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Selbsttätige Regeleinrichtung für Hilfsmaschinen von Dampfkraftanlagen,
insbesondere für Beschickungsvorrichtungen von Feuerungen Die Erfindung bezieht
sich auf eine selbsttätige Regeleinrichtung für Hilfskraftmaschinen von Dampfkraftanlagen,
insbesondere für Beschickungseinrichtungen von Feuerungsanlagen mit einem hin und
her gehenden Brennstöffschieber.
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Es ist eine selbsttätige Regeleinrichtung für den Wanderrost eines
Kessels bekannt, bei der sowohl die Vorschubzeiten als auch die Pausen des Rostes
geregelt werden. Vorschubzeiten und Pausen ändern sich hier im entgegengesetzten
Sinne.
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Demgegenüber besteht das Wesen der Erfindung darin, daß bei Anlagen
mit hin und her gehendem Arbeitsorgan (z. B. Brennstoffschieber) die Vorschubzeiten
unveränderlich sind und nur die Pausen geändert werden. Dabei sind die Vorschubzeiten
so gewählt, daß das Arbeitsorgan stets einen vollen Hin-und Rückgang (oder ein ganzzahliges
Vielfaches) ausführt. Das Arbeitsorgan kann dann während der Pause mit Sicherheit
in der zurückgezogenen Lage gehalten werden. Dies ist für einen Brennstoffschieber
wichtig, weil dann die Gewähr dafür vorhanden ist, daß er während der Pause niemals
in der Feuerung steh enbleibt. Es ist aber in gleicher Weise z. B. für eine Kolbenluftpumpe
von Bedeutung, weil dann gewährleistet ist, daß die Pause erst nach Vollendung eines
Druckhubes und infolgedessen erst nach dem vollständigen Ausschieben der verdichteten
Luft, aber nicht z. B. auf der Hälfte des Druckhubes, eintritt. Entsprechendes gilt
für eine Wasserpumpe.
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Diese Gesichtspunkte spielen bei der bekannten
Regeleinrichtung
keine Rolle, weil dort das Arbeitsorgan ein endloser Wanderrost ist. Der durch die
Erfindung erzielte Fortschritt, daß z. B. ein Brennstoffschieber niemals in der
Feuerung stehenbleiben kann, würde aber mit der bekannten Regeleinrichtung auch
dann nicht erzielt werden, wenn statt des Wanderrostes ein hin und her gehender
Brennstoffschieber vorgesehen würde, weil sich die Vorschubzeiten nicht über vollständige
Arbeitsspiele, sondern über Bruchteile von Arbeitsspielen erstrecken könnten.
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Es ist ferner eine selbsttätige Regeleinrichtung für eine Beschickungseinrichtung
von Feuerungsanlagen mit einem hin und her gehenden Brennstoffschieber bekanntgeworden,
bei der mit der Dauer der Arbeitszeiten des Schiebers die Pausenzeiten im entgegengesetzten
Sinne und gleichzeitig die Hublänge des Schiebers geregelt werden. Auch hier besteht
wieder die Möglichkeit, daß sich die Vorschubzeiten über Bruchteile des Arbeitsspieles
erstrecken. Außerdem besteht der Mangel, daß der Brennstoff bei verschiedener Last
verschieden weit in die Feuerung gebracht wird. Für Luft- oder Wasserpumpen wäre
die bekannte Regeleinrichtung bei kleine und kleinsten Hüben praktisch überhaupt
nicht zu gebrauchen. Auch ist der Antrieb eines solchen Schiebers oder einer solchen
Pumpe durch eine einfache schwungradlose Dampfmaschine, die sich für die Erfindung
besonders gut eignet, unmöglich, denn die Dampfmaschine müßte einen mehr oder weniger
großen Teil ihres Hubes ohne Arbeitsleistung zurücklegen. Die bekannte Einrichtung
bedient sich zur Änderung der Hublänge sowie der Vorschub- und Pausenzeiten eines
einstellbaren Keiles, dessen praktische Verwirklichung sich kaum durchführen laslen
dürfte. Die Erfindung vermeidet diese Nachteile der bekannten Regeleinrichtung in
erster Linie durch eine Steuereinrichtung, die bei aus vollständigen Hin- und Rückhüben
bestehenden gleichbleibenden Arbeitsspielen des Arbeitsorgans mittels eines Regelgliedes
die Dauer der zwischen zwei Arbeitsspielen' liegenden Pausen regelt. Im Falle der
Regelung der Pausen in Abhängigkeit vom Dampfverbrauch nimmt die Dauer der Pausen
mit zunehmendem Dampfverbrauch ab und mit abnehmendem Dampfverbrauch zu.
