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Vorrichtung zur Inbetriebnahme einer Arbeitsmaschine für selbsttätigen
$etrieb Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Inbetriebnahme einer Arbeitsmaschine
für selbsttätigen Betrieb, z. B. eines Verdichters oder einer Pumpe, mit einem während
des Anlaufens der Maschine geöffneten, die Druckseite durch Verbindung mit -der
Saugseite entlastenden Organ, wobei das Schließen dieses Organs derart bewirkt wird,
daß sich eine beabsichtigte Verzögerung :der Belastung der Anlage vom Zeitpunkt
des Maschinenanl.aufens an ergibt. Die Erfindung besteht darin, daß nicht nur ein
Steuerorgan vorgesehen ist, das von einem bei Stillstand der Maschine rasch verschwindenden.
Förderdruck einer Hilfsvorrichtung der Maschine belastet wird und bei Wegfall dieses
Druckes ein rasches öffnen :des Entlastungsorgans ermöglicht, sondern daß ein weiteres
Steuerorgan vorhanden ist, .das bei Ausfall der Kraftmittelzufuhr zu der die Arbeitsmaschine
antreibenden Kraftmaschine ein Schließen des Entlastungsorgans auslöst, das eine
und andere derart, daß das Entlastungsorgan während .des Stillstandes der Maschine
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schlossen, zu Beginn des Maschinenanlaufens hingegen geöffnet ist. Ein
Kolben des .die Steuerung des Ent-I,astungsorgans bewirkenden Ventils kann einen
die Entlastungszeit vom Augenblick des Anlaufens der Maschine bis zum Schließen
des Entlastungsorgans bestimmenden toten Hub aufweisen. Die beiden mit verschiedenen
oder gleichen Drücken arbeitenden Hilfseinrichtüngen, z. B. Schmiermittelsysteme,
können so auf -das Steuerorgan wirken, daß im Falle eines Versagens des einen öder
anderen Hilfssystems eine Beeinflussung .des Entlastungsorgans nicht erfolgt, d.
h. daß die Anlage entlastet bleibt. Die den Schmiermitfeldruck im Stillstand rascher
verlierende Niederdruckpumpe kann so auf den Steuerapparat einwirken, daß auch die
zweite Hochdruckpumpe nach Stillstand der Anlage den Druck rasch abbläst.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, einen Verdichter mit einem während
des A.nlaufens der Maschine geöffneten, die Druckseite durch Verbindung mit der
Saugseite entlastenden Organ auszurüsten, wobei das Schließen dieses Organs derart
bewirkt wird, @daß sich eine beabsichtigte Verzögerung -,der Belastung der Anlage
vom Zeitpunkt des Maschinenanlaufs
an ergibt. Bei solchen Anlagen
ist die Vorrichtung so ausgebildet, daß die Zylinderräume des Verdichters sowohl
von der Saugleitung als auch von der Druckleitung abgeschaltet werden. Ferner ist
bekannt, das Entlastungsorgan auch während des Stillstandes geöffnet zu lassen,
wodurch aber Verluste verursacht werden. In beiden Fällen wird das Entlastungsorgan
vollständig unabhängig von der Drehzahl des Verdichters betätigt, d. h. es kann
in beiden Fällen eine Belastung erfolgen, auch wenn der Verdichter aus der einen
oder ,anderen Ursache nicht auf volle Tourenzahl gekommen ist.
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Nach der Erfindung wird dies dadurch vermieden, daß die Betätigung
d es Entlastungsorgans mittels Hilfseinrichtungen der Arbeitsmaschine erfolgt, die
vom Verdichter unmittelbar oder mittelbar angetrieben werden. Damit ist eine unmittelbare
Abhängigkeit der Entlastungszeit von der Verdichterdrehzahl geschaffen, die allein
eine hinreichende Betriebssicherheit für selbsttätige Verdichteranlagen gewährleistet.
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Zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind auf der
Zeichnung im Schnitt schematisch ,dargestellt.
