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Kolbenverdichter Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolbenverdichter
für gasförmige Mittel mit Flüssigkeitsumlaufkühlung, bei der die Kühlflüssigkeit
in unmittelbare Berührung mit dem Druckventil und mit den benachbarten Teilen kommt.
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Die Druckventilkammer bei Verdichtern ist ganz besonders der Überhitzung
ausgesetzt; denn die vom Verdichter erzeugte Druckluft kommt ständig mit dem Auslaßventil
und dessen benachbarten Teilen in Berührung. Selbst wenn man eine Kühlung üblicher
Art vorsieht, kann die Temperatur am Druckventil so stark ansteigen, daß das Schmiermittel
verkohlt oder verbrennt und Ansätze bildet, die zum vorzeitigen Undichtwerden des
Auslaßventils Anlaß geben.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, Kühlflüssigkeit in den Zylinder
des Verdichters einzuspritzen, wobei eine gewisse Menge dieser Flüssigkeit mit der
Luft auch zum Druckventil gelangte. Da es sich dabei jedoch nur um verhältnismäßig
geringe Flüssigkeitsmengen handelte, war die Kühlwirkung nicht ausreichend.
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Die Erfindung hat zur Aufgabe, die Kühlwirkung dadurch wesentlich
zu steigern, daß die Kühlflüssigkeit in verhältnismäßig großer Menge dem Druckventil
und seinen benachbarten Teilen zugeführt wird, wodurch gleichzeitig eine sichere
Dichthaltung des Druckventils gewährleistet wird. Gemäß der Erfindung wird die Kühlflüssigkeit
durch die gesamte vom Verdichter erzeugte Druckluft aus einem Druckluftsammelbehälter
mitgenommen und über das Druckventil geleitet; dabei gelangt die Kühlflüssigkeit
durch Kanäle und über deren Abschlußplatte sowohl zum Sitz des Druckventils sowie
in einen diesen Ventilkörper umgebenden Ringraum. Dadurch bildet die den Ventilkörper
bei Ventilschluß überflutende Kohlflüssigkeit in an sich bekannter Weise einen Flüssigkeitsabschluß
zur Unterstützung der Abdichtung.
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Nun ist es an sich bereits bekannt, zum Fördern von Flüssigkeiten
aus Bohrlöchern mittels Mischluftheber die gesamte vom Verdichter erzeugte Druckluft
zum Fördern einer Flüssigkeit zu verwenden. Bei derartigen Verfahren finden sich
auch taucherglockenartige Vorrichtungen, in denen die zu fördernde Flüssigkeit unter
Druck gesetzt wird, um einen bestimmten Wasserstand in bezug auf die Tiefenlage
des Fußstückes des Mischlufthebers zu ermöglichen.
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Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird der Kühifiüssigkeitsstand
im Zylinderkopf in der Weise geregelt, daß gemäß der Erfindung in der die Druckluftkammer
umgebenden Kammer eine Stauwand mit unterem Durchlaß vorgesehen ist, der tiefer
liegt als die zum Sitz des Druckventils führenden Kühlwasserkanäle.
Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auf der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigen
Fig. i die Seitenansicht einer elektrisch angetriebenen Verdichteranlage, teilweise
im Schnitt, Fi:g. 2 den Zylinderkopf nach Fig. i, entsprechend vergrößert, im Längsschnitt,
Fig. 3 einen Schnitt durch die Druckleitungen der Fi:g.i, Fig. 4 .den oberen, mit
Kühlung versehenen Teil eines Verdichters mit mehreren Zylindern im Längsschnitt
und die Fig.5 und 6 Schnitte besonderer Einzelheiten an den Druckleitungen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. i, 2 und 3 stellt z nach Fig.
i einen Drucklufts^mmelbehä,lter dar, der auf den Stützfüßen 2 ruht und einen mit
diesen durch Schrauben 5 verbundenen Aufsatzkörper 3 hat, der die Grundplatte für
das Verdichteraggregat bildet. In den Behälter i münden zwei absperrbare Leitungen
6 und 7. Die Leitung 7 mündet in ein Standrohr 8, das in den Behälter hineinragt,
um einen bestimmten Kühlwasserstand 9 aufrechtzuerhalten. Das Absperrventil der
Leitung 7 kann durch ein selbsttätiges Ventil ersetzt werden, das den Wasserspiegel
im Behälter i ständig auf im wesentlichen gleicher Höhe hält.
