Gestänges und der Antriebsmaschine insofern eine ungleichmäßige,
als die Ansaugearbeit wesentlich geringer ist als die Kompressionsarbeit. Das Gestänge
wird dadurch beim jedesmaligen Hubwechsel bedeutenden Stößen ausgesetzt, was unter
Umständen zu einer Zerstörung des Getriebes, zum mindesten aber zu einer Übermäßigen
Belastung und damit rascheren Abnutzung der Anlage führt.
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Um diesen Nachteil zu beseitigen, hat man
sogenannte
Ausgleichsräume angeordnet, in «-elche aus einer oder mehreren Stufen Druckluft
eingeführt wird, «-elche beim Kompressionshub die Kolbenbewegung unterstützt, ihr
beim Ansaugehub aber entgegensteht. Auf diese Reise wird bei dein letztgenannten
'\-organge eine zusätzliche Arbeit geleistet, um welche sich die hei dein Kompressionshub
zu leistende Arbeit vermindert. Der Kraftverbrauch beim Hin- und Hergang des Kol,ens
sowie die Beanspruchung des Gestänges werden dadurch gleichmäßiger.
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Kompressoren dieser Art sind in verschiedensten Ausführungen bekannt
geworden. So ist beispielsweise der Druckausgleichsraurn in die Druckluftleitung
oder bei mehrstufigen Kompressoren in die Verbindungsleitu.:g von einer zur nächstfolgenden
Stufe eingebaut worden. Hierbei muß nun die gesamte geförderte Gasmenge den Druckausgleichsrauni
durchströmen, d. h. der auf den Kolben wirkende Ausgleichsdruck wird der oder einer
der einzelnen 'Stufen entnommen. Eine weitere bekannte Ausführungsform unterscheidet
sich von der eben beschriebenen nur dadurch, daß der Ausgleichsraum nicht in die
eigentliche Druckleitung, sondern an eine Abzweigung der Druckluftleitung angeschlossen
ist. Wenn also auch in diesem Falle ein Durchströmen des Ausgleichsraumes durch
die gesamte Fördermenge nicht stattfindet, so ist dieser doch dauernd mit Druckluft
aus einer der Stufen angefüllt.
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Es ist ohne weiteres einzusehen, daß diese .-Abhängigkeit des Ausgleichsdruckes
von demjenigen des zu fördernden Gases nachteilig ist. Alle Schwankungen in den
Stufen bzw. Druckleitungen übertragen sich auf den Ausgleichsraum und bewirken,
daß der erreichte Ausgleich des Kraftverbrauchs ein durchaus ungleichmäßiger ist.
Die langen Verbindungsleitungen zwischen dem Ausgleichsraum und den Stufen erge;-en
vermehrte Reibungsverluste, ebenso haben die zahlreichen Rohranschlüsse Verluste
durch Undichtheiten zur unausbleiblichen Folge. Ferner treten durch das fortwährende
Hin- und Herdrücken des Gases aus dem Ausgleichsraum in die Verbindungsleitungen
zu den Druckstufen Wirbelverluste auf.
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Es isst ferner ein Kolbenkompressor bekannt geworden, bei welchem
neben den eigentlichen Arbeitskolben ein besonderer Ausgleichskolben vorgesehen
ist, dessen Zylinder mit einer Druckstufe oder der Atmosphäre in Verbindung steht.
Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß die Baulänge des Kompressors nicht
unerheblich vergrößert und die Masse der hin und her zu bewegenden Teile vermehrt
wird. Dies bedeutet einen erhöhten. Aufwand an Material und Antriebskraft, zumal
auch der Ausgleichskolben die Reibungsarbeit vermehrt.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung der bekannten Kolbenkompressoren
dar und besteht darin, daß der Ausgleichsraum getrennt von den übrigen Räumen angeordnet
ist, derart, daß der oder einer der Arbeitskolben beim An.saugehub die dem ' Kraftausgleich
dienende Gasmenge unabhängig von der zu fördernden Gasmenge in dem Ausgleich r aum
komprimiert und beim KornpressionshuLe unter der Einwirkung der im Ausgleichsraume
expandierenden Gasmenge steht. Das zu fördernde Gut gelangt also hier-; bei weder
in den Ausgleichsraum, noch ist R überhaupt eine Verbindung zwischen diesem und
den Kompressionsräumen erforderlich, so f daß die ohenerwähnten Verlustquellen vermieden
werden. Schwankungen in den Druckleiturigen bleiben ohne Einfluß auf den Druck-,
ausgleichsrauen, können also auch nicht nachteilig auf. die Gleichmäßigkeit der
Arbeitsverteilung einwirken. Durch den Fortfall des besonderen Ausgleichskolbens
wird eine Herabsetzung der Anlage- und Betriebskosten ermöglicht.
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Bei dem neuen Kolbenkompressor findet demnach beim Aiisaugehub eine
tatsächliche E Arl:eitsaufspeicherung statt, welche bei dem anschließenden Kompressionsbube
nutzbringende Verwertung findet. Hiervon kann hei den bekannten Einrichtungen keine
Rede sein. Bei diesen erfolgt bei dem Ansaugehub sowohl wie bei dem Kompression.shube
gewissermaßen nur eine Verschiebung eines unter Druck stehenden Gasvolumens, welche
bei jenem Hub hemmend, bei diesem fördernd wirkt. Es leuchtet ohne weiteres ein,
daß eine derartige Wirkungsweise nicht vom gleichen Erfolge begleitet sein kann,
wie die erfindungsgemäß erfolgende Arbeitsaufspeicherung.
