<Desc/Clms Page number 1>
Einrichtung zur stufenlosen Liefermengenregelung für Kolbenverdichter
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur stufenlosen Liefermengenregelung für Kolbenverdichter, mit einem Zuschaltraum, dessen Volumen, z. B. durch einen Verstellkolben, stufenlos veränderbar ist, wobei in den Kraftweg der Verstellung ein Druckumsetzgefäss mit durch den Gasdruck beaufschlagter Druckflüssigkeit eingeschaltet ist.
Die Regelung der Liefermenge von Kolbenverdichtern durch Anwendung eines Zuschaltraumes mit stufenlos veränderbarem Volumen hat bekanntlich den Vorteil grosser Betriebssicherheit, weil keine im Hubtakt des Verdichterkolbens bewegte Regelteile vorhanden sind, und arbeitet ausserdem weitgehend verlustfrei. Es ergeben sich aber Schwierigkeiten bei der Verstellung des Volumens des Zuschaltraumes, weil einerseits verhältnismässig grosse Kräfte hiezu erforderlich sind, insbesondere bei hohen Förderdrücken, und anderseits Schwingungen der verstellbaren Regelteile, die dem im Hubtakt schwankenden Verdichterdruck ausgesetzt sind, verhindert werden müssen.
Bei den bekannten Regelungseinrichtungen dieser Art ist der Zuschaltraum meist als Zylinder mit verstellbarem Kolben ausgebildet, wobei der Kolben gewöhnlich mit Hilfe einer Schraubspindel von Hand verstellt wird. Zufolge der erforderlichen grossen Verstellkräfte ist die Verstellung jedoch schwierig und überdies ist eine selbsttätige Regelung bei vorgesehener Handbetätigung nicht möglich.
Gemäss einer weiteren bekannten Anordnung wurde daher versucht, diese Schwierigkeiten durch hydraulische Betätigung des Verstellkolbens zu beseitigen. Dabei ist aber nachteilig, dass die naheliegenderweise von der Schmierölpumpe des Verdichters gelieferten öldrücke verhältnismässig gering sind. Es muss daher in den meisten Fällen eine eigene ölpumpe verwendet werden, die wieder zusätzliche Anschaffungskosten und zusätzliche Betriebsstörungen verursacht.
Es ist auch schon eine selbsttätig arbeitende Zuschaltraum-Regelung bekannt, bei der das geförderte Druckgas durch einen ringspaltförmigen Zwischenraum zwischen der Wandung einer Kammer und dem verbreiterten Kopf einer mit dem Verstellkolben des Zuschaltraumes verbundenen Kolbenstange hindurchgeführt wird. Die Verstellung des Kolbens des Zuschaltraumes erfolgt dabei durch die bei jedem Druckhub auf die Kolbenstange wirkende Kraft in Abhängigkeit von der geförderten Gasmenge. Um nachteilige Schwingungen des Kolbens zu vermeiden, ist dieser auf seiner Rückseite von Drucköl beaufschlagt, welches unter Zwischenschaltung einer Drosselstelle aus einem Behälter zugeführt wird, der über eine mit dem Zuschaltraum verbundene Leitung durch den im Zuschaltraum herrschenden Gasdruck beaufschlagt ist.
Diese bekannte Regelung hat die Aufgabe, bei sich änderndem Ausgangsdruck ein zu grosses Ansteigen der Fördermenge und damit eine Überlastung des Kompressors und der Antriebsmaschine zu vermeiden. Eine Steuerung und Einstellung der Fördermenge nach Bedarf ist mit dieser bekannten Einrichtung jedoch nicht möglich.
Die Erfindung hat eine dem jeweiligen Bedarf entsprechend beliebig steuerbare Regelungseinrichtung zum Gegenstand und schafft unter teilweiser Verwendung und sinnvoller Kombination der bisher bekannten Massnahmen eine einfache Anordnung, die auch in funktioneller Hinsicht allen Anforderungen vorteilhaft entspricht.
Ausgehend von der eingangs angeführten bekannten Anordnung besteht die erfmdungsgemässe Einrichtung zur stufenlosen Liefermengenregelung darin, dass
<Desc/Clms Page number 2>
zur Verstellung des Volumens des Zuschaltraumes der hiezu dienende Arbeitsraum des Zuschaltraumes mit der Druckseite des Verdichters über ein Steuergerät in Verbindung steht, durch welches die Zufuhr des Druckgases und die Druckentlastung des Arbeitsraumes in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Verdichters steuerbar sind, und dass das Druckumsetzgefäss über eine vorzugsweise einstellbare Drossel mit dem Arbeitsraum verbunden ist.
Gemäss der Erfindung wird somit für die Verstellung und beliebige Einstellung des Volumens des Zuschaltraumes der Förderdruck des Verdichters verwendet, wobei durch die erfindungsgemässe Anordnung auch bei höheren Verdichterdrücken ausreichend grosse Verstellkräfte erzielt und Schwingungen der verstellbaren Regelungsteile zufolge der Druckschwankungen im Verdichterzylinder verhindert werden. Somit ist mit Hilfe des vorgesehenen Steuergerätes eine beliebige Verstellung der Regelungseinrichtung möglich, ohne dass zusätzliche Einrichtungen für die Erzeugung der Verstellkräfte erforderlich sind.
Die Änderung des Volumens des Zuschaltraumes kann auf beliebige Weise erfolgen, beispielsweise durch die bekannte Ausbildung des Zuschaltraumes als Zylinder mit verstellbarem Kolben, durch Anordnung einer verstellbaren Membrane, eines Faltenbalges oder aber eines aufblasbaren Ballons im Zuschaltraum.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles an Hand der Zeichnung zu entnehmen, welche in schematischer Darstellung einen Kolbenverdichter mit der erfindungsgemässen Anordnung zur stufenlosen Regelung der Liefermenge zeigt.
