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Vorrichtung zum Umstellen der Steuerung des Einlaßventils einer nach
dem System des doppelt wirkenden Viertakts mit Hochleistung mittels Druckluftspülung
und Nachladung arbeitenden Gaskraftmaschine auf normalen Viertaktbetrieb ohne Druckluftspülung
und Nachladung. Im Großgaskraftmaschinenbau werden unter Viertaktmaschinen mit Hochleistung
solche Maschinen verstanden, die vermöge Vorverdichtung der Arbeitsstoffe oder vermöge
Ausspülung der Verdichtungsräume mittels Druckluft oder vermöge Nachladung mit Druckluft
oder vermöge irgendeiner Kombination dieser verschiedenen Vorgänge bei bestimmten
l\Zaschinenabmessungen größere Leistungen abzugeben imstande sind als normale Viertaktmaschinen.
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Derartige Hochleistungsmaschinen müssen
nun zugunsten
eines ununterbrochenen Betriebes unbedingt jederzeit auch bei nachlassender Wirkung
der Verdichtungsapparate nach dem reinen normalen Viertaktverfahren arbeiten können,
denn es darf nicht durch ein etwaiges Versagen der Verdichtungsanlage der Betrieb
der gesamten Maschine in Frage gestellt werden.
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Die Hochleistungsmaschine verlangt aber. soweit sie mit Spülung oder
Nachladung arbeitet, für die Einlaßsteuerung und gegebenenfalls auch für die Auslaßsteuerung
eilte größere Eröffnungszeit oder einen größeren Eröffnungswinkel als die normale
Maschine, da ja für die Spülung und die Nachladung Zeit gewonnen «erden muß.
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Daraus nun, daß bei den bisherigen Ausführungsformen dieser Eröffnungswinkel
im Betriebe nicht verändert werden kann, ergibt sich insofern eilte nicht zu unterschätzende
Betriebsschwierigkeit, als die Maschine jetzt als normale Viertaktmaschine in einer
Weise gesteuert wird, die den Forderungen einer einwandfreien, normalen Steuerung
nicht mehr geitiigt, sondern vielmehr zti erheblichen BetriebsstZirungen \'cranlassung
geben kann.
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Die frühe Eröffnung des Einlaßventils, die zur Erreichung einer wirksamen
Spülung erforderlich ist. hat nämlich bei stark sinkendem Spüldruck oder beim Betriebe
als normale Viertaktiiiaschine, also ganz ohne Spülung, zur Folge, flaß gegen Ende
des Ausschubhubes heiße, verbrannte Gase durch das Einlaßventil herausgedrückt werden.
die durch Erwärmung iler Steuerungsorgane ein hleininen dieser \-erursachen, namentlich.
«renn Schieber Verwen-<lung finden, wie dies bei neuzeitlichen Steuerungen meistens
zutrifft. Vermieden wird der genannte t'belstand zur Zeit nur dadurch, #laß jener
Erwärmung durch recht reichliches Spiel Rechnung getragen wird. Diese Maßnahme bedingt
aber anderseits gewisse Nachteile, weil die schieherartigen Abschlußorgane dann
große Lässigkeit zeigen, so daß die zu er-«-artende Höchstleistung nicht immer erreicht
wird. Die in das Ventilgehäuse oder in den X"erteilungskasten zurückgedrückte Menge
@ler heißen Abgase kann dort aber auch Zündungen hervorrufen, falls sich noch ein
Gemischrest vorfindet, wodurch dann störende Schwingungen in den Zuführungsleitungen
entstehen, die den geordneten Ladevorgang beeinträchtigen.
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Ebenso macht sich beim Betrieb der Maschine als normale \-iertaktniaschine
und auch schon bei gesunkenem Druck der Nachladeluft auch der durch die Nachladung
bedingte späte Abschluß des Einlaßventils störend bertierkbar, indem dann zu Beginn
des Verdichtungshubes vom Kolben Gemisch in den möglicherweise unter dem Druck der
Außenluft stehenden Einlaßventilraum gedrückt wird, wodurch sich die Spülluftleitung
allmählich mit Geniisch füllt. Die Folgen dieses Zustandes äußern sich in gefährlichen
Explosionen in diesen Leitungen oder in den durch sie angeschlossenen Verdichtern,
so daß unter Umständen Beschädigungen oder sogar Zertrüniinerungen dieser Organe
eintreten können.
