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Verfahren zur stufenlosen Regelung von Verdichtern Die Erfindung betrifft
ein Verfahren und Einrichtungen zur Regelung von Verdichtern durch Offenhalten der
Saugventile während einer bestimmten Strecke des Druckhubes des Verdichters, wobei
durch das verdichtete Mittel Hilfskolben gegen die Saugventilplatten gedrückt und
diese somit gehindert werden, zu schließen.
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Eine derartige Einrichtung wird bereits bei der stufenweisen Verdichterregelung
benutzt, wo sie beim Erreichen des Höchstdruckes im Sammelbehälter den Leerlauf
des Verdichters bewirkt. Die Nachteile der stufenweisen Verdichterregelung sind
so allgemein bekannt, daß sie unerwähnt bleiben können.
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Bei einer anderen Art der Regelung, bei der das Verdichtersaugventil
bei unzulässig hohem Windkesseldruck geschlossen und der nun entstehende Unterdruck
zur Auslösung einer Regelung der Antriebsmaschine benutzt wird, wird eine Reguliereinrichtung
angewandt, bei der ein Steuerkolben beim Überschreiten des Windkesseldruckes eine
Verbindung zwischen einer vom Windkesseldruck abgezweigten Leitung und dem Zylinder
des Hilfskolbens, der das Saugventil steuert, herstellt. Eine stufenlose Regelung
des Verdichters ist auch in diesem Falle nicht möglich. Zur stufenlosen Regelung
wurde bisher eine besondere, synchron mit dem Verdichter laufende Steuereinrichtung
für das Offenhalten der Saugventile benutzt, die zudem durch ein besonderes Antriebsmittel
(elektrischen Strom oder Öldruck) angetrieben werden muß. Solche Einrichtungen sind
nicht einfach im Aufbau und teuer in der Herstellung; sie lassen sic1i auch nicht
ohne weiiteres bei vorhandenen Verdichtern einbauen.
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Ferner ist eine Einrichtung zur stufenlosen Regelung von Verdichtern
bekannt, bei welcher der auf die Saugventilplatten einwirkende Hilfskolben ständig
unter einem Druck steht, der vom Druck im Sammelbehälter abhängig ist. Beim Ansteigen
oder Sinken des Sammelbehälterdruckes im Vergleich zum normalen Druck wird durch
einen Drosselschieber mehr oder weniger Druckluft aus dem Sammelbehälter hinter
den Hilfskolben geleitet, wobei ständig, durch eine Drosseleinrichtung geregelt,
eine bestimmte Luftmenge aus dem Raum hinter dem Hilfskolben in die Atmosphäre geleitet
wird. Der auf diese Weise geregelte Druck lastet auf dem Hilfskolben und damit auf
der geöffneten Saugventilplatte, die andererseits durch den Widerstand belastet
ist, der beim Ausschieben der Luft durch das geöffnete Saugventil
auf
dieses einwirkt. Das Sdugventil bleibt so lange offen, bis letzterer Überwiegt und
es zudrückt. Da der größte Ausschiebewiderstand im - Verlauf des Kolbenweges in
der Regel ungefähr in der Mitte des Hubes des Verdichterkolbens auftritt, muß die
Regelung auf der ersten Hälfte des Kolbenweges, also spätestens beim Auftretendes
größten Ausschiebewiderstandes, erfolgen. Daher ist mit dieser bekannten Einrichtung
nur eine Regelung auf etwa So°/o der Volleistung erzielbar. Eine derartige Regelung
genügt nicht den neuerdings gestellten Ansprüchen.
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Der Mangel wird erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß das Druckmittel
nur während des Verdichtungshubes des Verdichters hinter die Hilfskolben gedrückt
und der Druck hinter den Hilfskolben nach erfolgtem Verdichtungshube zum Absinken
gebracht wird, so daß während des Absinkeng der Gleichgewichtszustand zwischen der
Belastung der L3ilfskolben durch den absinkenden Druck und der Belastung der Saugventile
durch den Ausschiebedruck erreicht und die Saugventile geschlossen werden.` Die
schematischen Abb. i und @ 2 zeigen Ausführungsbeispiele von Einrichtungen zur Ausübung
des Verfahrens, und zwar gibt Abb. i eine Einrichtung mit von Hand einstellbarer
und Abb.2 eine Einrichtung mit einer in Abhängigkeit vom Windkesseldruck betätigten
Drosseleinrichtung an.
