DE102011110790A1

DE102011110790A1 - steam engine

Info

Publication number: DE102011110790A1
Application number: DE102011110790A
Authority: DE
Inventors: Christian Bausch; Jens Grieser; Dominic Unseld
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: SteamDrive GmbH
Priority date: 2011-08-22
Filing date: 2011-08-22
Publication date: 2013-02-28
Also published as: EP2562351A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Dampfmotor – mit wenigstens einem von einem Kolbengehäuse umschlossenen Arbeitsraum; – mit einem im Arbeitsraum zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt hin und her beweglichen Kolben; wobei – der Arbeitsraum über seinem Umfang von einer in das Kolbengehäuse eingesetzte oder durch diesen gebildeten Arbeitsraumwand umschlossen wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass auf einer dem Arbeitsraum abgewandten Rückseite der Arbeitsraumwand ein Dampfrückführungsraum vorgesehen ist, der in dampfleitender Verbindung mit dem Arbeitsraum oder einem anderen dampfführenden Bereich des Dampfmotors steht.The invention relates to a steam engine - with at least one of a piston housing enclosed working space; - With a movable in the working space between a top dead center and a bottom dead center piston; wherein - the working space is enclosed over its circumference by an inserted into the piston housing or through this working space wall. The invention is characterized in that a vapor return space, which is in vapor-conducting connection with the working space or another steam-conducting area of the steam engine, is provided on a rear side of the working space wall facing away from the working space.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dampfmotor, im Einzelnen mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.The present invention relates to a steam engine, in detail with the features of the preamble of claim 1.

Derartige Dampfmotoren sind in der Regel zusammen mit einer Verbrennungskraftmaschine in einem gemeinsamen Antriebsstrang untergebracht und werden sowohl in Fahrzeugen, wie Nutz- oder Schienenfahrzeugen, als auch in stationären Anlagen wie (Block-)Heizkraftwerken, welche beispielsweise das Gas einer Biogasanlage zur Strom- und Wärmeerzeugung verfeuern, eingesetzt.Such steam engines are usually housed together with an internal combustion engine in a common drive train and both in vehicles, such as commercial or rail vehicles, as well as in stationary systems such as (block) cogeneration plants, for example, the gas of a biogas plant for electricity and heat generation burn, used.

Dabei kann der Dampfmotor, wenn er insbesondere zusätzlich zur Verbrennungskraftmaschine vorgesehen ist, einen Teil eines geschlossenen Dampfkreises darstellen, dem über den Abgasstrom der Verbrennungskraftmaschine Wärme zugeleitet wird, wobei über diesen Wärmeeintrag in einem Verdampfer ein zunächst flüssiges Arbeitsmedium verdampft wird und mit diesem Dampf der Dampfmotor betrieben wird. Im Letzteren wird das dampfförmige Arbeitsmedium unter Verrichtung mechanischer Arbeit entspannt und nachfolgend einem Kondensator zur Verflüssigung zugeführt, um anschließend in der Regel in einem Reservoir gesammelt und wiederum über eine Pumpe zur erneuten Verdampfung dem Verdampfer zugeführt zu werden.In this case, the steam engine, if it is provided in particular in addition to the internal combustion engine, constitute a part of a closed steam cycle, which is supplied via the exhaust gas stream of the internal combustion engine, via this heat input in an evaporator, an initially liquid working medium is evaporated and with this steam of the steam engine is operated. In the latter, the vaporous working medium is expanded while performing mechanical work and subsequently fed to a condenser for liquefaction, in order to be subsequently collected in a reservoir and in turn fed to the evaporator via a pump for re-evaporation.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, einen solchen Dampfmotor als Hubkolbenmotor auszuführen, wobei dann in einem Kolbengehäuse wenigstens ein zylinderförmiger Arbeitsraum vorgesehen ist, in dem ein Kolben zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt infolge des in den Arbeitsraum einströmenden und ausströmenden Dampfes hin und her beweglich ist. Die Bewegung des Kolbens wird dabei über eine Pleuelstange auf eine Kurbelwelle übertragen und damit in eine Drehbewegung umgesetzt.From the prior art, it is known to carry out such a steam engine as a reciprocating engine, then at least one cylindrical working space is provided in a piston housing in which a piston between a top dead center and a bottom dead center due to the incoming and outgoing steam in the working space and is movable. The movement of the piston is transmitted via a connecting rod to a crankshaft and thus converted into a rotational movement.

