DE15913C - Neuerungen an Luftkompressionsmaschinen - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

In dieser auf beiliegender Zeichnung dargestellten Maschine erfolgt die Compression der Luft durch gespannten Dampf, und zwar direct in ein und denselben Cylindern, in welchen der Dampf wirkt.

Auf beiliegender Zeichnung bezeichnen Fig. 1 den verticalen Längendurchschnitt, Fig. 2 die Seitenansicht der Maschine. Die Maschine bildet zwei central mit einander verbundene oder aus einem Stück bestehende, im Durchmesser ungleich grofse Cylinder A A₁ und B B₁, die durch Deckel C und D geschlossen und durch das Zwischenstück Έ von einander getrennt sind. In jedem dieser Cylinderräume befindet sich ein dicht Schliefsender Kolben F bezw. G, welche mit einander durch die Kolbenstange H fest verbunden sind. Die letztere dringt, dicht schliefsend, durch das Zwischenstück E und den Cylinderdeckel D nach aufsen.

Die Cylinderräume A₁ und B sind zur Aufnahme des Betriebsdampfes bestimmt, während die Cylinderräume A und B¹ zur Aufnahme der zu comprimirenden Luft dienen, und zwar so, dafs die Expansion des Dampfes, sowie die Compression der Luft nach dem bekannten Woolf'schen System erfolgt. Dieser Zweck wird in folgender Weise erreicht:

Die Cylinderräume A₁ und B sind durch die Kanäle 1 und 2 mit der hohlcylindrischen Vertheilungskammer α und diese wieder durch die Kanäle 3 und 4 mit dem Dampfzuströmrohr b und dem Dampfabströmrohr c in ersichtlicher Weise verbunden.

In der Dampfvertheilungskammer α befindet sich, dicht schliefsend, der Vertheilungsschieber a_x. Derselbe hat zwei concave Aussparungen, durch welche die Dampfkanäle 3 und 2 und gleichzeitig der Kanal 1 mit 4 bei der Bewegung der Kolben vorwärts, und die Kanäle 1 mit 2 bei der Bewegung rückwärts communiciren. In dem Dampfzuströmrohr b befindet sich der Expansionsschieber bi. Derselbe ist bestimmt, den Kanal 3 je nach dem erforderlichen Expansionsgrade zu öffnen und zu schliefsen.

Die Cylinderräume A und B¹ stehen durch die Kanäle 5 und 6 mit einander und dem Luftrohr / in Verbindung. Die Communication dieser Kanäle mit einander wird abwechselnd durch den cylindrischen Hahn e, das Ueberströmventil g und das Druckventil h unterbrochen. Das Ansaugen der atmosphärischen Luft erfolgt durch die Ventile r im Cylinderdeckel C.

Gehen nun die Kolben F und G von links nach rechts vor, so wird Luft durch die Säugventile r in den Cylinderraum A angesaugt und gleichzeitig die im Cylinderraum B¹ befindliche Luft weiter comprimirt und durch das Drückventil h und Druckrohr f in das Reservoir zur Aufnahme der comprimirten Luft gedrängt. Gehen die Kolben F und G zurück, so schliefsen sich die Ventile r, während gleichzeitig der Hahn e durch die Steuerung geöffnet wird, um die im Cylinderraum A befindliche Luft in den Raum B durch das sich öffnende Ueberströmventil g zu drängen und dabei gleichzeitig zu comprimiren.

Damit der Dampf zur Compression der Luft bei jedem Kolben-Hin- und Hergange eine stets nahezu gleichbleibende Arbeit zu verrichten hat, selbst wenn in der Luftrohrleitung f der Luft-

druck stark wechseln sollte, ist folgende Anordnung getroffen:

Concentrisch über dem Druckventil h ist ein oben geschlossener, unterhalb central ausgebohrter Kolben / von etwas kleinerem Querschnitt als die Fläche des Ventils h, in einer oben geschlossenen Büchse m dicht schliefsend auf und ab verschiebbar angebracht. Auf diesen Kolben tritt der gespannte Dampf durch das mit dem Dampfrohr verbundene Rohr η. Der Kolben I steht mittelst dünner Kolbenstange mit dem Hebel ο in ersichtlicher Verbindung. Auf diesem Hebel befindet sich ein Schiebgewicht, um mittelst desselben den Druck auf den Kolben / innerhalb kleiner Grenzen variiren zu können.