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Die Zeichnung erläutert zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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Die Abb. i zeigt in grundzügiger Darstellung eine Schaltung nach dem
ersten Ausführungsbeispiel. Die Abb.2 stellt in einem Längsmittelschnitt die Hauptteile
des zweiten Ausführungsbeispieles dar, und die Abb. 3 zeigt in derselben Darstellungsweise
eine Einzeilheit, die bei beiden Ausführungsbeispielen anwendbar ist. In allen Fällen
sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i ist als Beschickungsvorrichtung
für die nicht erläuterte Feuerung einer Lokomotive ein Schieber i vorgesehen, der
auf einer waagerechten Bahn 2 gleitet und in :eine rechts in Abb. i zu denkende,
nicht dargestellte Feuerung fördert. Der Schieber i befindet sich in Abb. i in seiner
äußersten linken Stellung. Hierbei schneidet seine rechte Stirnfläche 3 mit der
linken Kante einer oberhalb des Schiebers i liegenden Bunkeröffnung 4. ab. Der Schieber
i ist mit einer nicht dargestellten Dampfmaschine verbunden, in deren Dampfzuleitung
5 ein Absperrventil 6 eingeschaltet ist.
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An dein Schieber i ist ein Schuh 7 befestigt, dessen vom Schieber
i abgewandter Teil eine waagerechte Oberfläche 8 hat und dessen dem Schieber i zugekehrter
Teil eine Nocke 9 mit glockenförmigem Profil trägt. Eine lotrecht geführte Kolbenstange
io stützt sich unter der Wirkung einer Druckfeder ii mittels einer Rolle 12 gegen
die Oberseite des Schuhes 7. Bei der in Abb. i dargestellten linken Endlage des
Schiebers i liegt der Scheitel der Nocke 9 in der Achsrichtung der Kolbenstange
io. Diese trägt einen Kolben 13, der mit einem Zylinder 14 zusammenarbeitet. Aus
einem Ölbehälter 15 führt nach dem Zylinder 14 eine Saugleitung 16, in die ein Kugelrückschlagventil
17 eingeschaltet ist. Der Zylinder 14 ist durch eine Leitung 18, in die ein Kugelrückschlagventil
i9 eingeschaltet ist, mit einem Arbeitszylinder 2o verbunden. Die Mündung der Leitung
18 liegt nahe an der Stirnwand 21 des Zylin- i ders 2o. In diesem gleitet ein Arbeitskolben
22, der sich über eine Druckfeder 23 gegen die andere Stirnwandfläche 24
des Arbeitszylinders 2o stützt. Der Kolben 22 trägt eine Kolbenstange 25, die durch
die Stirnwand :2i hindurchtritt. Am Ende der Stange 25 sitzt gleichachsig zu dieser
ein Führungszylinder 26 für eine Spindel 27, die den Ventilkegel 28 des Absperrventils
6 trägt. Das freie Ende der Spindel 27 hat von dem Ende der Kolbenstange 25 einen
Abstand 29, der gleich ist dem Abstand des Arbeitskolbens 22 von seiner oberen Endlage
abzüglich des zur Eröffnung des Ventils 6 erforderlichen Hubes.
