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Hochdruck-Kolbenkompressoranlage Die Erfindung bezieht sich auf eine
Hochdruck - Kolbenkompressoranlage nach dem Hauptpatent 4s; 128. Sie besteht darin,
daß mindestens ein Teil des Volumens der schwingenden Flüssigkeitssäule mit Hilfe
einer Umleitung in einen Raum geleitet wird, in welchem er nicht zur Wirkung kommt,
zum Zweck, den Hub des bzw. der die Verdichtung bewirkenden Kompressorkolben bei
gleichbleibender Mittelstellung zu verändern.
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Der Antriebskolben kann als Stufenkolben ausgebildet und entsprechende
auf entgegengesetzte Flächen des Zwischenkolbens wirkende Flüssigkeitssäulen können
durch eine Umlaufleitung miteinander abschließbar verbunden sein. Gegebenenfalls
kann aber auch der Zwischenkolben als Stufenkolben ausgebildet sein. Um die Abstufungsmöglichkeit
der Veränderung des Volumens der Flüssigkeitssäule zu vergrößern, empfiehlt es sich,
sowohl den Antriebskolben als auch den Zwischenkolben als Stufenkolben auszubilden
und entsprechende zusammenarbeitende Seiten der Kolben miteinander abschließbar
zu verbinden.
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Die zwischen dem Zwischenkolben und dem Antriebskolben angeordnete
Flüssigkeitssäule kann durch ein Abschlußorgan unterbrochen werden, wie auch die
die Umleitung ermöglichenden Verbindungen mit einem Abschlußorgan versehen sein
können. Entsprechende zusammenarbeitende Abschlußorgane können gemeinsam umgesteuert
werden.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist an Hand eines
zweistufigen Kompressors auf der Zeichnung schematisch dargestellt.
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Abb. i zeigt die Stellung der Abschluß-und Umlauforgane für die Schaltung
der Flüssigkeitsäulen für größten Hub, welcher durch die gestrichelt gezeichneten
Endlagen der Kompressorkolben kenntlich gemacht ist.
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Abb.2 und 3 erläutern die Stellung und Schaltung der verschiedenen
Organe für eine Verkleinerung des Hubes.
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Abb. q. und 5 sind Abänderungen von Abb. i.
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Abb.6 veranschaulicht die Veränderung des Hubes de.- Kompressorkolben.
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Im Zylinder i- (Abb. i), in welchem die Flüssigkeitssäulen 2, 3, q.
und 5 eingeschlossen sind, wird durch die Kolbenstange 6 der doppeltwirkende Stufenkolben
7 (Antriebskolben) bewegt. Die Flüssigkeitssäulen 2 und 3 stehen durch Leitungen
3 und 9, die mit Abschlußorganen io und i i versehen sind, mit der einen Seite des
im Zylinder 12 angeordneten Zwischenkolbens 13 in Verbindung. Die Flüssigkeitssäulen
q. und 5 sind durch die Leitungen 1.4 und 15, die durch Organe 16 und
17
abgeschlossen werden können, mit der anderen Seite des Zwischenkolbens 13 verbunden.
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Auf der Kolbenstange 18 des Zwischenkolbens 13 ist einerseits
im Zylinder 19 der doppeltwirkende -Kompressorkolben 20, z. B. einer ersten
Druckstufe 1, und im Zylinder 21 der doppeltwirkende Kompressorkolben 22 einer zweiten
Druckstufe II angeordnet. Zwischen den Flüssigkeitssäulen 2 und 5 ist eine durch
ein Organ 23 abschließbare Umlaufleitung 24 vorgesehen. Die Flüssigkeitssäule 3
ist durch eine Umlaufleitung 2 5, welche ebenfalls ein Abschlußorgan 26 aufweist,
mit der Flüssigkeitssäule 4 verbunden.
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Die Abschlußorganeio und 17 können einzeln verstellt oder durch eine
Kupp-elitange 27, mit welcher auch noch das Organ 23 verbunden sein kann, nach Art
eines Gelenkvierecks miteinander betätigt werden. In gleicher Weise kann die Umschaltung
der Abschlußorgane i i und 16, die z. B. durch eine Stange 28 :gekuppelt sind, zusammen
erfolgen. Auch das Organ 26 kann mit der Stange 28 verbunden sein, so daß die Verstellung
der Organe i i, 16 und 26 miteinander erfolgt.
