DE111199C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Erfindung betrifft Dampf- (oder Druckluft-) Maschinen mit Expansion, insbesondere direkt wirkende Maschinen, die mit Ausgleichcylindern ausgestattet sind, d. h. mit Cylindern, deren Kolben unter einem geeigneten Flüssigkeitsdruck stehen und dem Hauptkolben während des ersten Theiles des Hubes entgegenwirken, während des letzten Theiles seines Hubes (während der Expansionsperiode des Hauptcylinders) aber ebenfalls Kraft an die Maschine abgeben, so dafs die Kraftleistung der Maschine während der Füllungsperiode einerseits und der Expansionsperiode andererseits ungefähr gleich grofs ist.

Die Erfindung erstrebt im Besonderen eine Verbesserung an direkt wirkenden Dampfpumpen mit Ausgleichcylindern in der Richtung, dafs die wie gebräuchlich von dem Druck in der Druckleitung der Pumpe abhängige Belastung des Ausgleichkolbens nicht zu einer Störung des Ganges der Maschine bei plötzlichen oder grofsen Druckunterschieden in der Hauptdruckleitung führt, dafs ferner die Ausgleichcylinder ihrerseits keine Druckschwankungen in dem Hauptdruckrohr der Pumpe veranlassen können und auf diese Weise ein sanfter Gang der gesammten Pumpenanlage unter allen Betriebsumständen gesichert wird. Zu diesem Zweck sind zwischen den Ausgleichcylindern und dem Hauptdruckrohr zwei Kolben eingeschaltet, zwischen denen ein elastisches Kissen eingeschlossen ist. Durch diese Anordnung sollen die Schwankungen in dem Hauptdruckrohr vollständig aufgehoben und der Druck in den Ausgleichcylindern von dem im Hauptdruckrohr abhängig gemacht werden, wobei zu gleicher Zeit die Luft in den eingeschalteten Luftvolumen unter verhältnifsmäfsig niedrigem Druck steht und das Eindringen von OeI und Schmutz zu den Ausgleichcylindern verhindert wird.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an einer direkt wirkenden Verbünd - Zwillingsdampfpumpe (System Worthing ton) zur Anschauung gebracht. Fig. 1 ist eine Seitenansicht der Pumpmaschine und Fig. 2 ein Grundrifs derselben. Fig. 3 ist eine Einzeldarstellung in gröfserem Mafsstabe von den Verbindungen zwischen der Hauptdruckleitung und den Ausgleichcylindern.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Zwillingsmaschine zeigt die Hoch- und Niederdruckcylinder A B bezw. A¹ B¹ in Tandemanordnung. Die beiden Pumpencylinder C und C¹ (Fig. 2 und Fig. 1) besitzen ein gemeinsames Hauptsaugrohr D und ein gemeinsames Hauptdruckrohr E, die in bekannter Weise an die Saug- bezw. Druckventilkästen angeschlossen sind. Die Pumpenkolben F und F¹ sind mit ihren durch die Pumpencylinder hindurchreichenden Enden mittels der seitlichen Stangen f und f^l an die Kreuzköpfe g und g^x angeschlossen, die ihrerseits durch die Hauptkolbenstangen Y und· F¹ mit den Hochdruckdampfkolben in Verbindung stehen, während sie an die Niederdruckdampfkolben durch die seitlichen Stangeny und^¹ angeschlossen sind. Mit den Kreuzköpfen sind ferner die Kolben der Ausgleichcylinder G und G¹ verbunden, von denen jede Seite der Maschine zwei besitzt,

wiewohl auch eine gröfsere Anzahl oder nur ein einziger würde benutzt werden können. Die Ausgleichcylinder G und G¹ erhalten die Druckflüssigkeit durch ihre hohlen Schildzapfen von dem Rohrsystem H (Fig. 2) her, das alle vier Ausgleichcylinder versorgt und durch die Leitung I mit dem Accumulator O (Fig. 1 und 2) in Verbindung steht. Die Hochdruckcylinder empfangen ihren Dampf durch die Leitung Z, die Niederdruckcylinder durch die Uebergangsleitung Z¹. Die Verbindung zwischen den Niederdruckcylindern und der Atmosphäre oder dem Condensator vermittelt die Leitung Z².

