DE581783C

DE581783C - Vorrichtung zur Kaelteerzeugung, insbesondere zur Verfluessigung schwer verfluessigbarer Gase

Info

Publication number: DE581783C
Application number: DEL81124D
Authority: DE
Original assignee: Linde Air Products Co
Current assignee: Linde Air Products Co
Priority date: 1931-05-09
Filing date: 1932-05-05
Publication date: 1933-08-02
Also published as: FR392733A; GB392733A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kälteerzeugung, insbesondere zur- Verflüssigung schwer verflüssigbarer Gase, welche aus einem Hauptkompressor, in dem der Druck des Gases erhöht wird, einem Hilfskompressor, in dem das Gas eine zusätzliche Drucksteigerung erfährt, und einem Expansionsmotor besteht, in welchem durch Expansion des Gases auf einen niedrigeren Druck als den durch den Hauptkompressor erzeugten Arbeit gewonnen wird, die zur Deckung eines Teiles der Kompressionsarbeit dient.

Bei der bekannten Vorrichtung dieser Art hat man bisher vorgeschlagen, den Hilfskompressor außer durch Expansionsturbinen noch durch eine mit diesem gekuppelte Dampfmaschine anzutreiben. Eine derartige Anordnung hat jedoch in der Praxis keinen Eingang gefunden, weil keine Übereinstimmung der Dampfmaschine mit den Expansionsmaschinen erzielbar ist, so daß die Kupplungselemente unerwünschten Beanspruchungen und einem hohen Verschleiß unterworfen sind, wodurch die Wirtschaftlichkeit der Anlage derart verschlechtert wird, daß man bisher darauf verzichtet hat, die Expansionsarbeit nutzbringend in der Anlage zu verwenden.

Es wurde nun gefunden, daß bei geeignetem Druckausgleich vor und hinter dem Hilfskompressor der Fremdantrieb für letzteren entbehrlich ist. Erfindungsgemäß treibt also der Expansionsmotor den Hilfskompressor an, während das Antriebsmittel für den Hauptkompressor unabhängig regelbar ist. Man vermeidet so nicht nur die oben beschriebenen Nachteile der bekannten Anordnung, sondern erzielt auch noch den weiteren Vorteil einer selbsttätigen Regelung, welche Schwankungen der Umlaufgeschwindigkeit des Expansionsmotors auszugleichen vermag und .seine Geschwindigkeit stets innerhalb eines brauchbaren Bereiches hält.

In der Zeichnung ist eine Vorrichtung gemäß der Erfindung schematisch veranschau- ⁴S licht. ■

Das zu kühlende Gas strömt zunächst durch einen Hauptkompressor 1, welcher gewöhnlich eine Mehrzahl von Stufen umfaßt. Der Hauptkompressor wird in geeigneter Weise angetrieben, z. B. durch einen Elektromotor 2. In der Zeichnung ist nur die letzte Stufe angedeutet. Der Hauptkompressor läuft gewöhnlich mit praktisch konstanter Geschwindigkeit, und er kann das Gas unter irgendeinem geeigneten niedrigen Druck, beispiels-

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weise Atmosphärendruck, ansaugen. Das Gas wird nach Verlassen des Hauptkompressors gewöhnlich durch nicht gezeichnete Kühlapparate hindurchgeführt, und sein Druck wird dann durch den Hilfskompressor 3 auf einen höheren Wert gebracht. Dieser Hilfskompressor wird durch den Expansionsmotor 4 des Systems angetrieben. Nach Austritt aus dem Hilfskompressor 3 wird das Gas in einer oder mehreren Stufen im Wärmeaustauscher 5 gekühlt. Das hochkomprimierte und gekühlte Gas strömt dann durch den Expansionsmotor 4, an dessen Auspuff die tiefste im System herrschende Temperatur »5 gewöhnlich erreicht wird. Die Tieftemperatur des Auspuffs des Expansionsmotors kann für irgendwelche Kühlzwecke benutzt werden. Bei Anwendung der Erfindung auf die Verflüssigung von Luft kann diese beispielsweise den Hauptkompressor mit einem Druck von 140 kg/cm² verlassen und im Hilfskompressor auf 210 kg/cm² komprimiert werden und schließlich aus dem Expansionsmotor 4 bei einem Druck von 5,25 kg/cm² aus- *5 treten.

Der Hilfskompressor 3 besitzt, wie die Zeichnung zeigt, zwei Zylinder von gleicher Größe, welche parallel arbeiten; es kann jedoch irgendein anderer bekannter Kompressor verwendet werden. Der Expansionsmotor 4 kann zum Antrieb des Hilfskompressors 3 mit diesem in irgendeiner geeigneten Weise verbunden sein, und die Verbindung kann dauernd sein, so daß keine Änderung der Geschwindigkeit des Hilfskompressors relativ zu jener des Motors vorgesehen ist.

