DE6914590U - Vorrichtung zum regeln von kolbenverdichtern durch offenhalten der saugventile. - Google Patents

Description

Case 248 / Comm. 707.067 / DBE 54

NUOVO PlttNONE S.p.Α., Florenz / ITALIEN

"Vorrichtung zum Regeln von Kolbenverdichtern durch Offenhalten der Saugventile"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur kontinuierlichen und geregelten Steuerung der Strömung in dem Zylinder einea Kolbenverdichters, in dem ein Teil der angesaugten Strömung durch das Einlaßventil zurückströmen gelassen wird, wobei diese insbesondere für Hochdruckkolbenverdichter geeignet sein soll.

Bekanntlich öffnet, nachdem der Verdichterkolben seinen oberen Totpunkt erreicht hat und nach einer weiteren Verzögerung entsprechend einer Winkelverschiebung oL des Kurbelzapfens der Verdichterkurbelwelle - wobei diese Verschiebung vom Prozess der RückexpanÄion des in den schädlichen Räumen des Zylinders zurück belassenen Gases auf Ansaugdruck abhängt - das Einlaßventil; das Gas wird in den Zylinder über den gesamten Zeitraum angesaugt, damit der Verdichterkolben seinen unteren Totpunkt erreicht, d.h. über den Zeitraum entsprechend der Winkelverschiebung (180° - Qh) des Verdichterkurbelzapfens. Sobald der Kolben seinen unteren Totpunkt erreicht, schließt das Ansaugventil unter der Wirkung seiner Rückstellfeder und in der sich an-

schließenden zeitlichen Periode entsprechend einer 180° Winkelverschiebung des Kurbelzapfens wird das Gras komprimiert und aus dem Zylinder durch das lieferseitige Ventil ausgetrieben.

Um die in den Verdichterzylinder eingesaugte Gasmenge verändern zu können, wird es notwendig, dafür zu sorgen, daß das Kompressoreinlaßventil über eine gewisse Zeitdauer offen bleibt, nachdem der Kolben bereits seinen unteren Totpunkt erreicht hat, um in der Kompressionsphase einen Rückstrom eines Teiles der vorher angesaugten Oase durch eben dieses Ansaugventil zu ermöglichen.

Auf dem Fachgebiet wird diese Schließverzögerung des Einlafventils mit folglicher Veränderung des Einlaßventils durch eine Betätigungsfeder erreicht, die eine Kraft F auf das Schließorgan des Einlaß- oder Ansaugventiles ausübt und dieses gegen die.Wir-, kung der Schließkraft der Ventilrückstellfeder geöffnet hält. Das Schließen des Ventils erfolgt nur dann, wenn der zurückfließende, in die Einlaßleitung durch das geöffnete Ventil entweichende Gasstrom am Ventilschließorgan eine βtrömungsdynamische Kraft größer als die Belastung F der Betätigungsfeder hervorruft.

Die gleiche Steuerung der Ansaugströmung wird erreicht, indem einfach die gleiche Belastung F an der Betätigungsfeder verändert wird; auf diese Weise wird die Länge der Pasrückstromperiode modifiziert.

Diese Art der Steuerung bringt jedoch erhebliche Schwierigkeiten und Nachteile mit sich, die aus der Verwendung einer Feder zur Erzeugung der Betätigungskraft F resultieren.

Da es schwierig ist, während der Auslegung der Kompressorregeleinrichtung die durch das Gas auf das Ventilschließorgan in ver-,

schiedenen Schließstellungen wirkenden Kttäfte zu berechnen,

dies
führt/ zu einer sehr zweifelhaften Dimensionierung der Feder und der Unmöglichkeit zu wissen, auch aufgrund von Schwingungen und Resonanzerscheinungen an der Feder selbst, vie groß die Strömungsverminderung ist, die sich einem vorher festgelegten Wert der Federkraft F zuordnen läßt. Andererseits würde die Anwendung solch einer Strömungsregelvorrichtung auf Hochdruckkolbenverdichter bei den hohen Belastungen die Verwendung von Betätigungsfedern mit beachtlichen Querschnitten und damit beacht-. liehen Gesamtabmessungen und Konstruktionsproblemen erforderlich machen.

Erfindungsgemäß soll eine Vorrichtung zum Steuern der Strömung in Kolbenkompressoren vorgeschlagen werden, die die obengenannten Nachteile vermeidet, indem das Ahsaugventil während der Rückflußperiode mittels einer federfreien mechanischen Regelung offen gehalten wird, wodurch es möglich wird, in vorbestLmmter und kontinuierlicher Weise die Länge der Rückstromstufe zu verändern.