Aus dieser Einrichtung erhellt, dafs, sobald der Luftdruck in der Rohrleitung f gröfser ist, als der auf dem Kolben / lastende Druck, dieser Kolben gehoben wird, wodurch das Ventil h sich unabhängig von dem Kolben / frei auf- und abbewegen kann; sobald aber der Luftdruck in der Rohrleitung/ kleiner wird als der Druck auf den Kolben /, stemmt sich der letztere auf das Ventil h, und kann dann dieses sich nur gemeinschaftlich mit dem Kolben / auf- und abbewegen.

Die Kolbenstange H ist an ihrem äufsersteri Ende mit einem Kreuzkopf J verbunden; derselbe wird in zwei parallelen Schlitzen geführt, die sich in den beiden mit dem Cylinder fest verbundenen Gestellwänden K befinden. Auf einer Seite trägt der Kreuzkopf J den Arm J₁, in welchem, wie aus Fig. 2 ersichtlich, die Steuerstange L parallel laufend mit der Cylinderaxe befestigt ist.

Die Stange L hat die Bestimmung, den Vertheilungsschieber ^₁ und Expansionsschieber I₁ entsprechend den Kolbenstellungen zu drehen. Zu diesem Zweck befinden sich an der Stange auf der Innenseite zwei Vorsprünge y und J₁ (s. Fig. 2 und 4) und auf der Aufsenseite ein in einem Längenschlitz der Stange L durch Stellschraube X₁ verschiebbares Stofsstück x. Dieses hat nach entsprechend grofser Dampffüllung den Dampfzuströmkanal 3 zu schliefsen, und zwar durch Anstofs und Drehung des Hebels b₂ , wodurch der mit dem Hebel verbundene Expansionsschieber b^x den Kanal 3 schliefst, so dafs von da ab der Dampf im Cylinder nur durch Expansion arbeitet. Sobald nun beim Rückgang der Hebel b_t wieder frei geworden, wird derselbe durch zwei Blattfedern v, die ein auf der Axe des Hebels b.₂ befestigtes Prisma umspannen, in die ursprüngliche Stellung zurückgeschnellt und dadurch der Kanal 3 geöffnet. Die Ansätze y und y₁ dagegen haben die Bestimmung, nahe an beiden Enden des Kolbenschubes durch Anstofs an den Hebel a_t (der an der durch Stopfbüchse nach aufsen tretenden Axe des Vertheilungsschiebers Ci₁ befestigt ist) diesen in die Stellungen I und II zu bringen. Hierdurch wird abwechselnd das Einströmen des frischen Dampfes in den Cylinderraum B und gleichzeitig das Abströmen des expandirten Dampfes aus dem Cylinderraum A₁ in die Atmosphäre oder einen Condensator und beim Hubwechsel das Ueberströmen des Dampfes aus dem Raum B vermittelt.

Mit der periodischen Bewegung des Vertheilungsschiebers a_x wird vermittelst der Verbindungsstange e_x auch der Lufthahn e auf- und zugedreht. Dieser Hahn e hat den Zweck, bei eventuell mangelhaftem Fungiren des Ventils h das Zurückströmen der comprimirten Luft in den Cylinderraum A zu verhindern.

Um das stets volle Oeffhen des Vertheilungsschiebers zu bewirken und beim Anlassen der Maschine den Schieber entsprechend zu stellen, ist auf der Welle des Vertheilungsschiebers das punktirt dargestellte Schwingegewicht a_s angebracht.

Das erste Einlassen von Dampf bei Inbetriebsetzung der Maschine kann selbstredend auch durch einen kleinen, für diesen Zweck angebrachten Dampfhahn erfolgen.

Zur Sicherurig der Kolben F und G gegen Anschlag an die bezüglichen Cylinderdeckel ist in jedem der letzteren ein concentrischer Ring u und U₁ so angebracht, dafs die Kanten derselben einige Centimeter weit in die bezüglichen Cylinderräume hervorragen und sich durch starken Druck ebenso tief in genau schliefsende, concentrische Nuthen zurückschieben lassen. Den Widerstand gegen die bezüglichen Kolben bieten diese Ringe einerseits durch die hinter ihnen eingelegten starken Federn, andererseits durch das bei Anschlag der Kolben auf den Rand der Ringe eingeschlossene Luftvolumen.

