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Chlorkompressor Der heutige Stand der Technik bei mehrstufigen Gasverdichtern
wird in dem Aufsatze »Betriebserfahrungen von Hochdruckverdichtern« von Dr. techn.
Franz Fröhlich VDI. vgl. Z. d. VDI. Band 78 Nr. 3 vom 2o. Januar 1934 klar zum Ausdruck
gebracht. Auch auf dem Gebiete der Chlorkompressoren haben bisher die gleichen Gedankengänge
Beachtung gefunden, nur mit dem Unterschiede, daB man die Kompressionsverhältnisse
der einzelnen Druckstufen erheblich niedriger wählen mußte, um schädliche Erwärmungen
in den Zylinderräumen zu vermeiden. Desgleichen haben bei der Konstruktion von Chlorkompressoren
sogenannte Ausgleichsstufen bzw. auch Leerstufen Anwendung gefunden, wie sie in
dem obengenannten Aufsatz in der Abb. i und 6 deutlich (Ausgleichsstufe A) zu erkennen
sind, und diese Ausgleichs- oder Leerstufen (s. Abb. i S. 81 und Abb. 6 S. 83) sind
durch eine Rohrleitung mit der der Kompressorseite zugehörigen Saugleitung verbunden
worden, wodurch einesteils ein Druckausgleich, also eine Entlastung des Triebwerkes
erzielt wird, andererseits auch der Vorteil entsteht, daB nur der Anfangsdruck der
jeweiligen Kompressorenseite durch die Stopfbüchse abzudichten ist. Die Höhe des
Druckes der Ausgleichsstufe an der Stopfbüchse hängt von dem Drucke ab, mit welchem
das Gas dem Kompressor zugeführt wird, oder von dem Drucke, den man braucht, um
einen wirksamen Druckausgleich zu erzielen: Ausgleichsstufen zum Zwecke des Druckausgleichs
sind bisher an der Stopfbüchse an der Mittelstufe (vgl. Abb. 130 S.296 in »Die Kältemaschine«
von M. Hirsch, Berlin 1924) bekannt und nach. einem weiteren Vorschlag an der Deckelstufe.
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Mit diesen Gedankengängen hat der Gedanke der vorliegenden Erfindung
nichts zu tun. Betrachtet man einen mehrstufigen Kompressor sowohl zum Verdichten
von Chlor als auch von anderen Gasen, bei welchem ein Stufenkolben verwendet wird
(vgl. Abb. i), so entstehen drei Räume I, II und III, die die Arbeitsstufen eines
dreistufigen Kompressors darstellen. Alle drei Stufen haben den gleichen Hub: die
erste Stufe nahe der Stopfbüchse ist die größte, die ringförmige Stufe II ist kleiner
als die- erste Stufe, und die dritte Stufe ist die kleinste der drei Stufen.
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Eine Ausgleichs- oder Leerstufe ist bei dieser Konstruktion nicht
vorhanden. Die Kompressionsdrücke dieser drei Stufen richten sich nach den vorhandenen
Kompressionsräumen und diese wiederum nach den Kolbenquerschnitten F1 für die erste
Stufe, F2 für die zweite Stufe und F" für. die dritte Stufe. Der Querschnitt O für
die Kolbenstange möge
der Einfachheit halber gegenüber der Kolbenfläche
F1 yernachlässigt, yyerden. Es ergibt sich nun für das erste- Kompressionsverhäl;t,E
nis der Wert
-und für, -das zweite Köfn:e; pressionsverhältnis der Wert
Gleichzeitig ist aber augenscheinlich, daß die größte Kolbenfläche F1 gleich der
Summe der beiden anderen Kolbenflächen F2 plus F3 sein muß. Es besteht also die
Gleichung F, = F2 + F3. Somit beschränkt diese letzte Gleichung die freie
Wahl der Kompressionsverhältnisse. Dividiert man die Grundgleichung F1 = F2 -E-
Fg durch F2 so erhält man
Setzt man und
so erhält man die Gleichung
Setzt man ferner die beiden Kompressionsverhältnisse V1 und V2 einander gleich,
und zwar gleich V, was günstig ist in bezug auf die gleichmäßige Erwärmung der Maschine,
so ergibt sich die Gleichung V2-V = i, aus der sieh V =I,61 leicht errechnen
läßt. Wählt man zum Schluß das dritte Kompressionsverhältnis ebenfalls gleich V
+ 1,61, so ergibt sich eine Gesamtkompression von Vt X V2 X V3 = 1,61
X 1,61 X 161 = 4,2, was bei einem Anfangsdrucke von i at abs. einen Eindruck von
4,2 at abs. ergibt. Dieser Wert läßt sich wohl noch verbessern, aber nur in mäßigen
Grenzen, wenn man beispielsweise das eine Verhältnis gleich 2,5 setzt; dann-wird
das andere Verhältnis 1,4. Wählt man das -Kompressionsverhältnis der dritten Stufe
gleich 2, so .ergibt sich eine Gesamtkompression von 1,4 X 2,5 X 2 = 7 at abs.
