DE60014933T2

DE60014933T2 - Zweistufiger verdichter mit drehmomentvermindernder kurbelwelle

Info

Publication number: DE60014933T2
Application number: DE60014933T
Authority: DE
Inventors: Filippo Dorin; Maurizio Dami
Original assignee: DORIN MARIO SpA; Officine Mario Dorin SpA
Current assignee: DORIN MARIO SpA; Officine Mario Dorin SpA
Priority date: 1999-07-02
Filing date: 2000-06-26
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2020-06-27
Also published as: EP1210518B1; WO2001002725A1; JP2003503640A; ATE279649T1; ITFI990154A1; US6692236B1; ITFI990154A0; DE60014933D1; IT1308288B1; EP1210518A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen zweistufigen Kompressor. Zweistufige Kompressoren sind z.B. aus US-A-1,905,747 bekannt. Dieser bekannte Kompressor hat zwei Zylinder-Kolbensysteme, die um 180° phasenversetzt betrieben werden.
Beim Betrieb von zweistufigen Kompressoren mit mindestens einer Zylinder-Kolbeneinheit für die Vorverdichtung und einer zweiten Zylinder-Kolbeneinheit kleineren Volumens für die zweite Verdichtungsstufe, und bei ähnlichen Maschinen, treten während des Zyklus sehr große Drehmomentspitzen auf, sodass eine hohe Leistung installiert sein muss (insbesondere bei einem Elektromotor) um einen ordnungsgemäßen Betrieb der Maschine sicherzustellen. Bisher wurden zum Begrenzen der Drehmomentspitzen (und Leistungsspitzen) Kompressoren mit einer großen Zahl von Zylinder-Kolbensystemen verwendet, was hohe Kosten und große Gesamtabmessungen sowie einen begrenzten Wirkungsgrad und schwierige Wartung mit sich bringt.
Aufgabe der Erfindung ist es eine einfache Maschine vorzusehen, mit einer kleinen Zahl von in Serie betriebenen Zylinder-Kolbensystemen (in der Praxis nur zwei in Serie arbeitende Zylinder-Kolbensysteme), mit entsprechenden Vorteilen.
Diese und andere Ziele und Vorteile werden in dem folgenden Text verdeutlicht.
Um die oben angegebenen Ziele zu erreichen, bezieht sich die Erfindung auf einen Kompressor vom zweistufigen Typ gemäß Anspruch 1.
Vorzugsweise werden die beiden Kolben mit einer Phasendifferenz Null betrieben, sodass die Kurbelwelle gleich gut in einer Richtung oder in der Gegenrichtung rotieren kann.
Die Erfindung wird deutlicher verständlich aus der Beschreibung und beigefügten Zeichnung, die ein praktisches, nicht beschränkendes Beispiel der Erfindung zeigt. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung der Zylinderebene eines zweistufigen Kompressors gemäß der Erfindung;
2 gesondert die Kurbelwelle eines erfindungsgemäßen Kompressors;
3 ein Absorptionsdiagramm eines zweistufigen Kompressors üblicher Art;
4 ein Absorptionsdiagramm, das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhalten wurde.
1 zeigt allgemein einen zweistufigen Kompressor, wobei 1 den Zylinder der ersten Stufe und 3 den Zylinder der zweiten Stufe bezeichnet. Die Einlasskammer des Zylinder-Kolbensystems der ersten Stufe ist mit 5 bezeichnet und die Kompressionskammer der ersten Stufe ist bei 7 angegeben; diese Kammer 7 kommuniziert mit der Einlasskammer 9 der zweiten Stufe, und die letzte Kompressionskammer der zweiten Stufe ist bei 10 angegeben.
Der Druck innerhalb des Kurbelgehäuses und damit unter dem Kolben wird gleich dem der Kammern 7 und 9 gehalten, da das Kurbelgehäuse selbst mit der Kammer 9 kommuniziert.
Die Kraft, die das Drehmoment erzeugt, wird bestimmt durch die Druckdifferenz zwischen den oberen und unteren Flächen der Kolben der ersten und zweiten Stufe. Bei der ersten Stufe ist diese Differenz negativ (der Druck an der Oberseite des Kolbens ist niedriger als der an der Unterseite) während des ersten Teils der Kompressionsphase.
