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Leistungsregelung von Kolbenkompressoren -mittels eines zusätzlichen
schädlichen Raumes Die Erfindung betrifft eine Leistungsregelung von Kolbenkompressoren
mittels eines zusätzlichen schädlichen Raumes, dessen Größe durch einen in diesem
Raum zwangläufig bewegten Kolben bestimmt wird.
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Bekannte Regelungen dieser Art haben den Nachteil, daß der Kompressorzylinder
sehr lang sein muß und trotzdem die Vergrößerung des schädlichen Raumes nur im begrenzten
Maße möglich ist. Nun ist zwar schon vorgeschlagen worden, verschiedene schädliche
Räume unveränderlicher Größe nacheinander zuzuschalten. Dies hat jedoch den Nachteil,
daß die Zunahme des schädlichen Raumes sprunghaft erfolgt.
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Es ist ferner bekannt, bei Kolbenkompressoren einen geschlossenen
Hilfsraum mit unveränderlichem Inhalt vorzusehen, der nur mit dem Arbeitsraum verbunden
ist, welche Verbindung durch einen Kolben - gesteuert wird, der einerseits unter
dem Druck im Arbeitszylinder steht und anderseits durch eine Feder belastet ist.
Diese Anordnung hat den Nachteil, daß der Hilfsraum nicht zur Leistungsregelung
verwendet werden kann.
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Auch ist noch bekannt, zur Leistungsregelung mehrere zusätzliche schädliche
Räume unveränderlicher Größe hintereinander anzuordnen und jeden dieser Räume mittels
eines Ventils zu- und abzuschalten, womit der Nachteil verbünden- ist, daß nicht
nur viele Ventile, sondern. auch eine komplizierte Steuerung erforderlich sind.
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Durch die Erfindung werden diese Nachteile vermieden. Sie besteht
darin, daß außerdem die Verbindung mindestens eines weiteren zusätzlichen schädlichen
Raumes mit dem Arbeitsraum des Kompressors durch diesen Kolben gesteuert wird. Vorteilhaft
bewirkt bei mehrstufigen Kolbenkompressoren der die Größe des veränderlichen schädlichen
Raumes bestimmende Kolben. das Zuschalten mindestens eines schädlichen Raumes einer
oder mehrerer weiteren Stufen.
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Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt.
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Fig. i zeigt eine Leistungsregelung für eine Stufe des Kompressors.
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Fig. z ist ein Schnitt nach der Linie II-II aus Fig. i.
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Fig. 3 stellt eine Leistungsregelung mittels zusätzlicher schädlicher
Räume für zwei Stufen dar.
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Im Zylinder i des Kolbenkompressors, dessen Saug- und Druckventile
nicht dargestellt sind, arbeitet der Kolben a. In der Verlängerung des Zylinders
i befindet sich der Raum 3, in dem durch die Bewegung des Kolbens q. ein» veränderlicher
schädlicher Raum entsteht, dessen Größe durch die Stellung des Kolbens q. bestimmt
wird. Um den Raum 3 sind zusätzliche schädliche Räume 5, 5a, Sb (Fig.2) angeordnet,
die durch vom Kolben q. nacheinander abgedeckte Öffnungen 6, 6a, 66 mit dem Arbeitsraum
des Zylinders i in Verbindung gebracht werden können.
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Der Kolben q. wird vom Kolben 7 dies unter dem Einfluß eines Druckmittels
bewegten Servomotors eingestellt. Von der Zufuhr-
Leitung 8 des
Druckmittels für den Servomotor zweigen die Leitungen g und io mit den Drosselstellen
i i und 12 zu den Räumen 13 und 14 des Servomotors ab. Die Leitungen 15 und 16 führen
von diesen Räumen zum Gehäuse des Steuerschiebers 17 im Raum 18. Der Steuerschieber
17 wird über den Hebel ig von der Druckdose 2o verstellt, die durch die Feder 21
belastet ist. Pie Feder 21 kann durch die Schraube 22 eingestellt werden.
