DE514438C

DE514438C - Piston compressor driven by an internal combustion engine

Info

Publication number: DE514438C
Application number: DES94840D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Ferdinand Koehler
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1929-11-08
Filing date: 1929-11-08
Publication date: 1930-12-12

Description

Kolbenverdichter mit Antrieb durch eine Brennkraftmaschine; Die Erfindung betrifft die besondere Ausgestaltung eines Kolbenverdichters mit Antrieb durch eine Brennkraftmaschine unter unmittelbarer Kupplung von Kraftkolben und Verdichterkolben. Da die Erfindung in erster Linie für Brennkraftumformer für Gasturbinen bestimmt ist, so sei sie an Hand dieses Beispiels erläutert.Reciprocating compressors driven by an internal combustion engine; The invention relates to the special design of a reciprocating compressor driven by a Internal combustion engine with direct coupling of power piston and compressor piston. Since the invention is primarily intended for internal combustion converters for gas turbines is, it will be explained using this example.

Der Brennkraftumformer dient dazu, die Energie des Brennstoffes in eine Treibgasenergie umzusetzen, welche in der nachgeschalteten Gasturbine Arbeit leistet. Der Brennkraftumformer besteht aus einer Brennkraftmaschine und einem unmittelbar gekuppelten Kolbenverdichter, die derart miteinander zusammenarbeiten, daß freie Energie an der Welle dieses Maschinensatzes nicht zur Verfügung steht. Bei Aufzeichnung der Arbeitsverhältnisse in einem Diagramm würde das Arbeitsdiagramm der Brennkraftmaschine flächengleich dem Diagramm des Verdichters sein.The internal combustion converter is used to convert the energy of the fuel into to implement a propellant gas energy, which work in the downstream gas turbine perform. The internal combustion converter consists of an internal combustion engine and a direct one coupled reciprocating compressors that work together in such a way that free Energy on the shaft of this machine set is not available. When recording the working conditions in a diagram would be the working diagram of the internal combustion engine be of the same area as the diagram of the compressor.

Da man zur Herabsetzung der Temperatur der den Br ennkraftumforrner verlassenden Treibgase mit einem verhältnismäßig großen L uftüberschuß zu arbeiten hat, so sind auch die vom Verdichter zu fördernden Mengen groß. Da der Brennkraftumformer nun zur Bereitstellung der Treibgasenergie für die Gasturbine dient, so muß er so ausgebildet «erden, daß sein Wirkungsgrad möglichst hoch liegt, denn von ihm ist letzten Endes der Gesamtwirkungsgrad der Anlage abhängig. Zur Erfüllung dieser Bedingung gehört in erster Linie die Vermeidung zusätzlicher Strömungs- und Wirbelungsverluste. Man muß also die Strömungswege nicht nur der Treibgase, sondern vor allem auch der verdichteten Luft so ausbilden, daß eine möglichst reibungsfreie Strömung gewährleistet wird. Um das zu erreichen, wird gemäß der Erfindung der Verdichter derart ausgebildet, daß sein Arbeitsraum in einen Ventilraum übergeht, dessen Längsausdehnung ein Mehrfaches seiner radialen Ausdehnung ist und dessen Mantelflächen zur Aufnahme der Ventile dienen.Since one has to lower the temperature of the combustion power converter leaving propellants to work with a relatively large excess of air has, the quantities to be pumped by the compressor are also large. Since the internal combustion converter now serves to provide the propellant gas energy for the gas turbine, so it must trained «so that its efficiency is as high as possible, because it is from him ultimately the overall efficiency of the system depends. To meet this condition First and foremost, avoiding additional flow and turbulence losses. So you have to determine the flow paths not only of the propellant gases, but above all of the Form compressed air in such a way that the flow is as frictionless as possible will. In order to achieve this, the compressor is designed according to the invention in such a way that that its working space merges into a valve space, the length of which is a multiple its radial extent and its lateral surfaces for receiving the valves to serve.

