DE60125C - Dampfmaschine mit Ausgleichscylindern - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

KLASSE 14: Dampfmaschinen.

Dampfmaschine mit Ausgleichscylindern.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 29. April 1891 ab.

Vorliegende Erfindung bezieht sich hauptsächlich auf jene Klasse von direct wirkenden Maschinen, bei welchen ein oder mehrere Ausgleichcylinder angewendet werden, deren Kolben dem Maschinenkolben während der ersten Hubhälfte entgegenwirken, während der zweiten aber die Bewegung des Kolbens unterstützen und auf diese Weise die Expansionswirkung des Dampfes erhöhen.

Da es bei derartigen Maschinen, namentlich bei Pumpmaschinen, mitunter erforderlich wird, mit ganzer Füllung der Cylinder zu arbeiten, so werden natürlich Vorrichtungen nothwendig, mittelst welcher man die Dampfabsperrventile aufser Betrieb setzen und die Ausgleichcylinder abstellen kann, um eine gleichmäfsige Kolbenbewegung zu sichern und dadurch event. Maschinenbrüchen vorzubeugen. Bei den Maschinen, bei welchen das treibende Mittel für die Ausgleichcylinder unmittelbar dem Pumpendruckrohr entnommen wird, sind aufserdem noch Vorrichtungen erforderlich, durch welche der Ein- und Austritt des treibenden Mittels in die Ausgleichcylinder so geregelt wird, dafs Störungen (Schläge) in dem Druckrohr vermieden werden.

Fig. i- zeigt eine solche Dampfpumpe in seitlicher Ansicht.

Fig. 2 erläutert in vergröfsertem Mafsstabe die Vorrichtungen zum Bethätigen der Dampf-■■ absperrventile.

Fig. 3 ist eine ähnliche Ansicht, die Absperrventile befinden sich in ,,der Stellung, dafs die Cylinder mit ganzer Füllung arbeiten.

Fig. 4 ist eine obere Ansicht von Fig. 2.

Fig. 5 ist eine Endansicht der in Fig. 2 dargestellten Maschine.

Fig. 6 ist ein Schnitt zwischen den beiden Pumpencylindern, welcher die Anordnung eines unmittelbar mit dem Druckrohr in Verbindung stehenden Druckreglers erläutert.

Fig. 7 und 8 veranschaulichen Details dieses Druckreglers.'

Fig. 9 bis 11 erläutern Abänderungen in der Ausführungsform des letzteren.

Fig. 12 zeigt in seitlicher und

Fig. 13 in oberer Ansicht die Verbindung eines Ausgleichcylinderkolbens mit dem Dampfkolben der Maschine.

Die Dampfmaschine besteht aus den vier Dampfcylindern Ά, B, C und D, welche so angeordnet sind, dafs Hochdruckcylinder A und Niederdruckcylinder B die eine Seite und die entsprechenden Cylinder C und D die andere Seite der Doppelmaschine bilden. Die Kolbenstangen E und F greifen an Kreuzköpfe G₁ Fig. i, an und werden während ihrer Bewegung von den Ausgleichcylindern H in bekannter Weise beeinflufst. Die treibende Flüssigkeit für diese Cylinder wird durch Rohr M dem Druckrohr N oder der Luftkammer O entnommen, gelangt durch L in den Accumulator K, und aus diesem durch Rohrleitung J, in welche ein Druckregler US eingeschaltet ist, schliefslich in die Cylinder H.

Die Dampfzufuhr nach den Hochdruckcylindern A und C erfolgt durch Rohrleitung a, Fig. 4, welche mit den Dampfkammern b in Verbindung steht. Der verbrauchte Dampf wird durch Rohre c nach den Behältern P abgelassen, aus welchen er

mittelst Rohre d, Dampfkammern e in die Niederdruckcylinder B D gelangt. Aus letzteren entweicht der Dampf entweder in einen Condensator oder in die freie Luft. Die Dampfeinlafsvenfile und Auslafsventile der einen Seite werden von den Kolbenstangen der anderen Seite bethätigt. ■ "

