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Verfahren und Einrichtung zur Regelung der Fördermenge von Gleichstromverdichtern
Es ist bekannt, die Fördermenge von Kolbenverdichtern, durch Offenhalten der Saugventile
stufenlos zu verändern. Zu diesem Zweck sind die Saugventile mit einer Steuervorrichtung
ausgerüstet, durch die sie bei Belastung mixt einem Steuermittel, z. B. Teilen des
der Druckseite entnommenen Fördermittels des Verdichters, von ihrem Sitz gehoben
und beim Druckhub so lange offen gehalten, werden, bis der Strömungsdruck des zur
Saugseite zurückkehrenden Fördermittel-s die Steuerkraft iib,erwiridet. Das Schließen,
des Ventils ist dabei durch die Zeit bestimmt, die benötigt wird, um das in den
Steuerräumen mittels eines Rückschlagventäs eingeschlossene Steuermittel über eine
feine[ Drosselbohrung auf einen etwas geringeren Druck als den gerade herrschenden
Strömungsdruck zu entspannen. Das gleiche Verfahren wurde auch schon für Gleichstromverdichter
mit im Kolben, liegenden Saugventilen mit dem Unterschied vorgeschlagen, da.B das
Steuermittel nicht der Druckleitung des Verdichters entnommen, sondern durch eine
an dem Arbeitskolben eingebaute kleine Kolbenpumpe erzeugt wird, deren Arbeitskolben
durch eine am Zylindermantel angeordnete Verstellvorrichtung von außen betätigt
werden kann, um den Hub der Steuermittelpumpe und. damit den Steuermitteldruck verändern
zu können, dessen Höhe den Zeitpunkt-des Saugventilschlusse@s bestimmt. Bei dieser
Regelung erfordert die Erzeugung dies Steuermittels ,die Aufbringung einer wenn
auch nur verhältnismäßig geringen zusätzlichen Antriebsleistung. Des weiteren machen
die zur Veränderung des Steuermitteldruckes notwendigen Einrichtungen den Aufbau
des
Verdichters verwickelt. Ein anderer wesentlicher Nachteil besteht,darin, daß die
Steuerung an ein im Kolben liegendes Rücksch.lagventil und eine Drosselbohrung gebunden
ist, durch welche das in die Steuerräume einsgeführte! Steuermittel zur Saugseite
entspannt wird, um das Schließen, des Saugventils zu einem gewünschten Zeitpunkt
herbeizuführen. Das Rückschlagventil ünterl.iegt,der Einwirkung der Massenkräfte,
arbeitet also ungenau. Die Drosselbohrung veranlaßt ebenfalls kegzlfehler, da sie
nur sehr klein ist und sich durch Ablagerungen, z. B. von Schmieröl, leicht zusetzt.
Die Drosselbohrung bedarf daher einer ständigen. Überwachung, die wegen der schlechten
Zugänglichkeit schwierilg durchführbar ist. Dies ist auch bei; einer aus betrieblichen
Gründen etwa erforderlich werdenden. Veränderung der Drosselbohrung von Nachteil.
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- Gemäß,der Erfindung wird eine verlustlose, dabei aber auch genaue
und feine Regelung unter Vermeidung eines im Arbeitskolben angeordneten Rückschlagventils
und einer Drosselbohrung zur Entlastung der Steuervorrichtung dadurch erreicht,
.daß ,der Schließpunkt des Saugventils durch Entlassen eines Teils des von der Fördereinrichtung
angesaugten. @ Steuermittels und durch. Entspannen des restlichen Steuermittels
auf einen verschieden großen, unterhalb seiner Saugspannung liegenden Druck verändert
wird. Mit diesem Verfahren: wird ,die Genauigkeit und Feinheit der Regelung verbessert,
und es wird die für die Verdichtung des Steuermittels aufägewerldete Arbeit durch
seine Rückexpansion. zum größten Teil zurückgewonnen. Es findet also kein Verbrauch
an verdichtetem Steuermittel statt. Eine besonders vorteilhafte Einrichtung zur
Ausübung des Verfahrens besteht darin, daß als Fördereinrichtung ineinanderschiebbare
Rohre dienen, die- einerseits mit den Steuerräumen der Saugventile in offener Verbindung
stehen und andererseits durch ein den Förderdruck des Steuermittels und dessen,
Entspannung beim Arbeitskalbendruckhub bestimmendes Drosselventil mehr oder weniger
abschließbar sind. Es. kommen somit al1eTeile, diedie Regeleinrichtung verwickelt
machen und zu Betriebsstörungen Anlaß geben können, .in Fortfall.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens
dargestellt, und. zwar zeigt Abb, i -einen senkrechten Schnitt durch einen stehenden
Mehrzylindergleichstromverdichtei, Abb. a ein Diagramm, aus dem der E.influß der
Massenkräfte der Regeleinrichtung auf den Steuervorgang ersichtlich ist, und Abb.