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Auf dem plattenförmigen Grundrahmen 3 über dem Behälter 1 sind der
Antriebsmotor 1o und der Verdichter 11 aufgestellt. 12 ist ein Schwungrad, 13 eine
geeignete Kupplung. Der Verdichter ist mit i i, das Gehäuse nebst Kühlrippen mit
14 und der Kolben mit 16 bezeichnet. Der Zylinder 15 wird durch die Kolbenreibung
mitgenommen und steuert somit den Lufteinlaß. Der Zylinderkopf 17 hat einen Ringventilsitz
in der Form eines dünnen, bis zu einem ge-,vissen Grade biegsamen Metallringes 18.
Dieser Metallring wird an seinem äußeren Rande durch einen Klemmring 20 festgehalten,
d. h. gegen einen entsprechenden vorspringenden Rand des Zylinderkopfes 17 angedrückt.
Der innere Rand des elastischen Ringes 18 ragt frei in eine Ringnut 19 des Kopfes
17 hinein (Fig. 2). Schrauben 21 halten den Befestigungsring 2o an der Unterfläche
des Kopfes 17. An dem verschiebbaren Zylinder 15 ist an dessen oberem Ende außen
ein Flansch 22 als Hubbegrenzung für die Abwärtsbewegung des Zylinders vorgesehen,
wobei sich dieser Flansch in eine entsprechende Ringnut im oberen Teil des Pumpengehäuses
auflegt.
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Der Zylinderkopf 17 hat einen konischen Durchlaß 23 in der Trennwand
24. Dieser Durchlaß führt zur Druckventilkammer 25. In den konischen Durchlaß 23
paßt die kegelförmige Erhöhung 16' des Kolbens 16 mit geringem Spiel hinein. Das
Druckventil 26 ist eine dünne runde Scheibe, die sich auf den oberen Rand des konischen
Durchlasses 23 legt und durch die Schraubenfeder 30 belastet wird. Nach oben
ist das Druckventil durch den Schraubkörper 27 abgeschlossen. Mit 18 ist der Schraubstutzen
bezeichnet. Der Schraubkörper 27 hat nach unten eine rohrförmige Verlängerung 29,
die bis in die Nähe des Ventilkörpers 26 reicht. Dieser hat äußere, voneinander
getrennte Fortsätze 26', die sich bei geöffnetem Ventil gegen den unteren Rand der
rohrförmigenVerlängerung 29 legen, wodurch der Ventilhub begrenzt wird. Die Druckleitung
31 ist in den Stutzen ga des Kopfes 17 eingeschraubt und durch den Kanal 33 mit
der Druckventilkammer 25 verbunden. Die Wandungen 34 des Kanals 33 bilden die Fortsetzung
der Ventilkammerwandung. Der Zylinderkopf 17 enthält ferner eine Kammer 35 neben
bzw. in der Umgebung der Ausläßventilkammer 25. Die Kammer 35 steht in Verbindung
mit der Einlaßleitung 36, die in den Stutzen 37 eingeschraubt ist. 38 ist die in
den Stutzen 3-9 der Kammer 35 eingeschraubte Ausströmleitung, die durch die Öffnung
39' Verbindung mit der Kammer 35 hat. In dieser Kammer ist gegenüber der Auslaßöffnung
39' eine Trennwand 40 mit unterer kleiner Durchlaßöffnung 4o' vorgesehen. Die Trennwand
4o erstreckt sich quer durch das Innere des Zylinderkopfes 17 und ist bis nahe än
dessen Decke hinaufgeführt.
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In der Nähe des Auslaßventils 26 münden eine Anzahl von Kanälen oder
Bohrungen 41, die die Verbindung mit der Kammer 35 und der Ventilkammer herstellen.
Nach oben hin münden diese Bohrungen in eine Rinnut 42, in welcher ein die Bohrungen
41 für gewöhnlich lose abdeckender Ring 43 ruht. Dieser Ring wirkt als Rückschlagventil.
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Die Ausströmleitung 38 führt durch geeigneteAbzweig- oder Verbindungsstücke
zum oberen Teil des Druckluftsammedbehälters i. Hier ist ein Anschlußstutzen oder
Flansch 44 vorgesehen. Die Leitungen 31 und 36 sind durch die Leitungen 45 bzw.
46 verbunden, welche durch Stopfbüchsenpackungen 47 in den Behälter i hineinführen.
Diese Druckleitungen 45 und 46 führen bis in die Nähe des Behälterbodens, also unterhalb
des Kühlwasserspiegels. Ihre Enden sind in einem Fußstück 5o bei 48 und 49 eingeschraubt.
