DE2849048A1

DE2849048A1 - Zwangssteuerungssystem fuer kolbenverdichter-ventile

Info

Publication number: DE2849048A1
Application number: DE19782849048
Authority: DE
Inventors: Curt Von Dr Petery
Original assignee: Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Current assignee: Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Priority date: 1978-11-11
Filing date: 1978-11-11
Publication date: 1980-05-14
Also published as: GB2035609B; GB2035609A; IT1124840B; IT7926922A0; US4297083A

Description

GUTEHOFFNUNGSHÜTTE STERKRADE 4200 Oberhausen 11, den 3. Nov. 1978

Aktiengesellschaft

Akte 24 47 -^ -

Zwangssteuerungssystem für Kolbenverdichter-Ventile '

Die Erfindung betrifft ein Zwangssteuerungssystem für Kolbenverdichter-Ventile.

Die Zwangssteuerung von Ventilen ist grundsätzlich bekannt. So werden beim Motorenbau auf mechanische oder mechanisch-hydraulische Weise Ventile gesteuert. Wird nun ein Verbrennungsmotor geschleppt, so arbeitet er als Verdichter und es wäre denkbar, daß vom Motorenbau her bekannte Zwangssteuerungssysteme für Ventile auch bei Verdichtern anwendbar sind. Die bekannten Ventilsteuerungssysteme wurden aber nicht ohne weiteres die Anforderungen erfüllen, die an Verdichter gestellt werden. Beispielsweise Leistungsregelung, d. h. Fördermengenregulierung, Änderungen des Saug- und Endverdichtungszustandes des Fördergases, Änderungen der Zusammensetzung des Gases. Außerdem würde bei der Mehrstufigkeit eines Verdichters ein mechanisches oder ein mechanisch-hydraulisches Steuerungssystem außerordentlich aufwendig, weil die rein geometrische Kon-

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struktion eines Verdichters von der eines Verbrennungsmotors völlig abweichen kann. Beim Motor liegen beispielsweise alle Zylinder in einer Reihe, während 'beim Verdichter Zylinder unterschiedlicher Stufen nebeneinander liegen bzw. sogar Stufenkolben verwendet werden, d. h. ein einziger Zylinder mehrere Stufen beinhaltet.

Aus diesen Gründen und den damit zwangsläufig verbundenen Schwierigkeiten, deren Beseitigung sehr aufwendig sein würde, haben derartige Steuerung s sy sterne im Verdichterbau keinen Eingang gefunden. Außerdem sei darauf hingewiesen, daß eine mechanische Zwangssteuerung von Ventilen starr ist. Die öffnungs- und Schließpunkte von Verdichterventilen müssen jedoch in Abhängigkeit der Drücke im Zylinder und im angeschlossenen Rohrsystem verändert werden (Anfahrzustand, Änderungen der Systemdrücke usw.), um Überkompressionen bzw. Untersaugungen und damit sehr schlechte Wirkungsgrade zu vermeiden.

Ein Kolbenverdichter stellt an eine Ventilsteuerung eine ganze Reihe von Anforderungen:

1. Kein öl im Zylinder (Trockenläufer j Sparschmierung; Unverträglichkeit des Betätigung smittels mit dem zu fördernden Medium bzw. Zylinderschmierstoff),

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2. keine elektrostatische Aufladung bzw. Entladung (Funkenbildung bei explosiblen Gasen),

3. der geometrische Abstand der einzelnen Zylinder ist relativ groß; verschiedene Stufen liegen nebeneinander bzw. hintereinander,

4. die Zwischendrücke müssen eingehalten werden (keine Über- bzw. Unterkompression),

5. Zylinder sind doppeltwirkend,

6. mehrere Zylinder arbeiten auf gleichen Enddruck, sind aber geometrisch versetzt angeordnet,

7. wenn das System ausfällt, muß Enddruck begrenzt werden,

8. lange Lebensdauer und Betriebssicherheit,

9. Explosionsschutz des gesamten Steuerungssystems,

10. Wasser- und Schmutzunanfalligkeit,

11. bei Fördermengenregulierung des Verdichters muß die Steuerung den öffnungs- und Schließzeitpunkt der Ventile den sich einstellenden

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Zwischendrücken selbsttätig anpassen. Dies gilt ebenso für Betriebsdruckschwankungen, d. h. der Saugdruck oder Enddruck des Verdichters schwankt, die Saugtemperatüren schwanken, die Gaszusammensetzung ist nicht konstant und ändert sich zeitlich,

12. das Steuerungssystem sollte so einfach wie möglich, verschleißarm und billig sein.