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Die neue Anordnung des Ausgleichsraumes gesondert von den Druckleitungen
und Kompressorstufen hindert nicht, denselben mit einzelnen Stufen oder der Saug-
bzw. der Druckleitung durch Rohrleitungen zu verbinden, die naturgemäß nur einem
untergeordneten Zwecke dienen. Da Uaidichtheiten irn Druckausgleichsraum durch die
Stopfbüchse u. dgl. unvermeidlich sind, würde das in diesem Raume eingeschlossene
Gas allmählich an Druck verlieren, werri nicht auf irgendeine Weise für Aufrechterhaltung
des gewünschten Druckes gesorgt würde. Es empfiehlt sich l daher, den Druckausgleichsraum
zwecks Er-Satzes etwaiger Undichtigkeitsverluste mit der Druckleitung bzw. einer
Stufe höheren ' Druckes zu verbinden. Diese Verbindungsleitung ist natürlich mit
entsprechend klein !gehaltenem Querschnitt versehen und beispielsweise
mit
einem Überströniventil ausgestattet, welches auf einen bestimmten Druck eingestellt
wird und beim Sinken des Druckes unter die erforderliche Mindesthöhe Druckluft aus
der Stufe in den Ausgleichsraum übertreten läßt.
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Bei einer Kompressorenanlage dieser Art ist ferner noch der Umstand
zu berücksichtigen, daß die in dem Ausgleichsraum eingeschlossene Gasmenge sich
allmählich mit Öl anreichert und daher infolge der bei den hohen Drücken auftretenden
hohen Temperaturen die Gefahr einer Selbstzündung und Explosion vorliegt. Es ist
daher zweckmäßig, den Druckausgleichsr aum zum Zwecke eines langsamen Gaswechsels
mit der Saugleitung bz«-. einer Stufe niederen Druckes in Verbindung zu setzen.
Naturgemäß darf auch diese Verbindungsleitung keinen zu großen Querschnitt tesitzen
und wird vorteilhaft mit einem Drosselventil versehen, welches nur eine bestimmte
Gasmenge aus dem Ausgleichsraum in die Saugleitung o. dgl. treten läßt.
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Es ist ohne weiteres einleuchtend, daß diese geschilderten Verbindungsleitungen
nicht im mindesten die Ausgleichsarbeit der im Druekausgleichsrauin befindlichen
Gasmenge beeinflussen. Ein Kompressor .der beanspruchten Art zeichnet sich vielmehr
durch Vermeidung sämtlicher Verlust- und Gefahrquellen, durch hohe Betriebssicherheit,
gle:chinäßige Verteilung der Kompressionsarbeit und außer der Verminderung des Schwungradgewichte.3
durch hohen mechanischen Wirkungsgrad dem Bekannten gegenüber aus.
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Die Zeichnung veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel
des Erfindungsgegenstandes und stellt die beiden letzten Stufen eines fünfstufigen
Hochdruckkompressors dar.
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Der als Differentialkolben ausgebildete Kolben a saugt das Gas aus
der Leitung b in den 7ylinderrauin B, von wo dasselbe beim Kompressionshube durch
die Kühlschlange c in. den Raum z1 der letzten Stufe gelangt. Die Leitung d führt
zur Verbrauchsstelle bzw. zum Druckluftbehälter. Der auf der Antriebsseite des Kolbens
a befindliche Raum C steht unmittelbar finit dem Ausgleichsraum D und durch die
Leitung e mit der Druckleitung c in Verbindung. In die Leitung e ist das Überströmv
entil E eingebaut. Der Druckausgleichsrauiii P wird ferner durch die Rohrleitung
f , in welche das Drosselv entil F eingebaut ist, mit der Ansaugeleitung b der Stufe
B verbunden. Die Wirkungsweise des Kompressors ist folgende Die Räume C und D werden
mit Gas bestimmten, berechenbaren Druckes gefüllt, und zwar derart, daß die Räume
B einerseits und C sowie D anderseits bei Kompressionstotlage annähernd gleichen
Druck aufweisen. Beim Ansaugehub saugt nun der Kolben a einerseits aus der Leitung
b Gas an und komprimiert auf der anderen Seite das in dem Ausgleichsraum D befindliche
Gas. Hierbei wird zusätzliche Arbeit geleistet und diese durch Druckerhöhung im
Ausgleichsraum aufgespeichert. Bei dem nun erfolgenden Kompressionshube wird die
aufgespeicherte Arbeit durch Expansion des im Ausgleichsraum D eingeschlossenen
Gases wieder abgegeben, so daß die Kompressionsarbeit um dasselbe Maß vermindert
wird, als die Ansaugearbeit gesteigert wurde. Bei Druckverlusten in den Räumen C
und D läßt das Überströmventil E Gas aus der Leitung c in jene Räume treten, während
bei hohem Drucke im Ausgleichsraum aus diesem eine geringe, durch das Drosselventil
F geregelte Menge Gas durch die Leitung f in die Saugleitung b
gelangt.