Der Körper 5o bildet eine- durch eine Wand 52 geteilte Kammer 51, die nach unten"
hin offen ist und in die ein Ringstück 53 eingeschraubt ist. Dieses Ringstück 53
ist an seiner Außenseite als Ventilsitz ausgebildet und hat eine obere Rippe 55,
die sich gegen den darüberliegenden Flanschvorsprung 56
anlegt.
Auf dem nach oben vorspringenden inneren Rand 57 des Ringes 53 liegt eine den Rückschlagventilkörper
bildende Scheibe 58, die äußere, durch Zwischenräume getrennte Fortsätze 58' hat.
Diese Fortsätze legen sich beim Anheben des Ventilkörpers 58 gegen den darüberliegenden
Flanschvorsprung 56 und begrenzen so den Ventilhub. Um das Einschrauben des Ringventilsitzringes
53 zu erleichtern, sind Aussparungen 59 zum Einsetzen eines Schraubenschlüssels
vorgesehen.
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An der Leitung 45 ist etwas oberhalb des Wasserspiegels eine als Ventilgehäuse
ausgebildeteRohrverbindung 6o vorgesehen, und zwar in Gestalt eines -['-Stückes,
in dessen nach dem Behälterinnern hin offenen Abzweigstutzen 61 ein kugelförmiger
Ventilkörper 63 liegt, der für gewöhnlich unter dem Druck der sich gegen den Splint
65 abstützenden Schraubenfeder 64 die zum Rohr 45 führende Durchgangsöffnung 62
abschließt.
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Die Wirkungsweise der Anlage ist folgende: Angenommen, der Kolben
16 habe soeben seine Aufwärtsbewegung, also seinen Druckhub, vollendet und würde
mit seiner Abwärtsbewegung, also demSaughub, beginnen, so wird der schieberartig
wirkende Zylinder 15 nach unten mitgenommen. Das Ventil 18 öffnet sich, und
die Luft strömt durch den Saugkanal 15' ein. Mit der beginnenden Aufwärtsbewegung
des Kolbens i6 verschiebt sich der Zylinder 15 wieder nach oben in die Abschlußstellung,
so daß nunmehr die über dem Kolben befindliche Luft verdichtet wird. Während des
Saughubes und beim Beginn der Verdichtung ist das am Fuß der beiden Druckleitungen
45, 46 vorgesehene Rückschlag entil 58 durch den Wasserdruck geöffnet, und eine
gewisse Kühlwassermenge strömt durch dieses Ventil 58 in die Kammer 51. Erhöhst
sich der Verdichtungsdruck betweiterem Druckhub und übersteigt dieser Druck den
im Behälter i vorherrschenden und wird zugleich der Druck der Ventilfeder
30 überwunden, so wird das Druckventil 26
von seinem Sitz abgehoben.
Das Rückschlagventil 58 am Fuß der Leitung 45 wird geschlossen, falls es sich nicht
schon vorher infolge seines Eigengewichtes auf den Sitz aufgelegt hat. Das Kühlwasser,
welches durch das Ventil 58 eingeströmt ist, wird nun durch die Druckluft in der
Leitung 46 emporgetrieben und gelangt durch die Verbindungsleitung 36 in die Kühlkammer
35, die das Druckventil 26 umgibt, ferner auch in den Kanal 33. Die
Druckluft strömt über die Trennwand 4o hinweg durch die Leitung 38 zum Druckluftsammelbehälter
i.
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Das in die Kühlkammer 35 geförderte Wasser drückt gegen das Rückschlagventil
43, und sobald ein Druckausgleich stattgefunden hat, dringt das Wasser durch die
Stichkanäle 4i in die Ringnut 42 ein und kommt unmittelbar mit dem Druckventilsitz
und dem Ventilkörper 26 .in Berührung.
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Bei Beginn des Saughubes des Kolbens 16 schließt sich das Ventil 26
wieder -unter der Wirkung seiner Feder 30 und des Druckes in der Ventilkammer
25. Gleichen sich die Drücke in den Kammern 25 und 35 schnell aus, so wird durch
das in der Kammer 35 befindliche Wasser der Ventilring 43 emporgehoben. Das Wasser
strömt durch die Bohrungen 41 in die Ventilkammer und kühlt den Ventilkörper 26
und seinen Sitz. Wenn der Kolben 16 sich wieder aufwärts bewegt, so öffnet sich
das Druckventil 26, der Druck in der Ventilkammer 25 steigt wieder an, und der Ventilring
43 wird unter Abschlüß der Kühlwasserkanäle 4i auf seinen Sitz niedergedrückt. Das
noch zurückgebliebene Kühlwasser wird, falls es nicht schon vorher verdampft ist,
gegen die Wände 24 und 34 emporgeschleudert, wodurch eine wirksame Kühlung der das
Ventil umgebenden Wandungen erreicht wird.
