DE28235C - Vorrichtung zur Vermeidung von Gasverlusten bei Kompressionspumpen für Kaltdampfmaschinen - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Kaltdampfmaschinen erzeugen die künstliche Kälte durch Verdampfung flüchtiger Flüssigkeiten bei niedriger Temperatur.

Die zur Dampfbildung erforderliche Wärme wird den umgebenden Medien entzogen. Die zur Kälteerzeugung geeigneten flüchtigen Stoffe sind theuer und in freier Behandlung lästig. Damit sie nicht verbraucht werden, vielmehr nur als Uebertrager der Wärme von einem Medium auf ein anderes dienen, müssen die Dämpfe wieder in den flüssigen Zustand zurückgeführt werden. Theoretisch vortheilhaft und maschinell einfach erfolgt die Condensation auf dem Wege der mechanischen Compression und einer Abkühlung bei höherer Temperatur. Die Differenz beider Temperaturen, d. h. das Wärmegefälle, dient als Mafsstab für die zur Durchführung des Kälteerzeugungsprocesses aufzuwendende Arbeitskraft.

Macht demnach ein in die Maschine eingefülltes einmaliges Quantum des flüchtigen Stoffes nur einen Kreisprocefs in unendlichen Wiederholungen durch, so findet dennoch in der Praxis ein Verbrauch statt. Unvollkommene Abdichtungen lassen einen Theil des Stoffes entweichen und verloren gehen. Erhebliche Vertheuerung der producirten Kälte, kostspielige Stillstände der Maschine, ja selbst Gefahr für Leib und Leben, wenn die entweichenden Dämpfe erstickend oder gar explosibel sind, bilden die unangenehmen Folgen dieser Verluste.

Theorie und Praxis weisen auf die Wahl solcher flüchtigen Stoffe hin, die bei hoher Spannung verdampfen, d. h. bei Spannungen, die erheblich den äufseren Atmosphärendruck überschreiten, und ist die Compressionsspannung selbstverständlich dann noch mehrfach höher. Mit dem höheren Ueberdruck steigen aber auch die Schwierigkeiten der Abdichtung. Zur Sicherung der festen Verbindungen, sowie des Materials selbst stehen genügende Mittel zu Gebote. Nicht so für die beweglichen Abdichtungen, z.B. die Stopfbüchsen der Kolbenstangen oder anderer Theile, welche die bewegende Kraft ins Innere der Compressoren übertragen. Die gewohnten, gegen Luft, Wasser, Wasserdampf etc. ausreichenden Constructionen versagen hier ihre Dienste, und es bedarf neuer künstlicher Vorrichtungen, wenn diese beweglichen Dichtungen nichts von den flüchtigen Stoffen ins Freie durchlassen sollen.

Schon lange richtete sich das Bestreben der Constructeure von Kaltdampfmaschinen auf die Vervollkommnung der beregten Constructionstheile. Gleichwohl zeigt die Praxis, dafs das vorgesteckte Ziel noch nicht zur Zufriedenheit erreicht worden ist.

Wir zählen nachfolgend diejenigen auf die Verbesserung der Abdichtung sich beziehenden Anordnungen von Kältemaschinen des Compressionssystems auf, für welche die Erfinder den deutschen Patentschutz in Anspruch genommen haben.

Linde, P. R. No. 1250, bedient sich bei Anwendung von wasserfreiem Ammoniak eines hydraulischen Abschlusses der Stopfbüchse und stellt die Absperrflüssigkeit unter einen noch höheren Druck als die höchste Compressionsspannung.

Pictet, P. R. No. 3499, wendet schweflige Säure an, deren Verdampfungsspannung etwas unter Atmosphärendruck bleibt, so dafs er die bei der Compression entweichenden Gase einfach in das Saugerohr zurückführen kann.

Tellier, wohl der älteste Constructeur dieses Systems, der Methyläther, eventuell eine übersättigte Ammoniaklösung anwendet, spricht in seinem Patent No. 5312 von einer OeI enthaltenden Stopfbuchse, will also ebenfalls durch eine hydraulische Absperrung die Gase am Entweichen hindern.

