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Ventilsteuerungseinrichtung für umsteuerbare Kolbendampfmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilsteuerungseinrichtung für Kolbendampfmaschinen,
insbesondere für Schiffsmaschinen, und betrifft Mittel, die es gestatten, durch
Handhabung eines einzigen Handrades sowohl die Maschine anzulassen, zu stoppen und
umzusteuern als auch die Füllung zu ändern. Wenn die Maschine mit einer Abdampfturbine
zusammenarbeitet, dann wird durch dieselbe Handradbetätigung auch die Turbine beim
Stoppen und beim Rückwärtsgang der Maschine abgeschaltet und blockiert.
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Es sind Ventilsteuerungseinrichtungen für umsteuerbare Kolbendampfmaschinen
bekannt, bei denen die Umsteuerung beispielsweise durch txzenter, Lenker oder Kulissen
vorgenommen wird; diese Einrichtungen sind veraltet, weil mit ihnen keine Null-Füllungen
erreicht werden können. Bei neueren Bauarten erfolgt die Umsteuerung durch Beeinflussung
der Nocken für die Ein- und Auslaßventile durch Steilgewinde einer Spindel, auf
der die gegen Verschiebung gesicherten Nocken aufsitzen und verdreht werden.
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Die Konstruktionsmittel dieser Einrichtung sind eng gedrängt in einem
Gehäuse untergebracht; für jeden Zylinder ist ein solches Gehäuse erforderlich.
Eine derartige Einrichtung ist nicht nur kostspielig, sondern auch mangelhaft zugänglich;
für Schiffsmaschinen ist sie völlig ungeeignet, denn hier ist die bequeme Zugänglichkeit
ein Haupterfordernis, damit Störungen mit Bordmitteln schnell beseitigt werden können.
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Erfindungsgemäß wird eine baulich einfache, übersichtliche und leicht
zugängliche Steuerungseinrichtung
durch Kombination der nachstehend
bezeichneten Einrichtungen geschaffen: a) durch ein gemeinsames Handrad zu betätigende
gekur@-te Scheiben zum Öffnen und Schließen der Einlaßventile sowie für die Auslaßventile,
b) je eine rotierende Nockenwelle für die Einlaß- und Auslaßventile, wobei die Einlaßnockenwelle
aus gegeneinander verdrehbaren Wellenteilen zusammengesetzt ist und beide axial
nicht verschiebbaren Nockenwellen durch je eine im Antriebsrad der Nockenwellen
angeordnete, mittels der zugehörigen Kurve axial verschiebbare Hülse verdrehbar
sind, c) eine in der hohlen Einlaßnockenwelle angeordnete, durch die zugehörige
Kurve axial verschiebbare Hilfswelle, die die Verdrehung der Nocken zum Schließen
der Einlaßventile gegenüber den Nocken zum Öffnen bewirkt.
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In den Abb. i bis 6 ist die Erfindung -in schematischer Form
an einem Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar zeigt Abb. i die Steuereinrichtung
der Einlaßnockenwelle, Abb. 2 die der Auslaßnockenwelle, Abb. 3 die Anordnung der
Kurvenscheiben, Abb. 4 die Nockenstellung für Voreinströmung, Abb. 5 die Nockenstellung
für Rückwärtsfahrt, Abb.6 die Umsteuereinrichtung für eine nachgeschaltete Turbine.
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Die Zeichnung zeigt die Einlaßnockenwelle (Abb. i) nur für den ersten
und zweiten Zylinder, die Auslaßnockenwelle (Abb. 2) nur für den ersten Zylinder;
für die übrigen Zylinder sind die Nockenwellen nach links fortgesetzt zu denken.
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in diesen Abbildungen bezeichnet Ö die Kurve für das Öffnen und S
die Kurve für das Schließen der Einlaßventile, A die Kurve für den Auslaß
und T die Kurve für die Abschaltung und Blockierung der Abdampfturbine. Den
auf den Kurvenbahnen bezeichneten Stellungen entsprechen folgende Stellungen der
Steuerorgane: V = Fahrtstufe »Vorwärts«, R = Fahrtstufe »Rückwärts«, X = Öffnen
der Einlaßventile für Anlassen »Vorwärts«, U = Schließen der Einlaßventile für Anlassen
»Vorwärts«, M = Öffnen und Schließen der Auslaßventile für Anlassen »Vorwärts«,
W = Öffnen der Einlaßventile für Anlässen »Rückwärts«, Q = Schließen der Einlaßventile
für Anlassen »Rückwärts«, N = Öffnen und Schließen der Auslaßventile für Anlassen
»Rückwärts«.