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i. Wie stark die Konstruktion von diesen Bedingungen abhängig ist,
ersieht man aus folgender kleinen Tabelle, die die Kompressionsverhältnisse nach
obigen Gleichungen darstellt, nämlich
Wegen der höheren Erwärmung scheiden größere Kompressionsverhältnisse, @ beispielsweise
V2 = 5, bereits aus, und andererseits stellt ein Kompressionsverhältnis V2 = i keine
Kompression mehr dar. Somit bleiben aus obiger, Tabelle nur drei Verhältnisse als
verwendbar bestehen, woraus die Einschränkung in der Wahl der Kompressionsverhältnisse
deutlich hervorgeht.
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Gemäß der Erfindung wird dieser Nachteil behoben, und es werden erheblich
höhere Drücke als bisher erzielt, ohne einer der vorhandenen Stufen zu große Erwärmungen
infolge zu hohen. Kompressionsverhältnisses zumuten zu müssen. Dies wird nach der
Erfindung dadurch erreicht, daß bei Verwendung eines mindestens dreistufigen Chlorkompressors
mit einem nicht der Nutzkom-@3le'ssion dienenden Zylinderraum, der auf der .i)#eckelseite
liegt und mit der Saugleitung verbunden, ist und in dem ein Leerlaufkolben gleitet,
die wirksame Fläche der Endstufe durch Absetzen oder Aushöhlen veränderlich ist.
Der Kolbenansatz der Endstufe kann dabei als der Leerlaufkolben ausgebildet sein.
Zweckmäßig wird als Kolben der Endstufe ein Becherkolben gewählt, der über ein Einsatzrohr
abdichtend gleitet, wobei das Einsatzrohr mit der Saugleitung verbunden ist. Dadurch
können die Kompressionsverhältnisse sämtlicher Stufen unabhängig voneinander beliebig
groß gewählt werden, so daß Enddrücke von 13 atü und mehr erzielt werden können.
An Stelle des Becherkolbens mit Einsatzrohr kann auch ein Ansatzkolben verwendet
werden.
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Auf der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise wiedergegeben.
Es zeigen: Abb. i einen dreistufigen Chlorkompressor bekannter Art im Längsschnitt,
Abb. 2 einen dreistufigen Chlorkompressor mit Ansatzkolben gemäß der Erfindung und
Abb. 3 einen dreistufigen Chlorkompressor im Längsschnitt.
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Die Abb. 1 zeigt die bisherige Ausführungsform von dreistufigen Chlorkompressoren.
Der Arbeitskolben 13 der ersten und zweiten Druckstufe bewegt sich in einem Zylinder
i. Der in der ersten Stufe erreichbare Druck ist abhängig von dem Verhältnis der
Ringflächen auf beiden Seiten des Kolbens 13. Der in der zweiten Druckstufe erreichbare
Druck ist abhängig von dem Verhältnis der Ringfläche, die sich aus dem Kolben 13
und dem Kolben 4 ergibt, zu der Fläche des kleinen Kolbens 4 für die dritte Stufe.
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Das Verhältnis zwischen den beiden Ringflächen zu beiden Seiten des
Kolbens 13 ist naturgemäß beliebig wählbar. Hiermit ist aber das zweite Kompressionsverhältnis
zwischen der Kolbenringfiäche der zweiten Stufe und der Kolbenfläche der dritten
Stufe bereits gegeben. Vor allen Dingen läßt sich aber kein hoher Enddruck erzielen,
weil sonst in der dritten Stufe zu hohe Kompressionstemperaturen entstehen'.
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Der in der Abb. 3 dargestellte dreistufige Chlorgaskompressor ist
in seinem konstruktiven Aufbau dem bekannten Chlorkompressor der Abb. i ähnlich.
Zwischen den beiden Kompressoren besteht jedoch ein wesentlicher Unterschied darin,
daß der kleine Kolben 4 für die Endstufe nicht mehr als Vollkolben, sondern
als
hohler Becherkolben ausgebildet ist. Dieser hohle Becherkolben 4 gleitet abdichtend
über ein offenes, mit der Saugleitung 2 durch eine Leitung ya verbundenes Einsatz-rohr
5, welches in den Zylinder der Endstufe hineinragt und feststehend angeordnet
ist, so daß es als Verdrängerkolben dient (Abb.3). Dieses Einsatzrohr 5 nimmt nicht
an der Förderung teil und dient auch nicht dem Druckausgleich, sondern ist ausschließlich
dazu bestimmt, den nach Festlegung der zweckdienlichen Kompressionsverhältnisse
an einem Stufenkolben mit zwei oder mehr Stufen restlichen unverwendbaren Kolbenquerschnitt
aus dem Kompressionsvorgang auszuschalten. Es läßt sich also die wirksame Kolbenfläche
für die Endstufe beliebig wählen. Daher ist das Druckverhältnis zwischen der Endstufe
und der Mittelstufe ebenfalls beliebig wählbar, im Gegensatz zu den bekannten Chlorkompressoren,
wie bereits gezeigt.