Die Dampfventile für die Cylinder sind in den · Dampfkammern b .bezw. e " angeordnet und mit nach aufsen vorstehenden Zapfen f, Fig. 2 und 4, versehen, auf welchen Hebelarme g befestigt sind. Diese Arme g stehen mittelst Stangen h mit T-förmigen Hebeln i in Verbindung, deren untere Arme durch eine Stange k mit einander verbunden sind. Die Bewegung dieser unter einander verbundenen Hebel i geschieht durch die Kreuzköpfe G, Fig. ι, mittelst der Hebelübertragung I m n. Die Verbindung der Stangen h mit den Hebeln ί ist so gewählt, dafs sie adjustirt werden kann, zu welchem Zwecke die Stangen h mit Gleitblöcken ο in geeigneten Ausschnitten der Hebelarme i lagern, in welchen sie durch Schrauben j>, dem gewünschten Füllungsgrad entsprechend, verstellt werden können. Die Bethätigung dieser Dampfeinlafsventile erfolgt für gewöhnlich in der Weise, dafs sie nach einem bestimmten Theil des Kolbenweges den Dampfeinlafs absperren. Zum Ausrücken der Dampfeinlafsventile für ganze Cylinderfüllung sind nun folgende Vorrichtungen vorgesehen. Auf den quer zur Maschine laufenden Wellen i, Fig. 4, sitzen Hebel ^, welche mittelst Zapfen 3 die oben beschriebenen T-Hebel i tragen. Die eine Welle ist mit einem Handhebel 4 ausgerüstet, welcher durch eine Zugstange 5 und Arm 6 mit der anderen Welle in Verbindung steht. Durch Vermittelung des Handhebels 4 werden die Wellen 1 gedreht und infolge dessen die Hebel 1 gehoben oder gesenkt. Der Hebel 4 führt sich an einem Segmentstück 7, das mit Vorrichtungen zum' Feststellen des Hebels in einer beliebigen Stellung ausgerüstet ist.

Unmittelbar hinter und in Richtung mit dem Handhebel 4 befindet sich auf der Welle 8 ein ähnlicher Hebel 9, so dafs bei einem Zurücklegen des Hebels 4 auch notwendiger·· weise der Hebel 9 mit niedergedrückt werden mufs. Die Welle 8 ist durch die Hebelübertragung 10, Ii und 12 mit dem Zweiweghahn 13, 14 verbunden, durch welchen die Verbindung des Accumulators mit der Luftkammer O oder dem Auslafsrohr R geregelt wird.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Stellung der Theile wird der Dampf bei ungefähr halber Füllung abgesperrt. Der Hahn 14 ist dann so gestellt, dafs das Rohr M mit dem Accumulator K in Verbindung steht, das Auslafsrohr jR aber abgeschlossen ist, so dafs der Druck der Flüssigkeit des Hauptdruckrohres auf die Ausgleichkolben einwirken kann. Bei Umstellung der mit Expansion arbeitenden Maschine in eine solche ohne Ausnutzung der Expansionskraft arbeitende wird zunächst der Hebel 9 in die Stellung Fig. 3 zurückgezogen. Hierdurch wird der Hahn 14 umgestellt, so dafs derselbe das Rohr M abschliefst und das Auslafsrohr R öffnet, damit die Flüssigkeit aus dem Accumulator abfiiefst und der Druck auf die Kolben der Ausgleichcylinder aufhört. Nachdem so diese letzteren aufser Thätigkeit gebracht sind, wird der Hebel 4 zurückgezogen, wodurch sämmtliche Theile aus der Stellung Fig. 2 in die Stellung Fig. 3 übergeführt werden. Die Hebel i sind dann von den Armen 2 so hochgehoben, dafs sie die Einlafsventile während des ganzen Hubes geöffnet halten und nicht vorher absperren, wie in Fig. 2. Bei Zurückstellung der Maschine in eine solche mit Expansionswirkung verfährt man in genau umgekehrter Weise. Zunächst wird der Handgriff 4 vorgeschoben, wodurch die Einlafsventile wieder in eine solche Stellung gebracht werden, dafs sie den Dampf bei einem gewissen Kolbenweg absperren, sodann schiebt man den Hebel 9 zurück, um durch Schliefsen des Auslafsrohres R mittelst des Hahnes 14 die Ausgleichcylinder wieder in Thätigkeit zu setzen.

Sollte der betreffende Maschinist verabsäumen, den Hebel 9 bezw. 4 zuerst umzustellen, so wird infolge der Anordnung dieser Hebel hinter einander trotzdem eine rechtzeitige Bethätigung der Hebel erfolgen, weil dann immer der zuerst zu verstellende Hebel von dem zweiten Hebel mitgenommen wird; so wird einmal der Hebel 9 von dem Hebel 4, das andere Mal der Hebel 4 von' dem Hebel 9 bethätigt werden.

