-
Verbunddampfmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbunddampfmaschine
mit mehreren Zylindern, bei der der Abdampf eines Zylinders höheren Druckes den
Zylindern niedrigeren Druckes zugeführt wird und bei denen der Übertritt des Abdampfes
in den Niederdruckzylinder während der langsameren Hubbewegung des Hochdruckkolbens
und während der schnelleren Hubbewegung des Niederdruckkolbens erfolgt. Solche Verbunddampfmaschinen
sind- bereits bekannt. Die Leistung derartiger Maschinen soll nach der Erfindung
:dadurch verbessert werden; daß jeder Zylinder derart mit einem Kondensator in Verbindung
steht, daß der Zylinderinhalt regelmäßig in diesen zeitweilig expandiert.
-
Die Erfindung. wird an Hand nachstehender Erläuterung in -Verbindung
mit den Zeichnungen klar verständlich. _Hierin ist Fig. r eine schematische Darstellung
des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung im Schnitt; Fig. a ist ein Kolbenhubdiagramm
zur Erläuterung des Arbeitsvorganges im Hochdruckzylinder der Maschine nach Fig.
z ; Fig. 3 ist ein Kolbenhubdiagramm zur Erläute rung des Arbeitsvorganges im Niederdruckzylinder
der Maschine nach Fig. i
Fig. 4 bzw. 6 zeigen jeweils ein Kolbenhubdiagramm
zur Erläuterung des Arbeitsvorganges im Hoch-, Mittel- und Niederdruckzylinder des
zweiten Ausführungsbeispieles der Erfindung, das mit drei Zylindern ausgerüstet
ist.
-
Jedes der Kolbenhubdiagramme der Fig. 2, 3, 4, 5 und 6 zeigt die entsprechenden
Stellungen des Kurbelwellenzapfens, der dem Kolben zugehört.
-
Fig. 7 veranschaulicht schematisch und im Schnitt den Zylinderteil
des mit sechs Zylindern ausgerüsteten dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig.8 ist ein Indikatordiagramm des Dampfdruckes im Verhältnis zur Resultante der
Kolbenhübe in allen Zylindern der Maschine nach Fig. 7 für den Fall, daß eine geeignete
Menge Dampf mit Anfangsspannung allen Zylindern mit Ausnahme des ersten und letzten
zugeführt wird, wobei die Zahlen I, II, III, IV, V, VI in der Abszisse die Hübe
des ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Zylinders bezeichnen;
Fig.9 ist ein Indikatordiagramm entsprechend Fig. 8 im Falle der zusätzlichen Zufuhr
einer geeigneten Menge Dampf mit Anfangsspannung lediglich in den vierten Zylinder;
Fig. io ist ein Indikatordiagramm entsprechend Fig.8 für den Fall, daß eine geeignete
Menge Dampf mit Anfangsspannung nur in den vierten Zylinder eingeführt wird, während
der erste, zweite und dritte Zylinder stetig mit Dampf unter Anfangsspannung gespeist
werden.
-
In Fig. i bezeichnet i einen Hochdruckzylinder, 6 einen Niederdruckzylinder,
2 ein Frischdampfeinlaßrohr und 3 ein Einlaßventil. 4 ist ein Rohr zur Verbindung
der beiden Zylinder i und 6 mit einem Auslaßventil5. 7 ist ein Auspuffrohr zur Ableitung
des Abdampfes des Zylinders i in den Zylinder 6. 8 bezeichnet einen Hochdruckkolben
im Hochdruckzylinder 1. 9 ist ein Kurbelzapfen, der den Kolben g mit der Antriebswelle
2ö verbindet. i i ist ein Niederdruckkolben im Niederdruclczylinder 6, und io ist
eine Auspufföffnung, die durch den Kolben i i geöffnet und geschlossen wird und
mit dem Kondensator 13 über ein Auspuffrohr 12 in Verbindung steht. Der Kurbelwellenzapfen
14 verbindet den Kolben i i mit der Welle 2o. 15 bezeichnet ein luftdichtes Kurbelgehäuse,
das über ein Rohr 16 mit dem Kondensator 13 in Verbindung steht und die Kurbeln
eingeschlossen enthält.
-
Infolge des Vorhandenseins des' Gehäuses 15 wird der Rückdruck der
beiden Kolben 8 und i i wirksam vermindert. 17 ist ,eine Nockenwelle mit zwei Nocken
18 und i9, die so ausgebildet sind, daß das Einlaßventil 3 bzw. das Auspuffventil
s durch die zugehörige Necke betätigt werden kann.
