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Kühlung der mit einer Vielzahl von Ventilen besetzten Wandfläche von
Kolben-Gasverdichtern Bei Kolben-Gasverdichtern ist es bekannt, die vom Gas berührten
Wände :des Verdichterzylnnders zu kühlen, um Verfchtungsarbeit zu sparen und um
eine Erwärmung des angesaugten Gases an heißen Wänden zu vermeiden und mithin bei
jedem Saughub :ein möglichst großes Gasgewicht ansaugen zu können. In der Regel
ist zu dem Zweck eine Mantelkühlung vorgesehen, d. h., es ist in einigem Abstand
von der zu kühlenden Wand eine zweite Wand (der Kühlmantel) angeordnet, und der
zwischen beiden Wänden verbleibende Zwischenraum wird mit einem Kühlmittel (im allgemeinen
Wasser) beschickt. Man hat eine solche Mantelkühlung auch zur Kühlung solcher Wandflächen
vorgesehen, die mit Ventilen besetzt sind. Dabei bildet der Mantel des Kühlraumes
mit dem Ventilkorb und der an den Verdichteraibeitsraum angrenzenden Wand ein einheitliches
Gußstück. Ein solches Gußstück nimmt aber namentlich dann eine sehr umständliche
und schwer herzustellende Gestaltung an, wenn die Ventile verhältnismäßig klein
sind, ihre Zahl aber dementsprechend hoch :ist. Bei einer solchen Ausgestaltung
einer :gekühlten Arbe-itsraumbegrenzung als einheitliches Gußstück, bei welcher
außerdem die Ventile als Ringventile und die den Arbeitsraum mit diesen Ventilen
verbindenden Kanäle als Ringkanäle
ausgebildet sind, ist es weiterhin
bekannt, Kühlmittelkanäle vorzusehen, welche sich quer zu den ringförmigen Ventilkanälen
erstrecken und diese durchdringen, derart, daß diese Kühlmittelkanäle den innerhalb
d er Tingförmigen Ventilkanäle liegenden Raum mit dem diese Ventilkanäle außen umgebenden
Kühlraum verbinden. D;ie Anordnung dieser besonderen Kühl.mittelkanäle, die durch
eine sie umschließende Trennwand gegen die ringförmigen Ventilkanäle abgeschlossen
sein müssen, macht die Gestaltung des Gesamtgußstückes besonders schwierig; insbesondere
ist ,eine solche durch Gießen herzustellende Ausführungsform nur dort anwendbar,
wo nur wenige, verhältnismäßig große Ventile vorhanden sind.
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Zweck dieser Erfindung ist die Schaffung einer verhältnismäßig einfach
gestalteten, aber doch sehr wirksamen Kühlung, die für mit einer Vielzahl verhältnismäßig
kleiner Ventile besetzte Wandflächen von Kolben-Gasverdüehtern. geeignet ist.
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Erfindungsgemäß sind im Werkstoff der mit Ventilen besetzten Wand
Kühlmittelkanäle ausgespart, welche die die Ventile aufnehmenden Gas-Durchflußkanäle
(Ventilkanäle) in geringem Abstand: kreuzen. Unter dem Begriff »Kü,hlmitbelkanäde«
sind Räume zu verstehen, die sich vornehmlich @in einer Dimension (in der Länge)
erstrecken, die also dem Hahl:raum eines geraden oder eines gekrümmten Rohres entsprechen.
Die Angabe, daß diese Kanäle sich mit den Ventilkanälen »kreuzen«, soll besagen,
da$ .diese Kanäle in einigem Ahstande aneinander vorbeigehen, daß also nicht ein
Kanal der einen Art einen Kanal der anderen Art durchdringt. Der Kreuzungsabstand
soll aber ».gering« sein, d. h., der Weg, den die Wärme von der Wand ,des von einem
Mittel, z. B. vom wärmeabgebenden veTdiahteten Gas, durchströmten Kanals bis zur
Wand des vom anderen Mittel, z. B. vom wärmeau.fnehmenden Kühlmittel, .dardhströmten
Kanals zurücklegen ruß, soll möglichst kurz sein.