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In der Nähe der Stirnfläche 21 zweigt von dem Arbeitszylinder 20 eine
Leitung 3o ab, die 'in einen Schieberspiegel 31 mündet. Mit Abstand von der Mündung
der Leitung 30 zweigt von dem Schieberspiegel 31 eine Leitung 32 ab, die nach dem
Ölbehälter 15 führt. Von der Mündung der Leiturig 3o aus verläuft in Richtung auf
die Abzweigstelle der
Leitung 32 hin eine Nut 33, deren Tiefe nach
dieser Abzweigstelle hin abnimmt. Die Mündung der Leitung 30 und die Abzweigung
der Leitung 32 werden von einem Drosselschieber 34 überbrückt, der auf dem Spiegel
3 i gleitet. Der Schieber 34 ist durch eine Stange 35 mit einem Kolben 36 verbunden,
der in einem Zylinder 37 geführt ist. D:e von dem Drosselschieber 34 abgewandte
Seite des Zylinders 37 ist durch eine Leitung 38 mit dem nicht dargestellten Blasrohr
der Lokomotive verbunden. Dem Blasrohrdruck entgegen wirkt eine im Zylinder 37 unterge=
brachte Druckfeder 39.
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Bei der in Abb. i dargestellten Lage des Arbeitskolbens 22 ist das
Ventil 6 geschlossen; der Brennstoffschieber i steht also still. Unter dem Druck
der Feder 23 bewegt sich alsdann der Arbeitskolben 22 nach oben (in der Zeichnung)
und fördert dabei das in dem Zylinder 2o befindliche Öl .durch die Leitungen 2o,
32 über die Drosselstelle 33, 34 in den Behälter 15, wobei ein Zurückströmen des
Öles nach dem Zylinder 14 durch das Kugelventil i9 verhindert wird. Während der
Aufwärtsbewegung des Arbeitskolbens 22 ändert sich zunächst an der Einstellung des
Ventils 6. nichts. Erst nachdem der Kolben 22 die Strecke 29 zurückgelegt hat, hebt
er die Ventilspindel 27 an -und öffnet somit das Ventil 6. Bei der nun einsetzenden
Bewegung des Brennstoffschiebers i und damit auch des Schuhes 7 aus- der dargestellten
linken Endlage nach rechts rollt d:e Rolle 12 unter dem Einfluß der Feder i i von
der Nocke 9 auf die waagerechte Bahn 8_; der Kolben 13 bewegt sich also nach unten.
Hierbei saugt der Kolben 13 aus dem Behälter 15 Öl in den Zylinder 14. Nachdem der
Schieber i den aus der Bunkeröffnung 4 gefallenen Brennstoff nach der Feuerung gefördert
hat,. kehrt er in seine linke Endlage zurück. Hierbei fördert der Kolben 13, der
von. der Nocke 9 nach oben gedrückt wird, Öl aus dem Zylinder 14 durch die Leitung
18 in den Arbeitszylinder 2o. Da infolge der Drosselwirkung -des Schiebers 34 nur
wenig Öl durch die Leitung 30 abfließen kann, drückt das ?n den Arbeitszylinder
2o tretende Öl den Arbeitskolben 22 entgegen dem Widerstand der Feder 23 nach. unten
und schließt das Ventil 6. Der Brennstoffschieber z wird somit nahezu in demselben
Augenblick, in dem der Druckhub des Kolbens 13 vollendet ist, stillgesetzt; er bleibt
also stets nur in seiner linken Endlage stehen, die von der Feuerung am weitesten
entfernt ist, so daß .er den hohen Temperaturen, die im Feuerraum herrschen, mir
während sehr kurzer Zeit ausgesetzt ist. Nach Beendigung des Druckhubes des Kolbens
13 wird der nach unten gedrückte Arbeitskolben 22 durch die Feder 23 wieder gehoben,
und das Spie beginnt von neuem.