-
Die Kurbelzapfen 9 und 14 sind auf der Antriebswelle 2o in verschiedenen
Winkellagen zueinander angebracht, und der Winkel zwischen ihnen ist so gewählt,
daß die beiden Kolben 8 und i i gemäß den Diagrammen nach Fig. 2 und 3 in einem
Arbeitsspiel in ihren Zylindern i und 6 hin und her gehen können. Die bezeichneten
Figuren entsprechen jeweils einem Bewegungszyklus jedes der Kolben 8 bzw. i i.
-
In Fig. 2 ist A eine Öffnungsstellung des Einlaßventils 3, B ist eine
Schließstellung des Ventils 3, C ist eine Mittelstellung des Kolbens 8 während des
Expansionsvorganges im Zylinder i, wobei in der letzteren Stellung der Niederdruckkolben
i i an seinem oberen Totpunkt liegt. D bezeichnet eine Öffnungsstellung des Auspuffventils
5, E ist eine Öffnungsstellung der Auspufföffnung io, und F ist eine Schließstellung
der Auspufföffnung io und des Auspuffventils 5.
-
In Fig. 3 entspricht jede der Stellungen a, b, c, d, e und
f des Niederdruckkolbens ii jeweils den Stellungen A bzw.B bzw. C bzw. D
bzw. E bzw. F. Darauf wird die Auspufföffnung io bei der Stellung e geöffnet
und bei der Stellung f geschlossen. Daher entspricht jeder der Hübe zwischen
A und B, B und D, D und E, E und F, F und A und D und F in
Fig. 2 dem Zutritt bzw. der Expansion bzw. dem Zutritt in den Niederdruckzylinder
6 bzw. dem Auspuff bzw. der leichten Verdichtung und leichten Ausdehnung bzw. der
Öffnung des Auspuffventils 5 im Hochdruckzylinder i, wie aus der Zeichnung klar
hervorgeht. Dies bedeutet, daß dem Kolben 8 zunächst Hochdruckdampf unter Anfangsspannung
während des Hubes zwischen den Stellungen A und B zugeführt wird,
der während des Hubes zwischen den Stellungen B und D
expandiert. Dann
wird bei der Vorwärtsbewegung des Kolbens 8, die der Abwärtsbewegung in Fig. i entspricht,
das Auspuffrohr 7 geöffnet, und bei der Öffnung des Auspuffventils 5 bewegt sich
der Kolben 8 während des Hubes zwischen den Stellungen D und E rückwärts, wodurch
der Abdampf dem Niederdruckzylinder 6 durch das Rohr 4 zugeführt wird. Wie aus Fig.
2 und 3 hervorgeht, legt der Kolben i i die relativ lange Strecke während des Hubes
zwischen den Stellungen d und e mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit zurück,
während der Kolben 8 sich über die relativ kurze Strecke während des Hubes zwischen
den Stellungen D und F verhältnismäßig langsam vorwärts bewegt. Dementsprechend
ist der Widerstand gegen den Rücklauf des Kolbens 8 recht klein und die Wirksamkeit
der durch den Kolben i i veranlaßten Kurbeldrehung am höchsten. Wenn der Hochdruckkolben
8 in die Stellung E gelangt, wird die Auspufföffnung io des Zylinders 6 geöffnet,
und der Abdampf wird dem Kondensator 13 zugeführt, wodurch ein Ausgleich der inneren
Drücke in den Zylindern 1, 6 und dem Kondensator 13 herbeigeführt wird. Daher kann
während des Hubes zwischen den Stellungen E und F der Hochdruckkolben 8 eine Rücklaufbewegung
bei relativ hoher Geschwindigkeit vollziehen, ohne irgendeinem Widerstand der Restdampfmenge
zu begegnen, und während des Weges zwischen den Stellungen F und A wird eine nur
kleine Restdampfmenge zunächst verdichtet und dann expandiert. Da der Verdichtungsdruck
beim Verdichtungshub sehr niedrig ist, kann der Widerstand gegen die Bewegung
des
Kolbens 8 bei diesem Hub vernachlässigt werden. Andererseits würde, obwohl während
des Hubes zwischen den Stellungen f und c der Niederdruckkolben i i die geringe
Restdampfmenge verdichtet, eine solche Verdichtung keinen großen Widerstand gegen
die Bewegung des Kolbens i i erzeugen und könnte eher als Bewegungsenergie beim
Vorwärtshub zwischen den Stellungen c und d, der .dem Abwärtshub des Kolbens i nach
Fig. i entspricht, ausgenutzt werden. Außerdem kann während der Hübe zwischen den
Stellungen E und F und e und f, bei denen die Zylinder i und 6 mit dem Kondensator
13 in Verbindung stehen, das Kondenswasser, das sich im Niederdruckzylinder 6 infolge
der hohen Rücklaufgeschwindigkeit des Hochdruckkolbens 8 leicht bildet, aus den
Zylindern i und 6 in den Kondensator 13 abgelassen werden, wodurch ein Wasserschlag
vermieden wird.