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Fig. i zeigt eine Einrichtung, um das Anlaufen des Verdichters zu
erleichtern, F ig. 2 ein Abschlußorgan zwischen dem Kondensator und Verdampfer,
wobei die Flüssigkeitszufuhr erst nach einer gewissen Zeit geöffnet wird.
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Der Verdichter i oder eine Pumpe saugt das Fördermittel durch die
Saugleitung 2 aus einer nicht gezeichneten Ansaugstelle oder einem Vorratsbehälter
oder im Falle von Kälteanlagen aus dem Verdampfer und drückt es durch die Druckleitung
3 in eine nicht gezeichnete V erteilstation, Behälter oder im Falle von Kälteanlagen
in den Kondensator, wie @es in Fig. i dargestellt ist.
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-Der Verdichter i besitzt für seine Schmierung eine direkt auf der
Kurbelwelle sitzende Zalinradschmiermittelpumpe 5, die das Schmiermittel aus der
Kurbelmulde 6 durch den Filter 7 und die Leitungen 8 und 9 ansaugt und unter einem
gewissen Druck durch Leitungen io und ii den zu schmierenden Lagern zuführt. An
die Schmierleitung io ist nun durch die Leitung 12 ein Steuerapparat 13 angeschlossen,
dessen Kolben 14 unter dem Einfluß des von der Zahnradpumpe 5 erzeugten Schmiermitteldruckes
nach links verschoben wird, bis der Hubbegrenzer 1.6 auf den Gehäuseboden des Steuerapparates
13 aufstößt. Dies ist die Betriebsstellung des Kolbens i-.. Die Feder 15 ist dabei
gespannt. In dieser Betriebsstellung überdeckt die Steuerkante 18 des Kolbens 14
den Ablaufkanal i9, während die Steuerkante 17 die Zu führungsleitung 2o offen hält.
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Am Verdichter i wird zweckmäßig außer der Lagerschmierpumpe 5 noch
eine besondere Hochdruckpumpe 22 für die Zylinderschmierung angebracht. Diese kann,
wie gezeichnet, als Stöpselpumpe ausgebildet sein die durch Kettentrieb, Riemen
23 oder unmittelbar von der Kurbelwelle 4 des Verdichters i zwangsläufig angetrieben
wird Durch die Leitungen 24 wird das aus einem nicht gezeichneten Ölvorratsbehälter
durch eine ebenfalls nicht gezeichnete Saugleitung von Ader Pumpe 22 angesaugte
Schmiermittel unter einem gewissen Druck den Schmiermittelstellen am Verdichter
zugeführt. Von diesem Schmiermittelverteilsystem wird nun eine Abzweigleitung 2o
ebenfalls nach dem Steuerapparat 13 geführt, wo infolge der aufgedeckten Eintrittsöffnung
der Ringraum 26 den im Verteilernetz a4 und Leitungsstrang 2o herrschenden Druck
erhält. Da in jeder Stellung des Steuerkolbens 1.1 auch die Anschlußöffnungder Leitung
27 frei ist, so wird schließlich auch diese Leitung mit Schmiermittel von .der Hochdruckpumpe
22 gespeist, und es finden ein Schmiermittelfluß und eine Druckübertragung- statt,
die sich auf das Schließventil 28 auswirkt. Der sonst durch Federkraft 3o
nach oben gedrückte Kolben -29 dieses Ventils wird nach abwärts gedrückt, und der
mit diesem Kolben fest verbundene Ventilkörper 31 schließt dann, wenn er auf seinen
Sitz gelangt ist, die Leitung .12 dicht ab.
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Das eigentliche Entlastungsorgan 35 ist einerseits mittels
der Leitung 38 an die Druckleitung 3 und andererseits mittels der Leitung 39 an
die Saugleitung 2 angeschlossen und verbindet somit den Saug und Druckleitungs,strang
des Verdichters bzw. der Pumpenanlage. Beim Anlaufen ist dieses Entlastungsorgan
3.5 geöffnet und bewirkt durch überleitung des geförderten Mittels von der Druck-
auf die Saugseite einen praktisch unbelasteten Antrieb. Nach Erreichen der vollen
Drehzahl der Arbeitstnaschine und insbesondere bei richtigem Arbeiten der Schmiermittelpumpen
5 und 22 wird dieses Entlastungsorgan 35 selbsttätig geschlossen, so daß .die eigentliche
Förderung beginnen kann, die Maschine also auf Vollast kommt.