In einem üblichen Kompressor dieses Typs sind die beiden Zylinder-Kolbensysteme 1, 3 so ausgelegt, dass sie gegenphasig arbeiten, d.h. mit einer Kurbelwelle mit einer Phasendifferenz von 180° zwischen ihren beiden Kurbelzapfen. In einer bekannten Anordnung dieser Art ist somit die Veränderung des Verlaufs des Drehmoments, das der Motor zum Antrieb der Kurbelwelle aufbringen muss, grafisch in 3 dargestellt, wobei auf der horizontalen Achse die Drehwinkel der Welle und auf der vertikalen Achse das Drehmoment in kg × cm angegeben sind; in diesem Graph in 3 gibt die Kurve A die Absorption aufgrund des Kompressionsdrehmoments der ersten Stufe zum Erzeugen des Zwischendrucks des Fluids an. Der geradlinige Abschnitt B parallel zur horizontalen Achse entspricht dem Öffnen des Kompressionsventils der ersten Stufe. Der zweite Teil des Zyklus, der durch die Kurven C und D und die Spitze E dargestellt wird, zeigt die Gesamtvariation in der zweiten Stufe, die der Summe der Drehmomente bei der Kompression in der zweiten Stufe entspricht, angegeben durch die Linie F, und dem Ansaugen der ersten Stufe, das bei G angegeben ist. Das Ansaugen der zweiten Stufe erfordert im wesentlichen kein Drehmoment, aufgrund der Gleichheit zwischen den beiden entgegengesetzt auf den Kolben wirkenden Kräften. Eine Untersuchung dieses Diagramms in 3 zeigt deutlich, dass in dem dargestellten Graph eine relativ sehr hohe Drehmomentspitze E erscheint.
Gemäß der Erfindung ist die fragliche Maschine mit einer Kurbelwelle des in 2 dargestellten Typs versehen, bei der die beiden Kurbelzapfen 12 und 14 exakt in Phase miteinander sind und in geeigneter Weise durch Gegengewichte, wie bei 12A und 14A angegeben, ausgewuchtet sind, zusätzlich zu dem Schwungrad 16 in einer Zwischenposition zwischen den beiden Kurbelzapfen 12 und 14. Mit dieser Kurbelwelle sind die beiden Zylinder-Kolbensysteme exakt in Phase; es wurde gefunden, dass der Verlauf des Drehmoments in einer solchen Situation der in 4 gezeigte ist, wobei sich die Kurve K auf das Ansaugen der ersten Stufe, die Kurve L auf die Kompression in der ersten Stufe, und die Kurve M auf die Kompression in der zweiten Stufe bezieht, während das Ansaugen der zweiten Stufe praktisch kräftefrei und somit frei von Drehmoment erfolgt, aufgrund des Kompensationseffektes der Drücke, die in entgegengesetzten Richtungen auf dem Kolben einwirken. Die Summe der Drehmomente hat deshalb den durch die Kurve N angegebenen Verlauf, mit einem Peak P, dessen Größe wesentlich kleiner ist als diejenige, die bei E bei der bekannten Lösung mit dem in 3 gezeigten Diagramm auftritt.
Um eine im wesentlichen ausgewuchtetes System zu erhalten, werden geeignete Gegengewichte, wie bei 12A und 14A angegeben, vorgesehen, und ein geeignetes Schwungrad 16 ist zwischen den Kurbelzapfen 12 und 14 vorgesehen.
Die oben genannten Vorteile werden mit dieser Anordnung erreicht.
Es ist zu berücksichtigen, dass die Zeichnung nur ein der praktischen Erläuterung der Erfindung dienendes Beispiel zeigt, wobei die Erfindung in Form und Anordnung verändert werden kann, ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen. Bezugszeichen in den Ansprüchen dienen nur dem leichteren Verständnis der Ansprüche mit Bezugnahme auf die Beschreibung und Zeichnung und schränken den durch die Ansprüche gegebenen Schutzbereich nicht ein.

Claims

Kompressor vom Zweistufen Typ, mit einer Kurbelwelle (12, 14, 16) und einem Paar von Kolben-Zylindersystemen (1, 3), die fluidmäßig in Serie verbunden und von der Kurbelwelle angetrieben sind, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kurbelzapfen (12, 14) für die beiden Kolben im wesentlichen in Phase miteinander sind.
Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kolben mit einer Phasendifferenz Null angetrieben sind, sodass die Drehung gleich gut in der einen Richtung oder in der Gegenrichtung stattfinden kann.
Kompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kompressionskammer (7) des Kolben-Zylindersystems (1) einer ersten Stufe mit einer Einlasskammer (9) des Kolben-Zylindersystems (3) einer zweiten Stufe kommuniziert und dass die Einlasskammer (9) der zweiten Stufe mit dem Kurbelgehäuse kommuniziert.