. Die Societe »Le froid«, P. R. No. 13005, umgeht die Gasabdichtung dadurch, dafs sie den Methyläther, eventuell Chlorwasserstoffäther nicht direct, sondern unter Vermittelung einer neutralen Absperrflüssigkeit comprimirt.

Osenbrück, P. R. No. 17373, ^mn Zusatz No. 21971, wendet wie Linde wasserfreies Ammoniak und eine hydraulische Absperrung an; er bringt aber zum Unterschiede das Absperröl unter einen dem Atmosphärendruck immerhin übersteigenden Saugedruck. Im Zusatz erhitzt er das OeI, um ihm seine Absorptionsfähigkeit zu benehmen.

Windhausen, P. R. No. 23112, endlich geht der Abdichtung aus dem Wege durch Verwendung von Schwefelkohlenstoff, bei dem nicht nur die Verdampfungsspannung, sondern selbst der Compressionsdruck unter dem Druck der äufseren Atmosphäre bleibt. Wie oben angedeutet, gestatten Theorie und Praxis nicht, die Verminderung der Abdichtungsschwierigkeiten durch ungemessene Vergröfserung der Dimensionen zu erkaufen.

Indem wir eine innere Minimalspannung voraussetzen , die jederzeit den äufseren Atmosphärendruck übersteigt, verfolgen wir eine von allem Obigen abweichende Methode. Wir legen vor die bewegliche durchlässige Abdichtung gewöhnlicher Construction, sei es eine Stopfbüchse oder eine Kolbenliderung, eine zweite bewegliche Abdichtung, ebenfalls gewöhnlicher Art. Zwischen beiden ordnen wir einen abgeschlossenen Gas- bezw. Dampfraum, eine Vorkammer an, aus der wir das infolge der Mangelhaftigkeit der ersten Abdichtung eingedrungene Gas mittelst einer Hülfsgaspumpe stetig in die Maschine zurückschaffen, somit nicht verloren gehen lassen. Um einen Verlust aus dieser Vorkammer nach aufsen zu verhindern und auch umgekehrt keine Luft eindringen zu lassen, halten wir die Spannung in der Kammer stetig mit der äufseren gleich, d. h. auf Atmosphärendruck. Ist nun infolge der mangelnden Druckdifferenz keine Tendenz einer Gasströmung nach der einen oder anderen Richtung vorhanden, so wird doch unter den obwaltenden Verhältnissen das innere Gas specifisch leichter sein als die Luft und deshalb durch jede Lücke hindurch in sie diffundiren wollen. Um die Gase aufser Berührung zu bringen, um eine Scheidewand zwischen sie zu stellen, legen wir in die Packung der äufseren Abdichtung einen gleichzeitig zur Schmierung dienenden Oelring, wie er in bekannter Weise schon lange bei Dampfmaschinen zu gleichem Zweck in Anwendung gekommen ist. Die Einfügung des Oeles geschieht hier nicht im Sinne der Patente Tellier, Linde und Osenbrück; diese schieben eine Flüssigkeit vor das Gas, weil dieser vielmals dichtere Körper langsamer durch Oeffnungen geht als das specifisch viel leichtere Gas. Gegen das OeI sind diese Stopfbüchsen aber um so weniger dicht, als dasselbe aus anderen Gründen unter Ueberdruck gestellt ist, und es gelangen die vom OeI unter diesem Druck in erheblicher Menge absorbirten Gase mit ihm ins Freie und lösen sich da nach Aufhebung des Ueberdruckes wieder los. Osenbrück sucht diesen Fehler der Methode durch Erhitzen des Oeles , zu vermeiden. Gegenüber der thätigen Rolle, welche bei den genannten das OeI spielt, lastet in unserem Falle beiderseits nur Atmosphärendruck auf ihm; das OeI bleibt deshalb an seinem Ort, so weit es nicht zur Schmierung verbraucht wird, und ist ihm nur eine passive Rolle als ein die beiden Gase abscheidender Körper angewiesen. Nach Mafsgabe der ihm unter dem herrschenden Atmosphärendruck noch verbliebenen geringen Fähigkeit wird das OeI wohl von dem inneren Gase ein- für allemal bis zur Sättigung absorbiren, das Aufgenommene aber nicht wieder loslassen, sobald es im Dienste der Schmierung ins Freie kommt, denn es findet dabei keine Druckverminderung statt.