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Der Druckluftstrom nimmt das Wasser bzw. verdampfte Wasser mit durch
die Kammer 35 und die Leitung 38 in den Behälter i, wo eine Abkühlung stattfindet.
Das in der Kammer 2 5 verdampfte Wasser wird durch die Leitung 45 nach unten in
die Ventilkammer 5i abgeleitet. Da der Körper 50 in das Wasser des Behälters
eintaucht, so findet auch hier eine ständige Abkühlung statt, zumal im Druckluftsaminelbehälter
i eine verhältnismäßig große Kühlwassermenge enthalten ist.
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Wird die untere Öffnung des Tauchventils 58 im Verbindungsstück 50
verhältnismäßig groß gemacht und ein großer Ventilkörper mit geringem Hub gewählt,
so kann eine verhältnismäßig große Wassermenge innerhalb kurzer Zeit in die Kammer
51 einströmen. Die nach unten ragende Wand 52 reicht ziemlich nahe an das Ventil
58 heran. Da nun die Druckluft bei schnell laufenden Verdichtern durch diesen verhältnismäßig
engen Zwischenraum mit hoher Geschwindigkeit hindurchströmt, so wird unter allen
Umständen die Mitnahme einer hinreichenden Kühlwassermenge gewährleistet.
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Die Stauwand 4o in der das Druckventil umgebenden Kammer 35 hat unten,
wie aus Fig. 2 ersichtlich, eine kleine, ständig offene Durchgangsöffnung 40'. Wenn
die Menge des einströmenden Kühlwassers während des Betriebes des Kompressors größer
ist als das Durchlaßvermögen dieser öffnung 4o', so beeinträchtigt dieser offene
Durchlaß die Wirkung nicht. Wenn dagegen der Verdichter
stillgesetzt
wird, so strömt die angesammelte Flüssigkeit auf einmal nach dem Druckluftsammelbehälter
i ab, und der Durchgang 40' wird freigelegt, d. h. der Wasserspiegel sinkt bis an
diesen Durchlaß, der tiefer liegt als das Druckventil 26.
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Falls das Wasser in dem Behälter i uüd in . der Ventilkammer 51 einfrieren
sollte, kann der Verdichter ohne Vorbereitung in Betrieb gesetzt werden. Unter diesen
Umständen wird bei der anfänglichen Förderung von Druckluft durch den in Betrieb
gesetzten Verdichter keine Luft durch das Tauchveritil 5o und das Rohr 46 in die
Kammer 35 strömen können, und es wird nun das Sicherheitsventil ; 63 ansprechen.
Für gewöhnlich ist das Ventil 63 geschlossen, da der Druck der Feder 64 größer
ist als der- Unterschied zwischen den Drücken in der Leitung 45 und im Behälter
i. Wenn der normale Auslaß durch die Leitung 46 ,infolge Einfrierens des Tauchventils
5o nicht mehr stattfinden kann, so wird ein genügender Druck in der Leitung 45 bei
jedem Kompressionshub erzeugt, um das Sicherheitsventil 63 zu öffnen. Die geförderte
Druckluft strömt dann unmittelbar in den Druckluftsammelbehälter i durch den Kanal
62.
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Die Leitung 45, insbesondere der Teil unterhalb des. Sicherheitsventils
63, kann aus . einem die Wärme gut leitenden Metall, z. B. Kupfer, hergestellt werden,
urn die Wärmeüberleitung und -das Auftauen des Eises zu beschleunigen. In der Regel
genügen eiserne Leitungen.
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In den Fig. 1, 2 und 3 ist eine Kühlanordnung mit geschlossenem. Kühlwasserumlauf
dargestellt, die für einen Verdichter, dessen Zylindergehäuse finit Kühlrippen versehen
ist, Anwendung findet. Die Kühleinrichtung kann auch bei einem Verdichter mit .
einem üblichen Kühlwassermantel angewandt werden. Hierbei ist die Druckleitung 36
mit der Einlaßöffnung des Kühlwassermantels verbunden, während die Ausströmleitung
38 mit der Auslaßöffnung des Wassermantels in Verbindung steht.