Zur Regulirung der Kolbengeschwindigkeit ist in dem Dampfkanal ein von aufsen verstellbarer cylindrischer Hahn w (Regulirhahn) angebracht, wodurch das Zu- und Abströmen des Dampfes und damit der Gang der Maschine regulirt werden kann.

Endlich ist zur Ersparung von Dampf, sowie Erreichung weitgehender Expansion desselben ein eigenartiger Mechanismus, den ich »Kraftausgleichapparat« nenne, angebracht.

Die Construction desselben ist folgende:

Zwei ganz gleiche, nach einer Seite offene und mit hohlen, diametral gegenüberstehenden Zapfen versehene Cylinder N und N₁ sind so zwischen den Gestell wänden K einander gegenüber gelagert, dafs ihre geometrischen Axen in der verticalen Ebene der Axe des Dampfluftcylinders A B schwingen. In diesen Cylindern befinden sich je ein dichtschliefsender Kolben O und O₁, deren nach innen vorragende Enden durch starke Zapfen mit dem Kreuzkopf J ersichtlich verbunden sind, und zwar in solchen Stellungen zu einander, dafs die Kolben F

und G sich in der Mitte ihres Hubes befinden, wenn die Cylinderaxen der Cylinder NN¹ rechtwinklig zur Kolbenstange Ή stehen.

Durch diese Einrichtung wird erreicht, dafs die Cylinder N N₁ bei dem Hin- und Hergange der Dampfkolben F und G in die äufsersten Lagen ζ und Z₁ um ihre bezw. Axen gedreht werden und die Kolben O und O₁ von ihren äufsersten Stellungen bei ζ und Z₁ bis in ihre tiefste Stellung dann gelangen, wenn die Dampfkolben F Ujnd G den Weg von einem Ende ihres Hubes bis zur Mitte desselben durchlaufen haben.

Wenn nun in den Cylindern N ein entsprechend hoher Druck hinter den Kolben O unterhalten wird, so wird annähernd der Ueberschufs von mechanischer Arbeit in der ersten Hälfte des Dampfkolbenschubes von den Kolben O durch Zurückdrängen derselben aufgenommen und in der zweiten Hälfte des Schubes wieder ausgegeben, wodurch die ungleiche Kraft und Widerstandswirkung des expandirenden Dampfes und der zu comprimirenden Luft im Cylinder A B nahezu ausgeglichen werden kann.

Der constante Druck in den Cylindern wird auf folgende Weise erreicht:

Die hohlcylindrischen Kanäle in den Zapfen der Cylinder N und N₁ communiciren einerseits durch je einen Kanal mit den Cylinderräumen hinter den Kolben O und O₁, andererseits mit den Rohrleitungen p p_u deren Enden dicht schliefsend (jedoch feststehend) in die hohlcylindrischen Bohrungen der Zapfen treten, wie dies in Fig. 3 ersichtlich ist. Die Röhren p p_Y münden in das gemeinschaftliche Rohr /₂> welches wiederum durch weitere Rohrverbindung^ mit einem geschlossenen Behälter in Communication steht. In d'esem Behälter wird ein entsprechend hoher constanter Druck durch Dampf, comprimirte Luft, Wasser oder andere Flüssigkeiten unterhalten. Dieser Druck setzt sich mittelst des Luft- oder Flüssigkeitsmediums auf die Kolben O und O₁ fort.

Zur Regulirung der zu- und zurückströmenden Druckflüssigkeit ist in dem Rohrstück p₃ ein Schraubventil q in ersichtlicher Weise angebracht. Mit diesem schlank kegelförmigen Ventil kann die Rohrmündung des Rohres p₂ beliebig verengt werden, wodurch das Zu- und Abströmen der die Kolben O und O₁ bewegenden Druckflüssigkeit langsamer oder rascher erfolgt und die Geschwindigkeit der Maschine in Bezug auf Anzahl der Kolbenhübe in gegebener Zeit regulirt werden kann.

Die in vorstehendem beschriebene Maschine ist horizontal gelagert, kann selbstredend auch ohne wesentliche Aenderung ihrer Construction vertical angeordnet werden. Ebenso kann auch für kleinere Maschinen dieser Art der vorstehend beschriebene Kräftausgleichapparat sowie der Expansionsschieber b_L fortgelassen werden, wenn es auf möglichste Dampfersparnifs weniger ankommt. Ein derartiger einfacher Luftcompressor ist in Fig. 6 in Ansicht und theilweisem Durchschnitt, in Fig. 7 in theilweisem Durchschnitt dargestellt.