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Es ist bei Einrichtungen zum Wärmeaustausch zwischen verdichtetem
Gas und einer Kühlflüssigkeit bekannt, das Gas .in Kanälen zu führen, .die als dicht
mbeneinandezliegende langgestreckte Eintiefungen (Furchen) än eine entsprechend
dicke Metallplatte eingearbeitet und nach außen durch e@i@ne.au£ diese Platte aufgelegte
Scheibe abgeschlossen sind, während die Kühlflüssigkeit die Rückseite der Platte
bespült.
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Die mit Ventilen besetzten und mit der erfindungsgemäßen Kühlung auszustattenden
Wände können eben sein, wie dies in der Regel beim Zylinderdeckel zutrifft, oder
auch gekrümmt verlaufen, was z. B. dann -der Fall ist, wenn Ventile mit den in der
Nähe .der Zylinderenden liegenden Teilen der Zylinderwand, angeordnet sind. Die
Kühl.mittelkanäle können in den Werkstoff der Wand eingebohrt öder eingegossen,
also allseitig vom WandweTkstoff umschlossen sein; sie können aber auch als nach
einer Wandseibe hin offene Vertiefungen ausgebildet und durreheine Abdeckung nach
außen abgeschlossen sein. Letzteres kommt namentlich für in die Wand einzuavbeitende,
im Kreise verlaufende (also auf der Drehbank herzustellende) Kanäle in Frage. Die
einzelnen Kühlkanäle können hintereinander oder parallel oder in Gruppen parallel
und solche Gruppen hintereinandergeschaltet sein. Da das Kühlmittel mit hoher Geschwindigkeit
durch die .relativ engen Kanäle geführt werden kann, ist eine Ansammlung von Ablagerungen
oder die Bildung von Luftsäcken auch dann nicht zu befürchten, wenn die Kanäle nicht
durchgehend vom Züfluß bis zum Abfluß ansteigend angeordnet sind. Die erfindungsgemäße
Kühlung kann deshalb in sehr mannigfaltiger Weise ausgestaltet werden und läßt sich
sonach den jeweils vorliegenden baulichen oder fertigu-n"stechnis,ohen Verhältnissen
gut anpassen.
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Die beim Erfindungsgegenstand mögliche hohe Kühlmittelgeschwindigkeit
trägt zur Verstärkung des Wärmeaustausches zwüschen der Wand und dem Kühlmittel
bei. Da namentlich bei Verdichtern oder Vrerdichterstufen, die Gas von verhältnismäßig
geringem, z. B. atmosphärischem Druck ansaugen, die ventilbesetzten Flächen einen
verhältnismäßig großen Teil der gesamten gasberührten Wandfläche des VerdiohterzyLinders
ausmachen, so ist eine gute Kühlung dieser Wände von erheblichem Einfluß auf die
Förderleistung des Verdichters. Besonders gilt dies dann, wenn ,die erfindungsgemäße
Kühlung bei den -mit Saugventilen besetzten Wandteilen Verwendung findet, .da hieribei
verhütet wird, daß das Gas schon beim Einströmen in den Verdichterarbeitsraumheiße
Wände berührt und sich dadurch erwärmt. Die Anwendung der erfindungsgemäßen Kühlung
ist deshalb bei: den mit Saugventilen besetzten Wandteilen von besonderer Bedeutung.
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Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.
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Die Abb. i und 2, 3 und ¢, 5 und 6 zeigen je im axialen Längsschnitt
nach ,dien Linien I-I der Abb. 2, III-I-II der A.bb. q. und V-V der Abb. 6 und im
Querschnitt nach den Linien II-II der Abb. i, IV-IV der Abb. 3 und; VI=VI,der Abb.
5 .eine KühlanoTdnung für einen mit Saugventilen besetzten Zylinderdeckel.