Bei dieser Ausbildung ergeben sich strömungstechnisch sehr gut verlaufende Strömungswege, und es wird darüber hinaus eine baulich sehr einfache Ausführungsform gewonnen. Bisher hat man die Ventilräume gerade umgekehrt ausgebildet, d. h. man hat ihnen eine verhältnismäßig große radiale Erstreckung gegeben und sie dafür niedrig gehalten. Die Ventile sitzen dann nicht an den Mantelflächen, sondern an den Stirnflächen. Wenn man bei einer derartigen Ausbildung mehrere Zylinder nebeneinander zu setzen hat, was bei Brennkraftumformeranlagen im allgemeinen der Fall sein wird, so müßten infolge der großen radialen Erstreckung der Ventilräume die Zylinder sehr weit auseinandergezogen werden, es sei denn. daß man die Zahl der Ventile verringert und dadurch ein engeres Aneinanderbauen der einzelnen Zylinder ermöglicht. Dann muß man aber erhöhte Strömungswiderstände in Kauf nehmen, da die geförderte Luft durch eine kleinere Zahl von Ventilen abströmen muß. Die ganze Konstruktion wird außerdem sehr sperrig. Wenn man gemäß der Erfindung verhältnismäßig schmale, aber dafür hohe Ventilräume ausbildet und die Ventile auf den Mantelflächen anordnet, so bekommt man eine glatte, wenig Platz beanspruchende Ausführung, die außerdem dieUnterbringung einer beliebigen Anzahl von Ventilen ermöglicht, da man in der Lage ist, eine Reihe von Ventilgruppen übereinander anzuordnen.This design results in very good fluidic flow Flow paths, and it is also a structurally very simple embodiment won. So far, the valve chambers have just been designed in reverse, i. H. man has given them a relatively large radial extension and they are low held. The valves are then not located on the lateral surfaces, but on the end faces. If you put several cylinders next to each other in such a training has, which will generally be the case with internal combustion converters, should due to the large radial extent the valve chambers the cylinders be pulled very far apart unless. that one reduces the number of valves and thereby enables the individual cylinders to be assembled closer together. then but you have to accept increased flow resistance, because the conveyed air must flow out through a smaller number of valves. The whole construction will also very bulky. If you are relatively narrow according to the invention, but for this purpose forms high valve spaces and arranges the valves on the lateral surfaces, so you get a smooth, space-consuming design that also allows the accomodation of any number of valves, since one in the Is able to arrange a number of valve groups one above the other.

In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar in ihrer Anwendung auf einen Brennkraftumformer, dargestellt, obgleich, wie bereits erwähnt, dieser nicht die einzige Anwendungsmöglichkeit der Erfindung darstellt. Sie ist in jedem anderen Fall brauchbar, wo ein Brennkraftkolben unmittelbar reit einem Verdichterkolben verbunden ist.In the figure is an embodiment of the invention, namely in their application to an internal combustion converter, shown, although, as already mentioned that this is not the only possible application of the invention. It can be used in any other case where an internal combustion piston rides directly is connected to a compressor piston.