Ein rein mechanisches System ist außerordentlich aufwendig. Sin rein hydraulisches oder pneumatisches Ventilsteuerungssystem ohne mechanisch bewegte oder betätigte Teile ist nicht denkbar. Ein rein elektrisches System ist zwar denkbar, aber auf Grund einiger zuvor erwähnter Anforderungen problematisch.

Dagegen erscheint eine Kombination von Mechanik mit Hydraulik und Elektrik oder von Mechanik mit Pneumatik und Elektrik für die Zwangssteuerung vo.n Kolbenverdichter-Ventilen am wirkungsvollsten. Pneumatik, Elektrik oder Hydraulik wissen jedoch von sich aus nicht, wann die Ventile zu öffnen sind oder geschlossen werden müssen.

Hier setzt die Erfindung an und es ist demnach' Aufgabe der Erfindung, ein Zwangssteuerungssystem für Kolbenverdichter-Ventile zu schaffen, das den zuvor

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aufgezählten Anforderungen gerecht wird und eine Steuerung in Abhängigkeit des thermo-dynamischen Förderniedienzustandes schafft.

Die Erfindung bedient sich' dazu des Druckvergleiches und das erfindungsgeiuäße Ventilsteuerungssystem zeichnet sich dadurch aus, daß während des Verdichtungstaktes ein Druckaufnehmer im Verdichtungsraum des Zylinders mit einem Druckaufnehmer in der Druckleitung, während des Saugtaktes ein Druckaufnehrrer i~ Saugraum des Verdichters mit einem Druckaufnehmer in der Saugleitung, mit Hilfe eines Soll-Ist-Wert-Vergleichsgerätes, das den jeweiligen Differenzdruck ^ P zwischen Zylinderinnendruck und zugehörigem Rohrleitungsdruck bildet, zusammengeschaltet werden und von diesem Vergleichsgerät bei einem Differenzdruck ^p = 0 eine Steuereinheit betätigt wird, die mittels hydraulischer, pneumatischer oder elektrischer Steuerung das offen bzw. Schließen der Ventile bewirkt.

Dieses System erfüllt sämtliche an die Ventilsteuerung von Kolbenverdichtern gestellten Anforderungen. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Systems liegt in seiner Einfachheit. Dieses System paßt sich allen thermodynamischen Zuständen des Fördermediums an, ist unabhängig von der Druckhöhe, der

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Gasart und kann auch bei Regelungen von 0 % bis 100 % Volumenstrom problemlos verwendet werden. Die Montage der Geräte des Steuerungssystems ist sehr einfach, da für die Druckaufnehmer 1dl. elektrische Leitungen zu verlegen sind.

Als Druckaufnehmer können an sich bekannte Piezo-Druckaufnehmer, Druckaufnehmer auf Dehnungsmeßstreifenbasis (DMS-Basis) oder ähnliche Geräte verwendet werden, die den Druck in ein analoges Signal umwandeln. Der Meßbereich der Druckaufnehmer wird jeweils dem Druckbereich des Verdichters angepaßt.

Das Soll-Ist-Wert-Vergleichsgerät innerhalb des erfindungsgemäßen Systems muß mehrere Funktionen erfüllen:

1. Vergleich der analogen Signalhöhen, die von den Druckaufnehmern kommen. Beim Druckhub sind dies die Signale von dem Druckaufnehmer im Druckraum des Zylinders und in der-Druckleitung. Ist die Signalhöhe gleich - dann sind auch die Drücke im Zylinder und angeschlossener Druckleitung gleich - so löst das Soll-Ist-Wert-Vergleichsgerät einen Impuls aus, der das Steuergerät, das wiederum für das öffnen des Druckventils sorgt, ansteuert.

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2. Wenn anschließend die Signalhöhen von den genannten Druckaufnehmern her differieren, so wird über das Soll-Ist-Wert-Vergleichsgerät und da-s Steuergerät das Druckventil wieder geschlossen.

3. Gleichzeitig zu Punkt 2 wird die Zusammenschaltung der Druckaufnehmer im Druckraum und in der Druckleitung getrennt und werden für den Saughub die Druckaufnehmer im nunmehrigen Saugraum uric in der Saugleitung zusamraengesehaltet.