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Der Zylinderraum 44 über dem Kolben 37 ist ebenfalls mit dem Saug-
und Druckleitungsstrang 2 bzw. 3 verbunden, und zwar saugseitig durch die Leitung
42 und druckseitig durch .die Leitung 41. In den Leitungsstrang 42 sind hintereinander
das Schließventil 28 und das Magnetventil 34 eingebaut, von denen :das erstere während
des normalen
Betriebes infolge des von der Pumpe 22 erzeugten Schrriiermitteldruckes
geschlossen bleibt, während das Magnetventil 34 elektrisch so mit dem Antrieb der
Arbeitsmaschine gekuppelt ist, daß es beider Ingangsetzung der Arbeitsmaschine zwangsläufig
öffnet und bei deren Stillstand geschlossen bleibt. Das Schließventil
28 ist im Stillstand infolge der Federkraft 30 geöffnet.
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In die Leitung 41 ist ein Drosselorgan 4o eingebaut, welches eine
Dosierung des vom Druckleitungsstrang 3 nach dem Hohlraum 44 strömenden Fördermittels
gestattet. Dieses Drosselorgan 4o ist so eingestellt, daß der Durchlaßquerschnitt
auf jeden Fall kleiner ist als der Durchlaßquerschnitt der Leitung 42 des Schließventils
28 und,des Magnetventils 34. Ferner ist in der Druckleitung 3 zwischen den Abzwei=gleitungen
38 und 4@ noch eine Rückschlagkl.appe 43 vorgesehen, welche besonders im Stillstand
der Anlage einen Rückfluß von gefördertem Mittel nach dem Verdichter bzw. nach der
Pumpe verhindern soll.
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Die Arbeitsweise der beschriebenen Einrichtung ist nun folgende: Ausgehend
vom normalen Betrieb der Anlage mit richtig arbeitenden Schmiermittelpumpen 5 und
22 ist also der Kolben 14 des Steuerorgans 13 infolge des von der Zahnradpumpe 5
erzeugten Druckes in seine Betriebslage, wie gezeichnet, geschoben. Die von der
Hochdruckpumpe 22 kommende Förderleitung 2o hat freien Eintritt in den Ringraum
26 des Steuerorgans 13 und steht auch durch die Leitung 27 mit dem Schließventil
28 in Verbindung, dessen Kolben 29 unter dem Einfluß des von der Pumpe 22 erzeugten
Druckes nach abwärts geschoben wird und dadurch durch den Ventilkörper 31 :einen
festen Abschnuß des Leitungsstranges 42 bewirkt. Das Magnetventil 34 ist während
der Betriebszeit der Arbeitsmaschine geöffnet.
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Durch das geschlossene Schließventi128 kommt der über dem Kolben 37
des Entlastungsorgans 35 liegende Zylinderraum 44 durch die Leitung 41 und das dauernd
etwas geöffnete Drosselorgan 40 unter den Einfluß des Förderdrucks des Verdichters
bzw. der Pumpe i. Aber auch der Zylinderraum 45 unter dem Kolben 37 steht :durch
die Leitung 38 mit der Druckleitung 3 in Verbindung und weist somit ebenfalls den
Förderdruck der Arbeitsmaschine auf. Da aber :der Kolben 37 von oben her :durch
die Feder 36 belastet wird, wird dieser trotz :des Druckausgleichs nach abwärts
gedrückt, wodurch der am Kolben 37 befestigte Ventilteller 46 fest auf den Sitz
des Entlastungsorgans 35 aufgepreßt und somit ein überströmen von unter dem Förderdruck
stehendem Fördermittel von der Druckleitung 3 nach der Saugleitung 2 verhindert
wird.
