DE105524C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 14: Dampfmaschinen.

Dampfmaschine.

Fatentirt im Deutschen Reiche vom 29. April 1897 ab.

Der Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf Dampfmaschinen, und zwar besonders auf ein solches Maschinensystem, bei.welchem der Dampf mit oder ohne bestimmt begrenzter oder auch veränderlicher Expansion angewendet werden kann und welches besonders zur Ingangsetzung direct wirkender Pumpen geeignet ist, und zwar wird mit dem Erfindungsgegenstand bezweckt, einen Theil des aus dem Einströmungscylinder austretenden Dampfes in einem Behälter mit veränderlichem Volumen aufzubewahren, um ihn im erforderlichen Momente in einem bezw. in mehreren anderen Expansionscylindern ausnutzen zu können.

Im Nachstehenden soll der Erfindungsgegenstand beispielsweise als Dreifach-Expansionsmaschine erklärt werden, bei welcher die drei Cylinder dem Erfindungsgedanken entsprechend gekuppelt sind und entweder mit bestimmter oder auch mit veränderlicher Expansion wirken.

In beiliegender Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand veranschaulicht, und zwar zeigt:

Fig. ι die drei Maschinencylinder im Längsschnitt, während

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie 2-2 durch den Hochdruckcylinder selbst und seine Theile darstellt.

Fig. 3 ist ein Schnitt nach Linie 3p 3₂

^und 33-3* (^Fl> ²)·

Fig. 4 ist eine Draufsicht auf die Gesammt-

heit dieses Cylinders mit seinem Behälter, wobei der Schieberkasten und die. Schieber weggelassen sind.

: Fig. 5 ist ein Schnitt nach Linie 5-5 durch Fig. 4.

Fig. 6 ist ein Halbschnitt nach Linie 6-6 (Fig. 4).

Fig. 7 ist ein der Fig. 2 entsprechender Schnitt durch einen abgeänderten Hochdruckcylinder mit seinen Theilen,

Fig. 8 ein gleicher Schnitt, welcher jedoch weitere Abänderungen zeigt.

Fig. ga schliefslich ist die Wiedergabe eines Arbeitsdiagramms der angewendeten Drucke und

Fig. gb eines Arbeitsdiagramms der Kraftwirkungen.

Im Nachstehenden soll zunächst die vorliegende Maschine als mit gleichbleibender Expansion arbeitend beschrieben werden.

Das Wesen des vorliegenden Systems besteht in der Aufspeicherung eines Theiles des aus dem Einströmungscylinder entweichenden Abdampfes und die Vertheilung dieses Dampftheiles auf die Expansionscylinder zu geeigneten Zeitpunkten.

Der Hochdruckcylinder A, der Mitteldruckcylinder A¹ und der Niederdruckcylinder A^z sind mit einander gekuppelt dargestellt und ihre Kolben BB¹B'² besitzen eine gemeinsame Kolbenstange C.

Die drei Cylinder AA¹A^ sind mit Vertheilungsschiebern FF¹F'² von bekannter Bauart ausgestattet, welche mit den üblichen Vorrichtungen in Thätigkeit gesetzt werden können, vorzugsweise jedoch vermittelst des den Gegenstand des Patentes Nr. 10217g bildenden, in Fig. ι und 2 mit der vorliegenden Maschine verbunden gezeigten Steuerungssystems.

Ein den Schieber F des Hochdruckcylinders A führender Doppelkolben p ist in einem Cylinder J verschiebbar angeordnet und der

Dampfdruck wirkt abwechselnd gegen die eine und die andere Seite vermittelst besonderer, in den Cylinderböden eingelassener Organe G. Der Doppelkolben trägt einen mit einer Feder fest verbundenen Schieber, welcher sich derart gegen den Cylinderböden anlegt, dafs er zurückgetrieben wird, sobald der Hauptkolben am Ende seines Laufes anlangt, und der Schieber läfst, sobald er durch den Kolben verschoben wird, Dampf in den Cylinder J eintreten, sobald er jedoch in seine Ausgangsstellung zurückkehrt, setzt er den Cylinder durch ein Rohr mit einem Hülfsbehä'lter in Verbindung, in welchem sich die Dampfentweichung vollzieht.

