DE3513392A1

DE3513392A1 - Rotary slide valve for the power output control of an expansion engine

Info

Publication number: DE3513392A1
Application number: DE19853513392
Authority: DE
Inventors: Hans Dr.-Ing. DDR 8027 Dresden Horn
Original assignee: Ilka Luft & Kaeltetechnik
Current assignee: Ilka Luft & Kaeltetechnik
Priority date: 1984-05-08
Filing date: 1985-04-15
Publication date: 1985-11-14
Also published as: DD225744A1

Abstract

The invention has applications in the control and adjustment of steam and expansion engines. The aim of the invention is to create a device for the automatic adjustment and control of the power output of a steam or expansion engine without expensive design modifications and additional energy costs. In accordance with this object of employing a rotary slide valve control in order to adjust the power output of the expansion engine, this is achieved in that the rotary slide valve arranged on the cylinder head and its housing have recesses, which have at least one or more bevelled edges. When the rotary slide valve is displaced in an axial direction the bevelled edges of the, for example, trapezoidal recesses advance or retard the end of filling E as a function of the required engine power. All other control times remain constant variables, whilst the "end of filling" E as a variable control time is a function of the axial displacement of the rotary slide valve.

Description

Drehschieber zur Leistungsregelung einer ExpansionsmaschineRotary valve for regulating the output of an expansion machine

Die Erfindung betrifft den Einsatz bzw. die Anwendung eines Drehschiebers zur Leistungsregelung einer Dampf- bzw. Expansionsmaschine·The invention relates to the use or application of a rotary valve for regulating the output of a steam or steam generator. Expansion machine

Aus der Patentliteratur des vorigen Jahrhunderts ist eine Vielzahl von Patenten über die Steuerung von Dampfmaschinen bekannt.From the patent literature of the last century there is one Numerous patents are known about the control of steam engines.

Drehschiebersteuerungen sind vielfach vorgeschlagen worden. Sie haben sich aber in der Praxis nicht durchsetzen können, da die hohen Temperaturen, wie sie bei Dampfmaschinen und Verbrennungsmotoren auftreten, Verklemmungen verursachen. Es ergaben sich Schmier- und Fertigungsprobleme.Rotary valve controls have been proposed many times. But you have not been able to assert yourself in practice, because the high temperatures, as they occur in steam engines and internal combustion engines, cause deadlocks. There were lubrication and manufacturing problems.

In der BRD PS 31 15 910 wird eine Einlaß-Auslaß-Steuerung für Brennkraftmaschinen mit Steuerschieber beschrieben, bei der die Offen- und Schließzeiten von Einlaß und Auslaß durch Zusatzantriebe erfolgt.In the FRG PS 31 15 910 an inlet-outlet control for internal combustion engines with control slide described in which the opening and closing times of the inlet and outlet takes place through additional drives.

Durch einen kurbelwellenabhängigen Antrieb sind die Steuerschieber in ihrer Längsachse bewegbar und die Einlaß- und Auslaßöffnungen als schräg liegende Fenster mittels der Zusatzantriebe verdrehbar.The control spools are driven by a crankshaft-dependent drive movable in its longitudinal axis and the inlet and outlet openings as inclined windows by means of the additional drives rotatable.

In der BRD OS 32 16 778 wird ein IValzendrehschieber vorgeschlagen, der über ein Sperrgetriebe, z. B. Malteserkreuz angetrieben wird und durch die dadurch entstehenden ruckartigen Drehbewegungen die Strömungskanäle freigibt und somit in der Phase des größten Radialdruckes stillsteht.In the FRG OS 32 16 778 an IV roller rotary valve is proposed, the via a locking gear, z. B. Maltese cross is driven and by the resulting jerky Rotational movements that release the flow channels and thus stand still in the phase of the greatest radial pressure.

