DE1020644B

DE1020644B - Power control for piston engines with expanding working fluid

Info

Publication number: DE1020644B
Application number: DEH24147A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Hagans; Friedrich Stuercke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1955-06-13
Filing date: 1955-06-13
Publication date: 1957-12-12

Description

Leistungsregelung für Kolbenkraftmaschinen mit expandierendem Arbeitsmittel Die Erfindung betrifft eine Leistungsregelung für Kolbenkraftmaschinen mit expandierendem Arbeitsmittel, bei denen die Öffnungszeit des Steuerorgans, bezogen auf den Kurbelwinkel, konstant bleibt, insbesondere für Kolbendampfmaschinen, und bezweckt eine Vereinfachung des Steuerungsaufwandes vor allem der periodisch bewegten, Teile.Power control for piston engines with expanding work equipment The invention relates to a power control for piston engines with expanding Work equipment in which the opening time of the control unit, based on the crank angle, remains constant, especially for piston steam engines, and aims to simplify the control effort, especially the periodically moving parts.

Es sind Regelungsvorrichtungen an Dampfmaschinen bekanntgeworden., die eine Verstellvorrichtung des Abdampfdruckreglers mit einer Verstellvorrichtung des Frischdampfdruckregelventils so, miteinander verketten, daß zur Vermeidung von Überdrücken vor dem Kolben die, eine Vorrichtung bei Verstellung der anderen im Sinne der Einhaltung eines zulässigen Druckunterschiedes wirkt, wobei die Regeleinrichtungen zwangläufig miteinander verbunden sind.Control devices on steam engines have become known., the one adjusting device of the exhaust pressure regulator with an adjusting device of the main steam pressure control valve so interlinked that to avoid Overpressure in front of the piston, a device when adjusting the other in In the sense of maintaining a permissible pressure difference, the control devices are inevitably linked.

Es ist weiterhin, eine Regeleinrichtung bekannt, die vor allem bei doppelt wirkenden Kolbendampfmaschinen vor den auf stets gleichbleibende Öffnungszeiten. eingestellten Ventilen, in, den zu diesen führenden Dampfeintrittleitungeu Drosselvorrichtungen anordnet, die von einem Impulsgelber in Abhängigkeit von. einer beliebigen Betriebsgröße, zu- oder abgeschaltet werden können.It is also known a control device that is mainly used in double-acting piston steam engines in front of the constant opening times. adjusted valves, in, the steam inlet ducts leading to these throttling devices arranges that of a pulse yellow depending on. of any company size, can be switched on or off.

Beide bekannten Anordnungen benötigen trotz allem noch die üblichen Steuerungsorgane in vollem Umfange und. wirken außerdem noch wie eineDrosselregelung, die bekanntlich unerwünschte thermodynamische Verlusto bedingt.Despite everything, both known arrangements still require the usual ones Steering organs in full and. also act like a throttle control, which is known to cause undesirable thermodynamic loss.

Zweck der Erfindung,ist einerseits die Vermeidung teurer Steuerungsorgane an der Maschine, vor allem von solchen, die periodisch mitbewegt und -beschleunigt werden müssen, andererseits ein wirtschaftlicher Betrieb auch bei kleinsten Füllungen. Damit soll der- Regelbereich weiter erhöht werden, ohne daß eine nennenswerte Zunahme der Drosselverluste eintritt.The purpose of the invention is, on the one hand, to avoid expensive control organs on the machine, especially those that are periodically moved and accelerated must be, on the other hand, an economical operation even with the smallest fillings. This is intended to further increase the control range without a noticeable increase the throttling loss occurs.