Selbstverständlich können auch zwei oder mehr Kolben, die jeweils in einem entsprechenden Arbeitsraum hin und her beweglich sind, vorgesehen sein.Of course, two or more pistons, which are each movable in a corresponding working space back and forth, may be provided.

Die den Arbeitsraum umschließende Arbeitsraumwand ist auf ihrer dem Arbeitsraum zugewandten Innenseite den hohen Temperaturen des Dampfes ausgesetzt, wobei sich zudem noch ein Temperaturgefälle über der Arbeitsraumwand in Bewegungsrichtung des Kolbens ergeben kann, je nach Anordnung des Einlassventils und des Auslassventils für den Dampf und in Abhängigkeit der Geometrie des Arbeitsraumes. Jedoch bereits das stets vorhandene Temperaturgefälle von der Innenseite der Arbeitsraumwand zu der dem Arbeitsraum abgewandten Rückseite der Arbeitsraumwand führt zu einer ungünstigen thermischen Belastung und/oder zu unerwünschten thermischen Verformungen.The working space enclosing the working space is exposed to the working space on the inside facing the high temperatures of the steam, which also can still result in a temperature gradient over the working space wall in the direction of movement of the piston, depending on the arrangement of the inlet valve and the outlet valve for the steam and in dependence Geometry of the working space. However, even the ever-present temperature gradient from the inside of the working space wall to the back of the working space wall facing away from the working space leads to an unfavorable thermal load and / or undesired thermal deformations.

Der vorliegenden Erfindung siegt die Aufgabe zugrunde, einen Dampfmotor anzugeben, bei welchem die Temperaturgradienten über der Arbeitsraumwand vermindert sind. Die erfindungsgemäße Lösung soll kostengünstig herstellbar sein und basierend auf den üblichen Bauformen von Dampfmotoren leicht integrierbar sein.The present invention is based on the object of specifying a steam engine in which the temperature gradients over the working space wall are reduced. The solution according to the invention should be inexpensive to produce and easy to integrate based on the conventional designs of steam engines.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch einen Dampfmotor gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen zweckmäßige und besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar.The object of the invention is achieved by a steam engine according to the independent claim. The dependent claims represent expedient and particularly preferred embodiments of the invention.

Ein erfindungsgemäßer Dampfmotor umfasst wenigstens einen von einem Kolbengehäuse umschlossenen Arbeitsraum mit einem im Arbeitsraum zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt hin und her beweglichen Kolben, wobei der Arbeitsraum über seinem Umfang von einer in das Kolbengehäuse eingesetzten oder durch diesen gebildeten Arbeitsraumwand umschlossen wird.A steam engine according to the invention comprises at least one working chamber enclosed by a piston housing and having a piston which can reciprocate in the working space between a top dead center and a bottom dead center, the working space being enclosed over its circumference by a working space wall inserted into or formed by the piston housing.

Erfindungsgemäß ist auf einer dem Arbeitsraum abgewandten Rückseite der Arbeitsraumwand ein Dampfrückführungsraum vorgesehen, der in dampfleitender Verbindung mit dem Arbeitsraum steht. Alternativ kann die dampfleitende Verbindung des Dampfrückführungsraumes auch mit einem anderen dampfführenden Bereich des Dampfmotors ausgeführt sein, beispielsweise mit dem Dampfeinlass oder mit dem Dampfauslass.According to the invention, a steam recirculation space is provided on a rear side of the working space wall facing away from the working space, which is in vapor-conducting connection with the working space. Alternatively, the steam-conducting connection of the vapor return chamber may also be designed with another steam-conducting region of the steam engine, for example with the steam inlet or with the steam outlet.