Die dargestellte Einrichtung zur Versorgung der Ausgleichcylinder mit Druckflüssigkeit mittels des Rohres / zeigt das Hauptdruckrohr E, durch ein Rohr J mit der unteren Kammer k (Fig. 3) eines stehenden Accumulators K verbunden, so dafs der Druck auf das kleinere Ende des Differentialkolbens L wirkt. Das entgegengesetzte Ende dieses Kolbens befindet sich unter Luftdruck in dem Cylinder Ar¹, der durch das Rohr M mit dem Cylinderraum o¹ des Accumulators O in Verbindung sieht. Der Differentialkolben P des letzteren überträgt mit seinem unteren schwächeren Ende, das sich in der Kammer ο befindet, den Druck in das in dieser Kammer verbundene Rohr I und von hier aus auf die Ausgleichkolben G. Das Rohr J sowie das Rohrsystem H und die Ausgleichcylinder G und G¹ sammt der Kammer ο sind mit Wasser, OeI oder einer anderen geeigneten Flüssigkeit gefüllt.

Die Cylinder k^l o¹ der Accumulatoren K O und das Verbindungsrohr M werden durch ein Rohr Q von einem Compressor R her (Fig. 1 und 2) mit Luft versorgt. Ein durch das Rohr V an die Leitung M angeschlossener Windkessel U dient zur Vergröfserung des Luftvorraths ohne Vergröfserung der Cylinder k^l und o¹. Das Rohr J ist mit einem Absperrventil 23 (Fig. 1) ausgestattet. An dem Cylinder k¹ ist ein Rohr 24 in solcher Höhe angebracht, dafs der Kolben L die Mündung desselben freigiebt, bevor er beim Herabsinken auf den Boden des Cylinders auftrifft, damit die Luft durch dieses Rohr schnell entweicht, sobald infolge plötzlichen Sinkens des Druckes im Hauptdruckrohre der Kolben L unter seine normale Stellung herabsinkt. Dieser Kolben trägt noch ein Rohr 25, das durch den Deckel des Cylinders K¹ hindurchreicht und an seinem äufseren Ende mit einem Absperrhahn 26 versehen ist. Dieser Hahn ist während des Betriebes geöffnet. Das Rohr 25 besitzt Oeffnungen 27, die sich aufserhalb des Cylinders befinden, wenn der Kolben in dessen oberem Theile steht, dagegen mit dem Rohr unter den Cylinderdeckel herabsinken, wenn der Kolben sich bis in den unteren Cylindertheil senkt, so dafs dann durch diese Oeffnungen und den offenen Hahn 26 Luft hindurchdringen kann.

Der Kolben L schliefst die nach dem Rohr M führende Oeffnung, bevor er das obere Ende des Cylinders A¹ erreicht, so dafs er durch ein Luftkissen verhindert wird, gegen den Cylinderdeckel zu schlagen. Ein Rohr 25 mit Absperrhahn 29 verbindet das obere Ende des Cylinders k^l mit dem Luftrohr Q, so dafs man aus letzterem Luft in den Cylinder k¹ und über den Kolben L treten lassen kann, wenn der letztere die zur Leitung M führende Oeffnung überdeckt. Ein Absperrventil 30 ist ferner in der Leitung Q., welche zum Compressor führt, angebracht und ebenso sind derartige Ventile 31 und 32 in die Leitung M eingefügt, so zwar, dafs jeder der beiden Accumulatoren K und O einzeln abgesperrt werden kann. Die beiden Aecumulatoren K und O sind im Wesentlichen übereinstimmend gebaut. Um den auf den Kolben P von oben wirkenden Luftdruck theilweise aufzuheben, ist ein Behälter W angeordnet und durch ein Rohr 33 mit dem Cylinder ο¹ des Accumulators O verbunden, so dafs der Druck im Behälter W auch gegen die untere Seite des Scheibenkolbens P wirkt. Ein Rohr 34 mit Absperrventil 35 verbindet das Rohr 33 mit dem oberen Ende des Cylinders ο¹, doch läfst sich die Prefsluftfüllung des Behälters Wselbstverständlich auch anderswoher entnehmen. Für den Fall übermäfsigen Druckes ist mit dem Rohr 34 ein Sicherheitsventil 36 verbunden.