SAD ORIGINALSAD ORIGINAL

Die BRD PS 28 22 651 beschreibt eine Drehschiebersteuerung, die als zylindrische Hülse über dem feststehenden Zylinder angeordnet und um diesen achsengleich drehbar gelagert ist.The FRG PS 28 22 651 describes a rotary valve control, which is arranged as a cylindrical sleeve over the stationary cylinder and is mounted rotatably about the same axis.

Die DDR PS 150 781 beinhaltet eine Steuerschiebereinrichtung für Rotationskolbenmaschinen, die sich mit der Führung des Schiebers befaßt, während die DDR PS 150 732 einen einfachen kostensparend herstellbaren kompakten Aufbau der Steuerschiebereinrichtung beinhaltet.The DDR PS 150 781 contains a control slide device for rotary piston machines, which deals with guiding the slide, while the GDR PS 150 732 includes a simple, cost-saving, compact design of the control slide device.

Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer Vorrichtung zur selbsttätigen Steuerung und Regelung der Leistung einer Expansionsmaschine ohne aufwendige konstruktive Veränderungen und zusätzlichen Energieaufwand.The aim of the invention is to create a device for the automatic control and regulation of the Performance of an expansion machine without complex structural changes and additional energy expenditure.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehschiebersteuerung zur Leistungsregelung einer einfach bzw. doppelt wirkenden Kältemittel-Dampfmaschine bzw. Expansionsmaschine heranzuziehen.The invention is based on the object of a rotary valve control for power control of a single or double-acting refrigerant steam engine or expansion machine to use.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der am Zylinderkopf angeordnete Drehschieber die Arbeitsleistung der Expansionsmaschine in Abhängigkeit von der geforderten Drehzahl bzw. von den geforderten Prozeßdaten steuert.According to the invention the object is achieved in that the rotary slide valve arranged on the cylinder head does the work of the expansion machine depending on the required speed or on the required process data controls.

Diese Drehschiebersteuerung wird von der Kurbelwelle des Verdichters aus angetrieben und ist parallel zur Kolbenachse bei doppelt wirkenden oder parallel zur Kurbelwelle bei einfach wirkenden Expansionsmaschinen angeordnet. Am Drehschieber sowie am -gehäuse sind Ausnehmungen mit mindestens einer oder mehreren schrägen Kanten angeordnet. Während die geraden Kanten der beispielsweise trapezförmigen Ausnehmungen die Steuerphase VE "Voreinströmung" bestimmen, regulieren die schrägen Steuerkanten dasThis rotary valve control is driven by the crankshaft of the compressor and is parallel to the piston axis for double-acting or parallel to the crankshaft for single-acting expansion machines. Recesses with at least one or more inclined edges are arranged on the rotary valve and on the housing. While the straight edges of the, for example, trapezoidal recesses, the control phase VE "pre-inflow" determine, the inclined control edges regulate this

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"Füllungsende" Ξ. Die Steuerzeiten VA "Vorausströmung" und C "Kompressionsbeginn" werden durch weitere Durchbrüche am Drehschieber festgelegt und bleiben wie die Steuerzeit VE konstante Größen. Die Steuerphase E "Füllungsende" wird durch Verschiebung des Drehschiebers in seiner Längsachse um den Wert χ variabel gehalten, so daß die im Drehschieber und Drehschiebergehäuse schräg angeordneten Steuerkanten früher oder später das Füllungsende je nach der geforderten Maschinenleistung oder Drehzahl bestimmen. Das "Füllungsende" E des Expansionszylinders ist somit eine Funktion der axialen Verschiebung des Drehschiebers, welche von einem Regler in Abhängigkeit der geforderten Drehzahl oder Leistung bzw. Dampfmengenfüllung des Zylinders vorgenommen wird."End of filling" Ξ. The control times VA “pre-flow” and C “start of compression” are made possible by further breakthroughs fixed on the rotary valve and, like the control time VE, remain constant values. The control phase E "end of filling" is kept variable by moving the rotary valve in its longitudinal axis by the value χ, so that the inclined control edges in the rotary valve and rotary valve housing, sooner or later, the end of the filling depending on the required machine power or speed. The "filling end" E of the expansion cylinder is therefore a function of the axial displacement of the rotary valve, which depends on a controller the required speed or power or steam filling of the cylinder is made.