Durch die Aufheizung der Rückseite der Arbeitsraumwand mit dem mehr oder minder heißen Dampf, je nachdem, wo dieser abgezweigt wird, können die bisher vorherrschenden ungünstigen Temperaturgradienten reduziert oder vermieden werden. Insbesondere, wenn der Dampf entlang der Rückseite der Arbeitsraumwand vom sogenannten kalten Ende zum sogenannten heißen Ende der Arbeitsraumwand geführt wird, kann ein thermischer Ausgleich des Temperaturprofils über der Arbeitsraumwand erzielt werden. Ein solches heißes Ende und kaltes Ende ergeben sich insbesondere dann, wenn der Dampfeinlass im Bereichs des oberen Totpunktes ausgeführt ist, sodass sich der Kolben bei der Expansion vorn heißen Dampfeinlass weg bewegt. Besonders jener Teil der Arbeitsraumwand, die den Kolben umschließt, wenn sich dieser im Bereich des unteren Totpunktes befindet, kann eine geringere Temperatur als der Bereich zwischen dem unteren Totpunkt und dem oberen Totpunkt aufweisen, sodass hier besonders ein solches kaltes Ende ausgebildet werden kann.By heating the back of the working space wall with the more or less hot steam, depending on where it is branched, the hitherto prevailing unfavorable temperature gradients can be reduced or avoided. In particular, when the steam is guided along the back of the working space wall from the so-called cold end to the so-called hot end of the working space wall, a thermal compensation of the temperature profile over the working space wall can be achieved. Such a hot end and cold end arise in particular when the steam inlet is made in the region of top dead center so that the piston moves away from the hot steam inlet during expansion. In particular, that part of the working space wall which encloses the piston when it is in the region of the bottom dead center, may have a lower temperature than the area between the bottom dead center and the top dead center, so that in particular such a cold end can be formed.

Ganz allgemein kann jeglicher Dampf beziehungsweise ein beliebig abgezweigter Anteil des dem Dampfmotor zugeführten Dampfes, wobei der abgezweigte Anteil in der Regel nur ein Bruchteil des gesamten Dampfvolumenstroms ausmacht, beispielsweise weniger als 10%, insbesondere nur 1% des dem Dampfmotor zugeführten Dampfes, zur Beaufschlagung des Dampfrückführungsraums verwendet werden, um die Rückseite der Arbeitsraumwand zu erwärmen. Besonders günstig ist es jedoch, wenn hierfür ein Dampfanteil verwendet wird, der ohnehin nicht zur mit dem Dampfmotor erzeugten mechanischen Arbeit beiträgt. Ein solcher Dampfanteil ist beispielsweise der durch den Spalt zwischen dem Kolben und der Arbeitsraumwand entweichende Dampf, vorliegend als Dampfleckage bezeichnet, allgemein auch als Blow-by bekannt. Eine solche Leckage tritt in der Regel sogar dann auf, wenn der Kolben über eine Kolbendichtung, die eine oder mehrere Dichtringe oder Kolbenringe umfassen kann, gegen die Arbeitsrauwand abgedichtet ist. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, eine solche Kolbendichtung, mit welcher der Kolben gegen die Arbeitsraumwand abgedichtet ist, einfach durch Auswahl eines besonders kleinen Spiels zwischen dem Kolben und der Arbeitsraumwand auszuführen. In general, any steam or an arbitrarily branched portion of the steam supplied to the steam engine, wherein the diverted portion usually makes up only a fraction of the total steam volume flow, for example less than 10%, in particular only 1% of the vapor motor supplied steam, for acting on the Vapor return chamber can be used to heat the back of the work space wall. It is particularly favorable, however, if this is a proportion of steam is used, which in any case does not contribute to the mechanical work generated by the steam engine. Such a vapor fraction is known, for example, as the vapor escaping through the gap between the piston and the working space wall, in the present case referred to as steam leakage, generally also known as blow-by. Such leakage usually occurs even when the piston is sealed against the working wall via a piston seal, which may include one or more sealing rings or piston rings. In principle, however, it is also possible to carry out such a piston seal, with which the piston is sealed against the working space wall, simply by selecting a particularly small clearance between the piston and the working space wall.