3 ein Steuerdruckdiagramm.
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Wie Abb. i zeigt, sind in dem Kolbenboden des Arbeitskolbens a die
Saugventile b in bekannter Weise angeordnet, die -durch eine Steuervorrichtung
c offen gehaltem werden. können, welche z. B. aus auf den Umfang der Saugventilplatten.
gleichmäßig verteilten Steuerkölbchen d besteht, die durch ein Druckgas -verstellbar
sind.. Zur Erzeugung des Druckgases ist in d@enArbeitskolben a eine kleine Zylinderbüchse.
e eingeschraubt, die an ihrem unteren Ende eine Saugöffnung f besitzt. Das die ZvIinderbüchse
e bildende Rohr verschiebt sich beim' Saughub des Arbeitskolbens über ein am Kurbelgehäuse
durch ein Joch g befestigtes Stahlrohr h, das an seinem oberen Ende eine Dichtungsmanischette
i trägt und über ein Rückschlagvent.il j
und ein Drosselorgan k unmittelbar
in das Kurbelgehäuse mündet oder mit der Saugseite des Ver-.dichters verbunden werden
_ kann. Das Drosselorgan k ist von Hand oder selbsttätig, z. B. bei Kälteanlagen
in, Abhängigkeit von der Temperatur der Sole oder des Kühlraumes, einstellbar. Die
Rückschlagkfappen j bewirken beim Druckhub des Arbeitskolbens den Abschluß der Fördervorrichtung
e, da und der Steuerräume der Steuervorrichtung c gegenüber ,dem Kurbelgehäuseraum
oder der Saugseite. -Bei Mehrzylindermaschinen sind die Regelvorrichtungen von je
zwei benachbarten Arbeitszylindern an ein gemeinsames Drosselorgan k angeschlossen,
welches dann in einer die Stahlrohre h verbindenden Leiturig l liegt. In diesem
Fall sind die Fördervorrichtungen e, 1a für das Steuermittel der beiden nebeneinanderliegenden
Zylinder -durch die gleichfalls in der Verbindungsleitung angeordneten Rückschlaggventile
j gegenseitig abschließbar.
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Ist der Druckhub des Arbeitskolbens beendet, so werden durch die Freigabe
der Öffnung sämtliche Räume der Fördereinrichtung bis zu dem Rückschlaäventil j,
also einschließlich der Räume der Steuervorrichtung c, mit dem Steuermittel gefüllt.
Beim anschließenden Saughub des Arbeitskolbens erfolgt eine adiabatische Verdichtung
des eingeschlossenen Steuermittels, welche der durch das Ineinanderschieben: d @er
Rohrleitungen e und lt bedingten Verkleinerung dieser Räume entspricht
und ,deren Höhe sich ferner danach richtet, ob das Ventil k völliig geschlossen.
oder mehr oder weniger oder auch ganz ;geöffnet ist, so daß entsprechende Teile
des angesaugten Steuermittels über das Drosselorgan k zur S-augseite `äder in den
Kurbelgehäuseraüm entlas,sen werden. Bei Beginn des folgenden Arrbeitskolbendruckhubes.
schließt sich das Rückschlagventi.l j. Das auf die oben dargelegte Weise mit verschieden
hohem Druck die S,augventilköJbchen d belastende und daher die Saugventile b offen
haltende Steuermittel wird somit beim Druckhub des Arbeitskolbens a infolge der
Vergrößerung,des Verdichtunigsraumes der Rohre e und lz .und ider Steuervorrichtung
c entweder, auf den Ansauägedruck oder auf einen unterhalb dieses Druckes, liegenden
Druck entspannt, wobei der Schnittpunkt der Entspannungslinie mit der Linie des
Strömungsdruckes des Fördermittels des Verdichters, welches über die Seugventilplatten
zur Saugseite zurückkehrt, den Zeitpunkt des Sau.gventilschlusses bestimmt. Die
Mengenregelung des Verdichters erfolgt also durch Veränderung des Höchstdruckes
des Steuermittels bzw. durch Entspannung der bei dem jeweiligen. Druck in der Fördervorrichtung
noch eingeschlossenen Steuerm-ittelmenge auf einen durch die Raumvergrößerung bedingten
Unterdruck. Infolgedessen. ergeben sich
äußerst günstige, .d. h.
große Schnittwinkel der Steuerdrucklinien mit der Strömun!gsdrucklinie, und es wird
ein sicherer Ve@nti.lschluß herbeigeführt.