-
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, ist es möglich, die Dampfspannung
vollkommen auszunutzen und mit sehr hoher Geschwindigkeit zu arbeiten, auch wird
die Leistungsfähigkeit der Maschine sehr hoch. Obwohl die Beschreibung an Hand der
Fig. 1, 2 und 3 ein mit zwei Zylindern, d. h. mit Hochdruck- und Niederdruckzylinder
ausgerüstetes Ausführungsbeispiel betrifft, kann die Erfindung bei gleicher Arbeits-
. und Wirkungsweise auf jede andere mit mehr als zwei Zylindern ausgerüstete Maschine
angewandt werden. Fig. q., 5 und 6 sind die Hubdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise
der Kolben bei einer dreizylindrigen Dampfmaschine mit Hochdruck-, Mitteldruck-
und Niederdruckzylinder, die eine weitere Ausführungsform der Erfindung darstellt.
-
Jede der genannten Figuren entspricht eineri Hochdruck- bzw. Mitteldruck-
bzw. Niederdruckkolben und A, B, C, D, E, F, ferner a, b, c, d, e, f
und
a', b', c', d', e'; f' sind die jeweiligen Stellungen der drei Kolben pro
Arbeitsspiel. Diese Stellungen entsprechen denjenigen des Diagramms nach Fig. 2
oder 3. Auch ist dieses Ausführungsbeispiel vollkommen gleich dem Beispiel nach
Fig. i insoweit, als die Abdampfexpansion von einem Zylinder mit höherem Druck zu
einem Zylinder mit niedrigerem Druck' bei niedrigerer Hubgeschwindigkeit des Kolbens
im ersteren Zylinder und bei höherer Hubgeschwindigkeit des Kolbens im letzteren
Zylinder erfolgen kann. Auch die Dampfnutzung und die Abführung des Zylinderkondensats
entsprechen dem Beispiel nach Fig. i.
-
Bei der Verbundmaschine gemäß der Erfindung wird der relativ hohe
Energie enthaltende Abdampf des Hochdruckzylinders dem Niederdruckzylinder zugeführt,
um dessen Kolben vorzutreiben, wodurch die Abdampfenergie in bewegende Kraft umgewandelt
wird. Ferner kann durch geeignete Wahl des Phasenunterschiedes zwischen den Hüben
der Kolben der Abdampf vom Zylinder mit höherem Druck dem Zylinder mit niedrigerem
Druck während langsamer Bewegung des Kolbens höheren Drucks und schneller Bewegung
des Kolbens niedrigeren Druckes zugeführt werden, was sich in plötzlicher Verminderung
des Widerstandes gegen die rückläufige Bewegung des Kolbens ' höheren Druckes und
in nachdrücklicher Umwandlung der Abdampfenergie in bewegende Kraft auswirkt. Auch
können alle Zylinder während des schnellen Rücklaufes des Kolbens höheren Druckes
mit dem Kondensator verbunden werden. Der schneller laufende Kolben kann sich daher
ohne Widerstand rückwärts bewegen, was einen Zuwachs der Bewegungsleistung, vollkommenen
Auspuff des Kondenswassers, vollkommene Expansion des Abdampfes und hohe Geschwindigkeit
der Mäschine ergibt.
-
Die Erfindung kann weiter dadurch verbessert werden, daß eine geeignete
Menge Dampf mit Anfangsspannung (Frischdampf) zusätzlich einigen oder allen Zylindern
mit Ausnahme des. ersten zugeführt wird. Durch solche zusätzliche Dampfzufuhr kann
hohe Geschwindigkeit und Antriebskraft leicht erzielt werden. Eine derart verbesserte
Ausführungsform der Erfindung wird aus der nachstehenden Beschreibung an Hand der
Fig. 7 klarer verständlich.