Für eine solche Nutzung der Dampfleckage zur rückseitigen Aufheizung der Arbeitsraumwand erstreckt sich die dampfleitende Verbindung zu dem Dampfrückführungsraum von einem Dampfrückführungseinlass bis zu einer Mündung in dem Dampfrückführungsraum und der Dampfrückführungseinlass wird teilweise oder ausschließlich durch den mit der Kolbendichtung abgedichteten Spalt zwischen dem Kolben und der Arbeitsraumwand gebildet, um so die Dampfleckage in den Dampfrückführungsraum zu leiten. Eine solche Dampfrückführung der Dampfleckage hat keinerlei negative Auswirkung auf den Wirkungsgrad des Dampfmotors. Vielmehr kann augrund einer geringeren thermischen Verformung durch Temperaturgradienten der Wirkungsgrad vorteilhaft gesteigert werden.For such use of steam leakage for backheating the working space wall, the vapor conducting connection to the vapor return space extends from a vapor return inlet to an orifice in the vapor return space and the vapor return inlet is formed partially or entirely by the piston seal sealed with the piston seal between the working space and the wall to direct the steam leakage into the vapor return space. Such vapor recovery of steam leakage has no adverse effect on the efficiency of the steam engine. Rather, due to a lower thermal deformation due to temperature gradients, the efficiency can advantageously be increased.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung der Dampfleckage zur Aufheizung der Rückseite der Arbeitsraumwand besteht darin, dass durch den Dampfrückführungsraum eine Beruhigungszone ausgebildet wird, in welcher sich Öltröpfchen aus der Dampfleckage abscheiden können. Aufgrund des Kontaktes der Dampfleckage mit ölgeschmierten Bereichen des Dampfmotors, beispielsweise im sogenannten Kurbelgehäuse, das sich unterhalb des unteren Totpunktes an das Kolbengehäuse anschließt, kann nämlich eine Vermischung der Dampfleckage beziehungsweise des Leckagedampfes mit Öl nicht verhindert werden.Another advantage of using the steam leak to heat the rear of the working space wall is that a calming zone is formed by the vapor return space in which oil droplets can separate from the vapor leakage. Due to the contact of the steam leak with oil-lubricated areas of the steam engine, for example in the so-called crankcase, which connects below the bottom dead center of the piston housing, namely a mixing of the steam leakage or the leakage steam with oil can not be prevented.

Weiterhin wird durch die Umströmung der Rückseite der Arbeitsraumwand durch den über die dampfleitende Verbindung abgeführten Dampf eine Erwärmung der Arbeitsraumwand im Bereich des unteren Totpunkts über den gesamten Querschnitt erzielt, wodurch die Temperaturdifferenzen zwischen oberem Ende (oberhalb des oberen Totpunkts) und unterem Ende (unterhalb des unteren Totpunkts) der Arbeitsraumwand – in Hubrichtung des Kolbens gesehen – verringert werden. Hierdurch werden die thermo-mechanischen Belastungen der Arbeitsraumwand und beim Vorsehen einer den Arbeitsraum bildenden Buchse, die der Buchse verringert, wodurch gleichzeitig der Verschleiß an der Dichtung des Kolbens und damit die Dampfleckagemenge erheblich reduziert wird. Hierdurch wird die Lebensdauer eines solchen Dampfmotors deutlich gesteigert.Furthermore, heating of the working space wall in the region of bottom dead center over the entire cross section is achieved by the flow around the rear side of the working space wall through the steam discharged via the steam-conducting connection, whereby the temperature differences between upper end (above top dead center) and lower end (below bottom end) bottom dead center) of the working space wall - seen in the stroke direction of the piston - to be reduced. As a result, the thermo-mechanical loads of the working space wall and the provision of a working space forming bush, which reduces the socket, which at the same time the wear on the seal of the piston and thus the Dampfleckagemenge is significantly reduced. As a result, the life of such a steam engine is significantly increased.

Mit Vorteil erstreckt sich der Dampfrückführungsraum entlang der Arbeitswand in Richtung der Bewegungsrichtung des Kolbens. Hierdurch wird eine gleichmäßige Erwärmung der Arbeitsraumwand durch den Dampf erzielt.Advantageously, the vapor return space extends along the working wall in the direction of movement of the piston. As a result, a uniform heating of the working space wall is achieved by the steam.

Eine gleichmäßige Erwärmung wird zudem dadurch gefördert, dass der Dampfrückführungsraum als über den Umfang der Arbeitsraumwand geschlossener Ringraum ausgeführt ist.A uniform heating is also promoted by the fact that the vapor return chamber is designed as closed over the circumference of the working space wall annulus.

Alternativ kann der Dampfrückführungsraum nur über einen Teil des Umfangs der Arbeitsraumwand reichen.Alternatively, the vapor return space may only extend over part of the circumference of the working space wall.

Gemäß einer Ausführungsform sind in Bewegungsrichtung des Kolbens mehrere miteinander dampfleitend verbundene Dampfrückführungsräume vorgesehen, die nacheinander vom Dampf oder der Dampfleckage aus dem Arbeitsraum durchströmt werden.According to one embodiment, a plurality of vapor-return steam chambers connected to one another are provided in the direction of movement of the piston, which are flowed through successively by the steam or the steam leakage from the working space.

