DE57892C - Druckausgleichvorrichtung für direkt wirkende einfache oder Duplex-Dampfpumpen - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 14: Dampfmaschinen.

Pätentirt im Deutschen Reiche vom 19. Juli 1890 ab.

Vorliegende Erfindung bezweckt die Vervollkommnung der sogenannten direct wirkenden Dampfpumpen, und zwar sollen, diese Verbesserungen sowohl an einfachen, als auch an Duplex - Dampfpumpen .angebracht werden. Die Pumpe ist mit einem Luftapparat nebst Ferndruckwindkessel versehen, welcher derart angeordnet ist, dafs die Wassersäule, welche sich in den zwischen Luftapparat und ■Pumpengehäuse eingeschalteten Druckrohren befindet, als Compensator dient und dadurch eine von der wechselnden Dampfspannung des Cylinders unabhängige Gleichmäfsigkeit der Bewegung der Kolben und der an ihnen anliegenden Wassermassen erreicht wird. ■ . .

Die Disposition einer solchen Pumpe ist aus Blatt I ersichtlich, und zwar ist angenommen, dafs eine Duplex-Dampfpumpe mit den neuen Apparaten ausgerüstet ist. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt, Fig. 2 einen Grundrifs und Fig. 3 einen Schnitt durch das Pumpengehäuse. Das Pumpwerk setzt sich zusammen aus den beiden Dampfcylindern AA₁, den zugehörigen Schieberkasten C, dem in der erforderlichen Weise mit Saug- und Druckventilen ausgerüsteten Pumpengehäuse EE₁, einem Vorrathwindkessel F, der Luftpumpe I), dem Luftappärat G und dem Fernwind-. kessel H,. sowie den nöthigen Wasser- bezw. Luftleitungen. . .

Die Dampfcylinder A A₁ sind mit abnehmbaren Schieberkastengehäusen C versehen, in denen sich die Vertheilungsschieber a, Fig. 1, Blatt II, in der üblichen Weise angeordnet vorfinden. Jeder Schieber ist mit zwei Expansionsplatten b b₁ ausgerüstet, welche durch Muttern b₂ b_B mit der Expansionsschieberstange verbunden sind. Während jedoch bei den bekannten Expansionsdampfmaschinen (z, B. denjenigen mit Meyer - Steuerung) die Expansionsschieberstange mit rechtem und linkem Gewinde versehen ist, hat hier die Stange c nur das Gewinde für die eine Expansionsplattenmutter b₂, während sich das für die zweite auf einer über die Stange c hinweggeschobenen Büchse C₁ befindet und von aufsen verstellbar ist.

Dadurch, dafs die beiden Gewindetheile, auf denen die Expansionsplattenmuttern sitzen, unabhängig von einander drehbar sind, ist die Möglichkeit gegeben, jede Expansionsplatte unabhängig von der anderen zu verstellen und so nöthigenfalls am vorderen Ende des Kolbenhubes eine gröfsere Füllung zu schaffen als am hinteren. Da hierdurch der Hub des Kolbens indirect vergröfsert bezw. verringert wird, so werden auf diese Weise zugleich die schädlichen Räume im Cylinder verkleinert.

Bei allen Expansionsmaschinen macht bekanntlich die Expansionsschieberstange eine • Bewegung, welche derjenigen des Kolbens ungefähr entgegengesetzt ist. Für die hier beschriebene Anordnung wird diese Bewegung dadurch erzielt, dafs bei einfachen Pumpen oder Dampfmaschinen ein Hebel (z. B. K, Fig. ι, Blatt II) eingeschaltet wird, dessen untere Gabel ^₁ durch eine Stange i mit einer auf der Kolbenstange α befestigten Büchse k_s verbunden ist, während sein oberer kurzer Hebelarm Zc₂ durch die Stange I an der Ex-

pansionsschieberstange angreift. Die Bewegung der Vertheilungsschieberstange kann in irgend einer üblichen Weise erreicht werden.

Bei direct wirkenden Duplex-Dampfpumpen bewegt aber die Kolbenstange des einen Dampfcylinders die Steuerung des anderen vermittelst Hebels, und können daher in diesem Falle, wie auch in Fig. i, Blatt II, gezeichnet, die schon vorhandenen Hebel K benutzt werden, welche über ihren Drehpunkt hinaus verlängert werden können. Die so entstandenen kurzen Hebelarme Ar₂ Ar₄ sind mit den Expansionsschieberstangen I I₁ verbunden, während die Hebel Ar₅ und Ar₆ hinter dem Hebel Ar₄ in üblicher Weise an den Vertheilungsschieberstangen mittelst der Stangen U t₃ angreifen. Die Hebel Ar k₁ sind durch Stangen i Z₁ mit den auf den Kolbenstangen a a₁ angeordneten Büchsen Ar₃ verbunden.

