WO2009010039A2 - Vorrichtung zur stufenlosen regulierung des schadraumvolumens eines kolbenverdichters - Google Patents
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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
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- F04B49/16—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by adjusting the capacity of dead spaces of working chambers
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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- F04B2201/0808—Size of the dead volume
Definitions
- the invention relates to a device for continuously regulating the dead space volume of a reciprocating compressor.
- Compressors are used to compress (compress) gases.
- various methods are already known, for. B. Back pressure control, backflow control, switching off valves and dead space control.
- the dead space control is particularly advantageous because the time of the intake is shifted by re-expansion by a variable dead space and additional energy is required only to operate the stepless clearance adjustment.
- a further piston for stepless regulation of the dead space volume is regularly provided in the cylinder head of the reciprocating compressor, which is driven mechanically or hydraulically.
- Such a configuration is known, for example, from AT 003 213 Ul.
- Object of the present invention is therefore to provide a device for continuously regulating the dead space volume of a reciprocating compressor, which is easy to manufacture and to use. Furthermore, it should also be possible nachzurösten piston compressor with the newly created device.
- the basic idea of the invention is to reduce the high actuating forces occurring in conventional systems by providing a plurality of actuating cylinders communicating with the dead space, each having a piston displaceably arranged in the actuating cylinder, whereby the force applied to the respective actuating cylinder is reduced.
- This requires significantly lower actuating forces, and a drive of the pistons arranged in the actuating cylinders is made possible, for example, by electric motors.
- the plurality of units arranged in the cylinder head and composed of setting cylinders and pistons arranged therein can be jointly driven by a means for adjusting the position of the pistons arranged in the adjusting cylinders in order to change the dead space volume.
- the means are operable independently of each other, so that an optimal adaptation of the dead space volume can be effected by changing only a single or a few adjusting cylinders.
- the units are provided with means having an electric motor and a screw drive for adjusting the position of the pistons arranged in the adjusting cylinders, a particularly inexpensive and very reliable embodiment of the invention can be obtained.
- FIG. 1 is a sketchy, perspective view of an embodiment of the invention to illustrate the basic principle of the invention, with a dead space cylinder and a control cylinder and
- Fig. 2 is a further sketch-like, perspective view of the exemplary embodiment of FIG. 2 with a piston driving the actuating cylinder in the motor drive.
- FIG. 1 shows a perspective view of a dead space cylinder 10 with a cylinder head 20 designed according to the invention, which has a plurality of receptacles 30 for the units 40 consisting of setting cylinders and pistons arranged thereon, only one such unit 40 being illustrated by way of example.
- the adjusting cylinder on the cylinder head 20 as shown in the example (axially) or on the circumference of the cylinder head 20 with the dead space communicating (i.e., radially) may be arranged.
- a piston In the actuating cylinder, a piston is provided which preferably - as indicated in Fig. 2 - can be moved by a screw drive in the actuating cylinder for volume change of the dead space.
- the screw drive can be moved via a toothed belt by a motor drive 50.
- the re-expansion of the compressed gas is changed in time in the space changed by the adjusting cylinder dead space, whereby the pressure equilibrium between the cylinder internal pressure and the suction pressure is shifted in time.
- the gas is conducted into the cylinder sooner or later by opening the suction valve, thus continuously varying the delivery quantity.
- the advantage here is that the positioning forces are reduced by the division of several, communicating with the dead space actuating cylinders 40, wherein hydraulically driven systems in automatic regulation are not necessary. Furthermore, in the supply quantity control, depending on the volume, not all actuating cylinders have to be actuated simultaneously, whereby energy can also be saved.
- the delivery quantity control can be automated as is known.
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Abstract
Vorrichtung zur stufenlosen Regulierung des Schadraumvolumens eines Kolbenverdichters, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von im Zylinderkopf (20) angeordneten Einheiten (40), bestehend aus einem mit dem Schadraum kommunizierenden Stellzylinder und einem im Stellzylinder in seiner Position verschiebbar angeordneten Kolben, und Mitteln (50) zum Verstellen der Position der in den Stellzylindern angeordneten Kolben zur Veränderung des Schadraumvolumens.
Description
Vorrichtung zur stufenlosen Regulierung des Schadraumvolumens eines Kolbenverdichters
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur stufenlosen Regulierung des Schadraumvolumens eines Kolbenverdichters.
Verdichter (Kompressoren) werden zum Verdichten (Komprimieren) von Gasen verwendet. Für die Liefermengenregelung eines Verdichters sind bereits verschiedene Verfahren bekannt, z. B. Staudruckregelung, Rückstromregelung, Abschalten von Ventilen und Schadraumregelung.
Energetisch gesehen ist die Schadraumregelung besonders vorteilhaft, da durch einen variablen Schadraum der Zeitpunkt des Ansaugvorgangs durch Rückexpansion verschoben wird und zusätzliche Energie nur zur Betätigung der stufenlosen Schadraumverstellung erforderlich ist.
Hierzu ist regelmäßig im Zylinderkopf des Kolbenverdichters ein weiterer Kolben zur stufenlosen Regulierung des Schadraumvolumens vorgesehen, der mechanisch oder hydraulisch angetrieben ist. Eine derartige Ausgestaltung ist beispielsweise aus der AT 003 213 Ul be- kannt.
Da bei der Verstellung des Kolbens für die Schadraumregelung jedoch hohe Stellkräfte auftreten, wird bei einer automatisierten Regelung des Systems in der Regel ein hydraulischer Antrieb vorgesehen sein, wodurch die Schadraumregelung technisch sehr aufwändig ist.