Ferner kann nur der in Strömungsrichtung des Dampfs oder der Dampfleckage letzte Dampfrückführungsraum unmittelbar an den Damfabführkanal angeschlossen sein.Furthermore, only the last vapor return space in the flow direction of the steam or the steam leakage can be connected directly to the Damfabführkanal.

Bevorzugt ist der Dampfrückführungsraum an einem Dampfabführkanal zum Abführen des Dampfes aus dem Dampfrückführungsraum aus dem Kolbengehäuse heraus angeschlossen, wobei ein dem Dampfrückführungsraum abgewandtes Ende des Dampfabführkanals im Bereich des unteren Totpunkts oder in Richtung des oberen Totpunkts darüber außen im Kolbengehäuse mündet. Hierdurch kann zum Beispiel erreicht werden, dass der Dampf die Arbeitsraumwand über nahezu die gesamte Wandlänge (in Hubrichtung des Kolbens gesehen) im Wesentlichen gleichmäßig erhitzt, wodurch die thermo-mechanischen Belastungen der Arbeitsraumwand nochmals reduziert werden. Andererseits kann eine leichte Abfuhr des nach oben steigenden Dampfes erreicht werden, wenn der Dampf oberhalb des Kolbens oder des oberen Totpunktes beispielsweise in einen Zylinderkopf oder Ventildeckel geleitet wird. Vorteilhaft kann dem Dampfabführkanal ein Ölabscheider in Strömungsrichtung des Dampfes gesehen nachgeschaltet sein. Ein solcher Ölabscheider kann dabei alternativ in der dampfleitenden Verbindung oder einem damit in Verbindung stehenden Kanal oder Raum angeordnet sein.Preferably, the vapor return chamber is connected to a Dampfabführkanal for discharging the vapor from the vapor return chamber from the piston housing out, wherein a vapor return passage facing away from the vapor return passage in the region of bottom dead center or in the direction of top dead center opens outwardly in the piston housing. In this way, it can be achieved, for example, that the steam substantially uniformly heats the working space wall over virtually the entire wall length (viewed in the stroke direction of the piston), thereby further reducing the thermo-mechanical loads on the working space wall. On the other hand, a slight removal of the rising steam upwards can be achieved if the steam above the piston or top dead center For example, in a cylinder head or valve cover is passed. Advantageously, an oil separator can be connected downstream of the steam discharge channel in the flow direction of the steam. Such an oil separator may alternatively be arranged in the vapor-conducting connection or a channel or space communicating therewith.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Arbeitsraumwand durch eine in das Kolbengehäuse eingesetzte zylinderförmige Buchse, die insbesondere aus einem anderen Werkstoff als das Kolbengehäuse hergestellt ist, gebildet. So kann für die Buchse ein hinsichtlich der tribologischen Eigenschaften angepasster Werkstoff herangezogen werden, welcher eine hohe Verschleißfestigkeit, mechanische sowie thermische Beanspruchbarkeit sowie sehr gute Gleiteigenschaften aufweist. Das Kolbengehäuse hingegen kann aus einem weniger verschleißfesten Werkstoff beziehungsweise einem Werkstoff geringerer Güte hergestellt sein.According to a further embodiment, the working space wall is formed by a cylindrical bushing inserted into the piston housing, which is produced in particular from a material other than the piston housing. Thus, it is possible to use a material adapted to the tribological properties for the bush, which has high wear resistance, mechanical and thermal resistance and very good sliding properties. The piston housing, however, can be made of a less wear-resistant material or a material of lower quality.

Die Erfindung soll nun anhand einer Ausführungsform gemäß der beigefügten Figur erläutert werden.The invention will now be explained with reference to an embodiment according to the accompanying figure.

Es zeigt:It shows:

1 einen Halbschnitt durch die Drehachse einer Kurbelwelle eines Dampfmotors. 1 a half-section through the axis of rotation of a crankshaft of a steam engine.

In 1 ist ein erfindungsgemäßer Dampfmotor in einem Halbschnitt durch die Drehachse einer Kurbelwelle 16 des Dampfmotors gezeigt, wobei vorliegend nur die oberhalb der Drehachse verlaufenden Komponenten dargestellt sind.In 1 is a steam engine according to the invention in a half section through the axis of rotation of a crankshaft 16 shown the steam engine, wherein in the present case only the above the axis of rotation extending components are shown.