Der als Compensator, d. h. der zur Erzielung einer möglichst gleichmäfsigen Bewegung der Kolben unabhängig von der wechselnden Wirkung der dieselbe bewegenden Kraft dienende Apparat befindet sich hinter dem Wasserdruckgehäuse, Fig. 4, Blatt III, in gewisser Entfernung von demselben eingeschaltet. Das Wasserdruckgehäuse ist im Falle, dafs Duplex-Pumpen verwendet werden, durch eine Wand χ in zwei Hälften EE₁, Fig. 1, Blatt I, getheilt, so dafs jede Pumpe ihr eigenes Druckgehäuse hat und in keiner Communication mit der zweiten sich befindet. Ebenso stehen diese Wasserdruckgehäuse in keiner directen Verbindung mit irgend einem Windkessel, auch nicht mit dem auf dem Wasserdruckgehäuse angebrachten. Von jedem Druckgehäuse E E₁, Fig. 3, Blatt I, und Fig. 4, Blatt III, führt ein Druckrohr L bezw. L₁ nach dem Sammelraum des Luftapparates G. Aus letzterem gelangt erst das Druckwasser in ein gemeinsames Druckrohr M, Fig. ι und 2, Blatt III. Das Pumpengehäuse ist in üblicher Weise mit Saug- bezw. Druckventilen etc. ausgerüstet.

Der Luftapparat G ist in seinem unteren Theil mit Wasser und in seinem oberen mit Luft gefüllt, welche durch ein Rohr S aus dem neben dem Luftapparat angebrachten Hauptwindkessel H zugeführt wird. Im Deckel des Luftapparates G, Fig. 1 und 2, Blatt III, ist ein Ventilgehäuse η festgeschraubt, das durch die Oeffnungen ο mit dem Rohr S communicirt. Im oberen Theil des Gehäuses η findet sich eine ringförmige Oeffnung p, welche durch das Rohr Q mit dem auf dem Druckgehäuse EE₁ befindlichen Vorrathwindkessel F verbunden ist und durch einen an der Stange r geführten Ventilkegel T₁ offen oder geschlossen gehalten wird. Der Vorrathwindkessel F ist durch ein Rohr JV mit der Luftpumpe D, Fig. i, Blatt I, und Fig. 2, Blatt II, verbunden und wird ·νοη derselben mit hochgespannter Luft versehen. Der Ventilkegel T₁ im Ventilgehäuse η ist hohl und trägt eine Anzahl Rippen, welche von der Stange r ausgehen. Die Stange r trägt an ihrem unteren Ende den aus einem hohlen Holzkörper mit Guttapercha-Überzug hergestellten Schwimmer s. Dieser verhindert dadurch, dafs er die Verbindung zwischen Ventil und Luftapparat unterbricht bezw. herstellt, das Aufsteigen des im Luftapparat befindlichen Druckwassers in das Ventilgehäuse. Der Vorrathwindkessel F trägt zwei Manometer 11₁ , von denen t die im Vorrathwindkessel vorhandene Spannung anzeigt, während das zweite t_{ durch- ein Rohr O mit der Haube des Luftapparates G verbunden ist und daher die in demselben herrschende Spannung angiebt. Es ist nicht nöthig, dafs das Manometer t_x auf dem Vorrathwindkessel F angeordnet ist, jedoch ist diese Anordnungsweise insofern vorteilhaft, als sie den Maschinisten in den Stand setzt, beide Manometer jeden Augenblick zu vergleichen. Am Vorrathwindkessel F ist ferner ein Federsicherheitsventil t₂ angebracht, dessen Stange einen kreuzförmigen Querschnitt, Fig. 6, Blatt III, hat. Auch befindet sich im Boden des Vorrathwindkessels ein Dichtungsring i_g. Zugleich wird der untere Theil des Kessels F mit einer dünnen Oelschicht bedeckt, um das Entweichen der hochgespannten Luft durch die im Gewinde vorhandenen unvermeidlichen Luftkanälchen zu verhindern.