Auf dem Kolben P sitzt wiederum ein Rohr 37 (Fig. 3), welches durch den Deckel des Cylinders hindurchreicht und oben einen Hahn 38 trägt, der gewöhnlich geschlossen ist, während das untere Ende des Rohres dicht über dem Kolben eine oder mehrere Oeffnungen 8 besitzt. Dieses Rohr verrichtet den Dienst eines Zeigers, indem es die Stellung des Kolbens P erkennen läfst, was auch für das Rohr 25 des Kolbens L gilt. Aufserdem gestattet das Rohr 37, durch Oeffnen des Hahnes 38 OeI oder Wasser, das sich auf dem Kolben P etwa ansammelt, auszublasen. Ebenso ist der Luftbehälter W mit einem Ausblaserohr 39 nebst Hahn für OeI oder Wasser ausgestattet, wobei dieses Rohr zugleich zur Verminderung des Druckes in dem Behälter W und zum gänzlichen Abblasen der Luft benutzt werden kann.

Die Accumulatoren-Anordnung wirkt folgendermafsen: Denkt man sich die Maschine in Thätigkeit mit dem gewöhnlichen Druck in dem Hauptdruckrohr F und in dem Luftleitungssystem und fafst man den Augenblick ins Auge, wo die Kolben der beiden Cylinder A und B ihren Hub beginnen, so wird während der· ersten Hälfte des Hubes aus den Ausgleichcylindern G die Flüssigkeit in das Rohrsystem H und von da durch das Rohr /

in die Kammer ο am unteren Ende des Accumulators O hinübergedrückt werden, wo sie auf das schwächere Ende des Kolbens P wirkt und diesen gegen den Luftdruck im Cylinder ο¹ anhebt. Die Drucksteigerung im Luftsystem wird alsdann in dem Cylinder k^ auf den Kolben L und durch dessen verjüngtes Ende auf das Druckwasser in der Kammer k, dem Rohr J und der Hauptdruckleitung E fortgepflanzt werden. Während der zweiten Hubhälfte wird die Wirkung aber eine umgekehrte sein. Der Kolben P wird wiederum durch Vermittelung des Luftsystems durch den von der Hauptdruckleitung der Pumpe ausgehenden Druck gesenkt werden und infolge dessen die Flüssigkeit aus der Kammer ο des Accumulators O in das Rohr / des Rohrsystems H und die Ausgleichcylinder G treiben, wodurch in bekannter Weise die beim Anheben des Kolbens P ausgegebene Kraft zurückerstattet wird.

Es ist ersichtlich, dafs bei dieser Wirkungsweise der Ausgleichcylinder regelmäfsige Druckschwankungen in der Flüssigkeitssäule der Hauptdruckleitung sowie Stöfse in der Maschine und in dem Apparat entstehen mUfslen, wenn der Druck zwischen den Ausgleichcylindern und der Hauptdruckleitung unmittelbar oder durch ein unelastisches Mittel übertragen werden würde, und dafs plötzliche Druckänderungen in dem Haup'tdruckrohr sich auch auf die Ausgleichcylinder der Maschine übertragen und schädliche Störungen in deren Wirkung hervorbringen würden. Das elastische Kissen zwischen den Kolben L und P, wie es durch das Luftsystem dargestellt wird, beugt solchen Schäden vor, da durch dasselbe Druckänderungen nur allmählich übertragen werden, die schnell auf einander folgenden Schwankungen also unschädlich gemacht werden. Zugleich wird durch die beschriebene Einrichtung der Drück in den Ausgleichcylindern der Belastung der Maschine entsprechend geregelt, so dafs die von den Ausgleichcylindern entwickelte Kraft mit der Belastung wächst, wie z. B. beim Anlassen der Maschine, wenn einmal das Hauptdruckrohr ganz oder theilweise entleert worden ist, oder bei Rohrleitungen, wo die Belastung im Wesentlichen durch die Reibung gegeben ist und daher von der Geschwindigkeit der gepumpten Wassersäule abhängt. Wenn einmal das Hauptdruckrohr platzt, so verschwindet sofort der Druck auf die Ausgleichcylinder, da der Druck im Luftsystem von demjenigen in der Hauptdruckleitung abhängt, und die Ausgleichcylinder hören sogleich auf, mehr Kraft zu entwickeln, als zur Ueberwindung der verringerten Belastung der Pumpenkolben erforderlich ist.