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Während im Raum i8 der Druck herrscht, unter dessen Einfluß der Kolben
4 gesteuert wird, steht das Innere der Druckdose 20 durch die öffnung 23 unter konstantem
Druck, z. B. Atmosphärendruck. Der Steuerschieber 17 ist von dem Steuerkantenschieber
24 umgeben, der mittels der durch die Stopfbüchse 25 geführten Stange 26 und des
Hebels 27 um das Maß der Rückführung durch den Kolben 7 verschoben werden kann.
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In Fig.3 ist der Kompressor zweistufig ausgeführt und mit einem Stufenkolben
28 versehen. Der obere Arbeitsraum 29 bildet die erste Stufe, während der ringförmige
untere Arbeitsraum 3o die zweite Stufe darstellt. Die erste Stufe ist mit einer
Leistungsregelung, wie für Fig. z beschrieben, versehen. Die Stange 26 des Doppelkolbens
4, 7 ist über den Angriffspunkt des Hebels 27 hinaus verlängert und arbeitet zusammen
-mit dem Hebel 31, der das Ventil 32 einstellt, das durch die Feder 33 gegen den
einstellbaren Ventilsitz 34 gedrückt wird. Der Raum 35 ist an die Zufuhrleitung
8 angeschlossen. Vom Raum 36 führt die. Leitung 37 zum Servomotor 38, dessen Kolben
39 das Ventil 40 verstellt, welches die Verbindung des Arbeitsraumes 3o des Kompressors
mit einem zuschaltbaren schädlichen Raum 41 steuert. Das . Ventil 40 wird durch
die Feder 42 belastet. Die mit der Drosselstelle 43 versehene Ableitung 44 führt
zur Ableitung 45 des Raumes 18.
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Einem kleinsten toten schädlichen Raum (Kolben 4 auf seinem Sitz)
entspricht die maximale Leistung des Kompressots. Um diese Leistung nun zu verändern,
wird in bekannter Weise, z. B: in Abhängigkeit des Saugdruckes, der schädliche Raum
verändert. Es werde angenommen, der Kolben 4 befinde sich in der in Fig. i gezeichneten
Lage, in welcher außer dem vergrößerten schädlichen Raum 3 auch der zusätzliche
schädliche Raum 5 mit dem Arbeitsraum- des Zylinders in Verbindung steht. Durch
die Leitung 8 wird durch eine nicht gezeichnete Pumpe Druckflüssigkeit zugeführt,
durch welche der Kolben 7 in seiner jeweiligen Lage festgehalten wird, ohne daß
durch den wechselnden Druck im Arbeitsraum des Kompressors Schwingungen des Kolbens
q. auftreten können.
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Da der Raum i8 durch die Leitung 45 finit dem geschlossenen Kurbelraum
des Kompressors verbunden ist, der unter dem Saugdruck des Kompressors steht, wird
die Druckdose 2o; die durch die Feder 2i ausbalanciert ist, zusammengedrückt, wenn
der Saugdruck steigt, oder auseinandergezogen, wenn der Saugdruck sinkt. Im ersteren
Fall, also beim Zusammendrücken der Druckdose 2o, hebt diese mittels des Hebels
ig den Steuerschieber 17. Dadurch kommen die Bohrungen 46 im Steuerkantenschieber
24 und die Bohrungen 47 im Steuerschieber 17 zur Deckung, so daß Druckflüssigkeit
aus dem Raum 14 durch die Leitung 16, die Bohrungen 46,47 und den Kanal 48 im Steuerschieber
17 in den Raum 18 abfließt und von dort durch die Leitung 45 zum Abfluß gelangt.
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Da det durch - die Bohrungen 46,47 geÖffnete Durchlaß größer ist als
derjenige. der Drosselstelle T2, - senkt sich der Drück im Raum 14, und der Kolben
7 bewegt sich nach unten. Die der Leitung 15 zugeordnete Bohrung 49 des Steuerkantenschiebers
24 ist durch den Steuerschieber 17 abgeschlossen, so daß keine Druckflüssigkeit
aus dem Raum 13 entweicht und die Bewegung des Kol= bens 7 nach Maßgabe der durch
die Drosselstelle i i zufließenden Flüssigkeit erfolgt. Mit dem Kolben 7 wird der
Kolben 4 verschoben, der die Größe des Raumes 3 vermindert und z. B. die Verbindung
des zusätzlichen schädlichen Raumes 5 mit- dem Arbeitsraum des Kompressors unterbricht.
