EP1948928B1 - Kompressor - Google Patents

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EP1948928B1
EP1948928B1 EP06807564A EP06807564A EP1948928B1 EP 1948928 B1 EP1948928 B1 EP 1948928B1 EP 06807564 A EP06807564 A EP 06807564A EP 06807564 A EP06807564 A EP 06807564A EP 1948928 B1 EP1948928 B1 EP 1948928B1
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EP
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gas
bearing
pressure
compressor
reservoir
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EP06807564A
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EP1948928A1 (de
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Mario Bechtold
Bernd Gromoll
Stefan Nunninger
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BSH Hausgeraete GmbH
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BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/12—Casings; Cylinders; Cylinder heads; Fluid connections
    • F04B39/122—Cylinder block
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • F04B35/04—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric
    • F04B35/045—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric using solenoids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/12—Casings; Cylinders; Cylinder heads; Fluid connections
    • F04B39/125—Cylinder heads

Definitions

  • the invention relates to a compressor according to the preamble of claim 1.
  • the piston of a compressor should be stored by a gas bearing.
  • part of the gas compressed by the compressor is branched off from the useful gas stream and passed through nozzles into the gas bearing.
  • the problem with this arrangement is the loss of useful gas in particular because the gas loss depends on the thermodynamic operating point of the compressor. That at high end pressure of the gas more gas is lost than at low final pressure. As a result, the gas loss and the bearing capacity of the gas bearing are dependent on the compressor operating point.
  • the structure of a known from the prior art gas bearing is schematically below in FIG. 1 and will be described in detail.
  • the bearing nozzles must be continuously supplied with a gas stream. This is achieved by feeding the supply directly from the high-pressure chamber of the compressor.
  • the invention relates to a compressor with self-supplying gas storage, in which the supply pressure is independent of the delivery pressure. This optimizes the gas storage according to structure and function.
  • FIG. 1 a linear compressor is shown, in which a linearly guided compressor piston 2 acts on a gas volume 1.
  • a gas bearing is formed between the piston 2 and the inner wall of the hollow cylinder 10.
  • the gas space 1 is a low-pressure chamber 15 and a high-pressure chamber 20 assigned.
  • the low-pressure space 15 has a gas inlet 16 and an inlet valve 17.
  • the high-pressure space 20 has a gas outlet 21 and an outlet valve 22.
  • FIG. 2 shows an improved design of the gas bearing.
  • a second gas outlet 33 with channel 30 is mounted in the compression chamber 1.
  • the pressure in the gas reservoir 25 is determined by the position A of the gas outlet 33 in the compression chamber and the pressure drop in the connecting line and is below the compression end pressure.
  • the channel 30 is designed such that the pressure drop becomes minimal.
  • the gas bearing can be fed directly from the high pressure, wherein the gas flow is limited by a pressure reducer to the minimum necessary bearing pressure.
  • connection between compression chamber 1 and gas storage reservoir 25 is connected via a closable by valve 31 channel 30 FIG. 3 or a channel 40 without valve, but with anisotropic flow resistance 41 according to FIG. 4 produced. In both cases it is ensured that gas from the compression chamber 1 enters the gas reservoir 25. Conversely, however, no gas or only slightly gas can pass from the reservoir 25 back into the compression space 1 through the valve 31 or through the anisotropic flow resistance 41.
  • the volume of the gas reservoir 25 is selected so that the gas bearing is fed reliably from the reservoir 25 during repetitive operation, in particular if the reservoir is not fed from the high-pressure chamber 20 during the part of the compression cycle or intake cycle.