Wo der Druck in der Hauptdruckleitung und auch die sonstigen Betriebsumstände gleichmäfsig bleiben, kann man den Compressor R von dem Luftsystem absperren, indem man das Ventil 30 schliefst, sobald nach dem Anlassen der Pumpe der erforderliche Luftdruck hergestellt ist. Der Compressor R wird dann nur noch zeitweise in Betrieb gesetzt, wenn ein Luftverlust sich bemerkbar macht oder wenn der Luftdruck aus irgend einem Grunde verstärkt werden soll. Beim Anlassen der Pumpe indessen und wenn der Druck in der Hauptdruckleitung plötzlichen oder erheblichen Aenderungen unterworfen ist, wird man zweckmäfsig den Compressor beständig laufen lassen.

Die Wirkungsweise des Luftsystems stellt sich folgendermafsen dar. Bei der gezeichneten Lage der Theile würde man annehmen können, dafs der Compressor R ununterbrochen Luft einspeist, so dafs die Luftpressung steigt, während der Druck in dem Hauptdruckrohr der Pumpe, der auf das untere Ende des Differentialkolbens L wirkt, soeben angestiegen ist, wodurch dieser Kolben in seine jetzige Lage emporgehoben wurde. In dieser Lage befinden sich die Oeffhungen 27 des Rohres 25 aufserhalb des Cylinders k\ so dafs ein Ausströmen von Luft aus dem Cylinder k^l durch das Rohr 25 hindurch nicht stattfindet. Durch die beständige Thätigkeit des Compressors R wird der Kolben L wieder heruntergedrückt, vorausgesetzt, dafs der Druck in der Pumpendruckleitung nicht ebenfalls weitersteigt. Wenn dann die dem Druck in der Pumpendruckleitung entsprechende Luftpressung und damit auch die normale Lage des Kolbens L erreicht ist, so verbinden die Oeffnungen 27 den Cylinder k^l mit dem Rohr 25 und es findet ein Luftaustritt aus dem Cylinder k^l statt, so dafs trotz der Thätigkeit des Compressors keine weitere Druckerhöhung im Luftsystem stattfindet, der Kolben L also seine normale Lage beibehält. Sinkt aber der Druck im Pumpendruckrohr, so wird die durch das Uebergewicht des Luftsystems erzeugte Senkung des Kolbens L noch mehr von den Oeffnungen 27 in das Innere des Cylinders k¹ gelangen lassen. Infolge dessen werden gröfsere Luftmengen durch das Rohr 25 entweichen und es wird nach nur geringer Abwärtsbewegung des Kolbens L wieder ein Gleichgewichtszustand eintreten infolge verminderter Pressung im Luftsystem. Platzt das Pumpendruckrohr oder sinkt der Druck in demselben aus einem anderen Grunde plötzlich sehr stark, so dafs der Kolben L eine stärkere Abwärtsbewegung ausführt, so bläst die Luft aus dem Cylinder A:¹ bezw. aus dem ganzen Luftsystem durch das Rohr 24 ab, dessen Oeffnung der Kolben L freigelegt hat. Es wird dann keine zureichende Spannung in dem Luftsystem vorhanden sein, um den Kolben L gegen den Boden des Cylinders k^l zu stofsen, besonders wenn abweichend von der Zeichnung unter-

halb des Scheibenkolbens L ein verhältnifsmä'fsig abgeschlossener Raum vorhanden ist, in dem die Luft der Atmosphäre bei schneller Abwärtsbewegung des Kolbens L eine gewisse Spannung erreicht und dadurch als Buffer wirkt.

Bei dem vorher erläuterten Gleichgewichtszustande bringt eine plötzliche oder starke Druckerhöhung im Pumpendruckrohr den Kolben L zum Steigen, wodurch die Oeffnungen 27 aus dem Cylinder k^l heraussteigen, so dafs die Menge der ausblasenden Luft sich vermindert oder gänzlich aufhört und die gleichmäfsige Thätigkeit des Compressors eine Steigerung der Spannung in dem Luftsystem hervorbringt, die schliefslich den Kolben L wieder in seine normale Lage herunterdrückt. Bei dem vorausgegangenen plötzlichen Ansteigen des Kolbens L hat derselbe die Mündung der Leitung M in dem Cylinder k^l abgeschlossen und wird dadurch ein Luftkissen hergestellt, das ihn verhindert, gegen den Cylinderdeckel zu stofsen. Wenn durch die Rückwirkung dieses Luftkissens der Kolben nicht so weit zurückgeht, dafs die Mündung der Leitung M in ihrem oberen Theile wieder frei wird und dadurch der gesteigerte Druck im Luftsystem sich auch im Cylinder k¹ geltend machen kann, so wird schliefslich durch den stets ein wenig geöffneten Hahn 29 die Luft über den Kolben L treten, bis derselbe völlig unter der gesteigerten Pressung des Luftsystems steht und dadurch in die normale Lage heruntergedrückt wird.

