DE97908C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 14: Dampfmaschinen.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 13. Mai 1897 ab.

Um bei Verbunddampfmaschinen eine theilweise Aufhebung des Rückdruckes zu erzielen, hat man ■— bei einfach wirkenden Maschinen — bereits die Anordnung getroffen, dafs während des Leerganges des Niederdruckkolbens beide Seiten desselben mit dem Condensator in Verbindung gesetzt werden, dafs hingegen während des Arbeitshubes des Niederdruckkolbens der Hochdruckkolben auf seinem ganzen Rückhube einem Vacuum entgegenarbeitet. Bei Maschinen dieser Art ist demnach nach Vollendung einer jeden Umdrehung der ganze Dampf in den Niederdruckcylinder übergetreten, ist also nur auf den Rauminhalt des letzteren expandirt, während sich im Hochdruckcylinder ein Vacuum befindet (s. z. B. die deutsche Patentschrift Nr. 41477).

Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet eine neue Anordnung von Verbunddampfmaschinen, bei welcher im Gegensatz zu Constructionen der vorerwähnten Art nicht nur der Niederdruckkolben allein, sondern alle Kolben während ihres Rückhubes oder doch während eines beträchtlichen Theiles desselben sich im Gleichgewicht befinden, und bei welcher ferner der Dampf sich nicht blos bis auf den Rauminhalt des Niederdruckcylinders. sondern bis auf die Capacität sämmtlicher Cylinder ausdehnt. Man erzielt nach Angabe des Erfinders auf diese Weise mit der vorliegenden Erfindung bei einer Maschinenanlage von bestimmten Gröfsenabmessungen eine gröfsere Expansion als mit den sonstigen Arten der Verbundmaschinen, und dies soll in Verbindung mit der vorerwähnten Beseitigung des Rückdruckes zu einer erheblichen Dampfersparnifs führen.

In den beiliegenden Zeichnungen ist dieser Erfindungsgegenstand in den Fig. 1 bis 17 dargestellt, und zwar ist

Fig. ι ein Längsschnitt durch eine zweicylindrige Verbundmaschine, deren Kolben nach dem β Tan dem «-System angeordnet sind, und bei welcher sämmtliche arbeitenden Theile der besseren Klarheit halber in einer Ebene liegend gezeichnet sind.

Fig. 2 ist ein Horizontalschnitt.

Fig. 3 ist ein Verticalschnitt durch die Dampfkanäle b und c.

Fig. 4 ist ein Querschnitt durch den Kanal a.

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch die Kanäle d d.

Fig. 6 ist ein Querschnitt durch die Führung und benachbarte Theile.

Fig. 7 ist ein Querschnitt durch ein Lager.

Fig. 8 veranschaulicht das Antriebsorgan für den Schieber.

Fig. 9 bis 17 zeigen schematische Darstellungen, aus welchen die verschiedenen Schieberstellungen erkennbar sind.

In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand in seiner einfachsten Form erläutert, nämlich in seiner Anwendung bei einer Maschine, deren Kolben nach dem »Tandem« System angeordnet und einfach wirkend sind. Das hierdurch erzielte Ergebnifs ist, dafs die Arbeitsleistung um ein Viertel erhöht und pro Pferdekraft eine Ersparnifs an Dampf erzielt

wird, welche um 25 pCt. gröfser ist als bei irgend einer anderen Verbundmaschine von gleichem Cylinderinhalt.

Die Gründe für dieses Resultat ergeben sich ohne Weiteres aus der beiliegenden Fig. 1 und den schematischen Darstellungen Fig. 9, 10 und 11, in welchen die einzelnen Theile sich in den durch die Pfeile angegebenen Richtungen bewegen.

Die Arbeitsperiode beginnt" mit der Stellung Fig. 9. Die Kurbel befindet sich in der inneren Endstellung, der Dampfkanal b ist geöffnet, um den Dampf von α aus durch den Ringkanal des Kolbenschiebers 0 hinter den Hochdruckkolben eintreten zu lassen.

Der Raum auf der vorderen Seite des Hochdruckkolbens steht bei dieser Stellung durch die Kanäle e und d mit der Auspuffleitung q in Verbindung; desgleichen communicirt der hintere (in Fig. 1 linke) Raum des Niederdruckcylinders durch das Rohrjj und der vordere (in Fig. ι rechte) Raum desselben durch die inneren Kanäle der Kolbenschieber 0 und o¹ mit dem Kanal d und durch diesen mit der Auspuffleitung q. Der Niederdruckkolben ist also im Gleichgewicht.