Der Brennkraftumformer umfaßt den Zylinder i der Brennkraftmaschine und den Zylinder 2 des Verdichters. 3 ist der Kraftkolben, 4 der Arbeitskolben. Der Zylinder i ist durch einen Ringflansch 5 am Zylinder :2 befestigt. 6 ist eine gleichzeitig als Abdichtung dienende Führung für die Kolbenverlängerung 17, an der die Kurbelstange 7 angreift. Gemäß der Erfindung geht der Zylinderraum 8 in einen Ringraum 9 über, der in radialer Richtung nur eine geringe, in axialer Richtung eine verhältnismäßig große Erstreckung besitzt. Die Mantelflächen dieses Ringraumes dienen zur Aufnahme der Ventile, und zwar sowohl der Saugventile io wie der Druckventile i i. Geht der Kolben 4 aus der dargestellten Stellung abwärts, so wird durch die Ventile io Luft aus einer gemeinsamen Zulaufleitung 12 in den Zylinderraum 8 angesaugt. Gleichzeitig wird die unterhalb des Kolbens 4 befindliche Luftmenge in eine unter dem Förderdruck stehende Sammelleitung 13 geschoben. Bei der nach Überschreiten des unteren Totpunktes vor sich gehenden Aufwärtsbewegung des Kolbens 4 wird die über ihm befindliche Luftmenge verdichtet und durch die Ventile i i in den mit dem Sammelraum 13 verbundenen Druckraum 14 geschoben, aus dem sie bei einer entsprechenden Stellung des Kolbens 3 durch Schlitze 15 in den Zylinderraum i übertritt. Die Kraft für die Aufwärtsbewegung des V erdichterkolbens 4 liefert die aus dem Sammelraum 13 in den Zylinderrraum 8 zurückströmende Luft.The internal combustion power converter comprises the cylinder i of the internal combustion engine and cylinder 2 of the compressor. 3 is the power piston, 4 is the working piston. The cylinder i is attached to the cylinder 2 by an annular flange 5. 6 is a at the same time serving as a seal guide for the piston extension 17 on the the connecting rod 7 engages. According to the invention, the cylinder space 8 goes into a Annular space 9 over which only a small amount in the radial direction and in the axial direction has a relatively large extension. The outer surfaces of this annular space serve to accommodate the valves, namely both the suction valves and the pressure valves i i. If the piston 4 goes down from the position shown, the Valves io air is sucked into the cylinder space 8 from a common feed line 12. At the same time, the amount of air located below the piston 4 is in a below the delivery pressure standing collecting line 13 pushed. When after exceeding of the bottom dead center before going upward movement of the piston 4 is the The amount of air located above it is compressed and through the valves i i into the with the Collective chamber 13 connected to the pressure chamber 14, from which it is pushed at a corresponding Position of the piston 3 passes through slots 15 into the cylinder space i. The power for the upward movement of the compressor piston 4 supplies the from the collecting space 13 air flowing back into the cylinder space 8.

Die eben erläuterte Ausführungsform ist insofern besonders einfach, als der Ringraum 9 durch die .besondere Ausbildung des Kraftzylinders i und des Arbeitszylinders 2 geschaffen wird. Es ist also kein verwickeltes Gußstück zu seiner Bildung erforderlich. Außerdem erkennt man, daß man für die verdichtete Luft sehr große Querschnitte bereitstellen kann, so daß die beim Überströmen aus dem Zylinderraum 8 in den Raum 14 auftretenden Reibungs- und Wirbelungsverluste verhältnismäßig niedrig gehalten werden können. Soll aus konstruktiven Gründen der Ringraum 9 nicht auf seinem ganzen Umfang mit Ventilen besetzt werden, weil sonst die nebeneinander angeordneten Zylinder zu weit auseinandergedrückt würden, so bietet die natürliche beträchtliche Höhe des Mantelraumes 14 die Möglichkeit, die Ventile nur auf einem Teile des Umfanges, aber in mehreren Reihen übereinander anzuordnen und dadurch die nötigen Ventilquerschnitte wiederherzustellen.The embodiment just explained is particularly simple in this respect, than the annular space 9 due to the special design of the power cylinder i and des Working cylinder 2 is created. So it's not an intricate casting to his Education required. In addition, one recognizes that one is very much in favor of the compressed air can provide large cross-sections, so that when overflowing from the cylinder chamber 8 in the space 14 occurring friction and eddy losses are relatively low can be held. Should the annular space 9 not open for structural reasons its entire circumference can be filled with valves, otherwise they would be arranged next to one another Cylinders would be pushed too far apart, so the natural offers considerable Height of the shell space 14 the possibility of the valves only on part of the circumference, but to be arranged in several rows one above the other and thus the necessary valve cross-sections restore.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Piston compressor driven by an internal combustion engine and direct coupling of the power piston and compressor piston, characterized in that the working chamber (8) of the compressor (2, 4) merges into a valve chamber (9), whose longitudinal extent is a multiple of its radial extent and which Outer surfaces are used to accommodate the valves (io, ii).

2. Arrangement according to claim i, characterized in that the pressure valves (io) in one of the power cylinders (i) the surrounding annular space (14) open to the power cylinder (i) through slots (15) is in connection.

3. Arrangement according to claim i or 2, characterized in that that the valve chamber (9) through the cylinder wall (2) of the compressor and by a Wall of the power cylinder used (i) is formed.