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Abb. 7 zeigt im Querschnitt eine Deckelkühlung ähnlicher Art wie die
Abb. 5 und 6, jedoch mit anderer Schaltung der Kühlmittelwege.
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Abb.8 und 9 zeigen eine Kühlanordnung für einen mit Saugventilen besetzten
Teil,der zylindrischen Wand im axialen Längsschnitt und in der Abwicklung eines
Zylinderschnittes längs einer zur Verdichter-Zylinderachse gleichmittigen Zylinderfläche
mit der Mantellinie IX-IX dez Abb. B.
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Übereinstimmende Teile der verschiedenen Beispiele sind gleich bezeichnet.
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Bei dem Beispiel nach Abb. i und 2 sind ;im Zylinderdeckel i die die
Saugventile aufnehmenden Gasdurchflußkanäle (Ventilkanäle) 2 in waagerechten Reihen
angeordnet. Zwischen je zwei solchen Ventilkanalreihen ist im Werkstoff des Deckels
i ein Kühlmittelkanal 3 ausgespart, der allseitig vom Deckelwerkstoff umschlossen
ist und die Ventilkanäle 2 rechtwinkelig kreuzt. Durch am Umfang des Deckels ausgesparte,
in der Umfangsrichtung
verlaufende Kanäle 4, 5, 6, 7 werden die
Kühlkanäle 3 in Gruppen zu je -dreien parallel geschaltet und die einzelnen Gruppen
hintereinandergeschaltet. Der Kanal 4 ist an .eine Kühlmittelzuleitung 8, der Kanal
7 an eine Kühlmittelableitung 9 angeschlossen, welche in,den die zylindrische Wand
io umgebenden und durch den Mantel i i nach außen abgeschlossenen Kühlmitbelraum
i2 ausmündet. Mit dem Deckel i ist .eine Wand 15 verbunden, die zusammen mit dem
Deckel i den Saugraum 16 abgrenzt, von welchem die Ventilkanäle 2 ausgehen und an
welchen die Ansaugleitung 17 angeschlossen i,st. Die Druckventile sitzen in Ventilkanälen
18, welche nahe beim Deckel i in der zylindrischen Wand io vorgesehen sind und in
eine ringförmige Druckkammer i9 münden, ,an welche die Druckleitung 2o angeschlossen
ist.
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Beim Beispiel nach Abb. 3 und 4 sind die im Deckel i vorgesehenen
Saugventilkanäle 2 so angeordnet, daß ihre Mitten auf zur Zylinderachse gleichmittigen
Kreisen liegen. Die Kühlmittelzufuhr erfolgt durch eine Leitung 2i zu einem in der
Deckelmitte vorgesehenen Raum 22, von welchem mehrere radiale, ganz im Deckelwerkstoff
liegende Kühlmittelkanäle 23 ausgehen, die zu Umfangskanälen 24 führen. An jeden
dieser Umfangskanäle schließen sich zwei parallel geschaltete, die zwischenden Radialkanälen
23 liegenden Sektorstücke des Deckels durchziehende Kühl-mittel'kanäl,e 25, 26 an,
welche zu einem am Umfang ausgesparten Raum 27 führen, der durch einen Kanal 28
mit dem vom Kühlmantel i i begrenzten Kühlmittelraum 12 verbunden ist. Die parallel
geschalteten Kanäle 25 und 26 verlaufen derart geknickt, daß ihre Hälften jeweils
parallel zu den benachbarten Radialkanälen 23 verlaufen. Die Ventilkanäle 2 sind
so angeOrdnet, daß zwilschen je zweien der parallel verlaufenden Kühlmittelkanäle
eine Reihe von Ventilkanälen liegt.
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Beim Beispiel nach Abb. 5 und 6 sind dnie Saugventilkanäle 2 wieder
so angeordnet, daß ihre Mitten auf zur Zylinderachse gleichmittigen Kreisen liegen.
