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Steuerung für schwungradlose Dampfmaschinen. Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf eine Schiebersteuerung für schwungradlose Dampfmaschinen mit langem
Arbeitskolben, bei welchen das Umsteuerorgan durch von dem Dampfkessel unmittelbar
zuströmenden Frischdampf beaufschlagt wird, ohne daß eine besondere Vorsteuerung
erforderlich wäre, wobei sowohl die Frischdampfzuführung als auch die Entlüftung
durch den Arbeitskolben überwacht werden. Solche Steuerungen sind an sich bekannt.
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Von diesen bekannten Steuerungen für schwungradlose Dampfmaschinen
unterscheidet sich der Erfindungsgegenstand dadurch, daß der Schieber, durch einen
ständig unter gleichem. Druck stehenden kleineren Hilfskolben und einen abwechselnd
unter Frischdampfdruck und Atmosphärenpressung stehenden größeren Hilfskolben bewegt
wird, daß der Arbeitskolben an beiden Enden je eine Vertiefung aufweist, und daß
die eine Vertiefung die Frischdampfzufuhr nach dem größeren Hilfskolben und die
andere Vertiefung die Entlüftung des durch den größeren Hilfskolben begrenzten Raumes
bewirkt.
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Hierdurch wird eine besonders einfache und zuverlässige Steuerung
des Schiebers durch das Treibmittel bewirkt.
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Der Erfindungsgegenstand ist auf den beiliegenden Zeichnungen in schematischer
Weise zur Darstellung gebracht, und zwar zeigt Fig. I die Steuerung in Anwendung
auf eine doppelt wirkende, einzylindrige Simplex-Dampfmaschine, Fig. 2 eine mit
der Steuerung ausgerüstete Simplex-Verbunddampfmaschine, Fig.3 die Steuerungsanordnung
an einer Duplex-Zwillingsmaschine, Fig. 4. endlich eine Duplex-Verbundmaschine mit
der Steuerung gemäß vorliegender Erfindung.
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In Fig. i ist a der Dampfzylinder. Er ist etwas länger als der doppelte
Hub der Maschine; in ihm bewegt sich der lange Arbeitskolben b, dessen Breite etwas
mehr beträgt als der Hub der Maschine. C- ist das Gehäuse für das Steuerorgan. Letzteres
besteht aus einem Differentialkolbensatz mit dem großen Hilfskolben D und
dem kleinen Hilfskolben d
und einem zwischen beiden angeordneten einfachen
:Muschelschieber s. E ist die Einmündung der vom Dampfkessel kommenden Frischdampfleitung
in das Steuergehäuse. Bei der gezeichneten Stellung des Steuerorgans strömt der
Dampf über die Leitung i in das linke Ende des Zylinders und treibt denKolben b
nach rechts; der auf der rechten Kolbenseite befindliche Abdampf strömt über die
Leitung 2 durch Vermittlung der Höhlung K des Schiebers s in die Abdampfleitung
3. Kurz vor E zweigt von der Frischdampfleitung eine Leitung d. ab, die etwas rechts
von der Mitte des Dampfzylinders in diesen mündet; unmittelbar links neben ihr mündet
die Leitung 5, die auf der linken Seite in das Steuergehäuse C eintritt. In den
Umfang des Arbeitskolbens b ist eine Nut e eingearbeitet, die die beiden Rohrleitungen
4
und 5 in der gezeichneten Stellung verbindet. In dieser Stellung
des Kolbens strömt somit Frischdampf durch die Leitung 4 und die Leitung 5 in das
Gehäuse C des Steuerorgans und beaufschlagt die linke Seite des Hilfskolbens D,
ohne durch den rechtsseitigen Arbeitsraum des Dampfzylinders a zu strömen. Hierin
liegt der Hauptvorteil des Erfindungsgegenstandes. Der Steuerkolbensatz D-d wird
demgemäß in der in Fig. I dargestellten Lage gehalten, da die rechte Seite des ständig
belasteten Hilfskolbens d über die Leitung 7 mit der Ausströmung A ständig in Verbindung
steht. Bewegt sich der Arbeitskolben b nun nach rechts, so wird die Verbindung der
Leitungen d und 5 unterbrochen; der in Leitung 5 und in der Kammer links vom Hilfskolben
D des Differentialkolbensatzes eingeschlossene Frischdampf hält das Steuerorgan
in seiner Lage fest, bis die dicht vor dem linken Ende des Arbeitskolbens b eingearbeitete
Nut f die Kanäle 5 und 7 verbindet. In diesem Augenblick entweicht der Druck, der
in Leitung 5 und der linken Kammer des Steuergehäuses eingeschlossen war, über Leitungen
6, 7 und 3 ins Freie; der auf die rechte Seite des Kolbens D wirkende Dampfdruck
verschiebt das Steuerorgan nach links, und die Dampfeinströmung findet nun über
den nunmehr vom Schieber s freigelegten Kanal 2 auf der rechten Kolbenseite statt.