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In diesen Abbildungen bezeichnet i den Verdichter, 2 ein Saugventil,
3 einen Hilfskolben zum Offenhalten des Saugventils, 4 einen Raum hinter dem Kolben
3 mit einer als Drosselventil dienenden Kugel 5, 6 einen Sitz für die Kugel 5, 7-
eine Ventilfeder, 8 eine Stellschraube, io eine Verbindungsleitung zum Verdichterzylinder.
i i (s. Abb. 2), 13, 23, 25 Verbindungsleitungen, 12 ein Rückschlagventil, i4. ein
Steuerungsgehäuse, 15 einen Steuerkolben mit dem Kanal 16, 17, 18; 2o eine mit der
Nut 21 zusammenarbeitende Steuerkante. 3o stellt einen Druckregler mit einem Membranrohr
31 dar, das innen mit Hilfe des Ventils 24 durch einen konstanten Gasdruck und außen
über die Leitung 25 und die Öffnung 26 durch den Windkesseldruck belastet ist, wobei
der Druckregler in Abhängigkeit von dem Druck im Windkessel den Steuerkolben 15
verschiebt.
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Beim Druckhub des Kompressors i wird Druckluft gemäß Abb. i durch
die Leitung. 1o in den Raum 4 eingeführt, wobei die Kugel 5 zurückgedrückt wird.
Die Druckluft kommt auf dem Kolben 3 zur Wirkung, kann aber das Saugventil 2 nicht
aufdrücken, weil es dem Druck eine größere Fläche als der Kolben 3 darbietet und
durch den gleichen Druck belastet wird. Ist die Stellschraube 8 so eingestellt,
daß sie die Kugel 5 nicht vom Sitz 6 abdrückt, dann wird sich die Kugel 5 beim Saughub
des Verdichters gegen den Sitz 6 legen und den Raum 4 abschließen. Die hier befindliche
Druckluft schiebt den Kolben 3 zurück, wobei das Saugventil 2, das beim Saughub
einem Unterdruck ausgesetzt ist, öffnet. Beim folgenden Druckhub bleibt das Saugventil
offen, weil die Druckluft hinter dem Kolben 3 das Schließen hindert. Der Verdichter
schiebt somit die gesamte angesaugte Luft beim Druckhub durch das offene Saugventil
hinaus; er läuft leer. Wenn die Stellschraube- 8 dagegen sö eingestellt wird, daß
die Kugel 5 weit ab von ihrem Sitz gehalten wird, dann wird beim Saughub sowohl
die Fläche des Kolben 3 als auch die im Verhältnis zu dieser größeren Fläche des
Saugventils 2 dem Unterdruck ausgesetzt; das Saugventil öffnet somit. Beim Druckhub
erhalten ebenfalls beide Flächen gleichen Druck, und das Saugventil schließt bei
Beginn des Druckhubes infolge seiner größeren Fläche. Der Verdichter arbeitet also
mit Vollast.
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Zwischen diesen beiden Grenzlagen gibt es je nach der Einstellung
des Drosselquerschnittes zwischen Kugel 5 und Sitz 6 sehr viele Leistungszwischenstufen.
Ist die Stellschraube 8 beispielsweise so eingestellt, daß die Druckluft im Raum
4 nur unter nicht unerheblicher Drosselung in den Verdichterzylinder entweichen
kann, dann wird der Druck hinter dem Kolben 3 beim Saughub und im Verlauf des darauffolgenden
Druckhubes innerhalb einer bestimmten Zeit absinken, bis die auf die Hilf§kolbenfläche
einwirkende Kraft gleich der Kraft ist, die durch die offen gehaltenen Saugventile
(infolge des Ausschiebens durch den Verdicllterkolben) ausströmende Luft auf die
andere Seite des Hilfskolbens ausübt (Ausschiebedruck). Jetzt schließt das Saugventil,
durch -vvelches der Verdichterkolben bis dahin die Luft ausgestoßen hat, mit Hilfe
der Feder, und der Verdichter erzeugt für den Rest des Druckhubes Preßluft.
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Die Ausführungsform nach Abb.2 unterscheidet sich im wesentlichen
von derjenigen nach Abb. i dadurch, daß die Funktion einer Drosseleinrichtung und
eines Rückschlagventils nicht durch ein einziges Organ, wie z. B. durch die Kugel
in Abb. i, ausgeübt wird, sondern durch getrennte Vorrichtungen; die Wirkung ist
bei der Einrichtung nach Abb. 2 dieselbe wie bei der Einrichtung nach Abb. i.
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Befindet sich der Steuerkolben 15 in der gezeichneten .Stellung, dann
wird die Luft beim Druckhub des Kompressors durch die
Leitung io
über das Rückschlagventil 12, durch. die Leitung 13, die Kanäle 16, 17 und 18, die
Leitung 23 nach der Leitung io treten; diese Leitungen werden also unter Druck gesetzt.
Dies geschieht auch mit der Leitung i i, und es strömt Druckluft in den Raum und
hinter den Kolben 3. Da der Verdichterdruck aber auch auf die Ventilplatte 2 drückt,
die eine größere Fläche als der Kolben 3 hat, so bleibt das Saugventil 2 geschlossen.