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Sicherheitsvorrichtungen zur Verhütung derartiger Explosionen sind
inzwischen bekannt geworden. Derartige Vorrichtungen gewähren bisweilen weitgehenden
Schutz für gewisse Teile, doch verhindern sie nicht, daß sich der unmittelbar an
den Einlaßventilteller anschließende Raum noch mit Gemisch füllt. hie Folge hiervon
ist, daß, je nach der Gemischzusammensetzung, beim Öffnen des Einlaßventils sich
dieser Gemischrest durch die heißen Abgase entzündet, wodurch dann der geordnete
Ansaugevorgang jedesmal gestört wird. Da der Öffnungswinkel für die Einlaßsteuerung
bzw. das Ventilerhebungsdiagramm bei den bisher bekannten für Hochleistung und normalen
Viertaktbetrieb eingerichteten Maschinen immer der gleiche ist, sind somit schwere
:.lätigel hinsichtlich der Leistungsfähigkeit der Maschine vorhanden, denn bei der
Umstellung der Hochleistungsmaschine auf normalen Viertakt kann die Maschine nicht
dieselbe hohe Leistung wie die ganz normal gebaute Viertaktmaschine gleicher Abmessung
entwickeln.
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Mit der vorlieäenden Erfindung hat dieser bekannte Vorschlag nur die
ursprüngliche Erkenntnis gemeinsam, daß Explosionen in der Spül- und Ladeleitung
von Hochleistungsgasinaschinen gefährlich, Zündungen ini Ventilgehäuse und im Verteilungskasten
betriebsstörend wirken können. Verschieden sind beim bekanntc;i Vorschlage und der
vorliegenden Erfindung aber die engeren Aufgabenstellungen, indem bei der Erfindung
erstmalig die Lasungsbedingung gestellt ist, das Entstehen solcher Explosionsmöglichkeiten
vor dem Einstriiinventil solcher Maschinen bei Normalbetrieb überhaupt von vornherein
zu verhüten. Bei dein bekannten Vorschlage begnügt man sich nämlich damit, Abgase
und Gemisch, die bei N ornialbetrieb noch in die Räume zwischen einem Umschaltorgan
und dem Hauptventil aus dein Zvlinderrattm übergeschoben werden, wieder hinauszuspülen.
Man läßt also einen Zustand, der zwar keine Zerstörung der betreffenden Raumwandungen
verursachen, wolii al:er eitle unerwünschte Erwärmung des Verteihingskastens und
unter Umständen auch @-orzündungen zur Folge haben kann, -zunächst eintreten und
beseitigt ihn dann wieder. Neu ist bei der Erfindung, daß - ini Gegensatze zu dein
bekannten Vorschlage - das Entstehen von Betriebsstürungsmöglichkeiten von vornherein
überhaupt -unterbunden wird, wobei sich
ohnezusätzliche'Maßnahmennebenher
noch die weitere vorteilhafte :Wirkung ergibt, daß die Spül- und Ladeluftleitung
vor gefährlichen Explosionen bewahrt wird. Diese Neuwirkung bedeutet deshalb einen
besonderen Fortschritt, weil durch eine einzige Maßnahme - eine Beeinflussung der
Steuerungsdaten sowieso vorhandener Maschinenteile - ohne bauliche Veränderungen
der Zylinderanschlußstücke in einer gehr zuverlässigen Weise eine Doppelwirkung
erzielt wird, zu deren Erreichen nach dem bekannten Vorschlage iwei verschiedene
Maßnahmen vorgeschlagen werden, die wesentliche bauliche Änderungen der ohnehin
schon reichliche Formgebungs- und Bauschwierigkeiten -aufweisenden Gußstücke der
Verteilungskästen bedingen. Die. Erfindung löst außerdem auf einfache Weise eine
Aufgabe unmittelbar, die nach :dem bekannten Vorschlage nur auf umständlichen Umwegen,
also mittelbar, gelöst werden soll.