Ein begleitendes Merkmal ist die doppelte Ausführung des Schiebers mit innerer Einströmung und damit mit vollständigem Axialschubausgleich.An accompanying feature is the double design of the slide with internal inflow and thus with complete Axial thrust compensation.

Die erfindungsgemäße Lösung soll am nachfolgenden Ausführungsbeispiel näher erläutert werden, wobei es sich durch die Zweizylinderanordnung um eine doppelte Ausführung des Drehschiebers handelt.The solution according to the invention should be based on the following exemplary embodiment will be explained in more detail, the two-cylinder arrangement being a double design of the rotary valve acts.

In den dazugehörigen Zeichnungen ist dargestellt:The accompanying drawings show:

Fig. 1 Steuerzeiten VE, E, VA und C einer Expansionsmaschine im IndikatordiagrammFig. 1 control times VE, E, VA and C of an expansion machine in the indicator diagram

Fig. 2a Längsschnitt durch den Doppelschieber2a shows a longitudinal section through the double slide

Fig. 2b Querschnitt durch den Drehschieber mit Überströmkanal 4 im Zylinderkopfgehäuse (Es sind nur die Steuerkanten VE und E₁ die für den Füllungsvorgang bedeutsam sind, eingezeichnet.)Fig. 2b Cross section through the rotary valve with overflow channel 4 in the cylinder head housing (only the control edges VE and E _1, which are important for the filling process, are shown.)

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Fig. 3 In 5 Teilbildern, a bis e (Abwicklung des Drehschieberspiegels) ist der Füllungsvorgang von Vc bis E dargestellt. Die schraffierten Flächen ent sprechen dem freien Durchströmquerschnitt A des Kältemitteldampfes.Fig. 3 In 5 partial images, a to e (development of the rotary valve mirror) the filling process from Vc to E is shown. The hatched areas ent speak of the free flow cross section A of the refrigerant vapor.

Fig. 4 Darstellung des freien Durchströmquerschnittes A in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel f und in Abhängigkeit der axialen Verschiebung des Drehschiebers 4 shows the free flow cross section A as a function of the crank angle f and as a function of the axial displacement of the rotary valve

Das Gehäuse des Drehschiebers 1 besitzt mehrere, beispielsweise trapezförmige Ausnehmungen als Verbindungskanal zum Zylinderraum 4. Am Drehschieber 2 sind bei der doppelten Ausführung des Schiebers diese trapezförmigen öffnungen wechselseitig angeordnet, weil die Kolben der Expansionsmaschine reziprok arbeiten. νThe housing of the rotary valve 1 has several, for example trapezoidal recesses as a connecting channel to the Cylinder space 4. These trapezoidal openings are on the rotary valve 2 in the double design of the valve arranged alternately because the pistons of the expansion machine work reciprocally. ν

Zur Erläuterung der Erfindung wird in der weiteren Abhandlung nur der Füllungsvorgang, bei dem die einströmende Dampfmasse, die durch die Lage der Steuerpunkte VE und £ charakterisiert wird, betrachtet. Die Steuerphasen des Drehschiebers sind in Fig. 3a - 3e dargestellt. Die Dampfeinströmung in den Zylinder durch den Kanal 4 (Fig. 2b) beginnt, wenn die geraden Steuerkanten VE der trapezförmigen Ausnehmungen des Zylinderkopfgehäuses 1 und des Drehschiebers 2 übereinanderstehen (Fig. 3a). Nach weiterer Drehung des Drehschiebers werden entsprechend Fig. 3b bis 3d die schraffiert dargestellten Durchströmquerschnitte A für den Kältemitteldampf freigegeben. (In Fig. 3 ergeben sich Parallelogramme mit unterschiedlichem Flächeninhalt). In Fig. 3e ist das "Füllungsende" E dargestellt, die beiden schrägen Steuerkanten E des Zylinderkopfes 1 und des Drehschiebers 2 stehen übereinander. Der Drehschieber hat sichTo explain the invention, only the filling process in which the inflowing Vapor mass, which is characterized by the position of the control points VE and £, is considered. The tax phases of the Rotary valve are shown in Fig. 3a-3e. The influx of steam into the cylinder through the channel 4 (Fig. 2b) begins when the straight control edges VE the trapezoidal Recesses of the cylinder head housing 1 and the rotary valve 2 stand on top of one another (Fig. 3a). After another When the rotary valve is rotated, the flow cross-sections A shown in hatched lines are shown in FIGS. 3b to 3d released for refrigerant vapor. (In Fig. 3 there are parallelograms with different areas). In Fig. 3e the "filling end" E is shown, the two inclined control edges E of the cylinder head 1 and the rotary valve 2 stand on top of each other. The rotary valve has turned