Die Entweichung könnte sich auch im Innern des Hauptcylinders selbst vollziehen, es ist jedoch, wie in der sich auf die Steuerung beziehenden Erfindung eingehender dargelegt ist, logischer, dieselbe im Hülfsbehä'lter vor sich gehen zu lassen. Der Schieber F des Hochdruckcylinders nimmt vermittelst geeigneter Verbindungsteile die übrigen Schieber F¹F² mit, so dafs dieselben in ihrer Bewegung von derjenigen des Schiebers F abhängig sind.

Am Hochdruckcylinder A und am Mitteldruck cylinder .4¹ sind, einander gegenüberliegend, Behälter angeordnet, welche durch Cylinder gebildet werden, deren Volumen durch das Spiel zweier Kolben, durch deren Verschiebung ein Hohlraum gebildet wird, verändert bezw. sogar gleich Null gemacht werden kann.

In der Zeichnung ist nur der Behälter des Hochdruckcylinders dargestellt, da derjenige des Mitteldruckcylinders mit demselben übereinstimmt. Im cylindrischen Raum D vermögen ein oder zwei Kolben E derart zu gleiten, dafs infolge ihres Spiels der zwischen ihnen vorhandene Raum sich nach und nach bis zu einem Maximum vergröfsert und alsdann sich wieder vermindert, bis er schliefslich gleich Null wird. Dieser bezw. diese Kolben entfernen sich von einander, sobald der Dampf aus dem Hochdruckcylinder entweicht und in D einströmt, und nähern sich einander, sobald eine Verbindung des zwischen ihnen gebildeten Raumes D mit dem folgenden Cylinder eintritt. Die Annäherung der beiden Kolben wird durch Federn e oder ähnliche, in erforderlicher Weise regulirbare Mittel bewirkt.

Der Dampfaustrittskanal des Cylinders A kann einerseits mit dem Schieberkasten des Mitteldruckcylinders A¹ und andererseits vermittelst sich nach dem Innern des Behälters D hin öffnender Klappventile M mit diesem Behälter cummuniciren. Der Behälter D und der andere Theil des Austrittskanals münden in einen gemeinsamen Schieberkasten iV₀ (Fig. 2) vermittelst zweier Oeffnungen und eines doppelten Hülfsschiebers η η¹. Der letztere wirkt nur zu bestimmten Zeitpunkten des Kolbenlaufes, wie in der Erklärung der Wirkungsweise auseinandergesetzt werden soll. Zur Erreichung dieses Zieles kann man jede geeignete mechanische Vorrichtung verwenden.

In Fig. 4 ist eine solche veranschaulicht, bei welcher die Stange k des Schiebers F einen Arm k¹ trägt, der mit geringer Reibung auf einem Theil der Stange n² des Doppelschiebers nn^l zwischen Anschlägen n³ n³ zu gleiten vermag. Die Stange n² ist andererseits mit einem Arm nⁱ verbunden, welcher in n⁵ schwingend aufgehängt ist und dessen Bewegung durch das Auftreffen eines auf der Stange C der Kolben aufgesetzten Theiles c bei jedem Vor- und Rückgang der Kolben hervorgerufen wird.

Der Hülfsschieber des Mitteldruckcylinders A¹, welcher ebenso wie der Hochdruckcylinder mit einem Behälter von veränderlichem Volumen versehen ist, wird durch seinen Hauptschieber in der gleichen Weise angetrieben, wie dies beim Hochdruckcylinder der Fall ist.

Was den Antrieb des Hauptschiebers des Mitteldruckcylinders anbelangt, so wird derselbe durch einen in geeigneter Weise mit der Hauptschieberstange k des Cylinders A verbundenen Hebel O bewirkt. In der gleichen Weise treibt der Hauptschieber F¹ des Cylinders A¹ seinerseits wieder den Hauptschieber F³ des Cylinders A² an, welcher letztere keinen Behälter mit veränderlichem Volumen besitzt und infolge dessen nicht mit Hült'sschiebern ausgestattet ist.