Der auf der linken Seite des Arbeitskolbens b befindliche Arbeitsdampf entweicht
über die Leitung I, die Höhlung K des Schiebers s und die Leitung 3 ins Freie.
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Bei der Simplex-Verbundmaschine nach Fig. 2 der Zeichnung ist die
Anordnung der Steuerung im wesentlichen gleich derjenigen der Einzylindermaschine
nach Fig. I; nur besitzt der Schieber s zwei Höhlungen K1 und K2, deren eine jeweilig
die Überströmung des Abdampfes aus dem Hochdruckzvlinder nach dem Niederdruckzylinder
vermnittelt, während gleichzeitig die andere den Albdampf des Niederdruckzylinders
in die ins Freie führende Auspuffleitung strömen läßt. Die Steuerkanäle münden in
den Hochdruckzylinder und werden vom Hochdruckkolben überwacht; infolgedessen ist
nur dieser Kolben etwas breiter ausgeführt, als der Hub der Maschine beträgt, und
besitzt die beiden Nute e und f. Der Niederdruckkolben ist in der bei den gewöhnlichen
Dampfmaschinen üblichen Weise ausgeführt. Der Niederdruckzylinder entspricht in
seiner Länge dem Hub.
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In der in Fig. 2 dargestellten Lage der Steuerorgane tritt der Frischdampf
bei E in das Steuergehäuse, strömt durch die Leitung I in die linke Seite des Hochdruckzylinders
a1 und bewegt den Hochdruckkolben b1 nach rechts. Der Steuerkanal 4 ist zu Beginn
der Bewegung wieder durch die Nut e imKolben b mit dem Steuerkanal s verbunden,
und der der Hauptdampfleitung entnommene Frischdampf beaufschlagt den Hilfskolben
D des Steuerorgans. Der auf der rechten Seite des Hochdruckkolbens befindliche Arbeitsdampf
entweicht über Leitung 2 und die Kammer K2 in die Leitung 8 und tritt auf der linken
Seite des N iederdruckzvlinders hinter den N iederdruckkolben b2, der den Hochdruckkolben
b1 unterstützt. Der auf der rechten Seite des Niederdruckkolbens befindliche Dampf
entweicht über die Leitung 9 in die Kammer K1 des Schiebers s und von da in die
Auspuffleitung 3.
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Zur Erleichterung bzw. zur Ermöglichung des Anlaufes der Maschine
unter Belastung ist zwischen den Leitungen 1 und 2 eine direkte Verbindung 1o hergestellt,
in die ein Anlaßventil AV eingeschaltet ist. Wird es in der in Fig. 2 dargestellten
Stellung der Maschine geöffnet, so strömt Frischdampf in die Leitungen 1 und 2,
beaufschlagt also beide Seiten des Hochdruckkolbens und hebt sich hinsichtlich seiner
Wirkung auf die beiden Kolbenseiten auf; gleichzeitig strömt der Dampf aus Leitung
2 über die Höhlung K2 des Schiebers s und tritt durch Leitung 8 auf der linken Seite
in den Niederdruckzylinder a2 ein; für das Anlaufen der Maschine steht also der
auf den Niederdruckkolben ausgeübte Hochdruck des Frischdampfes zur Verfügung, der
ein sicheres Ingangsetzen gewährleistet. Die Umsteuerbewegung vollzieht sich in
genau der gleichen Weise wie im Falle der Fig. i.
