DE57892C - Druckausgleichvorrichtung für direkt wirkende einfache oder Duplex-Dampfpumpen - Google Patents
Druckausgleichvorrichtung für direkt wirkende einfache oder Duplex-DampfpumpenInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
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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 bB 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 ks
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 tx 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 ig. 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 rx 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)
- Patent-Anspruch:Zur Erzielung einer rationellen Dampfexpansion in direct wirkenden einfachen oder Duplex - Dampfpumpen mit zwei Expansionsschieberplatten b bx (Fig. i, Blatt II) für die Ausgleichung des Druckes wegen der wechselnden Gröfse der bewegenden Kraft zwischen Wasserdruckraum E Ex und Luftkessel H (Fig. ι und 2, Blatt I) die Einschaltung eines Gefäfses G, dessen Schwimmerventil rx (Fig. 1, Blatt III) bei Druckabnahme das Gefäfs G mit dem Vorrathwindkessel F (Fig. 4, Blatt III) in Verbindung setzt, welcher die Vergleichsmanometer ttx 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-
Publications (1)
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