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Die Arbeitsweise der in Abb. i bis 3 dargestellten Anlage ist folgend
Die für beide Bewegungsrichtungen in Betracht kommende gesamte Arbeitsfläche F des
Antriebskolbens 7 besteht gemäß Abb. i für jede Seite aus der Fläche f1 des kleineren
und der Fläche f2 des _ größeren Kolbens. Entsprechend der Stellung der Organe i
o, i i, 16, 17, 23 und 26 wirkt bei jedem Hub des Kolbens 7 die FlächeF=
f1-+ f2 auf die Flüssigkeitssäulen. Bewegt sich der Kolben 7 nach .links, so wird
die Säule 2 .durch die Leitung 8 und das geöffnete Organ i o, die Säule 3 durch
die Leitung g und das offene Organ i i auf die linke Seite. des Kolbens 13 im Zylinder
12 gedrückt, derselbe nach rechts gepreßt und die Verdichtung des in die rechten
Zylinderseiten der ersten und zweiten Stufe eingeführten Mittels bewirkt.
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Beim Rückwärtsgang des Kolbens 7 wirkt dieselbe Fläche F = f
1-+- f2 auf die Flüssigkeitssäulen 4 und 5, wodurch diese letzteren durch Leitungen
14 und 15 und die geöffneten Organe 16 und 17 auf die rechte Seite des Kolbens 13
geleitet werden und den Kolben nach links drücken, wobei die Verdichtung des in
die linken Sexten der ;Zylinder i9 und 21 angesaugten Mittels bewirkt wird. Dabei.
sind die Umlauforgane 23 und 26 geschlossen.
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Soll nun z. B. der schädliche Raum vergrößert bzw. der Hub der Kompressorkolben
verkleinert werden, so erfolgt dies gemäß der Erfindung durch Veränderung des Volumens
der Flüssigkeitssäule, wobei ein Teil desselben ausgeschaltet wird, indem z. B.
die Fläche f1 und damit die Flüssigkeitssäule 2 bzw. 5 wirkungslosgemacht werden.
Zu diesem Zweck werden die Organe io und 17 in die aus Abb.2 ersichtliche Lage gebracht,
d. h. abgeschlossen und das Abschlußorgan 23 der Umlaufleitung 24 geöffnet. Für
die Verschiebung des Zwischenkolbens 13 steht also nur noch die auf die Flüssigkeitssläule
3 bzw. 4 wirkende Fläche f2 zur Verfügung.
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Bewegt sich der Kolben 7 z. B. nach links, so drückt die Fläche f2
die Flüssigkeitssäule 3 durch die Leitung g und das offene Organ i i auf die linke
Seite des Kolbens 13. Die von der Kolbenfläche f1 verdrängte Flüssigkeit findet
die Leitung 8 geschlossen und wird durch die Umlaufleitung 24 in das durch die Verschiebung
des Kolbens 7 gebildete Vakuum des Raumes der Flüssigkeitssäule 5 gedrückt. Infolge
der Ausschaltung der FlÄ che f l bzw. des von ihr ververdrängten Volumens wird der
Kolben 13 nur bis in die punktiert eingezeichneten Endlagen verschoben, durch welche
auch die punktiert eingezeichneten Endlagen der Kompressorkolben 2o und 22 bestimmt
sind. Gegenüber Abb. i ist der Hub der Kolben 20 und 22 in einer Richtung um den
Betrag so verkleinert.
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Beim Rürkwrärtsgang des Kolben 7 wird die Flüssigkeitsäule 4 durch
die Leitung 14 auf die rechte Seite des Kolbens 13 gedrückt und dieser nach links
verschoben, wobei in den linken Seiten der Zylinder i9 und 21 die Verdichtung des
angesaugten Mittels erfolgt. Das von der Fläche f1 verdrängte, um die Säule 2 vergrößerte
Volumen .der Flüssi,gkeitssäule 5 wird durch die Umlaufleitung 24 wieder. in den
_ Raum der Flüssigleitssiäule 2 zurückgefördert. Der Hub des Zwischen. kolbens 13
ist also auch in dieser Richtung durch die Verkleinerung der auf die Flüssigkeitssäule
wirkenden Fläche bzw. - durch die Abschaltung eines Teils -der Flüssigkeitssäule
um den Betrag so kleiner geworden, so daß der gesamte Hub der Kolben 2o -und z2
um den Betrag 2-So, und zwar gleichmäßig in bezug auf die Mittelstellung der Kompressorkolben
verkleinert worden .ist.