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Dadurch, daß bei der Erfindung - im Gegensitze zu den nach dein bekannten
Vorschlage möglichen Steuerungsbauarten - die die erwähnten Neuwirkungen hervorrufende
einfache Maßnahme bewirkt, daß ein Zurückschieben von Abgasen und Gemisch in die
Räume vor dem Einströmventil von vornherein unterbunden wird, ergibt sich eine weitere
wesentliche fortschrittliche Neuwirkung: Eine finit der neuen Steuerungsvorrichtung
ausgerüstete Hochleistungsmaschine entwickelt bei Umstellung auf normalen Viertakt
eine gleich hohe Leistung wie die ganz normal gebaute Viertaktmaschine gleicher
Abmessungen.
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In großen Gaskraftzentralen, in denen die Belastung stark schwankt,
ist es erwünscht, in Zeiten niedrigerer Belastung an Verdichtungsarbeit zu sparen.
Am besten werden die Kraftmaschinen zum Antrieb der Verdichter stillgesetzt: wird
die erforderliche Druckluft aus der Hochofenwindleitung oder wo anders her entnommen,
so werden die Schieber solcher Leitungen am besten zeitweise geschlossen. Ist die
Verdichtungsanlage für eine große Gaskraftzentrale zentralisiert angelegt, so genügt
es unter Umständen, einen oder einige Schieber zu schließen, wodurch eine oder mehrere
.Maschinen vom Hochleistungsbetrieb abgeschaltet werden. Diese einfache Ausschaltung
kommt aber nur dann voll zur Geltung, wenn an den Gaskraftmaschinen selbst keine
weiteren Eingriffe von Hand zu machen sind.
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Die Umstellung der 1Iaschine von Hochleistung auf normalen Viertakt
ist aber häufig auch eine unfreiwillige; so z. B., wenn die Antriebskraft für die
Verdichter ausbleibt. Sind dann Hochleiistungsgaskraftmaschinen im Drehstromnetz
elektrisch gekuppelt, so wird unter Umständen durch die eintretende Leistungsverminderung
und die bisher bekannten, durch die Steuerung hervorgerufenen Nachteile der Maschinen
der Parallelbetrieb ernstlich gefährdet; die Maschinen fallen außer Tritt.
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Um alle diese bisher bekannt gewordenen Mängel in zuverlässiger Art
mit einfachen Mitteln störungsfrei zu beheben, dient die den Gegenstand der Erfindung
bildende Umstellvorrichtung für die Steuerung der Maschine.
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So, wie diese neue Umstellvorrichtung in erster Linie gedacht ist,
wirkt sie auf die Einlaßsteuerung dergestalt ein, daß diese jeweils bei Betrieb
mit Hochleistung die hierfür günstigste Eröffnungskurve des Einlaßventils und bei
Betrieb nach dem normalen Viertaktverfahren die hierfür günstigste Kurve gesichert
ist. Das gleiche gilt vielfach auch für die Eröffnungskurve des Auslaßventils.
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Wird die Umstellung in Abhängigkeit gebracht von der oder den Wirkungen
des sich verändernden Druckes der verdichteten Arbeitsmittel, gleichgültig, welcher
Art diese sind, oder von den Wirkringen, die der geänderte Betriebszustand des Druckluftverdichters
oder des Gasverdichters oder der Antriebsmaschine eines oder mehrerer Verdichter
auslöst, so ergeben sich weitere Vorteile.
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Je nachdem der Antrieb der Ventile durch Exzenter oder durch urrunde
Scheiben oder sotistwie erfolgt, gibt es, was die Umstellung vom Betrieb der Maschine
mit Hochleistung auf deren Betrieb im normalen Viertakt oder umgekehrt betrifft,
für diese Aufgabe die verschiedenartigsten Lösungen mit den bekannten Mitteln.
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In der Zeichnung ist eine der Möglichkeiten, Sie bei der Anwendung
vorgenannter Grundsätze bei der Maschine sich ergeben, beispielsweise schematisch
dargestellt.