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Beim Sauglitib des Verdichters kann die hinter dem Kolben 3 befindliche
Druckluft durch die Leitung i i, 13, 23, und i o in den Verdichterzylinder
treten; das Saugventil e öffnet sich. Beim erneuten Druckhub spielt sich der beschriebene
Vorgang wieder ab, cl. h. während des Saughubes ist das Saugventil geöffnet und
während des gesamten Druckhubes geschlossen; der Verdichter arbeitet also mit Vollast.
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Ist der Druck im Windkessel gestiegen, dann verschiebt das Membranrohr
den Steuerkolben 15 derart, daß die Steuerkante 2o gerade unterhalb der Ansatzstelle
der Nut 21 sitzt. Beim Druckhub des Verdichters wird die Luft durch die Leitung
io über 12, 13, 16, 17 bis in den Kanal i$ gelangen, der infolge der Stellung des
Steuerkolbens abgeschlossen ist. Es gelangt aber andererseits Druckluft durch die
Leitung io über 12 und i i hinter den Kolben-. Beim Saughub des Verdichters
kann die Luft aus diesem Raum nicht entweichen, weil das Rückschlagventil 12 geschlossen
ist. Die Druckluft hinter dem Kolben 3 stößt nun das Saugventil 2 auf; beim nächsten
Druckhub bleibt das Saugventil offen, so daß der Verdichterkolben die angesaugte
Luft wieder ausstößt. Die Maschine arbeitet somit im Leerlauf.
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Je nach der Höhe des Überdruckes im Windkessel wird der Steuerkolben
15 durch den Druckregler 30 so verstellt, daß die Steuerkante 2o die Drosselnut
2i mehr oder weniger abdeckt -und damit den Durchtritt der Luft verzögert. Sie braucht
im Raum d. und in den Leitungen 11, -i3, 16, 17, 18
beim Saughub und nächstfolgendem Druckhub des Verdichters je nach der Drosselstellung
des Steuerkolbens 15 eine bestimmbare Zeit, die einer bestimmten Wegstrecke des
Druckhubes entspricht, um auf die im Verdichterzylinder herrschende Spannung über
die Leitung 23 und io abzusinken, so daß die auf den Hilfskolben 3 einwirkenden
Kräfte, also einerseits die von der gedrosselten Luft und andererseits die vom Ausschiebedruck
herrührende Kra7'ft, im Gleichgewicht sind. In diesem Augenblick schließt das Saugventil
2 infolge des Druckes seiner Feder 7, so <laß im weiteren Verlauf des Druckhubes
des Verdichters Druckluft erzeugt werden kann. Wie aus den Darlegungen hervorgeht,
wird das Saugventil e nur so lange offen gehalten, solange der Druck hinter dem
Kolben 3 größer ist als der Druck im Verdichterzylinder und die Belastung des Ventils
2 durch den, auf Schließen gerichteten Federdruck. Steht der Druck hinter dein Kolben
3 längere Zeit an, z. B. bei einer längeren Leerlaufperiode, dann wird er infolge
von Undichtigkeiten allmählich sinken, so daß das Saugventil beim Druckhub des Verdichters
nicht mehr offen- gehalten wird. Damit steigt aber, da der Verdichter jetzt Druckluft
fördert, der Druck im Windkessel, und es verschiebt sich der Steuerkolben 15 derart
im Gehäuse i.1, daß seine Steuerkante 20 über den Ansatz der Drosselnut 21 hinwegtritt,
so daß der Kanal 18 mit dem Kanal 25 in Verbindung kommt. Es strömt nun Druckluft
aus dem Windkessel über die Leitung 25, die Kanäle 18, 17, 16, die Leitungen
13 und i i hinter den Kolben 3 ; das Saugventil wird nun zwangsweise durch
den Windkesseldruck offen gehalten.
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Mit den beschriebenen Einrichtungen ist es möglich, die Saugventile
schon bei ganz geringfügigem Überschreiten des vorbestimmten Druckhubes offen zu
halten, während sie beim Verschwinden des Überdruckes ohne Verzug durch T'rägheitskr
äfte oder Reibung schließen. Es läßt sich, da die Regeleinrichtung bereits bei ganz
geringen Druckänderungen wirksam wird, somit eine stufen-, lose Regelung herbeiführen.
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Die Erfindung ist nicht nur auf Verdichter und die Mitwirkung des
dargestellten Druckreglers beschränkt, sie kann beispielsweise auch so angewendet
werden, daß statt der äußeren Belastung des Druckreglers durch den Windkesseldruck
eine Belastung des Druckreglers durch einen Thermostaten in Abhängigkeit von der
Temperatur bei irgendeinem wärmetechnischen Vorgang ausgeübt wird.