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Bei der in Fig.3 dargestellten Duplex-Zwillingsmaschine ist das Steuerorgan
als ein Differentialkolbensatz ausgebildet, der zwei gleich große Hilfskolben
D und D, und den kleinen Kolben d besitzt; dessen rechte Seite nicht
mit der- Auspuffleitung, sondern mit der Frischdampfleitung F verbunden ist, also
ständig von Frischdampf beaufschlagt wird. Die Überwachung der Steuerkanäle geschieht
hier durch beide Arbeitskolben, was eine Gewähr dafür bietet, daß eine Umsteuerung
nicht vorzeitig erfolgen kann, daß vielmehr beide Arbeitskolben ihren Hub vollendet
haben müssen, bevor die Steuerkanäle so miteinander verbunden werden, daß eine Beaufschlagting
des Hilfskolbens D mit Frischdampf bziv. eine Entlüftung desselben stattfindet.
In Fig.3 ist C wieder das Steuergehäuse mit der Einströmung E und der Ausströmung
A. i und 2 sind Frischdampfeinströmkanäle für die Arbeitszylinder a, und
a_. 3' und d. sind die Ausströmkanäle. j, 6 und. 7 sind die den Frischdampf
auf die
linke Seite des Hilfskolbens D leitenden Steuerkanäle. 8,
9 und 1o sind die Steuerungsentlüftungskanäle. Die Ausströmkanäie 3 und 4 sind so
eingerichtet, daß sie seitlich in die Zylinder münden, also gegen Ende der Hubbewegung
von den Kolben b1 und b2 abgesperrt werden; die weitere Dampfausströmung findet
dann über einen kleinen Teil der Einströmkanäle 1 bzw. 2 statt, die zu dem Zweck
mit den Ausströmlzanälen über ein Drosselventil hinweg in Verbindung stehen. Es
wird auf diese Weise eine die Hubbewegung verzögernde Dampfverdichtung erzielt,
die ein sanftes, stoßloses Arbeiten der Maschine ergibt. In der in Fig.3 dargestellten
Lage der Steuerorgane strömt Frischdampf bei E in das Steuergehäuse C. Über eine
von der Hauptfrischdampfleitung abgezweigte Leitung F strömt gleichzeitig Frischdamnpf
auf die rechte Seite des Hilfskolbens d des Differentialkolbensatzes; von F zweigt
die Leitung 5 ab, die über die N ut e2 im Arbeitskolben b2 mit der Leitung 6 in
Verbindung steht; letztere steht über die Nut u1 im Arbeitskolben b1 mit der Leitung
7 in Verbindung; diese mündet in das Steuergehäuse c und beaufschlagt den Hilfskolben
D des Steuerkolbensatzes von links. Der auf die rechte Seite von D ausgeübte Frischdampfdruck
wird durch den auf die linke Seite des gleich großen Kolbens D1 ausgeübten Druck
ausgeglichen. Der auf die rechte Seite des kleinen Kolbens d ausgeübte Frischdampfdruck
vermag den auf die linke Seite von D ausgeübten Frischdampfdruck nicht zu überwinden.
Das Stetterorgan verbleibt also in der gezeichneten Lage, auch wenn die Frischdampfzuströmnung
auf die linke Seite des Hilfskolbens D aufhört, was eintritt, sobald die Nut e1
im Arbeitskolben b1 über die Mündung der Kanäle 6 und 7 bzw. die Nut e2 des Arbeitskolbens
b2 über die Mündungen der Kanäle 5 und 6 hinweggeglitten ist. Sobald die Arbeitskolben
b1 und b2 an das Ende ihres Hubes gelangt sind, verbindet die Nut f1 im Kalben b1
die Ausström- oder Entlüftungskanäle 8 und 9 und die Nut f2 im Kolben bz die Kanäle
9 und 1o, und der im Steuergehäuse C links vom Kolben D befindliche Dampf entweicht
durch die Ausströmöffnung A. Der auf die rechte Seite des kleinen Hilfskolbens d
ausgeübte Frischdampfdruck verschiebt das Steuerorgan nach links, veranlaßt also
die Unisteuerung. Nach erfolgter Umsteuerung findet die Dampfeinstremung zu den
Arbeitszylindern durch die Leitung 2 statt; der Frischdampf tritt numnehr von oben
in den Zylinder a2 und bewegt den Arbeitskolben b2 nach unten und im Zylinder a1
den Arbeitskolben b1 nach oben. Der Abdampf, der bei der Stellung der Steuerung
nach Fig. 3 durch die Kanäle abströmte, verläßt nunmehr den Zylinder über die Kanäle
4 Gegen Hubende werden diese Kanäle durch die Arbeitskolben b1 und b2 abgesperrt,
und der Abdämpf entweicht nunmehr über die Eintrittskanäle 1, und da deren obere
Mündung in dem Steuergehäuse nunmehr durch den Hilfskolben D1 verschlossen ist,
über die in der Verbindung zwischen den Leitungen 2 und 4 angeordneten Drosseiventile
DV und durch Leitung 4 und Auspufföffnung A ins Freie. Die Einströmung des Frischdampfes
in die Zylinder findet also je nach der Stellung des Steuerorgans abwechselnd auf
dem Wege von F über die Leitung 1 und h über die Leitung 2 statt.