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Der Antrieb des Einlaßv entils a- erfolgt von der Steuerwelle b aus
für den Betrieb der Gaskraftxnaschine mit Hochleistung durch eine urrunde Scheibe
(oder Nockenscheibe) c mit größerem Eröffnungswinkel, während für den Betrieb der
Maschine als normale Viertaktmaschine eine zweite urrunde Scheibe d mit kleinerem
Eröffnungswinkel vorgesehen ist, die beide jeweilig die günstigsten Steuerverhältnisse
der Maschine ergeben. Je nach der Betriebsart der Maschine wird entweder von der
urrunden Scheibe c (Abb. 3) oder von der urrunden Scheibe d (Abb. 2) gine Rolle
e -angetrieben, die auf einem einarmigen Hebel sitzt, von dem aus die Stange g zum
Antrieb des Ventilhebels h bewegt wird. Die urrunden Scheiben werden auf der Steuerwelle
verschoben und hierdurch umgestellt bzw. durch eine entsprechend ausgebildete Übertragungsvorrichtung
in die jeweilig geeignete Lage gebracht. Die Umstellung wird in der Zeichnung durch
einen doppelarmigen Hebel i. bewirkt, der einerseits die urrunden Scheiben faßt,
anderseits
an der Stange eines Kolbens k befestigt ist. Dadurch,
daß die Druckluft auf den Kolben k einwirkt und ihn vorbewegt, während bei nachlassendem
Druck eine Feder m den Kolben in die frühere Stellung zurückdrückt, wird die Steuerung
in der geeigneten Art eingestellt. Natürlich kann statt der Scheiben umgekehrt auch
die Rolle verschoben werden, oder es kann die Verstellung bei geeignetem Antrieb
am Einlaßventil selbst ausgeführt «-erden statt an der Steuerwelle.
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Wenn der Antrieb des Einlaßventils durch Exzenter und Wälzhebel erfolgt,
kann die Einwirkung auf den Füllungsbogen in ähnlicher Art ausgebildet werden.
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Für den Antrieb des Ventils selbst können die ini Dampfkraftmaschinenbau
üblichen, hinreichend bekannten Mittel angewendet werden. Wie der Antrieb der Ventile
erfolgt, ob mechanisch, mit Hilfe einer öldrucksteuerung, elektrisch oder sonstwie,
ist für das Wesen der Erfindung bedeutungslos.
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' Von der Umstellvorrichtung können mit Vorteil auch noch die Steuerorgane
für den Antrieb des Auslaßventilkegels in gleicher Art beeinflußt «-erden, falls
oder soweit die Einstellungsbedingungen für die giiiistigste Ven--.iieröffnung bei
Hochleistung und bei normalem Viertakt verschieden sind.
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In finit Hochleistungsmaschinen versehenen haskraftzentralen, in denen
der Kraftbedarf zeitweise, so z. B. während der Arbeitspausen, ein stark verminderter
ist, oder bei Hochofen-und Stahlwerksgasgebläsen mit stark schwankenlein Winddruck,
machen sich die Vorteile der Umstellvorrichtung in besonders hohem Ma1'ae geltend;
ferner natürlich auch dann. wenn im Antrieb der Verdichter oder in der Zuleitung
eine Störung eintritt.
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Mit der Unistellvorrichtung gemäß der Erfindung wird erreicht, <iaß
beim Umstellen einer -Maschine von Hochleistung auf normalen doppeltwirkenden Viertaktbetrieb
und unigekehrt, je nach den Belastungsverhältnissen der Anla-e. das Stillsetzen
der Antriebsmaschine der \"er:l:cliter oder der Abschluß der Spül-bzw. Nachladedruckluftleitung
keinerlei störenden Einfluß auf die Maschine im Betrieb ausübt.
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Dasselbe ist der Fall, wenn die Antriebsmaschine der Verdichter von
selbst langsamer läuft oder stehen bleibt, wodurch der Druck der zu verdichtenden
Mittel sich vermindert. Durch die neuartige selbsttätige Umstellvorrichtung kann
heim Umstellen an Bedienungsmannschaft für die Hochleistungsmaschine gespart werden,
die Betriebssicherheit der -Maschine wird erhöht, ebenso deren thermische Ausnutzung,
da das unnötige Imgangbleiben der Verdichter wegen des leichten An- und Abstellens
bzw. durch die Druckluftentnahme aus anderen Ouellen bei kleineren Belastungen vermieden
werden kann. Nach dem Umstellen ki>iiiien durch die günstigen Steuerungsbedingungen
immer Höchstleistungen erreicht werden. Die Verwendungsfähigkeit der Hochleistungsmaschine
wird hierdurch eine gesteigerte.