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Beim Abstellen der Arbeitsmaschine i kommen nätürlich gleichzeitig
die SchmiermittelpumPen 5 und 22 zur Ruhe. Die Schmiermittelförderung hört sofort
auf. Es liegt in der Art der Zahnradpumpe 5, daß sie ihren Förderdruck im Stillstand
zurück durch die Pumpe hindurch sehr rasch verliert, so dä.ß ziemlich bald der Druck
im Schmiermittelnetz io, ii und 12 auf den in der Mulde 6 der Arbeitsmaschine i.
herrschenden Druck verringert wird.
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Der Kolben 14 des Steuerorgans 13 steht nun beiderseitig, d. h. einerseits
durch die Leitungen 12, 1o, Pumpe 5 und Leitungen 9 und 8, andererseits durch die
Leitungen 2-1 und 8 unter dem Druck der Mulde 6. Er wäre somit aus=geglichen, wenn
nicht die Feder 15 eine Bewegung des Kolbens, 14 nach rechts, d. h. in die Ruhestellung
verursachen würde. Durch diese Kolbenverschiebung wird zunächst die Druckleitung
2o abgesperrt, unmittelbar danach aber -die Ablaufleitung i9 geöffnet, so daß sich
der im Ringraum 26, in der Leitung 27 und im Zylinderraum 47 des Schließventils
28 herrschende Schmiermitteldruck ebenfalls auf den Druck der Mulde 6 verringern
kann. Die Feder 3o im Schließventi128 ist nun so bemessen, daß sie den Kolben 29
nach oben zu drücken vermag, was zur Öffnung der Leitung 42 durch den Ventilkörper
3 i führt. Da das Magnetventil 34 aber beim Abstellen der Arbeitsmaschine unverzüglich
geschlossen wird, bleibt die Verbindungsleitung 42 zwischen dem Entlastungsorgan
35 und der Saugleitung 2 immer noch versperrt, so daß der Raum 44 auch im Stillstand
unter dem Einfluß -des im Leitungsnetz 3 hinter .der Rückschlagklappe 43 herrschenden
Förderdruckes steht. Die Unterseite des Kolbens 37 wird bei dichten Ventil=en :der
Arbeitsmaschine i unter dem gleichen Förderdruck stehen wie seine Oberseite. Durch
Leckverluste der Ventile kann sich der Druck aber auch verringern, so daß in allen
Fällen infolge der Wirkung der Feder 36 und des möglichen Druckunterschiedes in
den Kammern 44 und 45 das Entlastungsventil 35 auch im Stillstand der Anlage verschlossen
bleibt.
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Bei der Wiederinbetriebnahme der Arbeitsmaschine spielt sich nun folgender
Vorgang ab: Es wird zunächst augenblicklich mit der Ingangsetzung des Verdichters
bzw. der Pumpe i das Magnetventil 34 geöffnet, so .daß sogleich der Zylinderraum
44 des Entlastungsorgans 35 durch die Leitung 42 als auch durch das Schließventil
28 und das Magnetventil 34 freie Verbindung mit der Saugleitung
2
erhält. Durch die Leitung 41 und das Drosselorgan.do ist zwar derZylinderrauin 44
auch mit dem unter dein Förderdruck stehenden Druckleitungsstrang 3 verbunden. Da
der Durchlaßquerschnitt des Drosselorgans 4o aber bedeutend geringer ist als der
der Leitung 42 und der Ventile 28 und 34, so fließt .dem Raum 44 weniger
Druckmittel zu, als durch die Leitung 42 abzuströmen vermöchte. Der Raum
44 wird also annähernd unter den Einfluß des Saugdruckes gestellt werden.
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Im Zylinderraum 45 unter dem Kolben 37 kann der Druck im Augenblick
.des Anlaufens bei gut dichtenden Ventilen der Arbeitsmaschine noch gleich :dein
Förderdruck sein. Bei weniger gut dichtenden Ventilen verringert er sich im ungünstigsten
Fall auf den Druck des Saugstranges 2. Im ersteren Fall wird infolge des Druckunterschiedes
zwischen dem Raum 45 und dem Raum 44 der Kolben 37 entgegen der Federkraft 36 sofort
gehoben und damit das Entlastungsventil 35
geöffnet. Es findet ein Überströmen
von Druckmittel von der Druckleitung 3 nach der Saugleitung :2 statt, was eine erhebliche
Entlastung der Arbeitsmaschine bedeutet.