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Die bei den bekannten Kompressoren auftretenden Rechnungsschwierigkeiten
sind dadurch ohne weiteres beseitigt. Vor allen Dingen ist nunmehr aber infolge
freier Wahl brauchbarer Kompressionsverhältnisse ein wesentlich höherer Enddruck
erzielbar als bei den mehrstufigen Chlorkompressoren bekannter Bauart. Insbesondere
gestalten sich die Drücke in der Mittelstufe und der Endstufe hinsichtlich der schädlichen
Erwärmungen wesentlich günstiger als bei den Chlorkompressoren der Abb. i, bei welchen
beispielsweise in der Hochdruckstufe ein Kompressionsverhältnis von etwa 4 überwunden
werden muß, wenn ein Enddruck von 13 Atm. erreicht werden soll. Demgegenüber ergeben
sich beispielsweise bei dem Kompressor nach der Abb.3 wesentlich günstigere Kompressionsverhältnisse,
nämlich von 1,7 X 275 X 2,78 = 13 atü. Der Vorgang bei der
Komprimierung eines Gases, insbesondere Chlor, ist folgender: Der große Kolben 13
ist mit dem kleinen Kolben 4 starr verbunden (Abb. i). Beide werden durch die Kolbenstange
3 bewegt. Der Kolben 13 bildet um die Stange 3 herum die Kompressionsstufe
I. Auf der Rückseite des großen Kolbens 13 wird wegen des angesetzten Kolbens 4
ein Ringraum II gebildet, welcher die zweite Kompressionsstufe darstellt. Die dritte
Kompressionsstufe wird durch die rückwärtige Fläche des kleinen Kolbens .I erzeugt.
Das Ansaugen des Gases geschieht durch die Saugleitung 2, und so gelangt das Gas
in jede einzelne Stufe. durch die Saugventile 6, 8, io (in allen drei Abbildungen).
Das Ausschieben des Gases . nach der Kompression erfolgt durch die Druck-7, 9, 11
-(in allen drei Abbildungen). ventile Die einzelnen Stufen sind in bekannter
Weise durch genügend weite Rohrleitungen -i4 und 15 miteinander verbunden. , ]Die__fertig
komprimierten Gase verlassen den Kompressor durch das Rohr 16.
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Gemäß dem Erfindungsgedanken arbeitet der Chlorkompressor nach Abb.
3 in ähnlicher Weise wie derjenige nach Abb. i. Auch hier sind drei Stufen vorhanden,
die nacheinander arbeiten. Der Unterschied besteht aber darin (s. Abb.3), daß. die
dritte Kompressionsstufe genau wie die zweite einen Ringraum darstellt, weil der
Becherkolben 4 das feststehende Einsatzrohr gasdicht umschließt. Hierdurch wird
der Kompressionsraum III derart verkleinert, daß er den Kompressionsräumen I und
II zweckdienlich angepaßt sein kann. Durch die Anwendung eines Becherkolbens wird
die Baulänge des Kompressors nicht weiter erhöht. Verbindet man (s. Abb. 2) mit
Kolben 4 einen starr befestigten Ansatzkolben 5, so ergibt sich für die dritte Stufe
ebenfalls ein Ringraum, der genau so. wie bei Abb.2 den zweckdienlichen Kompressionsverhältnissen
angepaßt werden kann. Die Baulänge des. Kompressors wird aber um eine Hublänge größer,
was aus der Abbildung klar hervorgeht. Sowohl das Einsatzrohr 5 (Abb. 3) als auch
der Ansatzkolben 5 (Abb. 2) nehmen nicht an der Förderung teil, deshalb ist das
Innere des Einsatzrohres bzw. der Hubraum des Ansatzrohres mit der Saugleitung n
zu verbinden.
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Natürlich kann der Kompressor als Brei-oder mehrstufige Maschine ausgebildet
werden. Da das Einsatzrohr 5 nicht in Verbindung mit irgendwelchen Steuerorganen
arbeitet, so wird es zweckdienlich an der jeweils letzten Stufe angewendet. Der
Raum, mit dem das Einsatzrohr 5 (Abb. 3) oder der Hubraum des Ansatzkolbens 5 (Abb.2)
in Verbindung steht, kann an sich offen oder geschlossen sein oder kann mit der
äußeren Atmosphäre oder mit irgendeinem anderen Druck- oder Saugraum verbunden werden.
Der Kompressor ist nicht nur für Chlor, sondern auch für alle anderen Gase verwendbar.