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Die Kurvenscheiben sind auf der Welle 7 aufgekeilt und können über
ein selbsthemmendes Getriebe 8 durch das Handrad 9 gedreht werden. Durch Drehung
des Handrades 9 werden mittels in den Kurvenbahnen geführter Rollen oder Gleitstücke
die Übertragungsorgane io, 1i, 12, 13, beispielsweise aus Zahnstange, Zahnsegment,
Stange und Winkelhebel bestehend, betätigt, welche auf die Steuerorgane wirken.
Das Gestänge ii verschiebt in dem Antriebsrad 16 eine Hülse 18, die durch Federn
17 gegen Drehung gesichert ist. Diese Hülse läuft daher mit der Drehzahl der Kurbelwelle
um und greift mit Schrägzähnen 2o in ein Steilgewinde 22 einer Hohlwelle 24 ein,
die einen Nocken 26 für die Einlaßventilöffnung (Voreinströmung) des ersten Zylinders
trägt. Die Einlaßnockenwelle besteht je nach der Zylinderzahl aus mehreren Wellenteilen
24, 28, 34 und weiteren, nicht gezeichneten. Der Teil 28 trägt die Nocken 30, 32,
von denen der Nocken 30 für die Begrenzung der Füllung des ersten und der
Nocken 32 für die Füllungsbegrenzung des zweiten Zylinders dient. Der Teil 34, der
durch die Hilfswelle 36 mit dem Teil 24 gekuppelt ist, hat ebenfalls zwei Nocken,
die die gleiche Aufgabe wie der Nocken 26 (Voreinströmung), und zwar für den zweiten
und dritten Zylinder zu erfüllen haben und von denen die Zeichnung nur einen, nämlich
den Nocken 37 für den zweiten Zylinder, zeigt. Für weitere Zylinder sind zusätzliche
Wellenteile anzufügen.
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Die Hilfswelle 36 wird durch die Kurve S mittels des Gestänges io
verschoben; da die Hilfswelle 36 Steilgewinde 4o besitzt, das in entsprechendes
Gewinde des Teiles 28 eingreift, verdreht sich hierbei der Nockenwellenteil' 28
mit den :locken 30, 32. In dem Teil 24 bzw. 34 ist die Hilfswelle verschiebbar gelagert,
aber an einer Verdrehung durch die Federn 38 gehindert. Die Hilfswelle nimmt somit
das ihr von dem Antriebsrad 16 über Federn 17 und über die Hülse i8, das Gewinde
2o, 22, den Wellenteil 24 und die Feder 38 zugeführte Drehmoment auf und überträgt
es auf die übrigen Wellenteile. Dies letztere geschieht auch zusätzlich bei einer
Verschiebung der Hülse 18 durch die Kurve Ö. Bei der Längsverschiebung der Hilfswelle
36 durch die Kurve S werden Drehmomente auf alle Wellenteile, die Nocken für das
Schließen der Einlaßventile tragen (z. B. 28), ausgeübt. Es ist zur Erzielung der
gewünschten Wirkung nicht erforderlich, die Hilfswelle 36 innerhalb der Hülse oder
der hohlen Nockenwelle anzuordnen, doch ist es vorteilhaft: Damit bei einer Verschiebung
der Hülsen 18, 44 bzw. der Hilfswelle 36 die beabsichtigten Steuervorgänge
folgerichtig zueinander verlaufen, sind bei den Kurven A, Ö, S, T gewisse
Kurvenstrecken steigungsfrei ausgebildet und damit wirkungslos gemacht.
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Die Verstellung der Auslaß_teuerwelle 5o ist in Abb. 2 dargestellt.
Das Antriebsrad 42 nimmt über Federn 46 die Hülse 44 mit, die durch die Kurve A
mittels Gestänge 12 verschoben werden kann. Auch diese Hülse greift mit Schrägzähnen
49 in das Steilgewinde 48 der Auslaßnockenwelle 5o ein, die je Zylinder zwei Auslaßnocken
für die Deckel- und die Bodenseite besitzt. Die Zeichnung zeigt nur die Auslaßnocken
des ersten Zyliihders. Wird die Kurvenscheibe mit der Kurve A gedreht, dann wird
die Auslaßnockenwelle 50 mit ihren Auslaßnocken 52 mittels des Gestänges
12 und der Hülse 44 verdreht.