Der Dampfmotor umfasst ein Kolbengehäuse 1, welches vorliegend zwei axial benachbarte Arbeitsräume 2, 3 umschließt, in denen jeweils ein Kolben 4, 5 zwischen einem unteren Totpunkt UT und einem oberen Totpunkt OT hin und her beweglich ist. Somit ist der Dampfmotor als Hubkolbenmotor ausgeführt. Kolben 4, 5 sind über Pleuelstangen 17, 18 mit entsprechenden Kurbeln der Kurbelwelle 16 verbunden.The steam engine includes a piston housing 1 , Which in the present case two axially adjacent working spaces 2 . 3 encloses, in which in each case a piston 4 . 5 between a bottom dead center UT and a top dead center OT is movable back and forth. Thus, the steam engine is designed as a reciprocating engine. piston 4 . 5 are over connecting rods 17 . 18 with crankshaft cranks 16 connected.

Vorliegend ist die Kurbelwelle 16 in dem Kolbengehäuse 1 oder in einem sich an dieses anschließendes Kurbelgehäuse gelagert, wobei den Lagern und den Pleueln der Kurbelwelle 16 Öl zu deren Kühlung und/oder Schmierung über eine nicht gezeigte Schmierölzufuhr zugeführt wird.Present is the crankshaft 16 in the piston housing 1 or stored in a subsequent to this crankcase, the bearings and the connecting rods of the crankshaft 16 Oil is supplied to the cooling and / or lubrication via a lubricating oil supply, not shown.

Im vorliegenden Fall weist jeder der Arbeitsräume 2, 3 eine Arbeitsraumwand 6, 7 auf. Hier ist die Arbeitsraumwand 6, 7 durch eine in eine entsprechende Bohrung des Kolbengehäuses 1 eingesetzte zylinderförmige Buchse gebildet. Wie durch die gestrichelten Linien angedeutet, umfasst jeder Arbeitsraum 2, 3 einen Einlass 19 zum Zuführen von Frischdampf zum und einen Auslass 20 zum Abführen von Abdampf (Nassdampf) aus dem Arbeitsraum 2, 3. Einlass 19 und Auslass 20 werden über nicht gezeigte Ventile einer ebenfalls nicht dargestellten Ventilsteuerung betätigt, um abwechselnd den Einlass 19 beziehungsweise Auslass 20 für Dampf freizugeben oder zu verschließen.In the present case, each of the workrooms indicates 2 . 3 a workspace wall 6 . 7 on. Here is the workspace wall 6 . 7 through a into a corresponding bore of the piston housing 1 used cylindrical socket formed. As indicated by the dashed lines, each workspace includes 2 . 3 an inlet 19 for supplying live steam to and an outlet 20 for removing exhaust steam (wet steam) from the working space 2 . 3 , inlet 19 and outlet 20 are operated via not shown valves of a valve control, also not shown, to alternately the inlet 19 or outlet 20 for steam release or close.

Auf der dem jeweiligen Arbeitsraum 2, 3 abgewandten Rückseite der Arbeitsraumwand 6, 7 ist jeweils ein Dampfrückführraum 8, 9 angeordnet. Letzterer ist in das Kolbengehäuse 1, vorliegend nach Art einer Umfangsnut ausgeführt, eingebracht, sodass Arbeitsraumwand 6, 7 und Kolbengehäuse 1 diesen Dampfrückführungsraum 8, 9 zusammen begrenzen. Sind beide Arbeitsräume 2, 3 wie hier nahe beieinander angeordnet, so können die beiden Dampfrückführräume 8, 9 der jeweiligen Arbeitsräume 2, 3 strömungsleitend miteinander verbunden sein, wie dies durch den Mittelsteg zwischen den Arbeitsräumen 2, 3 angedeutet ist. Hier erstreckt sich jeder der Dampfrückführräume 8, 9 entlang der Arbeitsraumwand 6, 7 in Richtung der Bewegungsrichtung des Kolbens 4, 5 und damit über einen Teil des Umfangs der Arbeitsraumwand 6, 7. Dabei kann, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet, eine Mehrzahl von miteinander dampfleitend verbundenen Dampfrückführungsräumen 8, 9 vorgesehen sein, die dann nacheinander vom Dampf oder der Dampfleckage aus dem Arbeitsraum 2, 3 durchströmt werden.On the respective work space 2 . 3 facing away back of the work space wall 6 . 7 each is a vapor return space 8th . 9 arranged. The latter is in the piston housing 1 , in the present case designed in the manner of a circumferential groove introduced, so that working space wall 6 . 7 and piston housing 1 this steam return room 8th . 9 limit together. Are both workrooms 2 . 3 as arranged close to each other here, so the two vapor return spaces 8th . 9 the respective workrooms 2 . 3 be fluidly interconnected, as through the middle bridge between the work spaces 2 . 3 is indicated. Here each of the steam return rooms extends 8th . 9 along the workspace wall 6 . 7 in the direction of the direction of movement of the piston 4 . 5 and thus over part of the circumference of the working space wall 6 . 7 , In this case, as indicated by the dashed lines, a plurality of steam-conductively connected vapor return spaces 8th . 9 be provided, which then successively from the steam or steam leakage from the work space 2 . 3 be flowed through.