Beim Vorgehen des Hochdruckkolbens bewegt sich der Kolbenschieber ο zunächst in der Richtung des Pfeiles Fig. 9 noch weiter nach rückwärts, um gleich darauf wieder vorzugehen und den Dampfkanal b zu verschliefsen, sobald die Maschine ihren Auswärtshub zur Hälfte ausgeführt hat. Bei dieser in Fig. 1 veranschaulichten Stellung bleiben beide Räume des Niederdruckcylinders durch die Leitung ρ bezw. durch Schieber o¹ und Kanal d, desgleichen auch . der vordere Raum des Hochdruckcylinders durch den Kanal e noch' mit der Auspuffleitung in Verbindung. Von der in Fig. ι gezeichneten Stellung an beginnt nun die Expansion des Dampfes und dauert, bis der Hochdruckkolben seinen Auswärtshub vollendet hat. In letzterer, in Fig. 10 veranschaulichter Stellung ist der Kanal d durch beide Schieber ο o¹ abgeschlossen, desgleichen bleibt auch der Kanal α während des ganzen nun folgenden Rückhubes geschlossen. Dahingegen steht jetzt sowohl der Raum hinter dem Hochdruckkolben durch den freigelegten Kanal b wie auch der Raum vor dem Hochdruckkolben durch den Kanal e und den Schieber o¹ mit dem vorderen Raum des Niederdruckcylinders in Verbindung. Auf beiden Seiten des Hochdruckkolbens herrscht also Gleichgewicht und der Dampf treibt nun den Niederdruckkolben nach rückwärts. . Hierbei schliefst der Schieber 0 zunächst den Kanals (Stellung Fig. 11), während der inzwischen nach dem Niederdruckcylinder hin geöffnete Kanal c vorläufig noch offen bleibt und erst nach vollendetem Rückhube durch den Schieber o¹ abgeschlossen wird, so dafs sich nunmehr wieder die in Fig. 9 veranschaulichte Stellung ergiebt und das vorbeschriebene Spiel von Neuem beginnt.

Aus Vorstehendem ist ersichtlich, erstens, dafs jeder der beiden Kolben sich während seines Rückhubes im Gleichgewicht befindet, zweitens, dafs jeglicher Rückdruck vermieden wird, drittens, dafs der Dampf bis auf den Rauminhalt des Hochdruckcylinders plus demjenigen des Niederdruckcylinders expandirt, viertens, dafs, wenn der Füllungsgrad Y₂ und das Raumverhältnifs der Cylinder 1 : 4 beträgt, eine zehnfache Expansion stattfindet, also die zweifache Expansion mehr, als es bei anderen Verbundmaschinen der Fall ist.

Die Detailconstruction der Maschine ist ohne Weiteres aus den Querschnitten erkennbar, welche die in Fig. 1 in einer Ebene gezeichneten Theile in ihrer wirklichen Gestaltung und Anordnung veranschaulichen.

Auf dem Excenterringe sind zwei Arme vorgesehen ; die eine Schieberstange ist mit einer Führung ausgerüstet und die andere erhält gleichfalls eine Parallelbewegung, eilt jedoch der ersteren Schieberstange nach. Der erstere Schieber erleichtert auf diese Weise ein schnelles Oeffhen der zu beiden Cylindern führenden Dampfkanäle und der zweite Schieber ermöglicht ein plötzliches Schliefsen und damit die Bildung eines Dampfkissens für beide Kolben.

Die vorliegende Erfindung kann bei jeder Maschine vorgesehen werden, wozu nur erforderlich ist, dafs ein Durchgang von dem Hochdruckcylinder nach dem Niederdruckcylinder geschaffen und so lange offen gehalten wird, bis der Auspuff sich öffnet; naturgemäfs sind viele Wege möglich, um diesen Zweck der jeweils vorliegenden besonderen Maschinenconstruction entsprechend zu erreichen. Dies kann beispielsweise geschehen erstens dadurch, dafs man die Bewegung der Schieber entsprechend bemifst, zweitens dadurch, dafs man die periodische Bewegung der Maschine selbst durch Curven, Daumen, Scheiben, Schraubenflächen, Rollen oder Hebel etc. regelt, drittens durch geeignete Combination der periodischen Bewegung der Maschine mit derjenigen der Schieber; diese der einfacheren Darstellung halber hier nur andeutungsweise behandelten Auskunftsmittel sollen geeignetenfalls lediglich als Ersatz . für die Bewegung durch Kurbeln und Excenter dienen und können von jedem Fachmann an Stelle der letzteren im Bedarfsfalle vorgesehen werden. Der vorliegende Erfindungsgegenstand braucht daher auch nur in seiner Anwendung bei solchen Maschinen mit zwei bezw. drei Kurbeln und mit gewöhnlicher Excenterbewegung erläutert zu werden, bei welchen die Steuerkanäle nebst den Schiebern oder Ventilen und Ventilsitzen so gewählt sind, dafs dieselben den durch die

schematischen Darstellungen Fig. 12 bis 17 angegebenen Bedingungen entsprechen.