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Soll die Fläche f2 des Antriebskolbens 7 ausgeschaltet. werden, so
sind, wie in Abb. 3 dargestellt ist, die Org ,ane 11, 16 und 23 zu schließen. Für
die Bewegung des Kolbens 13 steht somit nur noch die von der Fläche f1 beeinflußte
Flüssigkeitssäule zur Verfügung, da die von der Fläche/2 verdrängte Flüssigkeitssäule,
ohne Arbeit zu leisten, durch die Umlaufleitung 26 verschoben wird. Durch Verkleinerung
der wirkenden Fläche wird der Hub des Zwischenkolbens 13 und derjenige
der
Kompressorkolben 2o und 22 auf die durch die punktiert eingezeichneten Endlagen
ersichtliche Größe verkleinert.
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Gemäß Abb. 4 ist der Antriebskolben 7 doppeltwirkend, der Zwischenkolben
13, mit dem die Kompressorkolben 2o und 22 durch die Kolbenstange 18 verbunden
sind, dagegen als Stufenkolben ausgebildet. Ferner wirkt der Antriebskolben 7 statt
wie in den Abb. 1 bis 3 auf vier Flüssigkeitssäulen unmittelbar, nur auf zwei unmittelbar,
nämlich auf 30 und 31. Ein Teil der Flüssigkeitssäule 30 gelangt durch die
Leitung 32 auf die kleinere rechte Kolbenfläche des Zwischenkolbens 13 zur Wirkung,
während ein anderer Teil. der Säule 3o durch die Leitung 33 auf de rechte größere
Kolbenfläche des Zwischenkolbens 13 einwirkt. Die Leitungen 32 und 33 sind durch
Urgane 34 und 35 abschließbar gemacht. Auch die Flüssigkeitssäule 31 wird durch
die Leitungen 36 und 37 hinsichtlich ihrer Einwirkung auf den Zwischenkolben 13
in .gleicher `''eise unterteilt, indem ein Teil. durch die Leitung 37 auf die größere
Fläche, ein anderer Teil durch die Leitung 36 auf der kleineren Fläche des Zwischenkolbens
zur Wirkung gelangt. Die Leitungen 36 und 37 können durch Organe 38 und 39 abgeschlossen
werden.
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Die beiden Seiten des Zylinders mit dem kleineren Durchmesser sind
durch. eine Umlaufleitung 40, die Enden des Zylinders mit dem größeren Durchmesser
durch die Umleitung 41 miteinander verbunden. Das Abschlußorgan 42 .der Umleitung
40 kann mit den Abschlußorganen 38 und 34 zwangsläufig gekuppelt sein, ebenfalls
das Abschlußorgan 43 der Umleitung 41 mit den : Abschlußorganen 39 und 35.
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Um eine Veränderung des Hubes der Kompressorkolben möglich zu machen,
steht das verdrängte Volumen, d. h. das Produkt aus dem Hub und der auf die Flüssigkeitssäule
wirkenden Fläche des Kolbens 7 in einem solchen Verhältnis zu den entsprechenden
Größen des Kolbens 13, daß die Komprzssorkolben 20 und 22 den größten Hub ausführen,
we11n die Flüssigkeitssäule 3o bzw. 31 auf die kleinste Flläche des Zwischenkolbens
13 wirkt, d. h. wenn die Leitungen 32 und 36 sowie die Umleitung 41 geöffnet und
die Leitungen 33 und 37 sowie die Umleitung 4o geschlossen sind. Diese Stellung
ist aus, Abb. 4 zu ersehen.
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Soll der Hub z. B. auf I/2 verkleinert werden, so sind bei gleichzeitiger
Öffnung des Organs 42 die Organe 38 und 34 zu schließen, so daß die vom Kolben 7
verdrängte Flüssigkeit durch die Leitungen 37 und 33 auf die größere Fläche des
Zwischenkolbens, die auf der Zeichnung doppelt so groß als die kleinere ist, geleitet
wird. Soll der Hub noch weiter verkleinert werden, z. B. auf 1/3, so sind auch noch
die Organe 38 und @34 zu öffnen und das Organ 42 .zu schließen. Die Flüssigkeitssäulen
3o und 31 wirken in diesem. Fall auf eine Fläche, die dreimal größer ist als bei
alleiniger Öffnung der Organe 38 und 34. Der Hub wird dadurch auf ein Drittel seiner
höchsten Größe verkürzt.