Die Vorkammer erhält zweckmäfsig ein gröfseres Volumen, damit zufällig vermehrte Undichtheit nicht zu rasch auf die Spannung des Raumes influirt. Die Constanz dieser Spannung wird auf folgende Weise bewirkt:

Die Hülfspumpe ist mit dem Compressor in steter Thätigkeit und saugt jeden Gasüberschufs aus der Vorkammer weg; sie würde eventuell Vacuum darin erzeugen, wenn nicht ein in die Saugleitung eingeschaltetes Ausgleichventil den Zugang zur Pumpe in dem Moment absperrte, da Atmosphärenspannung erreicht ist; nun geht die Pumpe leer. Das fragliche Ventil steht entweder unter der directen Einwirkung des äufseren Luftdruckes, der auf einer Membran

oder einem Kolben lastet, oder ist durch eine Feder oder ein Gewicht entsprechend belastet. Will infolge der Undichtigkeiten die Dampfspannung der Vorkammer Atmosphärendruck übersteigen, dann öffnet sich unter der Gegenwirkung des inneren Druckes das Ausgleichventil, und die Pumpe tritt wieder in Thätigkeit.

Die Hülfspumpe kann einfach- oder doppeltwirkend und direct oder indirect angetrieben sein; ihre Capacität soll eher zu grofs sein, damit sie mit Sicherheit alles entwichene Gas aufnimmt und keine Druckvermehrung in der Vorkammer gestattet; ihr eventueller Leergang erfordert keinen Kraftaufwand. Die Pumpe drückt das aufgefangene Gas an irgend einer Stelle in die Kältemaschine zurück, am einfachsten direct in den Condensator.

Zur besseren Erläuterung unserer Methode stellen wir auf beiliegender Zeichnung mehrere verschiedenartige Anordnungen von Compressoren dar, denen die unseren Zwecken dienenden Organe beigefügt sind, ohne dafs wir uns aber auf diese Anordnungen beschränkt sehen wollen; sie sollen nur als Beispiele dienen.

Gleichmäfsig bei allen Anordnungen bezeichnen die Ziffern:

ι die durchlässigen Dichtungen,
ia, Fig. 3 und 5, einen secundären Durchlafs,

2, 2 die geschützte Dichtung,

3 den Oelring,

4 die Vorkammer,

5 das Ausgleichventil,

6 die Saugerohre von 7,

7 die Hülfspumpen,

8 die Druckrohre von 7,

9, Fig. 3, Ausgleichverbindung der Hülfspumpe.

Fig. ι stellt einen doppeltwirkenden, liegend oder stehend gedachten Compressor dar. Die Liderung der Kolbenstangenstopfbüchse ist durch einen hohlen Ring in eine hintere und eine vordere Hälfte getrennt; die hintere bleibt durchlässig, das Gas tritt in den Ring und von da in die mit ihm verbundene Vorkammer ein. Das Ausgleichventil steht unter dem Einfiufs der äufseren Atmosphäre, die auf einer metallenen gewellten Membran lastet. Die einfach wirkende Hülfspumpe ist von der Verlängerung der Kolbenstange gebildet; sie giebt das aufgefangene Gas in das Druckrohr des Compressors zurück.