Die Thätigkeit des Luftapparates G in Verbindung mit dem Hauptwindkessel H und dem Vorrathwindkessel F besteht in folgendem: Wenn das im Luftapparat befindliche Luftquantum das in dem unteren Apparattheil enthaltene Wasserquantum so tief herabdrückt, dafs der Schwimmer s, welcher mit dem fallenden Wasser zugleich sinkt, das Ventil V₁ öffnet, so' schliefst der fallende Ventilkegel den ringförmigen Kanal ρ ab und unterbricht hierdurch die Verbindung zwischen dem Rohr Q des Vorrathwindkessels F und dem Rohr 5 des Windkessels H, während die Verbindung zwischen Luftapparat G und Windkessel H geöffnet wird. Durch die Luftpumpe D ist im Vorrathwindkessel F eine höhere Luftspannung geschaffen als im Hauptwindkessel H. Dieselbe markirt sich am Manometer t des ersteren. Wird die Luftpumpe abgestellt, so befindet sich die Manometernadel vollständig in Ruhe, d. h. sie zeigt die im Vorrathwindkessel momentan, vorhandene Spannung an. Die Nadel des mit dem Luftapparat verbundenen Manometers J₁ hingegen wird sich in fortwährender Bewegung befinden, weil die im Luftapparat G vorhandene Lüftmenge stets durch, die Pumpenhübe beeinflufst wird. Das Spielen des Manometers Jf₁ und Ruhen des Manometers t bezeugt das regelmäfsige Arbeiten

der Pumpe. Da aber das aus dem Luftapparat entweichende Wasser gewisse Lufttheilchen mit sich reifst, so treten nach längerer Thätigkeit der Pumpe im Luftapparat Verluste an Luft ein. Je weniger Luft aber im Luftapparat vorhanden ist, um so höher steigt das Wasser in demselben, welches schliefslich den Schwimmer s so hoch hebt, dafs der Ventilkegel T₁ die in Fig. ι, Blatt III, gezeichnete Stellung überschreitet. In diesem Augenblick stellt der Ventilkegel T₁ die Verbindung zwischen Vorrathwindkessel F und Hauptwindkessel H wieder her. Da aber, wie bekannt, das im Vorrathwindkessel F vorhandene Luftquantum eine höhere Spannung hat als das im Hauptwindkessel H befindliche, . so findet ein gegenseitiger Austausch von Luft zwischen beiden Apparaten statt, wobei der Wasserstand im Luftapparat nothwendig auf sein altes Niveau herabgedrückt werden mufs, so dafs das Ventil T₁ von neuem geschlossen' wird. Nach Schlufs des Ventils r_x ist die Spannung im Vorrathwindkessel F infolge der Abgabe von Luft an den Hauptwindkessel H um einige Grade gesunken. Da aber der Austausch von Luft zwischen Vorrath- und Hauptwindkessel in gewissen Zwischenräumen continuirlich stattfindet, so sinkt nach und nach die Spannung im Vorrathwindkessel auf die des Hauptwindkessels herab. Es bleiben also von diesem Moment an beide Windkessel beständig unter gegenseitiger Beeinflussung, so dafs auch die Manometer beider gleichmäfsig spielen müssen. Wenn aber die Manometer anfangen, gleichmäfsig zu spielen, so ist die Luftpumpe einzurücken, um dem Vorrathwindkessel von neuem Luft zuzuführen, welche sich zwar anfangs über beide Windkessel und den Luftapparat vertheilt, später aber nach erfolgtem Abschlufs des Ventils T₁ nur noch dem Vorrathwindkessel zugeführt wird. Hat aber die in diesen letzteren eingepumpte Luftmenge eine gewisse Spannungshöhe erreicht, so stellt man die Luftpumpe ab. '