Die Kühlmittelkanäle sind in den Deckel i als kreisförmige Nuten 30 derart
eingearbeltet, z. B. eingedreht, daß jede Kreisreihe von Ventilkanälen zwischen
zwei solchen Kühlkanälen liegt. Diese Kühlkanäle sind nach der dem Saugraum 16 zugekehrten
Deckelseite hin offen und werden durch eine auf den Deckel i aufgelegte Platte 31
nach außen abgeschlossen. Diese Platte ist mit die Fortsetzung der Ventilkanäle?,
bildenden Durcbbrechungen 32 versehen und w iTd beispielsweise durch viele, über
ihre Fläche verteilte Schraubenbolzen 33 gegen .den Deckel i angepreßt. Die einzelnen
ringförmigen Kühlmittelkanäle 30 sind durch eine im Deckelwerkstoff verlaufende
radiale Bohrung 35 an den Kühlmittelz.ufluß 8 und durch eine längs des gleichen
Durchmessers ebenfalls ganz im Deckelwerkstoff verlaufende Bohrung 36 an den A'bfluß
9 angeschlossen. Die den Saugraum 16 nach außen begrenzende Wand ist hier als besonderer
Deckel 37 ausgebildet, da die dem Saugraum zugekehrte Seite des Deckels i zum Aufbringen
der Abs chlußplatte 31 zugänglich sein muß. Bei dieser Anordnung sind alle beiderseits
der Bobrungen 35 und 36 liegenden Kühlkanalhälften parallel geschaltet.
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Bai der Einrichtung gemäß Abb. 7 ist nur der äußerste der kreisförmigen
Kühlmittelkanäle 3o an den Zufluß 8 und an den Abfluß 9 angeschlossen. Je zwei benachbarte
Kühlkanäle sind durch je zwei kurze Rad(alkanäle 38 bzw. 39 unter sich verbunden.
Zwischen den einander benachbarten Einmündungen -dieser Radialkanäle in die kreisförmigen
Kanäle 30 sind letztere durch Einlagen 40 und 41 unterbrochen. Diese Anordnung
hat die Wirkung, d.aß das durch den Zufluß 8 eintretende Kühlmittel zunächst in
Form einer zur Zylindermitte hin laufenden Spirale immer weiter nach innen und dann
in einer sich erweiternden Sp;i@rate immer weiter nach außen und schließlich zum
Abfluß 9 gelangt. Hierbei sind also alle Kühlmittelwege h.intereinandergeschaltet.
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Beim. Beinspiel nach Abb. 8 und 9 sind die Saugventilkanäle 2 in der
zylindrischen Wand io radial verlaufend in zwei Umfangsreihen und gegeneinander
versetzt angeordnet. Sie münden in eine Ringkammer 45, an welche die Saugleitung
17 angeschlossen .ist. Die die Druckventile aufnehmenden Kanäle i8 sind im Deckel
i angeordnet und münden in eine durch den Deckel 47 nach außen abgeschlossene Druckkammer
46, an welche die Druckleitung 2o angeschlossen ist. Die die Saugventile 2 enthaltend-,
Zone der zylindrischen Wand io i-st auf der Seite des Kühlmittelzuflusses 8 durch
einen mit diesem Zufluß verbundenen, ringsum -laufenden Kanal 48, auf der anderen
Seite -durch den Kühlm,ittelraum 12 begrenzt. Zwischen den Kühlmittelräumen 48 und
i2 -erstrecken sich ischräg zur Zylinderachse verlaufende, die Ventilkanäle 2 kreuzende,
allseitig vom Werkstoff der zylindrischen Wand io umschlossene Kanäle 5o, durch
welche das Kühlmittel vom Raum 48 zum Raum 12 übertreten kann. Es liegen also hier
je zwei Ventilkanäle :2 zwischen je zwei Kühl.mittelkanälen 5o. Auch hier wird sonach
eine wirksame Kühlhaltung der vom anzusaugenden Gas berührten Flächen erzielt. Der
die DruckventnJkanäle 18 enthaltende Deckel i kann, sofern dies erwünscht erscheint,
mit einer der vorher beschriebenen Kühlanordnungen versehen sein.