In den genannten Fig. 12 bis 17 bezeichnet a^x einen Kanal, welcher von der Schieberhöhlung zur vorderen Seite des Hochdruckcylinders führt, und b^x den mit der vorderen Seite des .Niederdruckcylinders communicirenden Kanal. Der Dampf kanal c^x führt von dej Schieberhöhlung nach der hinteren Seite des Niederdruckcylinders und der Dampfkanal d^x nach der hinteren Seite des Hochdruckcylinders. Der Schieber ist mit zwei Höhlungen/* und g^x versehen.

Fig. 12 veranschaulicht den Schieber in derjenigen Stellung, in welcher derselbe im Begriff ist, Arbeitsdampf zur vorderen Seite des Hochdruckcylinders zu führen.

In der Stellung der Fig. 13 ist der Schieber so bewegt, dafs er den Kanal a^x zur Hälfte freilegt.

Fig. 14 zeigt den Kanal a^x gänzlich geöffnet, in

. Fig. 15 ist der Schieber so gestellt, dafs er eben beginnt, Arbeitsdampf nach der hinteren Seite des Hochdruckkolbens zu führen.

Fig. 16 zeigt den Dampf kanal d^x in halb geöffneter und

Fig. 17 denselben in voll geöffneter Stellung.

Um die praktische Bedeutung dieser in den Fig. 12 bis 17, schematisch dargestellten Anordnung verständlich zu machen, sollen im Nachstehenden die Wirkungen erläutert werden, welche sich bei der Anwendung des vorliegenden Erfindungsgegenstandes auf eine mit zwei Kurbeln arbeitende Verbundmaschine, ferner für eine mit drei Kurbeln arbeitende Dreifach-Expansionsmaschine und für mit nur einer Kurbel arbeitende Verbundmaschinen ergeben.

Im rechten Winkel zu einander stehende

Kurbeln.

Bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung auf solche Maschinen, welche zwei im rechten Winkel zu einander stehende Kurbeln aufweisen, wird zur theilweisen Erreichung der Vortheile dieser Erfindung Dampf in den Hochdruckcylinder in gewöhnlicher Weise eingeführt. Nach dem ersten halben Hube wird jedoch der Dampfkanal nach dem Niederdruckcylinder gerade dann geöffnet, wenn letzterer, dessen Kurbel sich jetzt in der Todtpunktstellung befindet, Dampf erhalten soll. Der Hochdruck- und der Niederdruckkolben führen also gemeinsam einen halben Hub aus, und der Dampf expandirt gleichzeitig in beiden Cylindern. Während des nächsten Achtels der . Umdrehung beginnt der Hochdruckkolben zurückzugehen, alsdann öffnet sich die zum Condensator führende Auspuffleitung, der Dampf ist also bis auf ⁷/₈ des Hochdruckcylinders plus ⁷/₈ des Niederdruckcylinders expandirt. Die Auspuffleitung des Hochdruckcylinders und der zum Niederdruckcylinder führende Dampf kanal bleiben noch offen, bis der Hochdruckkolben wieder in die Anfangsstellung zurückgekehrt ist, so dafs also die Rückbewegung dieses Kolbens während ⁷/₈ seines Hubes entgegen dem Condensatordruck stattfindet; bei Verbundmaschinen mit einem Verhältnifs des Cylinderinhaltes von 1 zu 3 expandirt der Dampf '/₈X(i + 3) = 3Y₂ mal dem Inhalte des Hochdruckcvlinders; beide Kolben kehren entgegen dem Atmosphärenbezw. Condensatordruck in die Anfangsstellung zurück.

Im Winkel von 120⁰ stehende Kurbeln.

Bei der Anwendung des vorliegenden Erfindungsgegenstandes auf solche Maschinen, welche drei Kurbeln aufweisen, wird zur theilweisen Erreichung der durch diese Erfindung möglichen Vortheile der zum Zwischencylinder führende Dampf kanal geöffnet, wenn die Kurbel des Hochdruckkolbens sich aus der Anfangsstellung um 120° gedreht hat; der Kolben des Zwischencylinders und der Hochdruckkolben gehen alsdann während einer Kurbelumdrehung von 60° gemeinschaftlich vor, und während der nächsten 6o° kehrt der Hochdruckkolben nur um einen Viertelhub zurück, worauf sich in üblicher Weise der Dampfkanal vom Zwischencylinder nach dem Niederdruckcylinder hin öffnet, so dafs nunmehr eine freie Communication von dem Hochdruckcylinder durch den Zwischencylinder hindurch nach dem Niederdruckcylinder stattfindet. Der Dampf nimmt jetzt ³/₄ des Hochdruckcylinders plus ³/₄ des Zwischencylinders ein, und der Niederdruckkolben beginnt seinen Hub. Die Kolben des Zwischencylinders und des Niederdruckcylinders bewegen sich zusammen unter der Wirkung des gemeinsamen Arbeitsdampfes während einer weiteren Kurbelumdrehung von 60 ° nach aufsen und der Hochdruckkolben hat jetzt ³/₄ seines Rückhubes vollendet, während der Zwischenkolben sich in der Endstellung und der Niederdruckkolben in einer Stellung von 60° nach auswärts befindet. Bei einer weiteren Drehung der Kurbel um 6o° gelangt der Hochdruckkolben in die innerste Stellung zurück. Der Zwischenkolben hat sich nur um Y₄ zurückbewegt und der Niederdruckkolben hat ³/₄ seines Auswärtshubes vollendet. Bei Maschinen, deren Cylinderinhalt sich wie 4:9:25 verhalten, ist das Volumen des