Werden als alternative Lösungen hingegen Clearance Pockets verwendet oder Schadräume durch Ventile hinzugeschaltet, kommt es zu einer Erwärmung durch die Verengung des Querschnitts und damit zu einer Verschlechterung der Energiebilanz.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur stufenlosen Regulierung des Schadraumvolumens eines Kolbenverdichters zu schaffen, die einfach herzustellen
und zu bedienen ist. Weiterhin soll auch die Möglichkeit bestehen, Kolbenverdichter mit der neu geschaffenen Vorrichtung nachzurösten.
Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
Grundgedanke der Erfindung ist es, die bei herkömmlichen Systemen auftretenden hohen Stellkräfte dadurch zu verringern, dass mehrere mit dem Schadraum kommunizierende Stell- zylinder mit jeweils einem im Stellzylinder in seiner Position verschiebbar angeordneten KoI- ben vorgesehen sind, wodurch die an dem jeweiligen Stellzylinder anliegende Kraft verringert ist. Damit sind wesentlich niedrigere Stellkräfte erforderlich und ein Antrieb der in den Stell- zylindern angeordneten Kolben ist beispielsweise durch Elektromotoren ermöglicht.
Dabei kann die im Zylinderkopf angeordnete Mehrzahl von aus Stellzylinder und darin ange- ordneten Kolben bestehenden Einheiten gemeinsam von einem Mittel zum Verstellen der Position der in den Stellzylinder angeordneten Kolben zur Veränderung des Schadraumvolumens angetrieben sein. Bevorzugt sind die Mittel aber voneinander unabhängig betriebsfähig, so dass eine optimale Anpassung des Schadraumvolumens durch Veränderung nur eines einzelnen oder einiger weniger Stellzylinder erfolgen kann.
Sind die Einheiten mit Mitteln versehen, die einen Elektromotor und einen Gewindetrieb zum Verstellen der Position der in den Stellzylindern angeordneten Kolben aufweisen, kann eine besonders kostengünstig und sehr zuverlässige Ausführung der Erfindung erhalten werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine skizzenhafte, perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung zur Verdeutlichung des Grundprinzips der Erfindung, mit einem Schadraumzylinder und einem Stellzylinder und
Fig. 2 eine weitere skizzenhafte, perspektivische Ansicht des Ausfuhrungsbeispiels aus Fig. 2 mit einem den Kolben im Stellzylinder antreibenden motorischen Antrieb.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Schadraumzylinders 10 mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Zylinderkopf 20, der eine Mehrzahl von Aufnahmen 30 für die aus Stellzylinder und daran angeordneten Kolben bestehenden Einheiten 40 aufweist, wobei lediglich eine derartige Einheit 40 exemplarisch dargestellt ist. Dabei können die Stellzylinder am Zylinderkopf 20 wie im Beispiel gezeigt (axial) oder am Umfang des Zylinderkopfs 20 mit dem Schadraum kommunizierend (i.e. radial) angeordnet sein.
Im Stellzylinder ist ein Kolben vorgesehen, der bevorzugt - wie in Fig. 2 angedeutet - durch einen Gewindetrieb im Stellzylinder zur Volumenänderung des Schadraums bewegt werden kann. Der Gewindetrieb kann über einen Zahnriemen durch einen motorischen Antrieb 50 bewegt werden. Dadurch wird im durch den Stellzylinder veränderten Schadraum die Rückexpansion des komprimierten Gases zeitlich verändert, wodurch das Druckgleichgewicht zwischen dem Zylinderinnendruck und dem Saugdruck zeitlich verschoben wird. Dadurch wird das Gas je nach Stellung des Kolbens im Stellzylinder früher oder später durch das Öffnen des Saugventils in den Zylinder geleitet und somit die Liefermenge stufenlos variiert.
Vorteilhaft dabei ist, dass durch die Aufteilung auf mehrere, mit dem Schadraum kommunizierenden Stellzylindern 40 die Stellkräfte reduziert werden, wobei hydraulisch angetriebene Systeme bei der automatischen Regulierung nicht notwendig sind. Weiterhin müssen bei der Liefermengenregelung je nach Volumen nicht alle Stellzylinder gleichzeitig betätigt werden, wodurch auch Energie eingespart werden kann.
Mit Hilfe eines durch die Messung des Zylinderinnen- sowie des Saug- und Enddrucks erstellten p-V-Diagramms kann die Liefermengenregelung wie bekannt automatisiert werden.
Schließlich bietet es sich auch an, bereits vorhandene Verdichter mit der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung nachzurösten.
Claims
1. Vorrichtung zur stufenlosen Regulierung des Schadraumvolumens eines Kolbenverdichters,
gekennzeichnet durch
- eine Mehrzahl von im Zylinderkopf (20) angeordneten Einheiten (40), bestehend aus einem mit dem Schadraum kommunizierenden Stellzylinder und einem im Stellzylinder in seiner Position verschiebbar angeordneten Kolben, und
- Mitteln (50) zum Verstellen der Position der in den Stellzylindern angeordne- ten Kolben zur Veränderung des Schadraumvolumens.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (50) voneinander unabhängig betriebsfähig sind.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (50) einen Motor aufweisen.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (50) einen Gewindeantrieb zum Verstellen der Position der in den Stellzylindern angeordneten Kolben aufweisen.
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