Der Luftcompressor hat dieselbe innere Anordnung, wie die vorstehend beschriebene Maschine, nur fehlen hier der beschriebene Kraftausgleichapparat, der Expansionsschieber, sowie die durchgehende Kolbenstange mit Kreuzkopf und Steuerstange; dagegen ist hier zur Bewegung des Dampfvertheilungsschiebers a, sowie des Luftabsperrhahnes e der in folgendem dargestellte Steuermechanismus angebracht.

Die vorragenden Hebelarme a₃ und e₃ des Dampfvertheilungsschiebers und Lufthahnes sind mit den Zugstangen a_z und e₃ und diese mit der Schubstange s mittelst Scharniere und Bolzen verbunden. Die Schubstange s ist mit den beiden Plungerkolben t und Z₁ in starre Verbindung gebracht. Diese Kolben treten dicht schliefsend in die Cylinderräume A und A₁, und zwar so weit, dafs abwechselnd durch directes Anstofsen des Kolbens F die Dampf- und Steuerhähne α und e in die richtigen Stellungen I und II gedreht werden.

Die Geschwindigkeitsregulirung der Kolben geschieht bei dieser Anordnung nur durch entsprechende Umstellung des bereits beschriebenen Regulirungshahnes w.

Falls zur Erhöhung der Kraftwirkung des Betriebdampfes des nach Fig. 1, 2 und 3 beschriebenen Kraftausgleichapparates N O event, ein Condensator mit dieser Maschinenanordnung verbunden werden soll, so kann dies geschehen, wenn für diesen Fall die Kolbenstange durch einen der Cylinderdeckel nach aufsen tritt und mit derselben direct oder vermittelst Hebelverbindung der Kraftausgleichapparat, sowie der Kolben der Condensationsluftpumpe in bekannter Weise verbunden wird.

Claims (2)

1. Patent-AnSprüche:

   ι . Die dargestellte und beschriebene Luftcompressionsmaschine in ihrer ganzen Zusammensetzung, bei welcher in ein und denselben Cylindern die Luftcompression und Dampfwirkung nach dem bekannten WooIfschen System mit oder ohne Anwendung des beschriebenen Kraftausgleichapparates N N₁ O O₁ erfolgt.
2. 2. An dieser Luftcompressionsmaschine:

   a) Die dargestellte und beschriebene Anordnung der Steuerung des Dampfvertheilungs- und Expansionsschiebers, insbesondere die Anordnung der beiden Blattfedern υ zum Oeffnen des Expansionsschiebers.

   b) Die Anordnung des cylindrischen Hahnes w (Geschwindigkeitsregulator), um die Geschwindigkeit der Dampfströmung und damit die der Maschine zu reguliren.

   c) Die Anordnung des Lufthahnes e, um das Zurückströmen der comprimirtenLuft in den Cylinderraum A zu verhindern.

   d) Die dargestellte und beschriebene Vorrichtung zur Erhaltung eines annähernd constanten Druckes zum Heben des Luftdruckventiles h, indem der über dem Ventil h angebrachte Plungerkolben so belastet ist, dafs er bei normaler Luftspannung im Druckrohr / hochgeschoben, dagegen bei eventuell verminderter Luftspannung sich so auf das Ventil h stützt, dafs zum Heben des letzteren ein der normalen Luftspannung im Druckrohr y entsprechender, stets nahezu gleicher Druck erforderlich ist.

   e) Die dargestellte und beschriebene Anordnung der in den Cylinderdeckeln angebrachten Stofsringe u und U₁, um den Anschlag der Kolben an den Cylinderdeckel zu verhindern.

   f) Der dargestellte und beschriebene Kraftausgleichapparat NN₁ O O₁ zur Ausgleichung der ungleichen Kraftwirkurig des expandirenden Dampfes, der expandirenden oder zu comprimirenden Luft oder Gase in Dampf-, Luft- oder Gasmaschinen überhaupt, sowie in Anwendung auf die vorbeschriebene Luftcompressionsmaschine im besonderen.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.