ausgenutzten Dampfes gleich ³/₄ X— — =

4
6Y₂ mal der Capacität des Hochdruckcylinders, und wenn die Dampfeinsteuerung in den Hochdruckcylinder nach halbem Hube abgesperrt ist, so ergiebt sich hieraus, dafs eine

zwölffache Gesammtexpansion erreicht wird. Angenommen, die Anfangsspannung betrage 12 kg pro Quadratcentimeter, so fällt der Druck auf ι kg, anstatt, wie es sonst im Betriebe der Fall ist, auf 5 bis 5Y₂ kg, d.h. der Gegendruck beträgt nur Y₅ desjenigen, welcher bisher sich geltend machte; es sind also ⁴/₅ des Gegendruckes durch das neue Betriebsverfahren¹ beseitigt worden.

Doppelt wirkende Maschinen.

Mit zwei oder drei Kurbeln arbeitende Maschinen können bei Anwendung der vorliegenden Erfindung sowohl einfach wie doppelt wirkend sein, ein Aufnehmer ist nicht erforderlich und infolge der langen Zeitdauer der Communication zwischen den Cylindern können die Dampfkanäle von geringerem Querschnitt sein, als es sonst üblich ist.

Der Betrieb einfach wirkender Maschinen soll durch nochmalige Bezugnahme auf die Fig. 12 bis 17 des Näheren erläutert werden. In diesem Falle kommen nur die einen Hälften der schematisch veranschaulichten Steuerungen, beispielsweise die Kanäle a^x und b^x und die Schieberhöhlung f^x zur Anwendung, der Kanal b^x wird jedoch dauernd mit der vorderen Seite des Zwischencylinders und mit der hinteren Seite des Hochdruckcylinders verbunden.

Hieraus ergiebt sich, dafs in dem Zeitpunkte, zu welchem dem Zwischencylinder die Aufgabe des Antriebes der Maschine zufällt, der Hochdruckkolben sich im Gleichgewicht befindet und in demselben verbleibt, bis der Niederdruckcylinder mit dem Auspuff verbunden wird; in diesem Falle läfst sich die volle Capacitä't der drei Cylinder bei einfach wirkenden Maschinen ausnutzen, die Expansion bei einer solchen Maschine ist alsdann

4+9 + 25

9Y₂ mal der Capacität des Hochdruckcylinders und die Diagramme von jedem dieser drei Cylinder zeigen auf dem rückkehrenden Curventheil die Pressung des Condensators an; ein Aufnehmer wird nicht angewendet. ■

Bei der Anwendung des vorliegenden Erfindungsgegenstandes auf solche einfach wirkenden' Verbundmaschinen, welche nur eine Kurbel haben, d. h. bei welchen Hoch- und Niederdruckkolben auf einer gemeinsamen Stange angeordnet sind, sowie ferner bei der Anwendung dieses Erfindungsgegenstandes auf einfach wirkende Verbundmaschinen mit zwei gegenüberstehenden Kurbeln ist die Anordnung der Steuerung für den Hochdruckcylinder dieselbe wie bei der für einfach wirkende Maschinen erläuterten Construction, welche oben als Ausführungsbeispiel beschrieben ist; in all diesen Fällen kann der Vortheil, weicher rücksichtlich der Hochdruckcylinder erzielt wird, proportional demjenigen sein, welcher bezüglich der Niederdruckcylinder zu erreichen ist.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Verbunddampfmaschine, dadurch gekennzeichnet, dafs, nachdem der Hochdruckkolben seinen Arbeitshub ganz oder theilweise ausgeführt hat, der Hochdruckcylinder mit dem Zwischen- bezw. Niederdruckcylinder in Verbindung gesetzt und während des nun folgenden Arbeitshubes des Zwischen- bezw. Niederdruckkolbens so lange in Verbindung mit demselben gehalten wird, bis der Dampf auf die Capacität sämmtlicher Cylinder expandirt ist, zum Zweck, eine möglichst grofse Expansion zu erzielen und den Rückdruck auf die Kolben zu beseitigen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.