Der weitere Steuerungsablauf entspricht Punkt 1 3, jedoch in diesem Fall für den Saughub und die entsprechenden Druckaufnehmer.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Steuerungssystems erscheint für die eigentliche Ventilbetätigung eine hydraulische Betätigung am sinnvollsten. Selbstverständlich sind auch pneumatische, elektrische und evtl. mechanische Betätigungen"ausführbar und in bestimmten Anforderungsfällen (Explosionsschutz; Trockenlaufverdichter usw.) notwendig. Für die Ventilbetätigungen bedient man sich bekannter Aus führungen.

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An Hand einer einzigen Zeichnung, die ein funktionelles Schema des erfindungsgemäßen Steuerungssystems für Kolbenverdichter-Ventile darstellt, werden das System und die innerhalb des Systems angeordneten Geräte näher erläutert.

Innerhalb des Druck- bzw. Saugraumes des Zylinders eines Kolbenverdichters ist ein Druckaufnehmer 1 angeordnet. Es handelt sich um ein Gerät, das den Druck in ein analoges Signal umwandelt.

Weitere Druckaufnehrner befinden sich in der Druckleitung (Druckaufnehmer 2) und in der Saugleitung (Druckaufnehmer 3) des Verdichters.

Beim Verdichtungstakt werden die Druckaufnehmer 1 und 2 mit Hilfe des Soll-Ist-Wert-Vergleichgerätes 4 zusammengeschaltet. Dieses Gerät bildet gleichzeitig einen dem jeweiligen Differenzdruck ^p zwischen Zylinderinnendruck und zugehörigem Rohrleitungsdruck entsprechenden Wert. Ist der Differenzdruck A ρ = 0, so wird von dem Vergleichsgerät 4 ein Impuls ausgelöst, der das Steuergerät ansteuert und ein Öffnen des Druckventils 7 bewirkt. Die Ventilsteuerung selbst wird beispielsweise mittels Hydraulik vorgenommen.

Differieren anschließend die Signalhöhen von Druckaufnehmer 1 im Druckraum des Verdichters und Druck-

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aufnehmer 2 in der Druckleitung um einen gewissen Wert, so wird über das SoIl-Ist-Wert-Vergleichsgerät 4 und das Steuergerät 5 das Druckventil 7 des Verdichters wieder geschlossen. Es ist auch denkbar, daß die Trennung der Zusammenschaltung der Druckaufnehmer 1 und 2 und die Zusammenschaltung der Druckaufnehmer 1 und 3 durch einen Impuls bewirkt wird, der in Abhängigkeit der Kolbenstellung im Zylinder oder in Abhängigkeit des Kurbelwellendrehwinkels auftritt und als ein weiteres Eingangssignal für das Vergleichsgerät 4 Verwendung findet.

Gleichzeitig wird nun die Zusammenschaltung vom Druckaufnehmer 1 und Druckaufnehmer 2 getrennt und werden die Druckaufnehmer 1 und 3 (in der Saugleitung des Verdichters) beim nunmehrigen Saughub zusammengeschaltet.

Sind nun die Signalhöhen bei den Druckaufnehmern und 3 gleich, dann sind auch die Drücke im Zylinder und angeschlossenem Rohr gleich und das Vergleichsgerät 4 löst einen Impuls aus, der das Steuergerät ansteuert und für das öffnen des Saugventils Sorge trägt.

Der weitere Ablauf entspricht analog dem zuvor Geschilderten.

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Claims

GUTEHOFFNUNGSHÜTTE STERKRADE 42 00 Obsrhausen 11, den 3. Nov. 1978 Aktiengesellschaft

Akte 2447

Patentanspruch

Zwangssteuerungssystein für Kolbenverdichter-Ventile,

dadurch gekennzeichnet, daß während des Verdichtungstaktes ein Druckaufnehrner (1) im Verdichtungsraum des Zylinders mit einem Druckaufnehmer (2) in der Druckleitung, während des Saugtaktes ein Druckaufnehmer (1) im Saugraum des Verdichters mit einem Druckaufnehmer (3) in der Saugleitung, mit Hilfe eines Soll-Wert-Vergleichsgerätes (4), das den jeweiligen Differenzdruck Δρ zwischen Zylinderinnendruck und zugehörigem Rohrleitungsdruck bildet, zusammengeschaltet werden und von diesem Vergleichsgerät bei einem Differenzdruck Δρ = 0 eine Steuereinheit (5) betätigt wird, die mittels hydraulischer, pneumatischer oder elektrischer Steuerung das Öffnen bzw. Schließen der Ventile (6, 7) bewirkt.

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ORIGINAL