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Die Umsteuerung der Maschine erfolgt durch Drehen des Handrades 9
von der Betriebsstellung Y = »Vorwärts« bis zur Stoppstellung und Weiterdrehen im
gleichen Sinne bis auf Stellung R = »Rückwärts«. Es werden hierbei durch Veränderung
des radialen Abstandes der Kurvenbahn A von f auf g die Auslaßnocken
52 und auf die gleiche Weise bei der Kurvenbahn Ö von a auf b und
bei der Kurvenbahn S von c auf e die Voreinströmnocken 26 und 37 und die Füllungsnocken
30 und 32 verstellt, wie es der Drehsinn für Rückwärtsfahrt erfordert. Bei
den bereits
bekannten Ventilsteuerungseinrichtungen ist für den
Umsteuerungsvorgang die zusätzliche Bedienung eines Manövrierventils erforderlich,
da sich mit ihnen eine absolute Nullfüllung nicht erreichen läßt.
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Zur Unterstützung des Anspringens der Maschine wird sowohl bei Vorwärts-
als auch bei Rückwärtsfahrt ebenfalls durch Drehen des Handrades der radiale Abstand
der Kurvenbahnen Ö und S verändert, und zwar wird bei Vorwärtsfahrt der radiale
Abstaid der Kurvenbahn S auf dem Wege von V bis U von c auf
h
mit der Wirkung größerer Füllung vergrößert, während bei Rückwärtsfahrt
der radiale Abstand der Kurvenbahn Ö auf dem Wege von R bis W von
b auf i
und bei der Kurvenbahn S auf dem Wege von R nach e von e auf
k gleichfalls mit der Wirkung größerer I, üllung verkleinert wird. Es ist daher
mit den beschriebenen Mitteln möglich, ohne besondere zusätzliche Hilfsmittel Mehrzvlindermaschinen
mit einfacher Expansion in jeder beliebigen Stellung anzufahren.
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Die '.locken 26, 30, 32, 37, 52 usw. steuern nicht nur die Ventile
der Deckelseite, sondern auch die der Bodenseite. Die Einlaßventile für die Deckelseite
werden über einen Winkelhebel bewegt, der zwei Rollen 6o, 62 trägt, von denen die
eine Rolle auf dem Nicken 26 bzw. 37, die andere Rolle auf dem Nocken 3o bzw. 32
aufliegt, die durch Verschiebung der Hülse 18 und der Hilfswelle 36 bei der Ausführung
der Steuerungsvorgänge verdreht werden (Abb. 4 und 5).
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Die Einlaßventile für die Bodenseite werden durch dieselben Nocken
gesteuert, wobei wiederum zwei Rollen 64, 66 über einen Winkelhebel ein Ventil bewegen
(s. Abb. 4 und 5).
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Mit Rücksicht auf die Endlichkeit der Pleuelstange muß, um für die
Boden- und Deckelseite des Zylinders gleiche Füllung zu erhalten, der Rollenabstand
el (Deckelseite) größer als e2 (Bodenseite) gehalten werden (Abb. 4). In Abb. 5
ist die Verdrehung der Nocken 26, 3o bei Rückwärtsfahrt angegeben. Die Auslaßnockenwelle
5o hat für die Deckel- und Bodenseite je einen Nocken 52 mit einer Rolle (s. Abb.
2).
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Arbeitet die Kolbenmaschine mit einer Abdampfturbine gemeinsam auf
die Schraubenwelle, dann kommt beim Umsteuermanö ver die Kurve T zur Anwendung (Abb.
6) ; sie drückt, während die Steuerung der Maschine durch die Kurven Ö und S auf
o"'" Füllung gebracht wird, die Drehklappe 70 über das Gestänge 13 in die
punktierte Stellung und öffnet somit dein Dampf den Weg zum Kondensator. Gleichzeitig
muß auch die Entkuppelung der Turbine erfolgen, z. B. durch Entleerung einer hydraulischen
Kupplung, deren Abflußventil mitgesteuert wird.
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Im Gestänge 13 ist ein Schalthebel 71 angeordnet, der bei Erreichen
der "Offen;@-Stellung der Drehklappe 70 mit der Sperrklinke 72 in der Raste
74 eines Segmentes einklinkt, so daß das für die Ingangsetzung der Abdampfturbine
erforderliche Schließen der Drehklappe nur von Hand und nach Umsteuern der Maschine
auf »Vorwärts« wieder geschehen kann.
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Um zu verhüten, daß die Kurvenscheiben S, Ö, A, T infolge des
Gegendruckes zurückdrehen, ist zwischen den Kurvenscheiben und dem Handrad 9 ein
selbsthemmendes Getriebe 8 angeordnet. In den Gestängen iö, i i, 12 ist je ein Spannschloß
73 angeordnet, um Veränderungen, die durch Wärmeausdehnung oder Verschleiß entstanden
sind und mittels Indikators festgestellt werden, bei laufender Maschine zu korrigieren.
Das ist bei den bekannten Ausführungen nicht möglich; es muß dabei die Maschine
erst gestoppt werden, um eine Verstellung der Steuerung vorzunehmen.