Die Wirkungsweise der vorliegenden Maschine ist die folgende:

Angenommen, der Kolben B beendige eben, wie in der Zeichnung dargestellt, seinen Lauf nach rechts, so befindet sich der Schieber F in der gezeigten Lage. Der Hülfsschieber π κ¹ nimmt dann die in den Fig. 5 und 6 gezeigte Lage ein, indem er die Verbindung zwischen dem Ausströmungskanäl des Cylinders A und dem Schieberkasten iV¹ des Cylinders A¹ öffnet und die Verbindung zwischen letzteren und dem Behälter D des Cylinders A unterbricht. Dieser Behälter füllt sich hierauf mit aus dem kleinen Cylinder A austretendem Dampf infolge des Spiels der sich unter dem Dampfdruck öffnenden Klappventile M.

Nunmehr erfolgt die Bewegung der Kolben nach links. Indem sich der Druck im Schieberkasten N¹ des Cylinders A¹ vermindert, schliefsen sich die Klappventile M unter dem Druck des im Behälter D enthaltenen Dampfes und der Behälter ist vom ganzen übrigen System abgeschlossen.

Im erforderlichen Augenblick der beschriebenen Bewegung, welche in geeigneter Weise regulirt wird, wird die Stange des Doppel-

Schiebers nn¹ von c vermittelst κ* mitgenommen, und indem die letztere sich nach links. verschiebt, schliefst sie die Verbindung zwischen dem Schieberkasten des Cylinders A¹ und dem Ausströmungskanal des Cylinders A ab, während der letztere mit dem Einströmungskanal des Niederdruckcylinders in Verbindung gesetzt wird.

In diesem Augenblick stellt der Doppelschieber η η¹ durch seinen Theil η* die Verbindung zwischen dem Behälter D und dem Schieberkasten N₀ her, welcher mit dem Schieberkasten 2V¹ des Cylinders A¹ in Verbindung steht, so dafs der letztere alsdann vom Behälter aus gespeist wird. Der Dampf behält durch den Gegendruck von Federn bezw. anderen gleichwirkenden Mitteln seinen Druck bei, bis der Behälter entleert ist. Alsdann ist sein Volumen gleich bezw. nahezu gleich Null und der Dampf fährt fort, im Expansionscylinder zu expandiren,. bis an das Ende des Kolbenhubes. Mit dieser Volumvernichtung des Behälters wird die möglichst weitgehende Beseitigung der schädlichen Räume und infolge dessen die Vergröfserung des Expansionsdruckes bezweckt, wodurch eine Vermehrung der thermischen Kraftleistung der Maschine erzielt wird.

. Das Gleiche findet statt bei der Expansion aus dem Mitteldruckcylinder zum Niederdruckcylinder.

Will man eine vierfache u. s. w. Expansion erzeugen, so hat man die Expansionscylinder mit dem Behälter D gleichenden Behältern zu versehen, mit Ausnahme jedoch des letzten Cylinders, welcher keinen Behälter erhält. Im Falle einer doppelten Expansion wird nur der Hochdruckcylinder mit einem Behälter versehen.

Das soeben beschriebene System kann man unter Wahrung' der Fundamental-Anordnung, d. h. der Speisung der Mitteldruckcylinder durch Behälter mit veränderlichem Volumen, vereinfachen.

So kann man auch die Klappventile M und den Doppelschieber nn¹ mit allen den zugehörigen Verbindungstheilen (Fig. 8) weglassen. Die Federn oder diesen entsprechenden anderen Einwirkungsmittel auf die Behälterkolben E werden mit dem Expansionsdruck der durch diese Behälter gespeisten Expansionscylinder geregelt. Die Kraftwirkungen werden also während der ganzen Dauer des Kolbenhubes constant-bleiben, die thermische Kraftleistung dagegen vermindert.

Das vorliegende System wird vortheilhaft für die Marine, für verschiedene dort in Anwendung kommende Pumpenarten geeignet sein. Aufserdem, dafs die vorliegenden Maschinen wenig Raum einnehmen, erhalten dieselben infolge der Verminderung der Hübe eine grofse Gedrungenheit. Ebenso bieten sie hinsichtlich der grofsen Regelmäfsigktit der Kraftleistungen Vortheile..