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Zum Offenhalten dieses Ventils 35 ist ein der Druckfeder 36 Gleichgewicht
haltender leichter überdruck im Zylinderraum 45 erforderlich, der dadurch erreicht
wird, daß der Durchgangsquerschnitt des geöffneten Ventiltellers 46 gegenüber dem
Querschnitt der Leitung 39 derart verengt ist, daß das Fördermittel beim Durchströmen
einen entsprechenden Druckabfall erfährt.
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Wenn vor der Inbetriebnahme der Arbeitsmaschine der Druck im Leitungsstrang
38 gleichwertig dem Saugdruck ist, dann ist beim Anlaufen durch die Arbeitsmaschine
vorerst ein kleiner Überdruck zu erzeugen, der zum Heben des Kolbens 37 und damit
des Ventiltellers 46 führt.
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Das Öffnen des Entlastungsorgans 35 erfolgt sehr rasch, d.li. schon
nach wenigen Umdrehungen der Arbeitsmaschine. Dieses Entlastungsorgan bleibt vorläufig
geöffnet und verhindert eine praktische Arbeitsleistung des Verdichters bzw. der
Pumpe.
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Während nun die Arbeitsmaschine i in mehr oder weniger kurzer Zeit
auf ihre volle Drehzahl kommt, beginnen nun auch die Schrniermittelpunrpen 5 und
22 zu fördern und Druck zu erzeugen. Die HochdrucklaUnape 22 hat vorläufig allerdings
noch keinen finfluß auf die Steuerung, da durch den in der Ruhestellung sich befindenden
Kolben i d. des Steuerorgans 13 die Eintrittsöffnung der Leitung 2o versperrt ist.
Dagegen wird mit steigendem Druck der Zahnradpumpe 5 allmählich der Kolben 14 verschoben,
so daß zunächst durch die Steuerkante 18 der Ablaufkanal i9 verdeckt und schließlich
in der Betriebsstellung des Kolbens 1d. durch die Steuerkante 17 der Leitungskanal
2o geöffnet wird, wodurch also :die Hochdruckpumpe 22 in Wirkung treten kann. Es
beginnt nun eine Schrniermittelförderung von der Pumpe 22 durch die Leitung 2o,
den Ringraum 26 und die Leitung 27 nach der Kammer 47 des Schließventils 28, wo
der Kolben 29 langsam nach unten gedrückt wird. Am Ende des Abwärtsganges des Kolbens
29 ist :die Leitung 42 durch den Ventilkörper 31 fest verschlossen.
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Die Geschwindigkeit der Abwärtsbewegung des Kolbens 29 ist direkt
proportional dem Fördervolumen der Pumpe 22 und umgekehrt proportional der Fläche
und dem Hub des Kolbens -29. Durch entsprechende Wahl der Pumpengröße bzw. der Fläche
und des Hubes des Kolbens 29 hat man es also in der Hand, jede gewünschte Verzögerung,
d. h. zeitlichen Abstand vorn Augenblick des Maschinenanlaufs bis zum Schließen
des Schließventils 28 zu erhalten.
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Durch die Unterbrechung des Leitungsstranges d.2 durch das Schließventil
28 ist nun ein Abströmen von Fördermittel verhindert. Der Zylinderraum 44 des Ventils
35 füllt sich mit Fördermittel auf, und zwar durch die Leitung 4i und das Drosselorgan
4o, und erhält allmählich den Druck der Druckleitung 3. Dadurch ergibt sich nun
wieder Druckausgleich zwischen der Kammer .14 und der Kammer 45, und der Kolben
37 kann durch die Feder 36 abwärts gedrückt und damit .der Ventilteller 46 zum dichten
:'lbschluß gebracht werden. Die Entlastung hört damit auf. Die Maschine kommt in
Vollastbetrieb, d. h. auf normalen Betrieb.