Die vorgeschlagene Leistungsregelung arbeitet mit konstanter Öffnungszeit des Steuerorgans, bezogen auf den Kurbelwinkel, und zwar so, daß mittels eines einstellbaren., den Gegendruck des Arbeitsmittels nach Expansion verändernden Drosselorgans und einer mit diesem verbundenen, die Voreinströmung in dem Arbeitszylinder beeinflussenden Steuerwelle G--gendruck und Voreinströmung derart än.derb-a,r sind, daß der Kompress;ionsenddruck etwa gleich ist dein Druck des Arb-.itsmittels hei Füllungsbeginn; wobei mit steigendem Gegendruck die. Voreinströmung in an sich bekannter Weise! durch Verstellung der Steuerwelle vergrößerbar ist. Zu diesem Zweck wird zur Leistungsverminderung die- Voreinströmung vorverlegt, während gleichzeitig ein künstlicher Gegendruck hinter dem Auslaßorgan geschaffen wird. Dies gcschieht, indem die Antriebswelle der Steuerung gegenüber der Kurbelwelle in an sich bekannter Weise z. B. durch ein längs verschiebliches Schrägzahnrad relativ während der Umdrehung verdreht oder übeir ein beispielsweise verstellbares Kettentrum angetrieb--,n, wird. Hinter dem Auslaßorgan, z. B. dem Auslaßventil, wird ein Gegendruckventil angeordnet, das von Hand oder mechanisch bewegt werden. kann und unter dem Regelimpuls, etwa. der Leistungsabnahme, steht. Dieses Gegemdruckventil hat einen konstanten Minimaldurchlaß, der dem Leerlaufdampfverbrauch entspricht, und öffnet einen Querschnitt bis zur Maximalleistung der Maschine. Der Druck hinter diesem Ventil kann ein beliebiger Netzdruck sein, der geringer ist als der höchste Gegendruck, den das Ventil für die Maschine erzeugt. Wird nämlich aus Gründen. geringerer Leistungsabnahme das Gegend.ruckventil geschlossen, so setzt die Kompression im Zylinder auf einer höheren Drucklinie an, und bei den sonst gleichgeblichenen Steuerungs- und Maschinen,-daten. würde jetzt die- Endkompression, also der Druck im oberen Totpunkt, weit den Frischdampfdruck übersteigen, vorausgesetzt, daß die Maschine nicht bereits zum Stillstand gekommen ist, weil die Kompressionsschleife größer wird als die NTutzarbeit. Durch die Erfindung wird der beschriebene Umstand vermieden, dadurch., daß die Voreinströmung bereits öffnet, wenn der Kompressionsdruck den Frischdampfdruck etwa erreicht hat. Der Restdampf im Zylinder wird dann in das Frischdampfrohr ausgeschoben, wobei keine nennenswerte Erhöhung des Druckes wegen des gege;nüb°r dem Zylindervolumen erheblich größeren Rohr- bzw. Kesselinhaltes eintritt. Lediglich die Strömungswiderstände im Einlaßorgan treten verlustseitig in Erscheinung wie bei der Füllungsregelung auch. Wenli von der Maschine mehr Leistung verlangt wird, muß das Gegendruckventilweiter geöffnet werden, wobei der Druck hinter dem Auslaßorgan. sinkt. Gleichzeitig- wird die Voreinströmung zurückgenommen, weil sonst der umgekehrte Fall eintritt, daß die Kompressionsendspannung niedriger liegt als der Frischdampfdruck.The proposed capacity control works with a constant opening time of the control member, based on the crank angle, in such a way that by means of an adjustable., the back pressure of the working fluid after expansion changing throttle member and one connected to this, influencing the pre-inflow in the working cylinder Control shaft G - back pressure and pre-inflow so change derb-a, r that the final compression pressure The pressure of the working medium at the beginning of the filling is roughly the same; with increasing Back pressure the. Pre-inflow in a manner known per se! by adjusting the Control shaft can be enlarged. For this purpose, to reduce performance, the Pre-inflow moved forward, while at the same time an artificial back pressure behind the outlet organ is created. This is done by the drive shaft of the controller compared to the crankshaft in a known manner, for. B. by a longitudinally movable Helical gear rotated relatively during the revolution or over a for example adjustable chain strand driven -, n, is. Behind the outlet member, e.g. B. the Outlet valve, a back pressure valve is placed, manually or mechanically be moved. can and under the control pulse, about. the decrease in performance. This counter pressure valve has a constant minimum passage, which corresponds to the idle steam consumption corresponds, and opens a cross-section up to the maximum power of the machine. Of the The pressure behind this valve can be any network pressure that is lower than the highest back pressure that the valve creates for the machine. Namely will for reasons. less power decrease, the counter-pressure valve is closed, so sets the compression in the cylinder on a higher pressure line, and with the otherwise identical Control and machine data. would now the final compression, so the pressure at top dead center, far exceed the live steam pressure, provided that the Machine has not already stalled because of the compression loop becomes greater than the NTutzarbeit. The fact described is achieved by the invention avoided by. That the pre-inflow already opens when the compression pressure has approximately reached the live steam pressure. The residual steam in the cylinder is then transferred to the Main steam pipe pushed out, with no significant increase in pressure because of the considerably larger tube or boiler capacity compared to the cylinder volume entry. Only the flow resistances in the inlet organ occur on the loss side in appearance as with the filling control. Wenli from the Machine is required, the back pressure valve must be opened further, the pressure behind the outlet member. sinks. Simultaneously, the pre-inflow becomes withdrawn, because otherwise the reverse occurs that the compression end tension is lower than the live steam pressure.