-
In Fig. 7 bezeichnet 21 einen Höchstdruckzylinder, a2, 23, 2q., 25,
26 sind Zylinder mit niedrigerem Druck, die nacheinander mit dem ersten Zylinder
im gleichen Verhältnis wie bei dem Beispiel nach Fig. i in Verbindung gebracht werden.
27 ist ein Zufuhrrohr für den zusätzlichen Frischdampf und a8 bezeichnet Dampfrohre
zur Verbindung der anliegenden Zylinder mit COffnungs-und Schließventilen an beiden
Enden oder an einem Ende. 29 bezeichnet Auspuffrohre, und 30 ist ein Auspuffrohr
des letzten Zylinders 26. Auch bei diesem Beispiel kann die Abdampfexpansion von
einem Zylinder mit höherem Druck in. einen Zylinder mit niedrigerem Druck während
langsamer Hubbewegung des Kolbens im ersten Zylinder und während schneller Hubbewegung
des Kolbens im letzteren Zylinder erfolgen, wodurch sich eine ausgezeichnet-- Betriebsleistung,
wie im Falle des Beispiels nach Fig. i, ergibt. Abgesehen von diesen ausgezeichneten
Betriebsergebnissen enthält dieses Beispiel jedoch noch weitere Vorzüge. Diese bestehen
darin, daß, wenn etwas Dampf mit Anfangsspannung einem Zylinder während seines Expansionsvorganges
zugeführt wird, dieser Zusatzdampf sowohl den Kolben niedrigeren Druckes als auch
denjenigen höheren Druckes vorwärts treibt. Es setzt jedoch hauptsächlich der Kolben
niedrigeren Druckes die Zusatzenergie in Arbeit um, da bei dem bezeichneten Expansionsvorgang
der Kolben höheren Druckes einen langsamen Hub vollzieht und seine Fläche verhältnismäßig
klein ist, während andererseits der Niederdruckkolben einen raschen Vorwärtshub
vollzieht und seine Fläche groß ist.
-
In jeder der Fig. 8, 9, io ist jeweils eine Druckveränderung in allen
Zylindern im Falle der Zufuhr des Frischdampfes in den zweiten, dritten, vierten
und fünften Zylinder, ferner im Falle der zusätzlichen Zufuhr des Frischdampfes
lediglich in den vierten Zylinder und schließlich im Falle der
zusätzlichen
Zufuhr des Frischdampfes in den vierten Zylinder bei stetiger Speisung des ersten,
zweiten und dritten mit Frischdampf dargestellt.
-
Wie aus den Indikatordiagrammen der Fig. 8, g, io erhellt, kann bei
zusätzlicher Zufuhr einer geeigneten Menge Frischdampf in einen oder mehrere Zylinder
während des Expansionsvorganges des Dampfes in diesem oder diesen Zylindern eine
wirksame Umsetzung von Dampfenergie bei schnellem Vorlauf des Kolbens in diesem
oder diesen Zylindern erfolgen, und ebenso wird eine Dampfkondensation verhindert,
was einen Energiezuwachs ergibt, der durch den großräumigen Zylinder niedrigeren
Druckes aufzunehmen ist, und -ferner eine gleichmäßige und starke Antriebsleistung
infolge hoher Geschwindigkeit der Maschine erzielen läßt.
-
Die obige Beschreibung an Hand der vorerwähnten Beispiele dient in
erster Linie dazu, das Prinzip der Erfindung zu erläutern. Es können daher bei Ausführung
der Erfindung die relativen Phasenunterschiede zwischen den Einlaß- und Auspuffstellungen
und andere Konstruktionsteile in geeigneter Form abgewandelt werden. Zum Beispiel
können die Zylinder V- oder sternförmig zueinander versetzt werden. Bei solcher
Konstruktionsweise ergibt sich ein dynamisches Gleichgewicht bei ruhigem Betrieb
und hoher Geschwindigkeit. Ferner kann zur Öffnung und Schließung der Auspufföffnung
zum Kondensator ein durch eine Nockenvorrichtung zu öffnendes und zu schließendes
Auspuffventil verwendet werden, anstatt daß die Öffnung und Schließung durch den
Niederdruckkolben bewirkt wird. Da die verschiedensten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung vorkommen können, ohne vom Wesen und Rahmen derselben abzuweichen, ist
diese nicht auf die besonders angeführten Ausführungsbeispiele beschränkt.