  • the gas reservoir 25 can be provided with an outlet valve 26.
  • the pressure in the reservoir 25 can be maintained permanently or at least longer, whereby the time period in which the compressor can remain switched off without the gas bearing loses the load capacity, can be extended.
  • the outlet valve 26 of the gas reservoir is again opened to first restore the carrying capacity of the gas bearing and then only to begin the movement of the piston 2.
  • start-up is, with the gas reservoir 25 empty, first to move the piston 2 with a reduced stroke in order to pressurize the gas reservoir 25. Once this is the bearing capacity of the gas bearing, the stroke can be increased to normal and normal compressor operation begins.
  • Another alternative would be an exhaust valve of the compression chamber, which opens independent of the pressure behind the exhaust valve only from a certain pressure. It can thereby be achieved that during start-up of the compressor first the gas reservoir 25 is filled and only then uses the Nutzgasstrom.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Kompressor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Der Kolben eines Kompressors soll durch ein Gaslager gelagert werden. Dazu wird ein Teil des durch den Kompressor verdichteten Gases vom Nutzgasstrom abgezweigt und über Düsen in das Gaslager geleitet. Problematisch bei dieser Anordnung ist der Verlust von Nutzgas insbesondere deshalb, weil der Gasverlust vom thermodynamischen Arbeitspunkt des Kompressors abhängt. D.h. bei hohem Endruck des Gases geht mehr Gas verloren als bei niederem Enddruck. Dadurch sind der Gasverlust und die Tragfähigkeit des Gaslagers vom Kompressorarbeitspunkt abhängig.
  • Um die Tragfähigkeit des Lagers auch bei niedrigem Verdichterenddruck sicherzustellen, sind entsprechend viele Lagerdüsen mit passendem Querschnitt vorzusehen. Bei hohem Verdichtungsenddruck führt dies zu starken Gasverlusten und deshalb zu schlechtem Verdichterwirkungsgrad.
  • Der Aufbau eines vom Stand der Technik bekannten Gaslagers ist schematisch weiter unten in Figur 1 dargestellt und wird im Einzelnen beschrieben. Damit das Gaslager funktioniert, müssen die Lagerdüsen kontinuierlich mit einem Gasstrom versorgt werden. Das wird dadurch erreicht, dass die Versorgung direkt aus dem Hochdruckraum des Kompressors gespeist wird.
  • Aus Dokument GB-A-923,732 , das als nächstliegender Stand der Technik angesehen wird, ist ein Kolbenkompressor mit Gaslager bekannt, dessen Gaslager ein selbstversorgendes Gaslager ist, bei dem der Versorgungsdruck unabhängig vom Förderdruck ist.
  • Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Kompressor zu schaffen.
  • Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein Kompressor mit selbst versorgendem Gaslager, bei dem der Versorgungsdruck unabhängig vom Förderdruck ist. Damit ist das Gaslager nach Aufbau und Funktion optimiert.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen.
  • Es zeigen
    • Figur 1
    eine Anordnung eines Linearkompressors gemäß dem Stand der Technik,
    Figur 2
    einen Kompressor gemäß Figur 1 mit optimiertem Gaslager,
    Figur 3
    eine erste Verbindung vom Gasreservoir und Kompressionsraum und
    Figur 4
    eine zweite Verbindung von Gasreservoir und Kompressionsraum.
  • In Figur 1 ist ein Linearkompressor dargestellt, bei dem ein linear geführter Kompressorkolben 2 auf ein Gasvolumen 1 einwirkt. Durch ein anschließendes hohlzylindrisches Element 10 wird zwischen Kolben 2 und Innenwand des Hohlzylinders 10 ein Gaslager gebildet.
  • Es sind beispielhaft vier Gaseinlassdüsen 11 bis 11''' mit Längskanal 12 angedeutet, über die eine Gasströmung zum Gaslager gelangt. Dafür sind geeignete Leitungen vorhanden.
  • Dem Gasraum 1 ist ein Niederdruckraum 15 und ein Hochdruckraum 20 zugeordnet. Der Niederdruckraum 15 hat einen Gaseinlass 16 und ein Einlassventil 17. Der Hochdruckraum 20 hat einen Gasauslass 21 und ein Auslassventil 22.
  • Figur 2 zeigt eine verbesserte Ausbildung des Gaslagers. Die Lagerdüsen 11 bis 11''' werden aus einem separaten Gasreservoir 25 gespeist, in dem sich eine ausreichende Menge Gas passenden Drucks befindet. Der Gasstrom durch das Lager und damit die Düsenzahl, Düsendurchmesser und Gasdruck kann dabei so gewählt werden, dass das Lager zuverlässig trägt.