Die Erfindung soll nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, sie ist jedoch auf die bevorzugte Ausführungsform nicht begrenzt.

Figur 1 zeigt die Strömungsregelvorrichtung nach dem Stand der Technik»

Ersichtlich ruft die Belastungsfeder 1, die durch das Schieberelement 2 auf das Schließorgan des Ansaugventils 3 des Kompressors 4 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 5 die Kraft F ausübt, die das Ventil geöffnet hält, wodurch de» Gasstrom 6 durch das Ventil in die Ansaugleitung 7 entweicht, am Schließörgan 3 nioht die strömungsdynamische Kraft hervor, die in der Lage ist, die Kraft F der Belastungsfeder 1 zu überwinden.

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Weiter sieht man, daß ein Handrad 8 dazu da iet, den Wert der durch die Belastungsfeder 1 ausgeübten Kraft und damit die Gasrückströmzeit und die durch den Zylinder des Kolbenverdichters angesaugte Menge zu variieren.

In den Figuren 2 bis 4 wird die Erfindung nunmehr erläutert. Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Strömungsregeleinrichtung an Kolbenverdichtern;

Figur 3 zeigt den vom Kurbelzapfen des Kolbenverdichters beschriebenen Kreis, dem die Kontur der Antriebsnocke überlagert wurde, um das Winkelverhältnis zwischen Nooke und Nockenwelle in unterschiedlichen Steuer- bzw. Regelphasen anzugeben; und

Figur 4 zeigt eine Anordnung, nach der mit zwei Vorrichtungen nach der Erfindung gearbeitet wird, um eine unabhängige Strömungsregelung in zwei aufeinanderfolgenden Kompressionsphasen zu realisieren.

Nach Figur 2 umfaßt die Regeleinrichtung nach der Erfindung ebenfalls ein Schieberelement 2, das bei seiner Vorwärtsbewegung entgegen der Wirkung der Rückstellfeder 9 auf das Schließorgan des Ansaugventils 3 des Kompressors 4 wirkt und dieses Ventil trotz dessen Rückstellfeder 5 geöffnet hält. Das Vorschieben des Schieberelementes 2 wird nicht durch eine Betätigungsfeder, sondern durch eine Antriebsnocke 10 vorgenommen, die synchron mit der Kurbelwelle 1 des Kompressors 4 umläuft und auf dieses Schieberelement durch eine hydraulische Regelung wirkt.

Genauer gesagt, wirkt die Nocke 10 mit ihrer Kontur auf die Rolle 12, die gelenkig am hydraulischen Zylinder 14 gelagert ist, welcher durch die Rohrleitung 15 die Bewegung des Schieberelemen- -es 2 entsprechend dem durch die Kontur eben dieser Nocke auferlegten Gesetz regelt..

Dlose Antriebsnocke 10 weist eine Kontur derart auf, daß ihr konstanter Wirkwinkel f (Figur 3) kleiner als der Winkel (180° -Uj) entsprechend der Öffnung des Ansaugventils in Abhängigkeit von einer Regelung wird.

Die Wirkung der Nooke auf das Schieberelement 2 durch die hydraulisohe Regelung (in Figur 2 dargestellt) - gibt nur die zweckmäßigste Transmissionsausbildung an. In Sonderfällen jedoch kann diese Arbeitsweise völlig selbsttätig (ausgefüllt durch Stangen und Schwenkzapfen) ablaufen. In dieser Figur ist klar der Kurbelzapfen 16 der Welle 11 des Kolbenverdichters 4 dargestellt.

Die Rückstromzeitregelung und damit schließlich die Regelung der Saugströmung wird ausgeführt, indem in zweckmäßiger Weise während des Verdichterlaufs die Winkelstellung der Nocke 10 bezüglich der Kurbelwelle 11 des Kompressors ausser Phase gebracht wird.

Um dies zu verdeutlichen, soll auf die Figur 3 hingewiesen wer= den, in der 17 den durch den Kurbelzapfen 16 beschriebenen Kreis angibt; 18 zeigt die vom Kurbelzapfen eingenommene Stellung, wenn der Verdichterkolben sich im unteren Totpunkt befindet und somit das Ansaugventil 3 aufgrund seiner Rückstellfeder 5 schließt; 19 gibc die Stellung des Zapfens entsprechend dem oberen Totpunkt des Kolbens an und 20 zeig^ die Stellung des um dj gegenüber der Stellung 19 verschobenen 'Zapfens ■, wobei entsprechend dem Gesagten eine öffnung des Ansaugventils aufgrund des durch den Kompressorkolben erzeugten Unterdrucks erfolgt. Es soll angenommen werden, daß die Nocke 10 bei Beginn eine Winkelstellung bezüglich der Kompressorwelle 11 derart aufweist, daß ihre Kontur wie durch die ausgezogene Linie 10' in der Zeichnung dargestellt, positioniert wird.

Hierbei öffnet das Einlaßventil 3 an der Stelle 20 und,' nach einer weiteren Drehung /5 des Kurbelzapfens 11 bewegt die Kontur der Nooke 10' das Schieberelement 2 und verschiebt dieses, bis dessen Kopf in Berührung mit dem Schließorgan des geöffneten Ventils 3 gebracht wird. Das Schieberelement 2 behält diese Stellung über )f grad, abhängig von der Kontur eben dieser Nooke (tatsächlich ist (δ +^ = *f der konstante Wirkwinkel der Nooke); hernach ermöglicht die Nooke eine Rückstellung in die Ausgangsruhestellung, in die das Element durch die Rückstellfeder 9 und durch den Rückströmgasdruck geschoben wird. Ist daher der untere Totpunkt entsprechend dem Punkt 18 erreicht, da aas Schieberelement 2 sich zurückgezogen hat, kann die Rückstellfeder 5 das Ventil 3 schließen. D.h. in diesem Fall wird das Ansaugventil 3 durch die Bewegung des Schieberelementes 2 nicht beeinflußt; die angesaugte Menge ist die größtmögliche.

Es soll nun angenommen werden, daß die Winkelstellung der Nocke 10 um den Winkel <£ zum Voreilen gebracht wird, verglichen mit dem vorher diskutierten Fall, derart, daß die neue Stellung ihrer Kontur sur Welle 11 des Kompressors 4 entsprechend der gestrichelten Linie 10" in der Zeichnung wird.

In diesem Fall öffnet das Ventil 3 nooh an der Stelle 20 und die Annäherung des Schieberelementes 2 an das Ventilschließorgan erfolgt nach einer unterschiedlichen weiteren Drehung (&' des Kurbelzapfens.

Das Schieberelement 2 und das Ventil 3 stören einander also nicht.

Am unteren Totpunkt jedoch - entsprechend dein Funkt 18 wenn das Ansaugventil 3 versucht, unter der Wirkung seiner Rückstellfeder 5 zu schließen, ist das Schieberelement 2 durch die

Jh

Konturen der Nooke 10" nooh nach vorne verschoben und muß daher offen bleiben.

Das Schließorgan des Ventils 3 lehnt sich daher gegen das
Sohieberelement 2 an und wird auf seinen Sitz erst im Augenblick entsprechend der Stellung 21 des Kurbelzapfens abhängig
von der Kontur der Nooke 10" zurückgebracht.

Mit der Kompressionsphase wird aufgrund der Nockenstellung nun nicht beim Punkt 18 sondern an der Stelle 21 begonnen, der KoI-benarbeitshub C ist also vermindert auf (C -^C),

Sie angesaugte Strömungsmenge wird dann ebenfalls proportional vermindert (O - Ac).

Es zeigt eich also, daß durch Außer-Phase-BrIngen der Antriebsnocke 10 gegenüber der Kurbelwelle 11 des Kompressors 4 es möglich wird, den Schließaugenblick des Ansaugventils 3 und somit die Rückströaung und hierdurch wiederum die angesaugte Menge zu verändern.

Eine Vorrichtung, die dieses genaue und kontinuierliche Außer-Phase-Bringen der Antriebsnocke 10 bezüglich der Kompressorwelle selbst während des Kompressorbetriebs ermöglicht, ist in Figur 2 dargestellt.

Sie besteht aus einem Gehäuse 22, welches starr an die Seite des Kolbenverdichters 4 auf der anderen Seite wie das Rad geschraubt ist ι wobei an diesem mittels einer geeigneten Lagerung der Zylinder 14 der hydraulischen Regelung befestigt ist.

Innerhalb des Gehäuses 22 sind drei parallele Wellen vorgesehen, die durch die Stirnseiten des Gehäuses mittels Gleitlagern abgestützt sind. Die Welle 23 ist direkt durch die F'¹ tische 24 mit

der Kurbelwelle 11 des Kompressors verbunden und auf diese ist ein Schneckenrad 25 aufgekeilt, welches in ein ähnliches, aui die zweite Welle 27 aufgekeiltes Schneckenrad 26 greift. Auf diese Zwischenwelle ist auch ein weiteres Schneckenrad 28 ähnlich dem Schneckenrad 26, jedocfe mit entgegengesetztem Schraubensinn aufgekeilt, welches in ein ähnliches Schneckenrad 29 greift, das auf die dritte Welle 30 aufgekeilt ist, auf die die Antriebsnocke 10 aufgekeilt ist.

Aufgrund dieses Systems dreht die Nooke 10 sich synchron mit der Kurbelwelle 11 des Kompressors 4. Eine Drehung im Gegenuhrzeigersinn der Kurbelwelle 11 und damit der Welle 23 führt zu einer ähnlichen Drehung in entgegengesetzter Richtung der Welle 27 und damit zu einer Drehung der Welle 30, welche ähnlich sowohl hinsichtlich Größe wie hinsichtlich Wert der der Welle 11 ist.

Die beiden Wellen 23 und 30 sind weiterhin in Axialrichtung mittels geeigneter Drucklager festgelegt, wogegen die Welle 27 mit den Schneckenrädern mit gegenläufigen Spiralen axial verschiebbar - selbst während des Kompressorbetriebslaufs - ausgebildet ist, und zwar mittels eines axialen Positionierungaelementes (in der Figur nicht-dargestellt), welches von Hand oder hydraulisch auf das außen gelegene (linke) Ende der Welle 27 wirkt.

Das Außer-Phase-Bringen der Nocke 10 gegenüber der Kurbelwelle des Kompressors 4 erfolgt, indem die Welle 27 axial verschoben ist. Es soll nun angenommen werden, daß jede Drehung der Welle 23 verhindert werden und die Welle 27 axial um die Länge s_ verschoben werden soll, d.h. in einer Richtung entgegengesetzt zu der des Kompressors. Hierdurch wird eine Drehung um § grad der Welle 27 in einer Richtung entgegengesetzt zu der (angenommen ist Drehung im Gegenuhrzeigersinn) der Kurbelwelle 11 des

Kompressors hervorgerufen, wobei diese Drehung durch die schraubenförmige Kupplung der Zahnräder 25 und 26 hervorgerufen wird, die die Bewegung zwischen den beiden Wellen 25 und 27 übertragen. Eine ähnliche Drehung, jedoch in entgegengesetzter Richtung wird natürlich durch die Welle 30, die die Welle 27 erfaßt, vorgenommen. Weiterhin zwingt die Verschiebung s_ der Welle 27 die Welle 30, sich weiter um 5f grad aufgrund der Schraubkupplung zwischen den Zahnrädern 28 und 29 zu drehen; insgesamt dreht die Welle sich also um zwei ^T grad in der üblichen Drehrichtung der Kurbelwelle 11 des Kompressors 4.

Dies zeigt, daß mittels der Axialverschiebung der Welle 27 es möglich wird, nach Wunsch die auf die Welle 30 aufgekeilte Nokke 10 gegenüber der Nockenwelle 11 des Kompressors 4 außer Phase zu bringen und, da das Positionierungselement kontinuierliche und völlig geregelte Axialverschiebungen dei· Welle 27 ermöglicht, wire! es klar, daß es möglich wird, ein kontinuierliches und völlig geregeltes Außer-Phase-Kommen zwischen Kompressorwelle und Antriebsnocke zu erhalten.

Die dargestellte Einrichtung kann sogar verwendet werden, um gleichzeitig die Strömungsmenge zu regeln, die von mehreren Zylindern ein und desgleichen Kompressors angesaugt wird.

Es genügt für diesen Zweck, auf die Welle 30 so viele Antriebsnocken aufzukeilen, wie Zylinder vorhanden sind.

Pur den Fall zweier durch sich gegenüberliegende Kurbelwellen betätigter .Verdichtungazylinder ist eine einzige Antriebsnocke in der Lage, die Strömung mittels zwei ähnlicher hydraulischer Regelungen entgegengesetzt zu eben dieser Nooke zu regeln.

- 10 -

Die Minderungen in der Strömung, die durch Regeln der Schieberelemente der Anaaugventile der verschiedenen Kompressorzylinder mit einer einzigen Nocke 30 erhalten werden, sind prozentual einander natürlich gleich.

FUr einen zweistufigen Kompressor wird es möglich, wenn man zwischen die die Strömung des Kompressorzylinders der ersten Stufe regelnde Nockenwelle und die die Strömung der Kompressorzylinder der zweiten Stufe regelnde Nockenwelle eine weitere Vorrichtung zum AuQer-Phase-Bringen ähnlich der oben angegebenen zwischenschaltet, unterschiedliche Phasenverschiebungen der beiden Nockenwellen zu erhalten, d.h. unterschiedliche Strömungsänderungen für die beiden Phasen zu erhalten und damit den Druck zwischen den beiden Kompressionsphasen zu verändern.