. Um einen grofsen Theil der Verminderung der thermischen Leistungsfähigkeit zu vermeiden, kann man unter weiterer beträchtlicher Vereinfachung der Maschine die Klappventile M und den Theil n¹ des Hülfsdoppelschiebers w n^l weglassen, man hat dann noch einen Hülfsschieber η und dessen Hin- und Herbewegung (Fig. 7).

In einem gewissen Punkte des Kolbenlaufes wird der Expansionscylinder isolirt werden; der Dampf wird fortfahren, nach der Einströmung in demselben zu expandiren, wie in einem gewöhnlichen Cylinder, und die Ausströmung aus diesem Cylinder sich auf den dritten Cylinder fortsetzen. Die Ausströmung aus dem kleinen Cylinder wird sich dann im dritten Cylinder vollenden. In gleicher Weise wird man bei einer Dreifach-, Vierfach- u. s. w. Expansionsmaschine einen oder mehrere Cylinder isoliren können und die Entleerung des vorhergehenden in einem der folgenden oder besser in den Condensator vollenden; in dem letzteren Falle wird man jedoch eine gewisse Menge Dampf verlieren.

In dieser Weise wird die Endkraftwirkung auf den Cylinder des dritten Cylinders beträchtlich vermehrt werden. Die Anfangskraftwirkung auf die übrigen Kolben wird man durch Erhöhung der Anfangsdrucke um so mehr erhöhen können, und zwar wird sich dies durch entsprechende Regelung der Federn bezw. der diesen entsprechenden und auf die Behälterkolben wirkenden Mittel erzielen lassen.

In den Fig. 9 a und 9 b sind Beispiele von Gesammtdiagrammen der Druck- und Kraftwirkungen gezeigt, und zwar von Diagrammen, welche für den besonderen Fall von drei hinter einander angeordneten Cylindern gefunden werden. Man bemerkt, dafs die die Gesammtkraftwirkung darstellende Linie sich wenig von der Horizontalen entfernt.

Um eine Maschine mit veränderlicher Expansion herzustellen, wird die Maschine für den geringsten Verbrauch eingerichtet werden und man wird dem Hochdruckcylinder kleine Behälter, wie z. B. PP, anfügen, welche durch Hähne davon getrennt werden können. Man wird mithin das Volumen des eingeführten Dampfes vermehren können, was auf dasselbe herausläuft, als wenn man bei gewöhnlichen Maschinen die Einströmungszeitdauer vermehrt. Das Gesammtvolumen dieser Behälter wird so berechnet, dafs es die dem gröfsten Verbrauch entsprechende Kraftwirkung zuläfst. Die Ergänzungsarbeit wird "thatsächlich durch Vermehrung des mittleren Expansionsdruckes ausgeglichen, eine Vermehrung, welche aus dem gröfsten Dampfvolumen vor der Expansion sich ergiebt.

Die Behälter P, deren zu jeder Cylinderseite mehrere angeordnet sind, gestatten, indem man einen oder mehrere derselben in Wirkung setzt, Zwischenkraftwirkungen zu bestimmen, welche den Zwischenverbräuchen entsprechen.

Das vorliegende Maschinensystem bietet den wesentlichen Vortheil dar, die Expansion ausnutzen zu können, indem man dadurch eine während der ganzen Maschinenthätigkeit constante oder nahezu constante Kraftwirkung erhält, während gleichzeitig durch eine Verminderung der Anfangskraftwirkungen, bei Anwendung des vorliegenden Maschinensystems auf eine Pumpe, die Richtungswechsel des Antriebsmittels in den Klappenventilen viel langsamer erfolgen.

Wenn man die Arbeitsphasen prüft, so rindet man, dafs man den gröfsten Kolbenhub ausnutzen kann, indem man die Bethätigung der Ventile G in für die verschiedenen Geschwindigkeiten geeigneter Weise regelt. Das Dampfkissen wirkt auf diese Weise vollkommen zuverlässig.