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Die Betätigung der Entlastungsvorrichtung von zwei verschiedenen Schmierpumpen
ist gegeben, weil moderne Verdichter bzw. Pumpen wenigstens bei Kolbemnaschinen
in der Regel zwei Schmierungssysteme besitzen, und zwar das eine mit Niederdruck
für die Schmierung der Lager und Triebwerkteile und das andere mit Hochdruck zur
Zylinderschmierung. Das Niederdrucksystern mit der Zahnradpumpe 5 dient bei der
beschriebenen Einrichtung lediglich für die Steuerung, während das Hochdrucksystem
mit der Hochdruckpumpe 22 das eigentliche Arbeitssystem darstellt, unter dessen
Einfluß die Bewegung des große Kräfte brauchenden Schließventils 28 erfolgt. Durch
die Verwendung des Hochdrucksysteins können die Apparate kleinere Dimensionen erhalten.
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Das in Fig.2 dargestellte Abschlußorgan 50 kann wie auch in
Fig. i z. B. in die Kälteinittelflüssigkeitsleitung zwischen Kondensator
3'
und Verdampfer 2' eingebaut sein und soll die Flüssigkeitszufuhr zum Verdampfer
erst nach einer gewissen, vom Anlauf des Verdichters gerechneten Zeit an öffnen.
Im Stillstand der Verdichteranlage soll es aber geschlossen bleiben.
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Zu diesem Zweck Wird das Abschlußorgan, dessen Ventilkörper 55 durch
einen Kolben 5i bewegt wird, so an,die Schmiermittelsysteme 5 und 22 angeschlossen,
daß .der unter dem Kolben 5 i liegende Zylinderraum 52 mit der zum Schließventil
28 der Entlastungsvorrichtung führenden Leitung 27 und der Zylinderraum 53 über
dem Kolben 5 i mit der den Steuerungsapparat 13 mit der Kurbelmulde 6 des
Verdichters verbindenden Ablaufleitung 2z verbunden ist. Der Zylinderraum 53 über
dem Kolben steht immer unter dem Einfluß des in der Verdichtermulde 6 herrschenden
Druckes, während der Zylinderraum 52 unter dem Kolben p nur im Stillstand der Verdichterarilage
über die Leitung 27, den Ringraum 26 und die Leitungen ig und 8 unter diesem gleichen
Druck steht. Durch die Kraft der Feder 54 bleibt hierbei der Kolben 51 in seiner
Tiefstlage und das Abschlußorgan So geschlossen. Im Betrieb .dagegen steht der Zylinderraum
52 unter dem Einfluß des von der Schmiermittelpumpe 22 erzeugten Druckes, der höher
ist als der Druck in der Mulde 6, so -daß der Kolben 51 nach oben gedrückt und das
Ventil So geöffnet wird und der Kreislauf zwischen Kondensator 3' und Verdampfer
2' geschlossen ist.
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Beim Anlauf der Maschine erfolgt das Öffnen des Ventils So mit Verzögerung,
da zunächst durch die Schmiermittelpumpe 5 der Steuerkolben 14' in seine Betriebslage
verschoben werden muß, um die Schmiermittelpumpe 2 zur Wirkung zu bringen. Daraufhin
bestimmen die Konstruktionsverhältnisse, wie Durchmesser des Kolbens 5 i und toter
Hub zur Fördermenge der Schmiermittelpumpe 22, die Verzögerungszeit bis zum Öffnen
des Ventils.
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Auf der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand im Zusammenhang mit
einem zweistufigen Tauchkolbenverdichter dargestellt. Selbstverständlich läßt sich
dieselbe Einrichtung für sämtliche Verdichter- und Pumpenarten, gleichviel ob Kolbenmaschinen,
Rotationsmaschinen, Vielzellenmaschinen usw., und für flüssige oder gasförmige Fördermittel
verwenden, wenn diese Maschinen die erforderlichen Hilf sbetriebsmittel besitzen.
Anderenfalls lassen sich natürlich Zusatzpumpen anordnen, die von der Arbeitsmaschine
mittelbar oder unmittelbar angetrieben werden. können und die nur zur Steuerung
der beschriebenen Entlastungsvorrichtung dienen.