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Gleichzeitig mit der Bewegung des Doppelkolbens4, 7 dreht sich der
Hebe127 und stößt den Steuerkantenschieber 24 in die Höhe; bis die Bohrurig 46 oberhalb
der Bohrung 47 zu liegen kommt und er Abfluß von Druckmittel aus der Bohrung 47
gesperrt ist. Dadurch wird die Weiterbewegung des Kolbens 7, der seine neue Gleichgewichtslage
eingenommen hat; verhindert. Durch die eingetretene Verminderung des schädlichen
Raumes des Kompressors ist die volumetrische Leistung des letzteren wieder gestiegen.
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Bei der Abnahme des Saugdruckes und der Entspannung- der Druckdose
2o -tritt derselbe Steuervorgang für die obere Seite des Kolbens 7 ein, indem dann
durch Überdeckung der Bohrung 49 des Steuerkantenschiebers 24 mit der Bohrung 5o
des Steuerschiebers 17 die Druckflüssigkeit aus dein Raum 13 austreten kann, so
daß der Kolben 7 sich nach oben bewegt, bis der Steuerkantenschieber 24 so weit
heruntergezogen und der Abfluß aus dem Raum 13 so weit verrrimgert ist, als es der
Gleichgewichtslage des Kolbens 7 entspricht. - Durch Verstellung der Schraube 22
bzw.
der Belastung der Druckdose 2o durch die Feder 2r kann derBeginn des Zuschaltens
des veränderlichen schädlichen Raumes 3 für verschieden große Saugdrücke festgelegt
werden.
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Bei einem zweistufigen Kompressor kann durch die Ausbildung einer
Stufe mit zusätzlichen schädlichen Räumen die Leistung des Kompressors um etwa 6o07,
verringert werden. Ist die Leistung noch mehr herabzusetzen, so ist es erforderlich,
eine weitere Stufe des Kompressors mit mindestens einem zusätzlichen schädlichen
Raum zu versehen.
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In Fig. 3 wird die Leistungsverminderung der ersten Stufe durch Zuschalten
von schädlichen Räumen zum Raum 29 in gleicher Weise wie bei der Ausführung nach
Fig. z erreicht. Hingegen nimmt die Stange 26 von einer bestimmten Stellung des
Kolbens 7, 4 an den Hebelar mit, der"durch Herunterdrücken des Ventils 32 den Durchfluß
von Druckmittel aus dem Raum 35 zum Raum 36 öffnet. Dadurch wird dem Servomotor
38 durch die Leitung 37 das aus der Leitung 8 kommende Druckmittel, z. B. Öl, zugeführt.
Da die Menge der durch die Leitung 37 pro Zeiteinheit fließenden Druckflüssigkeit
größer ist, als durch die Drosselstelle 43 austreten kann, überwindet der Druck
der Druckflüssigkeit die Kraft der Feder 42 und öffnet das Ventil 40. Damit wird
der zusätzliche schäd= liehe Raum 41 der zweiten Stufe zugeschaltet.
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Durch Drehen der Spindel des Ventilsitzes 34 ist der Zeitpunkt des
Zuschaltens des schädlichen Raumes 41 für die zweite Stufe regelbar. Statt eines
einzigen Raumes 41 (Fig. z) können derer natürlich mehrere von gleicher oder verschiedener
Größe vorgesehen sein.
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Der Erfindungsgegenstand eignet sich insbesondere für Kühlmaschinen
und gestattet die Konstanthaltung des Saugdruckes, wobei j e nach den Betriebsverhältnissen
dessen Höhe nach Bedarf eingestellt "verder* kann. Bei reinen Gasverflüssigungs-
oder Kompressionsanlagen würde die Regelung in entsprechender Weise, aber in Abhängigkeit
vom Enddruck erfolgen.