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Die Ausführungsform nach Fig.4 zeigt einen mehrzylindrigen Verdichter.
Die Zylinder ioo, ioi und io2 haben einen gemeinsamen Zylinderkopf 17, der ähnlich
wie die Ausführungsform nach Fig. i und 2 ausgebildet ist. Die im Zylinder io2 verdichtete
. Luft strömt durch das Druckventil 26 in den Kanal 33, welcher, wie in Fig. i gezeigt,
durch die Leitung 31 zum Wassersack 5o führt. Luft und Wasser strömen durch die
Leitung 36 zur Kammer 35 zurück. Die , Kammer 35. umgibt das Ventil des Zylinders
zog, ferner erstreckt sie sich auch um das Ventil und die Ausströmleitung 104 des
; Zylinders ioi sowie das Ventil und den Ausströmungskanal 103 des dritten Zylinders
ioo. Die gemeinsame Kammer 35 hat eine Trennwand 4o, die den Wasserstand Regal t.
Der Überschuß von Wasser und Druckluft strömt zum Zylinderkopf durch die Leitung
36 und geht durch die Leitung 38 zum Druckluftsammelbehälter, wie bereits beschrieben.
Die Ausströrnkanäle 103 und 104 sind miteinander vereinigt und an den Sammelbehälter
i angeschlossen. Die Druckventile 26 werden durch den Eintritt des Wassers durch
die Kanäle 41 in der für die Fig. i und 2 beschriebenen Art gekühlt.
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Fig. 5 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform für einen mehrzylindrigen
Verdichter. Obgleich das Ventil 58 verhältnismäßig groß ist, so kann seine Wirkung
beeinträchtigt werden,' wenn eine Verbindung mit einem mehrzylindrigen Verdichter
besteht, wobei also alle Zylinder Ausströmungsverbindung mit der zum Ventil 58 führenden
Leitung 31, 45 haben. Es ist nun hierfür in die gemeinsame Druckleitung 31 eine
Drucksammelkammer i io eingeschaltet. Dort speichert sich ein gewisser Druckvorrat
auf, der genügt, um'das im Wassersack 5o befindliche Wasser durch die Leitung 46
zum Zylinderkopf bzw. zum Kühlmantel zu führen. Ist dies geschehen, so hat sich
dür Druck in der Sammelkammer i io so weit vermindert, daß von unten her durch das
Ventil 58 wieder Wasser aus dem Behälter einströmen und den Wassersack
50 füllen kann.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 fällt das Sicherheitsventil
63 (Fig:3 und 5) fort. Es ist ersetzt durch eine kleine Öffnung i i i. Der
Wassersack 5o hat die Form eines gewöhnlichen Bogenstückes 113 mit einer konischen
Bohrung 1i2. Herrschen gleiche Drücke in der Leitung 31 und im Druckluftsammelbehälter,
so strömt Wasser durch die Bohrung ii2 in. das Bogenstück 113 hinein. Beim Druckhub-
des Verdichters wird das Wasser, welches sich im Bogenstück z 13 .angesammelt hat,
an der- Bohrung i 12 vorbei-und zum Kopf des Verdichters emporgeführt. Wenn das
mitgenommene Wasser an der Bohrung 112 vorbeigeführt wird, so strömt eine gewisse
Menge Druckluft durch diese Bohrung aus. Diese verlorengehende Druckluft gelangt
unmittelbar in den Behälter i'. Indessen ist diese ausströmende Druckluftmenge sehr
gering. Das Emporführen der Kühlflüssigkeit wird durch den in ganz geringem Maße
verminderten Druck nicht weiter beeinträchtigt.
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Sobald in einem der Zylinder der Verdichtungshub beendet ist, fällt
der Druck in der Leitung 31 für einen Aagenblick bis etwa auf den Druck im Behälter.
Infolgedessen kann
Wasser durch die Bohrung 112 in den Wassersack
i 13 einströmen, so daß eine gewisse Kühlwassermenge für die Förderbewegung des
nächsten Zylinders zur Verfügung steht.
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Es ist festgestellt worden, daß eine Anordnung nach Fig. 6 die Sicherstellung
einer genügenden Kühlwassermenge für einen zweizylindrigen Kompressor gewährleistet.
Hat der Kompressor mehr als zwei Zylinder, so erscheint es zweckmäßige, die Anordnung
nach Fig. 4 und 5 zu wählen.