Zur Abdichtung der Kolben 4, 5 gegenüber der Arbeitsraumwand 6, 7 sind vorliegend Kolbendichtungen 10, 11 mit zwei Kolbenringen pro Kolben 4, 5 vorgesehen. Natürlich könnten auch weniger oder mehr als die dargestellten Kolbenringe oder eine andere Art der Abdichtung zur Herstellung der Kolbendichtung vorgesehen sein, auch ohne Kolbenringe. Die Kolbendichtungen 10, 11 sollen einen Austritt von Dampf über den Spalt zwischen dem Kolben 4, 5 und der Arbeitsraumwand 6, 7 weitgehend verhindern.For sealing the pistons 4 . 5 opposite the workspace wall 6 . 7 are present piston seals 10 . 11 with two piston rings per piston 4 . 5 intended. Of course, less or more than the illustrated piston rings or other type of seal could be provided for the production of the piston seal, even without piston rings. The piston seals 10 . 11 intended to release steam through the gap between the piston 4 . 5 and the workspace wall 6 . 7 largely prevent.

Der trotz der Kolbendichtungen 10, 11 über den Spalt 13, 14 ausströmende Volumenstrom an (Leckage-)Dampf wird über eine dampfleitende Verbindung in den Dampfrückführungsraum 8, 9 geleitet. Hierzu ist ein Dampfrückführungseinlass 12 vorgesehen, welcher hier unterhalb des unteren Totpunkts UT am Ende der Buchse beziehungsweise der Arbeitsraumwand 6, 7 angeordnet und in das Kolbengehäuse 1 eingebracht ist. Durch den Dampfrückführungseinlass 12 wird die Dampfleckage in den sich daran anschließenden Dampfrückführungsraum 8, 9 geleitet. Die dampfleitende Verbindung erstreckt sich somit von dem Dampfrückführungseinlass 12 zu einer Mündung in den Dampfrückführungsraum 8, 9.The despite the piston seals 10 . 11 over the gap 13 . 14 outflowing volume flow of (leakage) steam is via a vapor-conducting connection in the vapor return chamber 8th . 9 directed. For this purpose, a vapor return inlet 12 provided, which here below the bottom dead center UT at the end of the socket or the working space wall 6 . 7 arranged and in the piston housing 1 is introduced. Through the vapor return inlet 12 the steam leakage is in the adjoining vapor return space 8th . 9 directed. The vapor-conducting connection thus extends from the vapor return inlet 12 to an orifice in the vapor return space 8th . 9 ,

Der Dampfrückführungsraum 8, 9 ist seinerseits an dessen einem, dem Dampfrückführungseinlass 12 abgewandten Ende an einen Dampfabführkanal 15 angeschlossen. Vorliegend ist das den Dampfrückführungsraum 8, 9 abgewandte Ende des Dampfabführkanals 15 im Bereich des unteren Totpunkts UT – hier sogar darunter – angeordnet. Selbstverständlich wäre es denkbar, dass dieses weiter oberhalb, das heißt zwischen oberem und unterem Totpunkt oder sogar. über dem oberen Totpunkt hinaus im Kolbengehäuse 1 angeordnet sein könnte. Dem Dampfabführkanal 15 kann. zur Abscheidung des von dem Dampf getragenen Öls eine entsprechender Ölabscheider nachgeschaltet sein oder in dem Dampfabführkanal 15 integriert sein. Vorliegend ist nur der in Strömungsrichtung des Dampfes oder der Dampfleckage letzte Dampfrückführungsraum unmittelbar an dem Dampfabführkanal 15 angeschlossen.The steam return room 8th . 9 is in turn at one, the vapor return inlet 12 opposite end to a Dampfabführkanal 15 connected. In the present case this is the vapor return space 8th . 9 opposite end of Dampfabführkanals 15 in the area of bottom dead center UT - here even below it. Of course, it would be conceivable that this further above, that is between top and bottom dead center or even. beyond top dead center in the piston housing 1 could be arranged. The steam discharge channel 15 can. for the separation of the oil carried by the steam, a corresponding oil separator or in the Dampfabführkanal 15 be integrated. In the present case, only the last vapor return space in the flow direction of the steam or the steam leakage is directly at the Dampfabführkanal 15 connected.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Kolbengehäusepiston housing
2, 32, 3: Arbeitsraumworking space
4, 54, 5: Kolbenpiston
6, 76, 7: ArbeitsraumwandWorkroom wall
8, 98, 9: DampfrückführungsraumVapor recovery room
10, 1110, 11: Kolbendichtungpiston seal
1212: DampfrückführungseinlassVapor recovery inlet
13, 1413, 14: Spaltgap
1515: DampfabführkanalDampfabführkanal
1616: Kurbelwellecrankshaft
17, 1817, 18: Pleuelstangeconnecting rod
1919: Einlassinlet
2020: Auslassoutlet