Fig. 2, der Compressor, ist liegend oder stehend und doppeltwirkend; der Kurbelzapfen fafst den verlängerten Kolben seitlich an. Hier sind es die beiden Kolbenliderungen, welche nach der Richtung des Kurbelzapfens durchlässig sind. Das entwichene Gas sammelt sich · vor der Wellenstopfbüchse und in der am Cylinder angesetzten Vorkammer an. Das mit einem Gewicht belastete Ausgleichventil führt das Gas den beiden einfachwirkenden Hülfspumpen zu, die auf den beiden Deckeln angeordnet sind. Die Wellenstopfbüchse ist die geschützte und mit dem Oelring versehen.

Fig. 3, der Compressor, liegend oder stehend, ist aus zwei einfach wirkenden Cylindern gebildet, die an ein Gehäuse angesetzt sind, in welchem eine Kurbelschleife den Antrieb der einfach gekröpften Welle aufnimmt. Auch hier sind die beiden Kolbenliderungen die durchlässigen Dichtungen und entlassen das entwichene Gas in das Gehäuse. Zu noch besserem Schütze ist, nicht wie in Fig. 2, dieser Zwischenraum als Vorkammer benutzt, sondern solche extra zugefügt. In sie tritt das Gas durch die ebenfalls durchlässige secundäre Dichtung ia. Das Gas hat demnach zwei Durchlässe zu passiren und kommt deshalb in geringerer Menge in der Vorkammer an, wie im Falle Fig. 2.

Im Gehäuse wird eine variable, vom Zustande der Dichtungen abhängige, zwischen Atmosphären- und Compressionsdruck schwankende Spannung entstehen. Die Hülfspumpe ist hier separat durch ein Excenter betrieben; sie saugt unter Vermittelung des mit einer Feder belasteten Ausgleichventils und drückt in den Condensator.

Zum Schütze ihrer eigenen Stopfbüchse ist diese in gleicher Weise wie Fig. 1 behandelt und eine Verbindung zwischen ihr und der Vorkammer hergestellt.

Fig. 4. Auch hier entweicht das Gas durch die Kolbenliderungen in ein Mittelgehäuse, das den Antrieb des langen Kolbens aufnimmt; dieser Antrieb besteht aus einem schwingenden Hebel, dessen Achse das Gehäuse durchbricht. Die Stopfbüchse der Achse erfährt hier den Schutz, indem das Gehäuse selbst als Vorkammer dient. Der Antriebshebel theilt auch zugleich der Hülfspumpe die Bewegung mit, die hier mit einem Plungerkolben versehen ist; das in diesem Kolben sitzende, unter der Einwirkung einer Spiralfeder stehende Saugventil vertritt zugleich die Stelle des Ausgleichventils. Das Saugerohr der Hülfspumpe kommt dadurch in Wegfall. Der Compressor ist liegend gedacht.

Fig. 5 ist eine stehende Form des Compressors. Zwei einfach wirkende Kolben werden von einer in einem geschlossenen Gehäuse liegenden doppelt gekröpften Welle betrieben. Das Gehäuse bildet die Vorkammer. Das Ausgleichventil ist durch eine Blattfeder regulirt. Die

beiden einfachwirkenden Hülfspumpen auf den Deckeln der Cylinder functioniren gemeinschaftlich. Die Wellenstopfbüchse mit dem Oelring ist die geschützte. Wird mittelst des auf der Zeichnung ersichtlichen Dreiweghahnes die directe Verbindung zwischen dem Saugerohr 6 und der Vorkammer abgesperrt und dafür mit dem Hohlring der Stopfbüchse hergestellt, dann functionirt diese Anordnung in gleichem Sinne wie Fig. 3.

Claims (3)

1. Patent-AnspRUch:
2. Eine Vorrichtung, bestehend aus einem Oelring
3. 3. Fig. ι bis 5, einer Vorkammer 4, einem Ausgleichventil 5 und einer oder mehreren Hülfsgaspumpen 7 in dem oben erläuterten Zusammenhange zum Zweck der Verhinderung von Gasentweichungen bei den beweglichen Abdichtungen von Gascompressoren für Kaltdampfmaschinen und andere Zwecke.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.