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Die Regelung der- Brennstoffzufuhr erfolgt nur durch Änderung der
auf einen Doppelhub des Brennstoffschiebers i folgenden Arbeitspause, wogegen die
Arbeitsspiele selbst ungeregelt sind. Die Zeitdauer einer Pause ist um so größer,
je stärker der Ölabfluß durch den Schieber 34 gedrosselt wird. Denn bei starker
Drosselung wird der Arbeitskolben 22 sehr weit nach unten gedrückt, wobei die Aufwärtsbewegung
des Arbeitskolbens 22 nur langsam erfolgt. Dementsprechend vergeht eine lange Zeit,
bis der Arbeitskolben 22 wieder in seine oberste Lage gelangt, "in der er das Ventil
6 öffnet.
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Eine. Vergrößerung der Drosselung tritt ein, wenn sich der Drosselsclhieber
34 nach unten bewegt und damit den von der Nut 33 freigegebenen Querschnitt verringert.
Diese Arbeitsbewegung des Schiebers 34 erfolgt unter dem Einfluß der Feder 39 dann,
wenn der Dampfverbrauch sinkt. Umgekehrt wird bei großem Dampfverbrauch die Drosselung
vermindert; die Arbeitspausen der Beschikkungsvorrichturag werden daher verkleinert;
es wird also innerhalb einer bestimmten Zeitspanne mehr Brennstoff gefördert.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 2 bestehen der Arbeitskolben
22 und der Zylinder. 14 aus einem Stück. Der Arbeitszylinder 2o bildet mit seinem
unteren Teil den Ölbehälter 15, durch dessen Boden die Kolbenstange io des in dem
Zylinder 14 gleitenden Kolbens 13 hindurchgeführt ist. Der Zylinder i4' ist von
der den Arbeitskolben 22 nach oben drückenden Feder 23 umschlosssen. Das Innere
des Zylinders 14 steht über einen Kanal 16 im Kolben 13 mit dem Ölbehälter 15 und
durch einen Kanal 18 im Arbeitskolben 22 mit dem oberen Teil des Arbeitszylinders
2o in Verbindung. In den Kolben 13, 22 ist je ein Kugelrückschlagventil 17 bzw.
19 untergebracht. Der obere Teil .des Arbeitszylinders 2o und der Ölbehälter 15
sind entsprechend dem Beispiel nach Abb. i durch die Teile 3o bis 34 miteinander
verbunden. Der Schieber 34 ist hierbei als Kolbenschieber ausgebildet. In die Leitung
30 ist ein Dreiwegehahn 40 eingeschaltet, von dem aus eine Umgehungsleitung
41 nach der Leitung 32 führt.
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Bei der dargestellten Stellung des Dreiwegehahnes 40 ist der Durchfluß
durch die Leitung 3o freigegeben und die Umgehungsleitung 41 abgesperrt. In diesem
Falle ist die Arbeitsweise sinngemäß dieselbe wie bei dem ersten Beispiel. Durch
Drehung des Hahnes 40 im Uhrzeigersinn um go° wird die Verbindung des oberen Teiles
des Arbeitszylinders 20 sowohl nach der Drosseleinrichtung 31, 34
als
auch nach der Umgehungsleitung 41 hir unterbrochen. Das von dem Kolben 13 in der.
oberen Teil des Arbeitszylinders 2o gepumpte Öl hält daher den Arbeitskolben 22
in seinen tiefsten Lage fest. Infolgedessen bleibt da: Ventil 6 geschlossen, so
daß der Brennstoffschieber i ruht. Durch eine weitere Drehung des Hahnes 40 im Uhrzeigersinn
um go° wird über die Umgehungsleitung 41 die unmittelbare Verbindung zwischen dem
oberen Teil des Arbeitszylinders 2o und dem Ölbehälter 15 hergestellt und die Drosseleinrichtung
31, 34 abgeschaltet. In diesem Falle findet das bei der Aufwärtsbewegung des Arbeitskolbens
-22 aus dem oberen Teil des Zylinders 2o nach dem Ölbehälter 15 beförderte Öl fast
keinen Widerstand. Der Kolben 22 begibt sich daher rasch in seine höchste Stellung,
in der .er das Ventil 6 öffnet. Die mit der Bewegung des Brennstoffschiebers i verbundene
Auf- und Abwärtsbewegung des Kolbens 13 bewirkt eine nahezu widerstandslose Umwälzung
des Öles aus dem Behälter i 5 durch die Kolben 13 und 22, den oberen Teil des Arbeitszylinders
und die Leitungen 30, 41, 32 hindurch in den Behälter 15 zurück. Hierbei ändert
sich an der Lage des Arbeitskolbens 22 und damit an der Öffnungsstellung des Ventils
6 nichts. Der Brennstoffschieber i arbeitet dann pausenlos und ohne Regelung.