Aus Vorstehendem ergiebt sich, dafs bei ununterbrochen thätigem Compressor eine selbsttätige Regelung der Pressung im Luftsystem stattfindet, sowie dafs auch beim Anlassen der Pumpe und des Compressors der Gleichgewichtszustand sich alsbald herstellt. Zugleich aber ist ersichtlich, dafs bei erreichtem Gleichgewichtszustand und dauernder Gleichförmigkeit der Betriebsumstände der Pumpe der Compressor R durch Schliefsen des Ventiles 30 auch ausgeschaltet werden kann und nur dann wieder in Gang zu setzen und anzuschliefsen ist, wenn das Manometer ein Sinken der Luftpressung anzeigt bezw. das Steigen der Rohre 25 und 37 der Kolben L bezw. P auf eine verminderte Luftspannung schliefsen läfst. Selbstverständlich läfst sich das erläuterte Luftsystem in solchem Falle, wo das continuirliche Einspeisen von Luft durch den Compressor nicht beabsichtigt ist, auch ohne die für das Entweichen der jeweilig eingespeisten Luftmenge "bei normaler Luftspannung vorgesehenen Einrichtungen ausführen.

Die von dem Accumulator entwickelte Kraft läfst sich bequem dadurch einstellen, dafs man den von dem Gefäfs W her auf den Kolben P wirkenden Gegendruck verringert oder erhöht. Dies bietet den Vortheil, dafs ein und dieselbe Accumulatoranordnung für ganz verschiedenen Pumpendruck benutzbar wird. Der verhältnifsmäfsig grofse Rauminhalt des Luftsystems bewirkt wie ein grofses elastisches Kissen die Ausgleichung von Druckschwankungen.

An dem beschriebenen Accumulatorensystem lassen sich selbstverständlich vielerlei Umgestaltungen vornehmen, ohne von dem Grundgedanken der Erfindung, der Anwendung eines zwischen zwei Kolben eingeschlossenen elastischen Kissens, abzuweichen. Es läfst sich auch durch Schliefsen des Ventils 3 1 oder des Ventils 32 der Accumulator K bezw. derjenige O ganz von dem System trennen und alsdann der Accumulator K nur als Luftbuffer für die Pumpendruckleitung benutzen bezw. der Accumulator O mit den Ausgleichcylindern unabhängig von der Pumpendruckleitung machen, wenn dies aus irgend einem Grunde wünschenswerth ist.

Es mag ferner noch erwähnt werden, dafs die Druckübertragung vom Pumpendruckrohr zu den Ausgleichcylindern durchaus nicht an die Verwendung von mehr als einem Accumulator gebunden ist, sondern dafs auch ein einziger Accumulator erdacht werden kann, der den Grundgedanken der Erfindung verkörpert.

Claims (2)

Pate nt-Ansprüche:

1. Eine direkt wirkende Expansionsdampfpumpe mit einem oder mehreren hydraulischen Ausgleichkolben, deren Wirkung während des ersten Theiles des Hubes des Hauptkolbens der Wirkung des letzteren entgegengesetzt, während des letzten Theiles aber ihr gleichgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dafs zwischen den Ausgleichcylindern (G G¹) und der Quelle (J E), aus welcher dieselben ihren hydraulischen Druck erhalten, ein zwischen zwei Kolben (L P), die in getrennten Cylindern (K O) sich bewegen, eingeschlossenes elastisches Kissen (U VM), z. B. ein mit Druckluft oder einer anderen elastischen Flüssigkeit gefüllter Raum, angeordnet ist.

2. Eine Ausführungsform der Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafs die Ausgleichcylinder (G) auf der einen Seite und (G¹) auf der anderen Seite einer direkt wirkenden Zwillingsmaschine unter einander durch ein Rohrsystem (H) und mittels desselben gemeinsam mit dem Cylinder des einen der beiden das elastische Kissen einschliefsenden Kolben in Verbindung stehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.