  • Um den Druck im Gaslagerreservoir 25 unabhängig vom Arbeitspunkt des Hauptgaskreislaufes einzustellen, wird ein zweiter Gasauslass 33 mit Kanal 30 im Kompressionsraum 1 angebracht. Der Druck im Gasreservoir 25 wird über die Lage A des Gasauslasses 33 im Kompressionsraum und den Druckabfall in der Verbindungsleitung bestimmt und liegt unterhalb des Verdichtungsenddrucks. Idealerweise wird der Kanal 30 derart gestaltet, dass der Druckabfall minimal wird.
  • Alternativ kann das Gaslager direkt aus dem Hochdruck gespeist werden, wobei der Gasstrom durch ein Druckminderer auf den minimal notwendigen Lagerdruck begrenzt wird.
  • Die Kombination aus Druckminderungselement und zweitem Gasauslass ermöglicht minimale Verluste des Gaslagers, da der Gasmassenstrom minimal wird und die notwendige Verdichtungsarbeit für die Lagerversorgung minimal wird.
  • Die Verbindung zwischen Kompressionsraum 1 und Gaslagerreservoir 25 wird über einen per Ventil 31 verschließbaren Kanal 30 gemäß Figur 3 oder einen Kanal 40 ohne Ventil, aber mit anisotropem Strömungswiderstand 41 gemäß Figur 4 hergestellt. In beiden Fällen wird sichergestellt, dass Gas aus dem Kompressionsraum 1 in das Gasreservoir 25 gelangt. Umgekehrt kann aber durch das Ventil 31 oder durch den anisotropen Strömungswiderstand 41 kein Gas oder nur geringfügig Gas aus dem Reservoir 25 zurück in den Kompressionsraum 1 gelangen.
  • Das Volumen des Gasreservoirs 25 wird so gewählt, dass das Gaslager bei repetierendem Betrieb zuverlässig aus dem Reservoir 25 gespeist wird, insbesondere wenn während des Teils des Verdichtungszyklus bzw. Ansaugzyklus das Reservoir nicht aus dem Hochdruckraum 20 gespeist wird.
  • Speziell für den Anlauf des Verdichters kann das Gasreservoir 25 mit einem Auslassventil 26 versehen werden. Dadurch kann der Druck im Reservoir 25 dauerhaft oder zumindest länger gehalten werden, wodurch die Zeitdauer, in der der Kompressor ausgeschaltet bleiben kann, ohne dass das Gaslager die Tragfähigkeit verliert, verlängert werden kann. Vor dem Anlauf des Kolbens 2 wird das Auslassventil 26 des Gasreservoirs wieder geöffnet, um zunächst die Tragfähigkeit des Gaslagers wieder herzustellen und dann erst die Bewegung des Kolbens 2 zu beginnen.
  • Eine Alternative des Anlaufs besteht darin, bei entleertem Gasreservoir 25 den Kolben 2 zunächst mit reduziertem Hub zu bewegen, um das Gasreservoir 25 unter Druck zu setzten. Sobald dadurch die Tragfähigkeit des Gaslagers gegeben ist, kann der Hub auf Normalhub erhöht werden und der normale Verdichterbetrieb beginnt.
  • Eine weitere Alternative wäre ein Auslassventil des Kompressionsraums, das unabhängig vom Druck hinter dem Auslassventil erst ab einem bestimmten Druck öffnet. Dadurch kann erreicht werden, dass beim Anlauf des Verdichters zunächst das Gasreservoir 25 gefüllt wird und erst dann der Nutzgasstrom einsetzt.

Claims (7)

  1. Kompressor mit Gaslager und mit Kompressionsraum (1), wobei das Gaslager ein selbstversorgendes Gaslager ist, bei dem der Versorgungsdruck unabhängig vom Förderdruck ist, wobei ein Gasreservoir (25) mit Lagerversorgungsdruck vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kompressionsraum (1) und Gasreservoir ein Kanal (40) mit anisotropem Strömungswiderstand (41) vorhanden ist.
  2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgung des Lagers bei einem niedrigerem Druck als dem Verdichtungsenddruck entnommen wird.
  3. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgung des Lagers über einen Druckminderer aus dem Hochdruck gespeist wird.
  4. Kompressor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckminderer aus einem separaten Abgriff im Verdichtungsraum gespeist wird.
  5. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Sicherstellen der Gaslagertragfähigkeit beim repetierenden Betrieb des Gaslagers vorhanden sind.
  6. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasreservoir (25) dauernd unter Druck steht.
  7. Kompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kompressionsraum (1) und Gasreservoir (25) wenigstens ein Kanal (30) mit Ventil (31) vorhanden ist.
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