Zweckmäßig werden beide Vorgänge miteinander gekoppelt. Die, Kopplung der Steuerwedlenverstellung und die Erhöhung des Gegendruckes, z. B. durch ein federbelastetes Ventil, kann zweckmäßig durch den Kompressionsenddruck des Restdampfes im Zylinder erfolgen. Ist das Drosselorgan zu weit geschlossen, so würde die Kompression im oberen Totpunkt zu groß sein. Durch ein Überdruckventil, das auf den zulässigen Kompressionsenddruck eingestellt wird, kann der Dampfdruck die Steuerung des Drosselventils unmittelbar oder über Servowirkung vornehmen.The two processes are expediently coupled with one another. The, coupling the control shaft adjustment and increasing the counter pressure, e.g. B. by a spring-loaded Valve, can expediently by the compression end pressure of the residual steam in the cylinder take place. If the throttle body is closed too far, the compression would be in the top dead center be too big. Through a pressure relief valve that is set to the permissible The final compression pressure is set, the vapor pressure can control the throttle valve to be carried out directly or via servo action.

Zur Abschätzung der Diagrammverluste und der Wirkungsweise: sind die Diagramme der neuen Regelung mit denen der üblichen Füllungsregelung verglichen.To estimate the diagram losses and the mode of operation: are the Diagrams of the new regulation compared with those of the usual filling regulation.

Abb.1 zeigt das Diagramm einer Gleichstromdampfmaschine der bisherigem Art für volle. Leistung mit dein Eintrittsdruck p, Gegendruck p, Füllungsende 1, Beginn der Vorausströmung 2, Kompressionsbeginn 3, Kompressionsende 6 und gestrichelt für Teilleistung.Fig.1 shows the diagram of a direct current steam engine of the previous one Kind for full. Power with your inlet pressure p, back pressure p, filling end 1, Start of pre-flow 2, start of compression 3, end of compression 6 and dashed lines for partial performance.

Abb. 2 enthält die gleichen Diagramme für die erfindungsgemäße Regelung. Die Diagramme für volle Leistung sind identisch. Die Teilleistungen sind gleich groß angenommen, also sind die Diagrammflächen FlF,. In Abb. 2 ist Punkt 1 der Abschluß der Dämpfeinströmung, und der Dampf expandiert unter Arbeitsleistung polt' trog zum Punkt 2. In Punkt 2 werden die Auslaßschlitze freigegeben. Durch den infolge Drosselung hinter der Maschine erzeugten künstlichen Gegendruck sinkt der Druck bis zum Punkt 3' ab mit dem Gegendruclz p1. Der Restdampf wird poly-_ trog im Zylinder von Punkt 3' bis Punkt 4 verdichtet. In diesem Punkt wird die Voreinströmung bereits geöffnet, so, daß der verdichtete. Dampf in die Zuleitung gedrückt wird. Würde dies nicht geschehen, so tritt wie bisher eine unerwünschte Kompression über Punkt 4 hinaus bis Punkt 7 ein. Die, Maschine muß bis zum oberen Totpunkt bei Öffnung des Einlasses bei Punkt 6 die Leistung F3 aufbringen, wenn nicht das Zylinderüherdruckven.til anspricht.Fig. 2 contains the same diagrams for the regulation according to the invention. The graphs for full power are identical. The partial services are the same Assumed large, so the diagram areas are FlF ,. In Fig. 2, point 1 is the closure the influx of the steam, and the steam expands while performing work polt 'trough to point 2. In point 2 the outlet slots are released. By the result Throttling behind the machine generated artificial back pressure decreases the pressure up to point 3 'with the counter pressure p1. The remaining steam becomes poly-trough in the cylinder from point 3 'to point 4 condensed. At this point the pre-inflow is already opened so that the condensed. Steam is pressed into the supply line. Would this does not happen, as before, undesired compression occurs above point 4 up to point 7. The machine must go to top dead center when opening the Inlet at point 6 apply the power F3, if not the cylinder pressure valve appeals to.

AbÜ. 3 zeigt die: Wirkung der neuen Regelung, nach der in. Punkt 4 die Voreinströmung öffnet, was durch die gestrichelte Linie! angedeutet ist. Die Einlaßverhältnisse sind nochmals vergrößert neben dem Dia-=ramm dargestellt. Der Einlaßdruck ist p, die: wirksame- Fül,lung4-1 mit der entsprechend vorverlegten Einströmung von 6 nach 4. Der künstliche Gegendruck ist p1, der Druck in der Abdampfleitung ist po, 3.lso der Druck hinter dem Ventil. Der Druck am Expansionsende ist pQ.AbÜ. 3 shows the: Effect of the new regulation, according to the point 4 the pre-inflow opens what is indicated by the dashed line! is indicated. the Inlet conditions are shown enlarged next to the diagram. Of the Inlet pressure is p, the: effective filling, lung4-1 with the correspondingly advanced Inflow from 6 to 4. The artificial back pressure is p1, the pressure in the exhaust line is po, 3.lso the pressure behind the valve. The pressure at the end of expansion is pQ.