Der nur teilweise dargestellte Verdichter besteht aus einem Zylinder --1--, einem Kolben --2-- und einem von diesem begrenzten Zylinderraum -3--. Seitlich des Zylinders--2--sind Ventilkammern --4 und 5-- vorgesehen, von welchen die Ventilammer --4-- das Saugventil - 6-aufnimmt und mit der Saugleitung --7-- in Verbindung steht, wogegen die Ventilkammer - zur Aufnahme des Druckventils --8-- dient und zur Druckleitung --9-- führt.
Der Zylinder--l-ist an seiner Stirnseite durch einen Zylinderdeckel --10-- abgeschlossen, auf den ein Zuschaltraum --11-- aufgesetzt ist, der mit dem Zylinderraum --3-- über eine Öffnung --12-- dauernd in Verbindung steht.
EMI2.1
Verstellkolben --13-- ist auf seiner dem Zylinder--l-zugekehrten Seite durch die Kraft einer Rückstellfeder --14-- beaufschlagt, die im Zuschaltraum--11--vorgesehen ist. Auf der gegenüberliegenden Seite des Verstellkolbens --13-- beindet sich ein Arbeitsraum der mit einer Flüssigkeit gefüllt ist und über eine Verbindungsleitung--16--, in die eine einstellbare Drossel
EMI2.2
-17-- eingeschaltetausfüllende Flüssigkeit gefüllt, die im Gefäss --18-- durch das vom Verdichter geförderte Druckgas beaufschlagt ist.
Das Druckgas wird dem Druckumsetzgefäss --18-- über eine Gasleitung-19-
EMI2.3
Druckgasbehälter, der in die Druckleitung eingeschaltet ist, zugeführt werden. Es ist auch möglich, das dem Steuergerät--20--zugeführte Druckgas dem Zylinder--l--direkt zu entnehmen, beispielsweise über eine im Ausführungsbeispiel strichpunktiert eingezeichnete Leitung-22-, die vom Zylinderraum --3-- ausgeht und in die ein Rückschlagventil --23-- eingeschaltet ist. Die Druckentlastung des Druckumsetzgefässes --18-- erfolgt über eine vom Steuergerät --20-ausgehende Entlastungsleitung-24--, die im Falle eines Luftverdichters frei in die Atmosphäre münden kann, sonst aber zweckmässig zur Saugseite des Verdichters, beispielsweise in der dargestellten Art in die Vertilkammer --4-- des Saugventils --6--, zurückgeführt ist.
Schliesslich führt vom Steuergerät --20-- noch eine Steuerleitung --25-- weg, über die dem Steuergerät-20- Steuersignale zugeführt werden.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Einrichtung beruht auf dem bekannten Prinzip der stufenlosen Veränderung des Volumens des Zuschaltraumes-11-mit Hilfe des Verstellkolbens --13--. Abweichend von den bekannten Ausführungen erfolgt die Verstellung des Kolbens--13-durch den Druck des vom Verdichter geförderten Gases, wobei in den Kraftweg der Verstellung eine durch den Gasdruck beaufschlagte Druckflüssigkeit eingeschaltet ist. Die Druckflüssigkeit wird im Druckumsetzgefäss --18-- vom Gasdruck beaufschlagt und überträgt die Verstellkraft durch die LeitUng --16-- und die einstellbare Drossel --17-- auf die rückwärtige Stirnfläche des
<Desc/Clms Page number 3>
Verstellkolbens-13--.
Durch das Steuergerät-20-wird die Gaszufuhr zum Druckumsetzgefäss --18-- geregelt, wobei bei geöffneter Verbindung zwischen den Gasleitungen-19 und 21-der Druck im Druckumsetzgefass-18-erhöht und als Folge davon der Verstellkolben --13-- gegen die Kraft der Rückstellfeder-14-im Sinne einer Verringerung des Volumens des Zuschaltraumes-11-verschoben wird.
Bei Abschaltung der Gaszufuhr bleibt der herrschende Druck im Behälter-18und damit auch die Einstellung des Verstellkolbens --13-- erhalten, wogegen durch Herstellen einer Verbindung zwischen der Gasleitung --19-- und der Entlastungsleitung --24-- der Druck im Behälter-18-verringert und in der Folge der Verstellkolben --13-- durch die Rückstellfeder - -14-- im Sinne einer Vergrösserung des Zuschaltraumes-11-zurückgeschoben wird.
Die einstellbare Drossel --17-- dämpft dabei die Verstellbewegungen des Kolbens --13-- und verhindert insbesondere, dass der Verstellkolben --13-- durch Schwankungen des Gasdruckes im Druckumsetzbehälter --18-- oder durch die periodischen Druckschwankungen im Zylinderraum --3-- zu Schwingungen angeregt oder unerwünscht verschoben wird. Die Betätigung des Steuergerätes --20-- kann in Abhängigkeit jedes beliebigen Betriebszustandes der Verdichteranlage erfolgen, beispielsweise in Abhängigkeit vom Enddruck des Verdichters. In diesem Fall ist die Steuerleitung - beispielsweise an die Druckleitung --9-- oder an einen in diese eingeschalteten Windkessel angeschlossen.
Die erfindungsgemässe Einrichtung kann nicht nur bei dem im Ausführungsbeispiel gezeigten einstufigen Verdichter, sondern mit gleichem Vorteil auch bei mehrstufiger Verdichtung zur stufenlosen Regelung der Liefermenge in einer oder mehreren Verdichtungsstufen angewendet werden.