Sollen die Absperrventile, welche den Einlafs des Dampfes begrenzen, nicht vollständig aufser Thätigkeit gebracht werden, . so hat man den Hebel 4 nicht ganz über den Segmentbogen 7 zu bewegen, sondern auf eine entsprechende Mittelstellung zu bringen. Anderenfalls kann man aber auch den Füllungsgrad durch die bereits erwähnten Stellschrauben p, welche die Stellung der Zugstangen h zu den Armen des Hebels i verändern, regeln.

Das Rohr /, durch welches mittelst Zweigrohre 15, Fig. 6, den Ausgleichcylindern H die aus dem Druckrohr N entnommene Druckflüssigkeit zugeführt wird, steht mit einem Cylinder 5 in Verbindung, in welchem sich der kleinere Kolben eines Differentialkolbens T bewegt, während der gröfsere Kolben 16 in dem Cylinder U gleitet. In den letzteren mündet ein Rohr 18, durch welches verdichtete Luft oberhalb des Kolbens 16 eingeführt wird. Die verdichtete Luft kann in einem besonderen Luftverdichtungsapparat W erzeugt werden. Ein in die Rohrleitung 18 eingeschaltetes Rücklaufventil verhindert das

Ausströmen der Luft aus dem Cylinder. Dieser als Druckregler wirkende Apparat arbeitet nun wie folgt.

Dem Druck der verdichteten Luft über dem Kolben 16, welcher so zu regeln ist, dafs der Kolben ungefähr die Mittelstellung in dem Cylinder U einnimmt, wirkt der Druck der Flüssigkeit im Hauptrohr und im Cylinder S entgegen. Wird die Maschine in Gang gesetzt, so wird während der ersten Hubhälfte der Kolben die Flüssigkeit aus den Ausgleichcylindern H in die Kammer S zurückgedrückt, anstatt unmittelbar in die Hauptleitung N zurückzufliefsen, und hebt den Kolben T, welcher die oberhalb befindliche Druckluft noch mehr verdichtet, bis sich beide Drucke das Gleichgewicht halten und der Kolben T stillsteht. ■ Während der anderen Hubhälfte der Maschinenkolben findet das Umgekehrte statt._: Die Flüssigkeit fliefst aus der Kammer S in die Ausgleich cylinder H zurück, wodurch eine Druckverminderung unterhalb des Kolbens T bewirkt wird. Diese Druckverminderung wird aber durch den Gegendruck der vorher Zusammengedrückten Luft ausgeglichen, welche jetzt den Kolben T nach abwärts bewegt, bis wieder ein Ausgleich der Drucke in der Hauptleitung, der Kammer S und dem Cylinder U stattgefunden hat.

Um zu verhindern, . dafs bei zu starkem Gegendruck sich der Kolben T zu tief in die Kammer 5 hinabbewegt, ist derselbe mit einem Rohr 20 versehen, welches durch eine Stopfbüchse nach aufsen geführt wird. Dieses Rohr trägt Oeffnungen q, welche, wenn unter die Stopfbüchse gebracht, eine Verbindung des oberen Cylinderraumes mit der freien Luft bewirken, so dafs die Prefsluft durch q und 20 nach aufsen entweichen kann, bis der Druck in S den Kolben wieder zu heben vermag. Sobald die Oeffnungen q in die Stopfbüchse .. eintreten, ist der Luftauslafs beendigt. Eine zu heftige Bewegung des Kolbens nach oben gegen den Cylinderkopf wird durch die als Bufferkissen wirkende Luft genügend abgemildert.

An Stelle der soeben beschriebenen Begrenzungsvorrichtung für den Kolbenweg kann auch die Stange 20 mit einem ein Auslafsventil 22 bethätigenden Anschlag 21 ausgerüstet werden (Fig. 10) oder es kann auch der Cylinder U ein Auslafsrohr 23 haben (Fig. 11), durch welches die Luft abströmt, sobald sich der Kolben 16 darüber hinwegbewegt hat.

In Fig. 9 ist ein Druckregler gezeigt, bei welchem der Druck der verdichteten Luft auf den Kolben T durch geeignete Federn 24 ersetzt wird.