Die Gleichmäfsigkeit der Leistung dieser Pumpe wird durch die Wirkungsweise der eben beschriebenen einzelnen Theile der Pumpe gewährleistet. Ist z. B. das Volumen des Windkessels H hinreichend grofs genommen, so kann die im Kessel H vorhandene Luftspannung während eines Kolbenhubes nur geringe Schwankungen zeigen, so dafs die Spannung als eine Constante angesehen werden kann, welche ungefähr derjenigen Spannung gleich ist, die der Höhe der Wassersäule entspricht, welche sich zwischen der Oberfläche des Wassers im Luftapparat und der im Wasserreservoir befindet, vermehrt um so viel, als der Reibungswiderstand des Wassers an den Rohrwandungen des zwischen Luftapparat und Reservoir befindlichen Rohrs'tranges beiträgt. Ferner hält der constant auf die hinter jedem Pumpenkolben befindliche Wassersäule wirksame Luftdruck die Wassersäule stets fest gegen den Kolben angedrückt, so dafs theoretisch Wassersäule und Kolben als ein gemeinsames Ganzes gelten können. Auf diese Last wirkt der Dampfdruck unmittelbar mittelst Kolbens. Der vom Kolben zu überwindende Widerstand setzt sich also zusammen aus dem Gewicht des verticalen Theiles der vom Pumpenkolben gedrückten Wassersäule und dem Druck, welchen die im Fernwindkessel H vorhandene Spannung hervorruft. Beim Beginn des Kolbenhubes, wo der Dampf mit seinem vollen Druck auf die Kolbenfläche wirksam wird, ist die Leistung des Dampfes gröfser als die Druckwirkung der Widerstände, während gegen Ende des Kolbenhubes bei voller Dampfexpansion der umgekehrte Fall eintritt. Hieraus folgt, dafs die Geschwindigkeit des Pumpenkolbens etc. während . der ersten Hälfte des Hubes bedeutend gröfser sein mufs als während der zweiten Hälfte des Hubes, wo der Dampfdruck durch die Expansion kleiner ist als der Druck der zu überwindenden Widerstände, und somit ein so störendes ungleichmäfsiges Arbeiten der Pumpe entsteht, dafs die gewöhnliche, in jetzt bestehenden direct wirkenden Pumpen übliche Expansionsweise praktisch unanwendbar wäre. Da aber die Geschwindigkeit, welche durch eine an einem Körper wirkende Kraft producirt wird, abhängig ist sowohl vom Gewicht dieses Körpers, als auch von der Gröfse des zu überwindenden Widerstandes, so mufs sich die Bewegungsgeschwindigkeit um so viel verringern , als das Gewicht bezw. die Masse des Körpers, an dem die arbeitende Kraft wirkt, vergröfsert wird, was eben bei der beschriebenen Pumpe stattfindet, wo der Pumpenkolben als ein Ganzes mit einem Theil der gepumpten Wassermenge anzusehen ist. Dieses hier verwirklichte Gesetz ermöglicht bei der vorliegenden direct wirkenden Dampfpumpe den Gebrauch von hochgespanntem Dampf, ohne dafs dadurch die für Pumpen zulässige mittlere Kolbengeschwindigkeit wesentlich erhöht wird. Des Weiteren wird die von dem hochgespannten Dampf im Anfang des Hubes producirte überschüssige Leistung als lebendige Kraft auf den Kolben bezw. die vor letzterem liegende Wassersäule übertragen und paralysirt während der zweiten Hälfte des Hubes die verschwächte Wirkung des expandirten Dampfes, so dafs trotz der ungleich wirkenden Betriebskraft bei jedem Kolbenhub ein gewisses, der Gröfse, der Pumpe entsprechendes Wasserquantum in den Luftapparat hineingeprefst wird. Es dient also ein Theil des von der Pumpe angesaugten und durch den Luftapparat getriebenen Wassers mittelst des Fern-

Windkessels als Compensator, während der Vorrathwindkessel und die Luftpumpe als Hülfsapparate benutzt werden; hierbei wird die Wasserdruckgehäuse - Scheidewand bei Duplex-Pumpen zur Beseitigung der gegenseitigen störenden Wirkung der einen Pumpe auf die zweite benutzt, welche Wirkung eintritt, wenn der eine Kolben am Beginn oder Ende des Hubes und der zweite in der Mitte sich befindet. Der so geschaffene neue combinirte Compensator unterscheidet sich wesentlich von den bisher bekannten, als Compensatoren benutzten oscillirenden Cylindern mit Kolben, Kreuzköpfen, Windkesseln etc.

Die Länge der Compensator-Wassersäule bestimmt sich aus der Länge des Kolbenhubes, der totalen Hubhöhe des Wassers, der Dampfspannung beim Anlassen, dem Expansionsgrad und der mittleren Kolbengeschwindigkeit.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Zur Erzielung einer rationellen Dampfexpansion in direct wirkenden einfachen oder Duplex - Dampfpumpen mit zwei Expansionsschieberplatten b b_x (Fig. i, Blatt II) für die Ausgleichung des Druckes wegen der wechselnden Gröfse der bewegenden Kraft zwischen Wasserdruckraum E E_x und Luftkessel H (Fig. ι und 2, Blatt I) die Einschaltung eines Gefäfses G, dessen Schwimmerventil r_x (Fig. 1, Blatt III) bei Druckabnahme das Gefäfs G mit dem Vorrathwindkessel F (Fig. 4, Blatt III) in Verbindung setzt, welcher die Vergleichsmanometer tt_x trägt, mit Sicherheitsventil t₂ versehen ist und durch die nach Bedarf einzuschaltende Druckpumpe D (Fig. 1, Blatt I) mit Prefsluft versorgt wird.

   Hierzu 3 Blatt Zeichnungen-