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Die Genauigkeit der Regelung wird auch durch die durch die Steuerkölbchen
bedingten Massenkräfte nicht beeinträchtigt. Beim Arbeitskolbendruckhub wirken nämlich
die Massenkräfte (Linienzug <1l, Abb. 2) der Steuerkölbchen infolge der Verzögerung
der Kolben'bew@ung im zweiten Teil des Saughubes zunächst negativ, d. h. entgegen
dem auf die Steuerkölbchen lastenden Steuerdruck bzw. gleichgerichtet dem auf die
Ventilplatten wirkenden Strömungsdruck. Durch die zunehmende Beschleungung des Arbeitskolbens
im ersten Teil des Druckhubes nehmen dann diese negativen Massenkräfte stetig ab
und werden im zweiten Teil des Druckhubes durch die Geschwindigkeitsverzögerung
des Verdichterkolbens positiv, so daß s.ie zusammen mit dem Steuerdruck auf das
Offenhalten der Saugven.tilplatten hinwirken. Für das Schließen der Saugventile
ist daher nicht der reine Strömungsdruck (Linienzug S, Abb.3), sondern der resultierende
Druck (Linienzug R) des Strömungsdruckes und der Massenkräfte maßgeblich. Da jedoch
-die Entspannung des Steuermittels. der Saugventile immer auf einen Unterdruck erfolgt,
ergeben sich überall, so vor allem auch in. dem wichtigen Gebiet von o- bis 1/2-Last,
günstige Schnittwinkel mit der Linie des Steuerdruckes.
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In dem Diagramm (Abb. 3) ist der Stleuervorgang bei Leerlauf, 1i4-Last
und g/4-Last veranschaulicht.
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Bei Leerlauf (Linienzug I) wird das bei geschlossenem Drosselventil
durch die Öffnung f angesaugte und durch das Rückschlagventil j eingeschlossene
Steuermittel beim Druckhub des Arbeitskolbens auf den Ansaugedruck wieder entspannt,
was bedeutet, daß der auf das Schließen der Ventilplatten hinwirkende resultierende
Druck R aus Strömungsdruck S und Massenkräften <11 in keinem Augenblick die auf
den Steuerkölbchen d ruhende Steuerkraft des Steuermittels überwindet. Zwar tritt
eine durch die Öffnung f bedingte geringe vorzeitige Entlastung der Saugventilkölbchen
ein., jedoch ist diese für den Steuervorgang praktisch bedeutungslos.
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Wird mit 3/4-Last oder 1/4-Last befahren, so wird das Drosselventil
k mehr oder weniger geöffnet und ein Teil des angesaugten Steuermittels bis zur
Erreichung der unteren Totpunktlage des Arbeitskolbens ca über das Drosselyentil
k wieder ausgeschoben. Der erreichte Enddruck des Steuermittels ist somit kleiner
und das Volumen des in der Fördervorrichtung e, 1z noch befindlichen Steuermittels
geringer als bei Leerlauf. Beim anschließenden Druckhub des Arbeitskolbens wird:
daher dieses ringe Volumen auf einen Druck entspannt, der unterhalb des Ansauggedruckes
liegt, -wie die Linienzüge 1I, 111 zeigen. Die Schnittpunkte mit der Linie
R des resultierenden Druckes aus Strömungsdruck und Massenkräften bestimmen den
Zeitpunkt des S:augventilschlusses. Wie das Diagramm zeigt, ergeben sich trotz der
annähernd. adiabatischenEn:tspannungdes in der Fördervorrichtung e, h eingeschlossenen
Steuermittels verhältnismäßig große Winkel an den Schnittstellen, was sich auf :den
Saugventilschluß günstig auswirkt. Auch dann, wenn eine weitere Verringerung der
Förderlnen:ge des Verdichters erwünscht ist, arbeitet die Vorrichtung sehr genau,
da sich in allen Fällen die Entspannung des Sbeuermittel.s auf ci.nen niederen Druck
als den Saugdruck günstig hernerkbar macht, insbesondere aberdann, wenn -der Saugdruck
höher als der atmosphärische Druck liebt, wie dies beispielsweise bei Kältekompressoren
der Fall i,st.