Zur Verbindung der Kolbenstangen des Dampfkolbens und des Kolbens des Ausgleichcylinders ist die Kolbenstange E, Fig. 12 und 13, mit einem Kopfstück c¹ ausgerüstet, welches zur Aufnahme der Stützen d¹ geeignete Kugellager besitzt. Die anderen Enden der Stützen lagern in ähnlich geformten Lagern der auf den Wellen g¹ befestigten Arme f¹. Die Wellen g^l tragen an ihren Enden entgegengesetzt gerichtete Hebelarme h\ welche so durch eine Zugstange k¹ verbunden sind, dafs eine der einen Welle g¹ mitgetheilte Drehung gleichzeitig und gleichmäfsig sich auch auf die andere überträgt. Auf der oberen Welle g¹ ist aufserdem noch ein Arm m¹ angebracht, der mittelst Gelenkstück n^] mit der Kolbenstange o¹ verbunden ist. Die Druckluft oder Flüssigkeit wird dem Cylinder H ■ durch ein Einlafsrohr p\ zugeführt.

Angenommen, die Theile befinden sich in der in der Zeichnung gezeigten Stellung und der Kolben beginne sich von links nach rechts zu bewegen, so wird während der ersten Hälfte des Kolbenweges der auf den Kolben q¹ wirkende Druck durch die beschriebenen Uebertragungen der Bewegung des Kolbens oder der Kolbenstange E entgegenwirken. Dieser Widerstand nimmt jedoch infolge der sich beständig ändernden Stellung der Stützen ά^λ ab, bis der Kolben den halben Hub zurückgelangt ist, in welcher Stellung die Stutzen d¹ in senkrechter Richtung stehen und keine entgegenwirkende Kraft auf die Kolbenstange E ausüben. Sobald sich nuii die Kolbenstange weiter bewegt, wird die Wirkung umgekehrt, d, h. der von dem Ausgleichkolben ausgeübte Druck wirkt mit zunehmender Kraft in Richtung des Kolbenweges, weil die Druckstützen d¹ nach der entgegengesetzten Seite übergekippt sind..

Durch diese Vorrichtungen wird es möglich, nur mit theilweiser Füllung zu arbeiten, weil die Expansionswirkung des Dampfes von; den Ausgleichcylindern unterstützt wird.

Wenn der Druck der treibenden, auf den Kolben q¹ einwirkenden Flüssigkeit ein gleichmäfsiger ist, so ist die Abnahme Und Zunahme des Widerstandes und der Unterstützung des Aüsgleichkolbens abhängig von der Stellung der Druckstützen d¹, d. h. von dem Winkel, welchen die Stützen mit der Kolbenstange E bilden. Da es nun wünschenswerth ist, diese immer gleichmäfsig bleibende Abnahme und Zunahme des Druckes regeln zu können, so sind folgende Vorrichtungen vorgesehen. In dem Einlafsrohr p¹ ist ein Ventil r¹ eingeschaltet, welches von einem gewöhnlichen Membranregulator s^l bethätigt wird. Die Membran des letzteren steht unter Einwirkung des im Cylinder H herrschenden Druckes und ist mit dem Ventil so verbunden, dafs es dieses geschlossen hält, so lange der Druck nicht unter die Grenze fällt, für welche der Regulator eingestellt ist. Sobald jedoch der Druck unter diese Grenze sinkt, öffnet die Membran das Ventil r¹, so dafs neue treibende