An Verlusten des Diagramms entstehen die durch die Strömungswiderstände in den Einlaßkanülen auftretenden Arbeiten, die durch die- kleine Fläche aus 1-5-6 erfaßt werden. Eine Ausführungsform zur selbsttätigen Regelung des Gegendruckes zeigt Abb. -1. Der Zylinder i arbeitet mit Gleichstromauslaß durch den Kolben 3 nach dem Rohr 8 auf das unter Federbelastung stehende Drosselventil 6, das mit einem Kolben 5 verbunden ist. Die Betätigung des Drosselventils erfolgt durch die vom Überdruckventil 2 über die Leitung 4 abgegebenen Dampfstöße, wobei der Raum vor dem Kolben 5 als Sammler dient. Die Regelung erfolgt in diesem Fall, von der Steuerwelle aus, indem diese zwecks Leistungsverminderung auf größere Vorein.strömung verlegt wird, was z. B. durch Handbetätigung mittels an sich bekannter Hebelübertragung erfolgt. Durch die Vorverlegung sinkt der Druck in 8, sa daß das Drosselventil 6 unter Wirkung der Feder 7 mehr schließt, da über die Drosselbohrung in Kolben 5 der Dampf vor dem Kolben 5 entwichen ist. Wird das Drosselventil 6 zu weit geschlossen, so erhöht sich bei gleicher Stellung der Steuerwelle der Zylinderenddruck, und das Überdruckventil 2 beginnt wieder über die Leitung 4 auf den Kolben 5 einzuwirken.The losses in the diagram are caused by the flow resistances Work occurring in the inlet cannulas, which is caused by the small area of 1-5-6 can be detected. An embodiment for the automatic control of the back pressure Fig. -1 shows. The cylinder i operates with a direct current outlet through the piston 3 after the pipe 8 on the spring-loaded throttle valve 6, which with a Piston 5 is connected. The throttle valve is actuated by the from Pressure relief valve 2 via line 4 emitted bursts of steam, the space in front the piston 5 serves as a collector. In this case, the control is carried out by the control shaft by relocating it to a larger pre-inflow in order to reduce performance becomes what z. B. by manual operation by means of known lever transmission he follows. As a result of the forward movement, the pressure in 8 decreases, so that the throttle valve 6 closes more under the action of the spring 7, since via the throttle bore in piston 5 the steam has escaped in front of the piston 5. If the throttle valve 6 is closed too far, so the cylinder end pressure increases with the same position of the control shaft, and that Pressure relief valve 2 begins to act on piston 5 again via line 4.

Abb. 5 zeigt eine ähnliche Anordnung, wobei jedoch mittels Servowirkung unter Vermeidung des Überdruckventils 2 unmittelbar ein. Ölkolben .9 beeinflußt wird, der den Kolben 5" über die. Leitung 4 betätigt. Die Wirkungsweise ist im übrigen die gleiche.Fig. 5 shows a similar arrangement, but by means of servo action while avoiding the pressure relief valve 2 immediately. Oil piston .9 affected which actuates the piston 5 ″ via the line 4. The mode of operation is otherwise the same.

Claims

PATENT CLAIMS. 1. Power control for piston engines with expanding work equipment, in which the opening time of the control organ. based on the Kurb ° l-, vinl-zel, remains constant, especially for steam baths, thereby marked. by means of an adjustable counter pressure of the working medium after expansion changing throttle member (6) and one connected to this. the pre-flow into the working cylinder influencing control shaft back pressure and pre-inflow can be changed in such a way that the final compression pressure is approximately equal is the pressure of the working medium at the start of filling., with increasing counter pressure the pre-inflow in a manner known per se by adjusting the control shaft can be enlarged.

2. Power control according to claim 1, characterized in that there, ß the rotation of the control shaft and the actuation of the throttle element inevitably are coupled.

3. Power control according to claim 1, characterized by: Ichnet that the control shaft can be rotated directly, while the Dro@sse.lorgan can be readjusted indirectly by means of the Konipressionsenddrucks as a pulse generator. -1. Power regulation according to Claim 1, characterized in that the throttle element can be regulated directly, while the control shaft adjustment can be readjusted indirectly by means of the final compression pressure as a pulse generator. Publications considered: German Patent Specifications N o. 705 683, 390 851.