Der Hilfskompressor und der Motor können auf Grund der allgemeinen auf Maschinen dieser Art anwendbaren Konstruktionsnormen gebaut sein. Bei gegebenem Gasvolumen, welches durch den Hilfskompressor und den Motor bewältigt werden muß, und unter Berücksichtigung der durch beide erfolgten Druckänderungen können der Hilfskompressor und Motor von solcher Abmessung hergestellt sein, daß irgendeine vorbestimmte Umlaufgeschwindigkeit erforderlich ist. Der Höchstdruck im System, welcher zwischen Hilfskompressor und Expansionsmotor erreicht wird, bildet eine wichtige Größe und muß von geeigneter Größenordnung sein, damit das System in dem beabsichtigten Sinne arbeitet. Vor der Überführung der Erfindung in die Praxis waren manche erfahrenen In- *>·» genieure der Meinung, daß ein konstanter Druck nicht an dem in Frage stehenden Punkt aufrechterhalten werden könne, ohne dauernde Überwachung und Regelung der Apparatur; eine derartige Befürchtung erwies sich jedoch *° als völlig unbegründet. Das System erwies sich bei der Prüfung als in sich stabil, und wenn die Kolbenverschiebung des Hilfskompressors und jene des Motors von geeigneter Größe sind, bleiben alle Drucke und Geschwindigkeiten konstant auf den beabsich- 6g tigten Werten. Diese selbsttätige Regelung geschieht auf folgende Weise:

Wenn die Geschwindigkeit des Expansionsmotors 4 zunimmt, dann nimmt auch die Geschwindigkeit des Hilfskompressors 3 zu, weil ja beide direkt gekuppelt sind. Hierdurch nimmt aber der Druck des dem Hilfskompressor 3 zugeführten Gases ab, da der Hauptkompressor ι ja praktisch mit konstanter Geschwindigkeit umläuft. Infolgedessen wird dem Hilfskompressor eine größere Belastung auferlegt; er verbraucht daher mehr Kraft und verlangsamt infolgedessen seine Geschwindigkeit und mithin auch jene des Expansionsmotors 4. Auch wenn der Hauptkompressor 1 dem Hilfskompressor Gas mit niedrigerem Druck liefert, empfängt letzterer weniger Gas pro Hub, und es wird infolgedessen auch weniger Gas mit niedrigerem Druck dem Expansionsmotor 4 zugeführt, so daß dessen Geschwindigkeit abnimmt. Andererseits, wenn der Expansionsmotor · 4 langsamer läuft, erhöht s'ich der Druck des vom Hauptkompressor 1 dem Hilfskompressor 3 zugeführten Gases, so daß letzterer rascher arbeitet und mithin auch den Motor 4 beschleunigt. Die Geschwindigkeit des Hauptkompressors ι bestimmt daher automatisch die Geschwindigkeit des Expansionsmotors 4 und des Hilfskompressors 3 und hält diese ⁹^ konstant, so daß Schwankungen in der Geschwindigkeit automatisch ausgeglichen werden und eine Normalgeschwindigkeit aufrechterhalten wird.

Geringe Ungenauigkeiten, welche beim ^loa Entwurf unterlaufen können, lassen sich vollständig durch eine regelbare (nicht gezeichnete) Absperrung am Expansionsmotor'kompensieren. Diese Absperrvorrichtung ist in üblicher Weise ausgebildet und bestimmt ¹⁰S jenen Punkt im Hub, bei welchem sich das Einlaßventil schließt. Ist die Vorrichtung einmal eingestellt, so erfordert sie keine weitere Wartung.

Es ist ersichtlich, daß die Kraft des Motors ^lla vollständig nutzbar verwendet wird und daß kein zu vernichtender Überschuß besteht und auch kein Mangel, welcher durch besondere Hilfsantriebsmittel für den Hilfskompressor ersetzt werden müßte. Der Hilfskompressor ¹¹S erfordert Kraft fediglich. wenn der Expansionsmotor arbeitet und Kraft abgibt.

Das dargestellte System bildet nur ein vereinfachtes Beispiel, und die Erfindung kann mannigfache andere Formen annehmen. Eine ^12Q ersichtliche Änderung besteht beispielsweise darin, mehrere Hilfskompressormotoreinheiten

mit einem einzigen Hauptkompressor gemeinsam zu betreiben, welcher entfernt hiervon angeordnet sein kann.

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zur Kälteerzeugung, insbesondere zur Verflüssigung schwer verflüssigbarer Gase, bestehend aus einem Hauptkompressor, in welchem der Druck eines Gases erhöht wird, einem Hilfskompressor, in welchem das Gas eine zusätzliche Drucksteigerung erfährt, und einem Expansionsmotor, in welchem durch Expansion des Gases auf einen niedrigeren Druck als den durch den Hauptkompressor erzeugten Arbeit erzeugt wird, die zur Deckung eines Teiles der Kömpressionsarbeit verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Expansionsmotor (4) den Hilfskompressor (3) antreibt, während das Antriebsmittel. (2) für den Hauptkompressor (1) unabhängig regelbar ist.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen