Mehrstufenverdichter mit regulierbarer Förderleistung. Die' Erfindung betrifft einen Mehr stufenverdichter mit regulierbarer Förder- leistung, mit Differentialkolben und min destens einer nichtfördernden Kolbenarbeits fläche, die bei Vollastbetrieb zum Ausgleich der Kolbenkräfte von einem als Ausgleich druck wirkenden Stufendruck beaufschlagt wird.
Zur Regulierung der Förderleistung solcher Verdichter wurde schon die Verwendung von Zusatzkammern vorgeschlagen, die zur Ver grösserung des schädlichen Raumes zum Zwecke der Leistungsverminderung, an den oder die Arbeitszylinder einer oder mehrerer Verdichterstufen angeschlossen werden kön nen. Eine zweckmässige und raumsparende Unterbringung solcher Zusatzkammern ver ursacht jedoch bei Mehrstufenverdichtern mit Differentialkolben häufig erhebliche Schwierigkeiten, so dass oft ein Anbau un schöner Kammern am Verdichterzylinder mit den nachteiligen zusätzlichen Verbindungs flanschen und Abdichtungen angebracht wer den muss.
Diese Nachteile können dank der Erfin dung vermieden werden, indem der der nicht fördernden Kolbenfläche zugeordnete Zylin derraum als leistungsvermindernde Zusatz kammer zu der den Ausgleichsdruck erzeu genden Verdichterstufe verwendet werden kann. Dadurch wird eine gedrängte Bauart ohne zusätzliche Abdichtungsstellen ermög licht. Auch können trotz des Zusatzraumes alle Ventile der verschiedenen Verdichter stufen leicht zugänglich bleiben.
Der nichtfördernde Zylinderraum kann mit dem Kompressionsraum der zu regulie renden Verdichterstufe einerseits,. und mit dem Ausgleichsdruckraum anderseits über je ein Absperrorgan verbunden sein, _ um jenen Zylinderraum je nach Bedarf als leistungs vermindernde Zusatzkammer oder als blosse Druckausgleichkammer verwenden zu . kön nen.
Es kann aber auch für beide Anschlüsse des Zylinderraumes ein gemeinsames - Ab schlussorgan (Dreiweghahn, Dreiwegventil) von solcher :Wirkungsweise vorgesehen wer- den, dass immer nur der eine oder andere An schluss (nie beide zusammen) geöffnet ist.
Der nichtfördernde Zylinderraum kann zur Erhöhung seiner Wirkung rauzmvergrö- ssernde Ausweitungen besitzen. Es können auch weitere Zusatzkammern vorhanden sein, die einzeln mit dem nichtfördernden Zylin derraum verbunden werden können, um sie einzeln oder in Gruppen zu stufenweiser Re gulierung zu verwenden. Bei mehrkurbeligen Mlehrstufenverdichtern werden vorteilhafter weise die Zusatzkammern der den einzelnen Kurbeln zugeordneten Zylinder nacheinander immer in ein- und derselben Reihenfolge reguliert, um eine möglichst vielstufige Regu lierung zu erhalten.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsge genstandes sind in Fig. 1, 2, 4 und 5 der Zeichnung dargestellt. Diese Figuren stellen je einen schematischen Schnitt durch einen einkurbeligen Dreistufenverdichter dar. Es bedeuten: I, II, III die Arbeitsräume der ersten, zweiten und dritten Verdichterstufe, 3 den Differentialkolben mit den Arbeitsflächen 4 der ersten, 5 der zweiten und 6 der dritten Verdichterstufe. Die Arbeitsfläche 7 ist nichtfördernd und dient bei Vollastbetrieb zum Ausgleich der Kolbenkräfte. Zu diesem Zweck ist beim Beispiel nach Fig. 1 bei Voll- lastbetrieb der der Zylinderfläche 7 zuge ordnete Arbeitsraum IV durch das Abschluss organ 8 mit der Druckleitung 11 der ersten Verdichterstufe verbunden.
Der durch einen nicht gezeichneten An triebsmechanismus über Kurbelzapfen 16 und Pleuelstange 17 hin und her bewegte Diffe rentialkolben 3 saugt das zu fördernde Me dium durch die Leitung 10 an und verdichtet dieses in der ersten Verdichterstufe auf einen ersten Zwischendruck. Die verdichteten Gase gelangen über die Verbindungsleitung 11 zur zweiten, der Kolbenringfläche 5 zugeordneten Verdichterstufe, wo eine Weiterkompression auf einen noch höheren Druck erfolgt. Dar aufhin erfolgt die Überleitung durch die Lei tung 12 in die dritte Verdichterstufe, w o die Komprimierung auf den Enddruck vorgenom- tuen wird. Der Ausstoss der auf den End- druck komprimierten Medien erfolgt über die Leitung 13. 14 sind die Saugventile der ver schiedenen Verdichterstufen und 15 deren Druckventile.
In den dargestellten Beispielen steht der nichtfördernde Arbeitsraum IV bei Vollastbetrieb unter dem Enddruck der ersten Verdichterstufe.
Soll nun eine Leistungsverminderung vor genommen werden, dann ist beim Beispiel nach Fig. 1 das Abschlussorgan 8 zu schliessen lund das Abschlussorgan 9 zu öffnen. Damit wird die Verbindung zwischen nichtfördern dem Arbeitsraum IV und dem Drucksystem der ersten Verdichterstufe unterbunden, da für aber eine Verbindung zwischen Raum IV und demn Kompressionsraum I der ersten Ver dichterstufe hergestellt. Beim Aufwärtsgang des Kolbens wird ein Teil der zu verdichten den Medien in den sich dabei vergrössernden Arbeitsraum IV hinein komprimiert.
Beim Abwärtsga.ng des Kolbens erfolgt. ein Rück- srhieben und Rückexpandieren dieser 'ver dichteten Medien aus dem Raum IV in den Arbeitsraum I. der nun Saugraum ist. Erst. wenn sich diese im Raum IV enthaltenen Gase bis auf den durch das zugehörige Ventil 14 lxstiminten Saugdruck expandiert haben, erfolgt das weitere Ansaugen neuer Gase durch die Saugleitung 10. Das Fördervolumen der ersten Stufe wird somit je nach Grösse des nichtfördernden Arbeitsraumes IV redu ziert.
Der fördervolumenvermindernde Einfluss dee Raumes IV kann dadurch verkleinert werden, dass das Absehlussorgan 9 vor Errei chen des Saugdruckes in den miteinander ver bundenen Räumen I und IV geschlossen wird, so dass der Saugdruck in dem nun ab geschlossenen Raum I früher erreicht wird.
Die Betätigung des Organes 9 kann zu diesem Zwecke beispielsweise von der Ver- dichterwelle aus mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch erfolgen, wobei Mittel vor gesehen sein können, die eine stufenlose Ver stellung des Schliesszeitpunktes innerhalb der Saughubdauer der zu regulierenden Druck stufe (Abwärtsgang des Kolbens) ermöglichen, zum Zwecke einer stufenlosen Leistungsregu lierung. Während des Druckhubes (Auf wärtsgang des Kolbens 3) bleibt das Ab- sehlussorgan 9 geöffnet.
Um die Leistungsverminderung zu ver stärken, kann der normale nichtfördernde Arbeitsraum IV durch raumvergrössernde Ausweitungen V vergrössert werden. Ferner können eine oder mehrere weitere Zusatz kammern IV (Fix. 2) angebracht und bei spielsweise sternförmig um den nichtfördern den Arbeitsraum IV angeordnet sein.
An Stelle der einzelnen Abschlussorgane 8 und 9 (Fix. 1) kann, wie in Fig. 2 darge stellt, z. B. eine Art Dreiwegorgan 18 vorge sehen werden, welches wechselweise den nichtfördernden Arbeitsraum IV entweder mit dem Arbeitsraum I oder mit der Druck leitung 11 der ersten Verdichterstufe verbin det. Die Zusatzkammern VI können durch Absehlussorgane 19 vom Raum IV abgetrennt werden. Bei mehreren Zusatzkammern VI und mehreren Abschlussorganen 19 erfolgt die Betätigung der Organe 19 mit Vorteil immer in ein und derselben Reihenfolge. Für die Einhaltung dieser Reihenfolge wird zweckmässig ein besonderes Organ verwendet, beispielsweise ein Nockenträger 24 (Fix. 5). Der letztere kann dabei Ventile 25 betäti gen, die den Zu- bezw.
Abfluss von gasförmi gen oder flüssigen Druckmitteln zu die Ab schlussorgane 8, 9, 18, 19 betätigenden Servo- kolben 26 regeln.
Der Nockenträger 24 kann von Hand oder durch einen nicht dargestellten Servomotor, beispielsweise einen Elektromotor, einen Elektromagneten, pneumatisch oder hydrau lisch betätigt werden. Der Servomotor kann dabei zwecks automatischer Regulierung des Fördervolumens von einem Pressostaten. Thermostaten oder auch mehreren solchen voneinander abhängigen oder unabhängigen Vorrichtungen gesteuert werden. Auch kann zur Steuerung des Servomotors mindestens ein Pressostat und Thermostat gleichzeitig angewendet werden.
Die Anordnung kann auch so getroffen werden, dass die Verbindung zwischen den Räumen I und IV unabhängig von den Orga nen 19 geschlossen werden kann. Dadurch wird auch bei Benützung von Zusatzräumen VI eine stufenlose Regulierung ermöglicht. An Stelle des Nockenträgers kann auch ein anderes geeignetes Organ verwendet werden.
Fig. 8 zeigt ein Indikatordiagramm einer leistungsregulierbaren Verdichterstufe eines Mehrstufenkompressors mit Differential kolben. Es bedeuten 20 die Rückexpansions linie bei Vollast und geschlossener Verbin dung zwischen den Räumen I und IV zu Beginn des Saughubes des Kolbens 3, 21 die Ansauglinie, 22 die Kompressionslinie und 23 die Ausstosslinie.
Wenn die Verdichterstufe I mit zuge schaltetem nichtförderndem. Arbeitsraum IV arbeitet, das heisst wenn beispielsweise das Abschlussorgan 9 geöffnet ist, dann ergibt sich wegen des grossen Schadraumes eine Expansionslinie nach 20'. Die Ansauglinie 21 wird bedeutend kürzer. Die Verkürzung der selben auf v' gegenüber v bei Vollast ist der Leistungsverminderung proportional.
Wird nun das Abschlussorgan 9 nach Zurücklegen eines Kolbenweges s (Fix. 3) geschlossen, dann ergibt sich ein neuer Ver lauf der Expansionslinie nach 20". Die An sauglinie 21 erhält wieder eine grössere Länge v", demzufolge sich auch eine vergrösserte Leistung ergibt gegenüber den Verhältnissen betdauernd geöffnetem Abschlussorgan 9.
Wird dieses Abschlussorgan noch früher ge schlossen, dann ergibt sich .logischerweise eine noch grössere Förderleistung ,des Mehrstufen verdichters, bleibt es dagegen während län gerer Zeit offen, dann verringert sich die Lei stung der Maschine entsprechend.
Bei der beschriebenen Arbeitsweise bleibt mit Vorteil das Abschlussorgan 9 während,des ganzen Druckhubes geöffnet.
Parallel zum Abschlussorgan 8 (in Fig. 1 und 4) kann zweckmässigerweise gemäss Fig. 4 ein feder- belastetes Abblaseventil 8' eingebaut sein, welches nach dem Abschluss des Organes 9 ein Ausschieben der durch den weiteren Kol- benabwärtsgang im Arbeitsraum IV ver drängten, Druckgase ermöglicht.
Multi-stage compressor with adjustable delivery rate. The 'invention relates to a multi-stage compressor with adjustable delivery capacity, with differential pistons and at least one non-delivering piston working surface, which is acted upon by a stage pressure acting as a balance pressure in full load operation to compensate for the piston forces.
To regulate the delivery rate of such compressors, the use of additional chambers has already been proposed, which can be connected to the working cylinder or cylinders of one or more compressor stages in order to enlarge the harmful space for the purpose of reducing performance. A practical and space-saving placement of such additional chambers, however, often causes considerable difficulties in multi-stage compressors with differential pistons, so that often a cultivation of un beautiful chambers on the compressor cylinder with the disadvantageous additional connection flanges and seals who must be attached.
These disadvantages can be avoided thanks to the inven tion in that the cylinder space associated with the non-conveying piston surface can be used as a power-reducing additional chamber for the compressor stage generating the compensation pressure. This makes a compact design possible without additional sealing points. In spite of the additional space, all valves of the various compressor stages can remain easily accessible.
The non-conveying cylinder space can on the one hand with the compression space of the compressor stage to be regulated. and be connected to the equalization pressure chamber on the other hand via a shut-off device each, in order to use that cylinder chamber as a power-reducing additional chamber or as a mere pressure equalization chamber, as required. can.
However, a common shut-off device (three-way cock, three-way valve) can also be provided for both connections of the cylinder chamber with a mode of operation such that only one or the other connection (never both together) is always open.
To increase its effect, the non-conveying cylinder space can have rauzmvergrär- widening. There may also be other additional chambers that can be individually connected to the non-conveying Zylin derraum in order to use them individually or in groups for gradual regulation. In multi-crank multi-stage compressors, the additional chambers of the cylinders assigned to the individual cranks are always regulated one after the other in one and the same order in order to obtain the most multi-stage regulation possible.
Embodiments of the subject invention are shown in Figs. 1, 2, 4 and 5 of the drawings. These figures each represent a schematic section through a single-crank three-stage compressor. It denotes: I, II, III the working spaces of the first, second and third compressor stage, 3 the differential piston with the working surfaces 4 of the first, 5 of the second and 6 of the third compressor stage. The working surface 7 is non-conveying and serves to balance the piston forces during full load operation. For this purpose, in the example according to FIG. 1, during full load operation, the working chamber IV assigned to the cylinder surface 7 is connected to the pressure line 11 of the first compressor stage through the closure member 8.
The by a drive mechanism not shown on the crank pin 16 and connecting rod 17 back and forth moved Diffe rential piston 3 sucks the medium to be conveyed through the line 10 and compresses this in the first compressor stage to a first intermediate pressure. The compressed gases reach the second compressor stage assigned to the piston ring surface 5 via the connecting line 11, where further compression to an even higher pressure takes place. Thereupon the transfer takes place through the line 12 into the third compressor stage, where the compression to the final pressure is carried out. The media compressed to the final pressure are discharged via line 13. 14 are the suction valves of the various compressor stages and 15 are their pressure valves.
In the examples shown, the non-conveying working space IV is under the final pressure of the first compressor stage during full load operation.
If a power reduction is to be made, then in the example according to FIG. 1 the closing element 8 is to be closed and the closing element 9 is to be opened. This prevents the connection between the working chamber IV and the pressure system of the first compressor stage, but there is a connection between the chamber IV and the compression chamber I of the first compressor stage. When the piston moves upwards, part of the media to be compressed is compressed into the working space IV, which is enlarged in the process.
When the piston goes down. a reverse stroke and back expansion of these 'compressed media from the room IV into the work room I. which is now the suction room. First. When these gases contained in space IV have expanded to the suction pressure lxstiminten by the associated valve 14, the further suction of new gases takes place through the suction line 10. The delivery volume of the first stage is thus reduced depending on the size of the non-pumping working space IV.
The influence of space IV, which reduces the delivery volume, can be reduced by closing the closure element 9 before the suction pressure is reached in the interconnected spaces I and IV, so that the suction pressure in the now closed space I is reached earlier.
The actuation of the member 9 can for this purpose, for example, be done mechanically, hydraulically or pneumatically from the compressor shaft, whereby means can be seen that allow a stepless adjustment of the closing time within the suction stroke duration of the pressure level to be regulated (downward movement of the piston) enable, for the purpose of stepless power regulation. During the pressure stroke (upward movement of the piston 3) the closing element 9 remains open.
In order to reinforce the reduction in performance, the normal non-supportive work area IV can be enlarged by expanding the space V. Furthermore, one or more additional chambers IV (Fix. 2) can be attached and arranged in a star shape around the non-conveying work space IV, for example.
Instead of the individual closing organs 8 and 9 (Fix. 1), as shown in Fig. 2 Darge, z. B. a kind of three-way organ 18 can be seen easily, which alternately the non-conveying working space IV either with the working space I or with the pressure line 11 of the first compressor stage connec det. The additional chambers VI can be separated from space IV by closure organs 19. If there are several additional chambers VI and several closing organs 19, the organs 19 are advantageously always operated in one and the same sequence. A special organ, for example a cam carrier 24 (Fix. 5), is expediently used to maintain this sequence. The latter can actuate valves 25, which the Zu- BEZW.
The outflow of gaseous or liquid pressure media to the closing organs 8, 9, 18, 19 actuating servo pistons 26 regulate.
The cam carrier 24 can be operated pneumatically or hydraulically by hand or by a servomotor, not shown, for example an electric motor, an electromagnet. The servomotor can be used for the purpose of automatic regulation of the delivery volume from a pressostat. Thermostats or several such interdependent or independent devices are controlled. At least one pressostat and thermostat can also be used at the same time to control the servomotor.
The arrangement can also be made so that the connection between rooms I and IV can be closed independently of the organs 19. This enables stepless regulation even when using additional rooms VI. Instead of the cam carrier, another suitable organ can also be used.
Fig. 8 shows an indicator diagram of a power-adjustable compressor stage of a multi-stage compressor with a differential piston. It denotes 20 the back expansion line at full load and closed connec tion between spaces I and IV at the beginning of the suction stroke of the piston 3, 21 the suction line, 22 the compression line and 23 the discharge line.
If compressor stage I is switched on with non-conveying. Working space IV is working, that is to say if, for example, the closing element 9 is open, then because of the large dead space there is an expansion line after 20 '. The suction line 21 becomes significantly shorter. The shortening of the same to v 'compared to v at full load is proportional to the power reduction.
If the closing element 9 is now closed after having covered a piston path s (fix. 3), the result is a new course of the expansion line to 20 ". The suction line 21 is again given a greater length v", resulting in an increased performance compared to it Closing organ permanently open to the conditions
If this closing element is closed even earlier, the result is, logically, an even greater delivery rate of the multi-stage compressor, but if it remains open for a longer period of time, the performance of the machine is reduced accordingly.
In the mode of operation described, the closing element 9 advantageously remains open during the entire pressure stroke.
In parallel to the closing element 8 (in FIGS. 1 and 4) a spring-loaded relief valve 8 'can expediently be installed according to FIG. Compressed gases enabled.