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Eine weitere Abstufung für die Veränderung des Hubes ergibt sich-
dadurch, daß nicht nur der Zwischenkolben 13, sondern der Zwischenkolben und der
Antriebskolben als Stufenkolben ausgebildet sind, wobei. durch die Zahl der Stufen
die gewünschte Abstufbarkeit erreicht wird.
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Abb.5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in welchem sowohl der Antriebskolben
7 als auch der Zwischenkolben 13 ° als doppeltwirkende Stufenkolben ausgebildet
sind. Die Flüssigkeitssäulen 2 und 3 steheinn mit jedem der Zylinderräume 45 und
46 des Zwischenkolbens in Verbindung. Ebenfalls sind die Flüssigkeitssäulen 4 und
5 mit jedem der Zylinderräume 47 und 48 verbunden. Wie aus der Abb.5 ersichtlich
ist, können die einzelnen Leitungen, die an einer Zusammenfiußstelle 49 bzw.
50 zusammen kommen, durch Organe 51, 52, 53 und 54 bzw. 55, 56, 57 und 58
abgeschlossen oder geöffnet werden. Die Flüssigkeitssäulen 2, 3, 4 und 5 sind unter
sich durch die Umlaufleitungen 24 und 25 miteinander verbunden. Die Zylinderräume
45 und 48 sowie 46 und 47 des Zwischenkolbens sind durch Umlaufleitungen 40 und
41 miteinaäder verbunden.
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Der Kolben 7 ist derart bemessen, daß der Hub der Kompressorkolben
am größten ist, wenn die größere und kleinere' Fläche des Kolbens 7 die Flüssigkeitseäulen
2 und 3 gleichzeitig und auf die kleinere Fläche des Kolbens 13 allein verschieben
(Organe 51, 52, 53 bzv. 55, 56, 58 sowie 43 sind geöffnet, 23, 26, 54, 57 und 42
geschlossen). Umgekehrt ist der Hub der Kompressorkolben am kleinsten, wenn nur
die Flüssigkeitssäule 2 bzw. 5 und in die Räume 45 und 46 in einer Bewiegun,gsrichtung
bzw. 47 und 48 in der anderen gleichzeitig verschoben wird, während die Säule 3
bzw. 4, ohne Arbeit zu leisten, in der Umlaufleitung 25 pendelt (Stellung, der Organe
wie in Abb.5). Für das in Abb.5 dargestellte Ausführungsbeispiel .ergeben sich bei
gleichbleibender Mittelstellung somit neun Abstufungsmöglichkeiten für die Veränderung
des Hubes der Kompressorkolben.
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Zusammengefaßt bestehen verschiedene Möglichkeiten, Aden Hub der Kompressorkolben
bei gleichbleibender Mittelstellung derselben zu verändern, sei es, daß nur ein
Teil des vom Antriebskolben verdrängten Volumens
auf den Zwischenkolben
zur Wirkung gebracht, ein anderer Teil in einer Umlaufleitung, ohne Arbeit zu leisten,
pendelt, (Abb. i bis 3), sei es, daß bei vom Antri;e;bskolben verdrängtem konstanten
Flüssigkeitsvolumen die- Veränderung des Hubes durch Veränderung, z. B. Vergrößerung
des diesem Volumen im Zylinder des Zwischenkolbens zur Verfügung stehenden Raumes
bewirkt wird (Abb. q.) oder endlich durch Unterteilung der vom Antriebskolben bewegten
Flüssigkeitssäule und Veränderung des Raumes im Zylinder des Zwischenkolbens, durch
Zu- oder Abschalten von Teilräumen (Abb.5). Wie in Abb.6 dargestellt ist, wird dadurch
anreicht, daß der größte Hubs bei s1, s, usw. verkleinert werden kann, indem die
lVlittellage m der Kompressorkolben dieselbe bleibt.
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Die gemäß der Erfindung vorgesehene Veränderung des Hubes kann natürlich
auch für einfach wirkende Kompressorkolben in Betracht kommen, wie auch durch die
Antrieb@smaschine mehrere Kolben 7 betätigt werden können oder die Schaltung der
Zwischenkolben oder der Verbindungs- oder der Umleitungen in anderer Weise, als.
in den Ausführungsbeispielen dargestellt, erfolgen kann.