Flüssigkeit von aufsen her in den Cylinder eintreten kann, bis ein genügender Druck wieder hergestellt ist, der das Ventil schliefst. Hieraus erhellt, dafs beim Aufwärtsgang des Kolbens q¹ die Druckluft oder dergleichen nicht aus dem Cylinder hinausgedrückt, sondern in demselben verdichtet wird, wodurch ein allmälig zunehmender Gegendruck für den Kolben q^l geschaffen ist. Je nachdem man nun den Spielraum im Cylinder über dem Kolben ändert, kann man auch den Druck, bis zu welchem die Luft u. s. w. verdichtet wird, und folglich auch die Druckwirkung an verschiedenen Stellen des Kolbenweges nach Wunsch regeln. Da bei dem letzten Theil des Kolbenhubes der Kolben q¹ sich, niederbewegt, so expandirt die vorher verdichtete Triebkraft und unterstützt die Bewegung des Kolbens. Dieser wirksame Druck der Triebkraft (Luft, Gas oder dergleichen) kann noch dadurch erhöht werden, dafs man den unteren Theil des Cylinders H so gestaltet, dafs in demselben bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens q¹ eine theilweise Luftverdünnung entsteht. Hierdurch nimmt der Druck auf die untere Seite des Kolbens beim Aufwärtsgang allmälig ab und vergröfsert sich allmälig, sobald der Kolben niedergeht. Zu diesem Zwecke ist der untere Cylindertheil mit einem Rohr A¹ verbunden, in welches ein Rücklaufventil v¹ eingeschaltet ist, das beim Niedergang des Kolbens der Luft freien Austritt gewährt, beim Aufgang des Kolbens jedoch das Rohr A¹ abschliefst, so dafs keine Luft eintreten kann. Will man die Wirkung der theilweisen Luftleere nicht benutzen, so sind Vorrichtungen vorzusehen, durch welche man das Ventil fortwährend geöffnet halten kann.

Claims (4)

1. Patent-Ansprüche:

   ι . Eine Dampfmaschine mit Ausgleichcylindern, gekennzeichnet durch die zum Umstellen der Dampfvertheilungsorgane und Abstellen der Ausgleichcylinder beim Uebergang von theilweiser zu ganzer CylinderfüUung dienende Anordnung eines die Umsteuerung auf die Ventile übermittelnden Winkelhebels i, der durch Niederlegen eines" Handhebels in solche Stellung gebracht werden kann, dafs die einstellbar mit dem Winkelhebel verbundenen Ventile den Dampf bei einem bestimmten Füllungsgrad absperren, während ein gleichzeitig von dem Handhebel bethätigter zweiter Handhebel das Absperrorgan der Druckleitung der Ausgleichcylinder schliefst.
2. 2. Bei der unter i. gekennzeichneten Dampfmaschine die Anordnung eines Druckreglers für die durch das Ein- und Ausfliefsen der Flüssigkeit in den Ausgleichcylinder" bedingte Druckänderung behufs Vermeidung von Stöfsen oder Schlägen in dem Hauptdruckrohr , bestehend aus einem in das Leitungsrohr eingeschalteten Differentialkolben T, der so unter Einwirkung eines elastischen Gegendruckes steht, dafs das' aus den Ausgleichcylindern zurückgedrückte Wasser den Kolben hebt, während beim Zurückgehen der Flüssigkeit in die Ausgleichcylinder der Kolben T niederbewegt wird, bis der elastische Gegendruck dem Druck in der Hauptleitung das Gleichgewicht hält, wobei die Niederbewegung des Kolbens durch eine Luftauslafsvorrichtung 20, q (Fig. 6) 21, 22 (Fig. 10) oder 23 (Fig. 11) begrenzt ist.
3. 3. Bei der unter 1. gekennzeichneten Maschine die Verbindung der Hauptkolbenstange mit dem Ausgleichcylinder, gekennzeichnet durch die Druckstützen rf¹, welche zwischen dem Kopfstück c¹ und den unter einander verbundenen Winkelhebeln f^lh^x gelagert sind, und einen an die Kolbenstange des Ausgleichcylinders angreifenden Hebel m¹ in solcher Weise, dafs ein durch den Kolben des Ausgleichcylinders ausgeübter Druck gleichmäfsig und gleichzeitig auf beide Druckstützen rf¹ übertragen wird.
4. 4. Bei der unter 1. gekennzeichneten Maschine eine Vorrichtung, um den Druck des treibenden Mittels auf den Ausgleichkolben zu regeln, bestehend aus einem in das Einlafsrohr eingeschalteten, unter Einwirkung eines Regulators s¹ stehenden Rücklaufventils r¹ und einem unterhalb des

   . Kolbens befindlichen, mit Ventil v¹ versehenen Luftauslafsrohres t^l in solcher Anordnung, dafs beim Aufgang des Kolbens ein Ausströmen der treibenden Flüssigkeit verhindert ist, jedoch neue Luft einströmen kann, sobald der Druck unter die von dem Regulator abhängige Grenze sinkt, während gleichzeitig unterhalb des Kolbens durch den Abschlufs des Ventils v^l eine theilweise Luftleere entsteht, wodurch der Druck auf die untere Kolbenseite abnimmt, sich aber vergröfsert, sobald der Kolben niedergeht.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.