Claims

Steam engine 1.1 with at least one of a piston housing ( 1 ) enclosed work space ( 2 . 3 ); 1.2 with one in the workroom ( 2 . 3 ) between a top dead center (TDC) and a bottom dead center (TDC) reciprocating piston (O) 4 . 5 ); where 1.3 is the working space ( 2 . 3 ) over its circumference from one into the piston housing ( 1 ) or formed by this work space wall ( 6 . 7 ) is enclosed; characterized in that 1.4 on a the working space ( 2 . 3 ) facing away from the back of the workspace wall ( 6 . 7 ) a vapor return space ( 8th . 9 ) provided in vapor-conducting connection with the working space ( 2 . 3 ) or another steam-conducting region of the steam engine.

Steam engine according to claim 1, characterized in that the piston ( 4 . 5 ) via a piston seal ( 10 . 11 ) against the working space wall ( 6 . 7 ) is sealed to allow escape of vapor through a gap ( 13 . 14 ) between pistons ( 4 . 5 ) and workspace wall ( 6 . 7 ) except for a possible steam leakage, and the steam-conducting connection from a vapor return inlet ( 12 ), the steam from the working room ( 2 . 3 ) to at least one orifice in the vapor return space ( 8th . 9 ), wherein the vapor return inlet ( 12 ) partly or exclusively by means of the piston seal ( 10 . 11 ) sealed gap ( 13 . 14 ) between pistons ( 4 . 5 ) and workspace wall ( 6 . 7 ) is formed in order to reduce the steam leakage into the vapor return space ( 8th . 9 ).

Steam engine according to claim 1 or 2, characterized in that the vapor return space ( 8th . 9 ) to a Dampfabführkanal ( 15 ) for removing the steam from the vapor return space ( 8th . 9 ) from the piston housing ( 1 ) and is connected to the vapor return chamber ( 8th . 9 ) facing away from the Dampfabführkanals ( 15 ) in the region of the bottom dead center (UT) or in the direction of the top dead center (TDC) above the outside in the piston housing (UT) 1 ) opens.

Steam engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the steam recirculation space ( 8th . 9 ) along the working space wall ( 6 . 7 ) in the direction of the direction of movement of the piston ( 4 . 5 ).

Steam engine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the vapor return space ( 8th . 9 ) than over the circumference of the working space wall ( 6 . 7 ) Closed annulus is executed.

Steam engine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the vapor return space ( 8th . 9 ) only over part of the circumference of the working space wall ( 6 . 7 ) enough.

Steam engine according to one of claims 1 to 6, characterized in that in the direction of movement of the piston ( 4 . 5 ) a plurality of steam-return vapor chambers connected together ( 8th . 9 ) provided successively by steam or vapor leakage from the working space ( 2 . 3 ) are flowed through.

Steam engine according to claim 7, characterized in that only the last in the flow direction of the steam or the steam leakage vapor return space ( 8th . 9 ) directly to the Dampfabführkanal ( 15 ) connected.

Steam engine according to one of claims 1 to 8, characterized in that the working space wall ( 6 . 7 ) by a in the Kolbungsgehäuse ( 1 ) inserted cylindrical bush, the in particular of a different material than the piston housing ( 1 ) is formed.

Steam engine according to one of claims 3 to 9, characterized in that the Dampfabführkanal ( 15 ) An oil separator is arranged downstream.