Figur 4 gibt schematisch eine Verwirklichungsform für einen Kompressor mit einem Zylinder für die erste Stufe und einem Zylinder für die zweite Stufe.

>: Die Nocke 10, die das Schieberelement des Ansaugventils des ! . Kompressorzylinders der ersten Stufe des Kompressors 4 regelt, ' wird bezüglich der Kurbelwelle 11 der beiden Verdichterzylinder außer Phase gebracht, indem die Welle 27 der Vorrichtung zum Außer-Phase-Bringen axial verschoben wurde. Die das Schieberelement des Ansaugventils des Verdichterzylinders der zweiten Phase des Kompressors 4' regelnde Nocke To" wird dagegen bezüglich der Kurbelwelle 11 außer Phase gebracht, unabhängig von dem Außer-Phase-Kommen der ersten Nocke, indem axial die Welle 27 einer zweiten Vorrichtung zum Außer-Phase-Bringen verschoben wird, welche ähnlich wie die erste ist und die durch das Schneckenrad 29 der ersten Vorrichtung zum Außer-Ihase -Bringen betätigt wird.

if ff

fa.

In dieser Figur wurden die gleichen Bezugezeichen wie vorher be nutzt, die zur zweiten Verdichterstufe gehörenden Elemente sind mit einem Querstrich zusätzlich versehen worden.

eleinsprüche

Claims (1)

1. i. . if

   1 I

   ■■■ ί j

   1,) Vorrichtung zur kontinuierlichen Regelung der durch ) Kolbenverdichter angesaugten Strömungsmenge, unter Rückströi| mung durch das Ansaugventil, insbesondere für Hochdruckkompres-P soren, mit einem Schieberelement, welches durch eine auf das {■■ Kompressorjinsaugventil wirkende Feder betätigbar ist, und mit I ■· Einrichtungen zum Antreiben dieses Schieberelementes und Einrichtungen zum kontinuierlichen und geregelten Außer-Phase-Bringen gegenüber der Kurbelwelle des Kompressors, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Antreiben des Schieber- ; · elementes (2) aus einer auf eine Welle (30) gekeilten Antriebs- ! nocke (10) bestehen, wobei die Nooke (10) auf den Kolben (13) i eines hydraulisch eben dieses Schieberelement (2) betätigenden ; Zylinders (14) wirkt.

   2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   j daß die Aatriebsnooke (10) sine Kontur mit einem Arbeitsbogen-

   \\ stück kleiner als dem durch den'Kurbelzapfen (16) entsprechend

   ■ der Öffnungszeit des Ansaugventils (^) in Abwesenheit einer

   [ Regelung beschriebenen^ aufweist.

   ι 3.) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn-

   ; zeichnet* .daß die Einrichtungen zum kontinuierlichen und geregel·

   f ! ten Außjbr-rPhase-Bringen der Antriebsnocke gegenüber der Kur-

   ;] belwelle des Kompressors aus drei parallelen Wellen (23; 27; 30)

   bestehen, dia durch Zahnräder mit gleichem Schraubengang (25; ·

   26; 28; 29) verbunden sind, von denen die erste (23) direkt von I

   der Kompressorkurbelwelle (11) angetrieben ist und die Nocke j

   (10) auf die dritte (30) aufgekeilt ist. '

   4.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Zwischenwelle (27) zwei ähnliche Schneckenräder (26; 28) zur Übertragung der Bewegung von der ersten Welle auf die dritte aufgekeilt sind, wobei diese Schnekkenräder (26; 28) Schraubenverzahnung mit entgegengesetztem Steigungssinn aufweisen.

   5.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bi3 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwelle (27) axial auf Gleitlagern verschiebbar gelagert ist, wobei die Führung durch ein Positionierungselement erfolgt, derart, daß das gewünschte Außer-Phase-Kommen zwischen Nooke und Kompressorkurbelwelle ausgeführt wird.

   6.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in Anwendung auf einen Zweistufenkompressor, dadurch gekennzeichnet, daß airischen die die Schieberelemente (2) der Ansaugventile (3) der Zylinder der ersten Stufe antreibenden Nockenwelle (3Ö) und eine zweite, die Zylinder der zweiten Stufe antreibenden Nockenwelle (30) eine weitere Vorrichtung zum Außer-Phase-Bringen (275 26; 28) zwischengeschaltet ist, derart, daß eine vorübergehende Regelung der Strömungsmenge der beiden Kompressorstufen unabhängig voneinander möglich ist.

   6914S90-4U0.73