während der Füllung um den Drehwinkel *f gedreht und dabei den Durchströmquerschnitt A in Abhängigkeit von *f freigegeben (Fig. 4, Kurve X-): Durch Verschiebung des Drehschiebers 2 in seiner Längsachse um den Wert Δ x = X₁ - x~ (Fig. 3e) ergeben sich kleinere Strömungsquerschnitte A und damit auch ein früheres Füllungsende E (Fig. 4, Kurve Xp)· Im Beispiel bleibt der jeweilige Füllungsanfang VE konstant beirotated by the angle of rotation * f during filling and released the flow cross section A depending on * f (Fig. 4, curve X-): By shifting the rotary valve 2 in its longitudinal axis by the value Δ x = X ₁ - x ~ ( Fig. 3e) results in smaller flow cross-sections A and thus also an earlier end of filling E (Fig. 4, curve Xp). In the example, the respective beginning of filling VE remains constant

- T-- T-

List of the reference symbols used

P Druck des Kältemitteldampfes im ArbeitszylinderP Pressure of the refrigerant vapor in the working cylinder

V Volumen des Kältemitteldampfes im ArbeitszylinderV Volume of refrigerant vapor in the working cylinder

VE Voreinströmung des Dampfes in den ArbeitszylinderVE pre-influx of steam into the working cylinder

E FüllungsendeE End of filling

VA Vorausströmung des Dampfes aus dem ArbeitszylinderVA Preflow of the steam from the working cylinder

C KompressionsbeginnC Start of compression

A Freier Dampfdurchströmquerschnitt der Drehschiebersteuerung A Free steam flow cross-section of the rotary valve control

T Drehwinkel des Drehschiebers bzw. der KurbelwelleT Angle of rotation of the rotary valve or the crankshaft

E₁, E₂ ^Jeweiliges FüllungsendeE ₁ , E ₂ ^ The respective end of the filling

x, x., x_ Axialverschiebung des Drehschiebersx, x., x_ Axial displacement of the rotary valve

VE Steuerkanten für Füllungsbeginn (Voreinströmung)VE control edges for beginning of filling (pre-inflow)

E Steuerkanten für Füllungsende (Vorausströmung)E Control edges for end of filling (pre-flow)

1 Gehäuse; z. B. Zylinderkopf1 housing; z. B. cylinder head

2 Doppeldrehschieber mit innerer Einströmung2 double rotary valves with internal inflow

3 Durchbruch im Drehschieber3 breakthrough in the rotary valve

4 Verbindungskanal zum Zylinderraum DE Dampfeinströmkanal4 connecting duct to the cylinder chamber DE steam inlet duct

DA DampfausströmkanalDA steam outlet duct

C^ Drehfrequenz des Drehschiebers C ^ Frequency of rotation of the rotary valve

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Claims

3B1 3392

Claim

Rotary slide valve for power control of an expansion machine, which is arranged in the cylinder head and through the crankshaft is driven, characterized in that recesses in the rotary valve and in the housing are arranged with one or more inclined edges, which by moving the slide in its longitudinal axis by the value χ for the filling end E depending on the required machine performance are.