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Bei der in Fig.4 dargestellten Duplex-Verbundmaschine ist das Steuerorgan
ähnlich ausgebildet wie bei den Maschinen nach den fig. 1 und 2. Nur sind die.beiden
Höhlungen K1 und K2 im Schieber s je mit zwei Öffnungen versehen. Auch bei dieser
Maschine findet die Überwachung der Steuerkanäle durch beide Arbeitskolben statt,
weshalb beide etwas länger sind als der Hub der Maschine, wiederum zu dem Zweck,
ein vorzeitiges Umsteuern zu verhüten. Die Ausströmkanäle münden auch bei dieser
1Iaschine, wie bei der Dtiplex-Zwillingsmaschine, seitlich in die Zylinder, so daß
sie gegen Ende der Hubbewegung durch die Arbeitskolben überdeckt werden und die
weitere Ausströinung über einen Teil der Einströmkanäle stattfindet, die durch eine
direkte Verbindung an die Ausströmkanäle angeschlossen sind, wobei ein in diese
Verbindung geschaltetes Drosselventil, wie bei der Duplex-Zwillingsmaschine, eine
Dampfverdichtung und damit ein stoßfreies Arbeiten der Maschine bedingt. In die
Dampfeinströmungsleitungen zum Niederdruckzylinder sind Aufnehmer Al und AZ eingeschaltet,
die je ein nach- dem Zylinder hin sich öffnendes Rückschlagventil besitzen. Die
Aufnehmer sind erforderlich, uni ein gleichzeitiges Anspringen beider Kolben zu
gewährleisten. Wären die Aufnehmer nicht vorhanden, so könnte im Augenblick des
Umsteuerns der auf der einen Seite des Hochdruckkolbens befindliche Abdampf sich
nicht ausdehnen, würde also .mit seinem vollen Druck der Bewegung des von der anderen
Seite mit Frischdampf beaufschlagten Hochdruckkolbens - sich widersetzen. Der h
ieder druckkolben, der mit dem vollen Abdampfdruck aus dem Hochdruckzylinder beaufschlagt
würde, müßte sich dabei sofort in Bewegung setzen und würde dem Hochdruckkolben
vorauseilen, was eine Störung in der Steuerung nach sich ziehen und die Gang=
barkeit
und Brauchbarkeit der ganzen Maschine in Frage stellen würde.
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Das an den Aufnehmern angeordnete Rückschlagventil verhütet, daß die
gegen Ende des Hubes infolge der Überdeckung der Ausströmkanäle durch den N iederdruckkolben
im N iederdruckzylinder auftretende Dampfverdichtung durch Rückströmen des zu verdichtenden
Dampfes in die geräumigen Aufnehmer verloren geht bzw. wirkungslos wird.
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Das Umsteuerorgan entspricht hinsichtlich seiner Bauart und Wirkungsweise
völlig demjenigen nach Fig. 1 der Zeichnung.