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Abb. 3 zeigt eine für die Regelung besonders günstige Ausbildung des
Absperrventils 6. Das Ventil ist mittels zweier Stutzen 42 und 43 in die zur Antriebsmaschine
des Brennstoffschiebers i führendeDampfleitung 5 eingeschaltet. Die Pfeile bezeichnen
die Strömungsrichtung des Dampfes. An der r@bzweigstelle des Stutzens 43 befindet
sich ein Ventilsitz 44, mit dem der Ventilkegel 28 zusammenarbeitet. Das -Ventilgehäuse
geht in einen in der Achsrichtung des Stutzens 43 liegenden Zylinder 45 über, der
einen mit dem Ventilkegel28 starr verbundenen Kolben 46 führt. Gegen eine Stirnwand
47 des Zylinders 45 stützt sich .eine Feder 48, die den Kolben 46 in Richtung nach
dem Ventilsitz 44 hin drückt. Der Kolben 46 besitzt eine enge Bohrung 49. Die Stirnwand
47 hat eine Öffnung 50 init einem innenliegenden Ventilsitz, auf dem .ein
Ventilkegel 51 ruht. Dieser Ventilkegel sitzt an der Spindel 27 die in der aus Abb.
i ersichtlichen Weise mit der Kolbenstange 25 des Arbeitskolbens 22 zusammenarbeitet.
Unterhalb der Öffnung 5o sitzt an der Stirnwand 47 ein Gehäuse 52, von dem eine
Abdampfleitung 53 ausgeht.
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Wenn der Ventilkegel51, wie dargestellt, die Öffnung 5o abschließt,
stellt sich unter Vermittlung der Bohrung 49 in dem Raum unterhalb des Kolbens 46
derselbe Dampfdruck ein wie oberhalb dieses Kolbens. Die Feder 48 und der Dampfdruck
drücken in diesem Falle den Ventilkegel 28 gegen den Sitz 44; die Dampfzufuhr
zur Antriebsmaschine des Brennstoffschiebers i ist also unterbrochen. Wird durch
Anheben der Spindel 27 die Öffnung 5o freigegeben, so entweicht der durch die Bohrung
49 eintretende Dampf durch die Leitung 53 z. B. ins Freie. In dem Raum unterhalb
des Kolbens 46 stellt sich daher nahezu Atmosphärendruck ein. Der auf die Oberseite
des Kolbens 46 wirkende Dampfdruck drückt entgegen dem Widerstand der Feder 48 den
Kolben 46 und damit den Ventilkegel 28 nach unten. Es erfolgt eine rasche, vollständige
Eröffnung des Ventils 6, wobei der Arbeitskolben 22 der Regeleinrichtung lediglich
den geringen Widerstand beim Anheben des kleinen Ventilkegels 51 zu überwinden hat.
Der Dampfverlust, der bei angehobenem Ventilkegel 51
durch die Leitung 53
infolge des Abströmens von Dampf entsteht, ist wegen des geringen Durchmessers der
Bohrung 49 verschwindend klein.
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Als Arbeitsmittel für die Antriebsmaschine des Brennstoffschiebers
i kann statt Dampf auch eine Druckflüssigkeit verwendet werden.
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Die Regeleinrichtung nach der Erfindung läßt sich vorteilhaft bei
einer mechanischen Rostfeuerung nach Patent 684754 anwenden, st aber auch z. B.
für Lokomotivspeisepumpen oder Luftpumpen, insbesondere für schwungradlose Pumpen,
durchaus geeignet.