Der Anlafs des Doppelkolbens ist gesichert durch die vollkommene Oeffnung von Anbeginn des Angriffes des Dampfeintrittes zum Doppelkolben und durch die Lage dieses Dampfzutrittes an den Cylinderböden.

Diese Regelmäfsigkeit in den Kraftwirkungen ist sehr wichtig, weil durch dieselbe die der Dauerhaftigkeit der Apparate so schädlichen Gegenstöfse in Wegfall gebracht werden. Ebenso ist die Verlangsamung der Richtungswechsel um deswillen sehr vortheilhaft, weil durch sie die praktische Arbeitsleistung erhöht wird.

Schliefslich kann die Maschine, welches auch immer die Anzahl der Cylinder sein möge, nicht allein zum Antrieb von Pumpen, sondern auch zu anderen entsprechenden Zwecken verwendet und nicht allein durch Dampf, sondern auch durch andere Kraftmittel, z. B. comprimirte Luft, angetrieben werden.

Claims (6)

1. Patent-Ansprüche: ^

   i. Dampfmaschine, dadurch gekennzeichnet, dafs der Einströmungscylinder (A) mit einem zur Aufnahme eines Theiles des aus diesem austretenden Abdampfes dienenden Behälter (D) von veränderlichem Fassungsraum verbunden ist, dessen Volumen gegen das Ende des Kolbenlaufes hin gleich oder nahezu gleich Null wird, infolge des Spieles eines oder zweier Kolben (E), welche durch Federn (e) oder ähnliche regulirbare Mittel einander genähert werden, derart, dafs der im veränderlichen Behälter enthaltene Dampf unter Erzeugung während der ganzen Maschinenthätigkeit constanter oder nahezu constanter Kraftwirkungen expandirt.
2. 2. Ausführungsform der in Anspruch ι gekennzeichneten Dampfmaschine, bei welcher mit dem Hochdruckcylinder (A) Expansionscylinder (A¹ A²) verbunden sind, die ihrerseits wiederum mit dem Behälter (D) entsprechenden, isolirbaren Behältern in Verbindung stehen, derart, dafs der Hülfsdampf im gegebenen Moment in die Expansionscylinder vertheilt und dadurch eine Vermehrung des mittleren Expansionsdruckes erzielt wird.
3. 3. Ausführungsform der Dampfmaschine' nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafs einerseits die directe Verbindung des Hochdruckcylinders (A) mit dem Expansionscylinder (A¹), andererseits des Behälters (D) mit dem Expansionscylinder bezw. durch Theile (n n¹) eines im geeigneten Moment von der Maschine direct angetriebenen Hülfsdoppelschiebers, die Verbindung des Hochdruckcylinders mit dem Behälter (D) aber durch Klappenventile (M) bewirkt wird.
4. 4. Ausführungsform der in Anspruch 1 gekennzeichneten Dampfmaschine, bei welcher die Verbindung des Hochdruckcylinders mit dem Behälter (D) eine bleibende ist, diejenige mit dem Schieberkasten des Expansionscylinders dagegen durch einen Schieber gebildet wird, der seinerseits einen Theil (n) des in Anspruch 3. genannten Doppelschiebers (n n¹) ausmacht.
5. 5. Ausführungsform der in Anspruch 1 gekennzeichneten Dampfmaschine, bei welcher die Verbindung einerseits des Behälters (D) mit dem Expansionscylinder (A^l), andererseits des Hochdruckcylinders (A) mit dem Expansionscylinder und schliefslich diejenige des Hochdruckcylinders (A) mit dem Behälter (D) eine bleibende ist, ohne Anwendung von Klappenventilen oder Hülfsschiebern.
6. 6. Ausführungsform der in Anspruch 1 gekennzeichneten Dampfmaschine, bei welcher die Expansion dadurch veränderlich gemacht wird, dafs mit dem Hochdruckcylinder (A) isolirte Behälter (P) bezw. Hülfscylinder in Verbindung gesetzt werden, welche den Hülfsdampf aufnehmen, und von denen aus er dann weiter auf die Expansionscylinder vertheilt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.