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Aus dem Steuergehäuse strömt der bei E eintretende Frischdampf in
die Leitung 1 und in das obere Ende des Hochdruckzylinders a1 und bewegt den Arbeitskolben
b1 nach unten; cler auf der unteren Seite des Arbeitskolbens b1 befindliche Dampf
entweicht durch die Leitung 3 und strömt über die Höhlung K2 im Schieber s in die
Leitung 4, dehnt sich im Aufnehmer A1 aus und strömt mit verminderter Spannung über
das am Aufnehmer befindliche, nach dem Zylinder zu sich öffnende Rückschlagventil
unter den Arbeitskolben b2 im Niederdruckzylinder a2. Der Abdampf oberhalb des Arbeitskolbens
b2 entweicht aus dem Niederdruckzylinder über die Leitung 7, die Höhlung K1 im Schiebers
und strömt durch die Leitung g zum Auspuff A. Nach erfolgter Umsteuerung wird der
Einströmkanal 1 durch den Schieber s geschlossen, der Einströmkanal 2 geöffnet,
die Kanäle 8 und 5 werden durch die Höhlung K1, die Kanäle 6 und 9 durch die Höhlung
K2 im Schieber s verbunden. Der Frischdampf tritt durch Kanal- 2 nunmehr unter den
in seiner unteren Endstellung befindlichen Arbeitskolben b1 und bewegt ihn nach
oben; der Abdampf über dem Kolben b1 entweicht durch Leitung 8 und strömt über die
Höhlung K1 des Schiebers s in die Leitung 5, den Aufnehmer A2, öffnet das Rückschlagventil
und tritt über den Kolben b2 im Niederdruckzylinder a2, und bewegt ihn nach unten.
Der unter b2 befindliche Abdampf strömt über Leitung 6, Höhlung K, im Schiebers
und Leitung 9 zum Auspuff A. Gegen Ende des Hubes sperrt bei der Lage der Steuerung
nach Fig. 4 der Kolben b1 den Kanal 3 ab; der Abdampf nimmt daher seinen Weg in
den Kanal 2 und strömt über das Drosselventil DV2, in die Leitung 3, dabei wird
er verdichtet und wirkt stoßmildernd, indem er den Kolben b1 abfängt.
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Der Abdampf des Niederdruckzylinders entweicht über Leitung 7; gegen
Ende des Hubes wird auch diese Leitung durch den Kolben b2 abgesperrt, der Rest
des Abdampfes muß zunächst über Leitung 5 entweichen; da ihn das Rückschlagventil
am Eintritt in den Aufnehmer A, hindert, so muß er über das Drösselventil DV5 in
die Leitung 7 strömen, wobei er sich verdichtet und den Arbeitskolben b2 abfängt.
Bei der gegenläufigen Bewegung der Maschine strömt der Abdampf oberhalb des Hochdruckkolbens
durch Leitung 8 ab, bis auch diese durch den Arbeitskolben b, abgesperrt wird;'
dann entweicht der Abdampfrest über Leitung 1, Drosselventil DV1, verdichtet sich
und strömt weiter in Leitung B.
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Um auch diese Maschine unter Belastung anlassen zu können, ist die
Einstromleitung 1 mnit der Einströmleitung 2 unmittelbar verbunden und in die Verbindung
ein Auslaßventil AV eingebaut. In der gezeichneten Lage der Steuerung würde beim
öffnen des Anlaßventils ein Teil des Frischdampfes auf Leitung 1 über AV nach Leitung
2 strömen und den Hochdruckkolben b1 auch von unten beaufschlagen, wobei sich der
Druck von oben und von unten auf diesen Kolben aufheben würde. Der in die Leitung
2 und unter den Arbeitskolben b1 tretende Frischdampf strömt durch Leitung 3, Höhlung
K2 im Schieber s, Leitung 4, Aufnehmer A1 unter den Niederdruckkolben. Die Maschine
läuft mit dem durch Frischdampf von unten beaufschlagten Niederdruckkolben b, sicher
an.
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Steht das Steuerorgan in der nicht gezeichneten linken Endlage und
der Hochdruckkolben b, in seiner unteren, der Niederdruckkolben b. in seiner oberen
Stellung, so strömt beim Öffnen des Anlaßventils AIT Frischdampf in die Leitung
2 und beaufschlagt den Hochdruckkolben b, von unten. Gleichzeitig tritt Frischdampf
von Leitung 2 über das geöffnete Anlaßventil AIj, und beaufschlagt den Hochdruckkolben
b, von oben durch die Leitung r. Weiter strömt der Frischdampf über Leitung 8, Höhlung
K, im Schieber s, Leitung 5, Aufnehmer :1. in den Niederdruckzylinder über den in
seiner oberen Endlage befindlichen Kolben b. und verschiebt ihn nach unten. Die
.Maschine läuft unter dein Einfluß des auf die verhältnismäßig große Fläche des
Niederdruckkolbens _ wirkenden Frischdampfdruckes sicher an.