DE35757C - Hydraulische Steuerung - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 14: Dampfmaschinen.

KARL WENDEL in HANNOVER. Hydraulische Steuerung.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 14. Juli 1885 ab.

A. Steuerung für Dampfmaschinen.

Bei der vorliegenden Dampfmaschinensteuerung werden die Dampf-Ein- und -Auslafsorgane durch das Druckwasser eines Accumulators , in Verbindung mit einer von der Maschine betriebenen Druckpumpe, gesteuert und die Regulirung bezw. Vertheilung des -Druckwassers wird durch einen mit der Steuerwelle verbundenen Apparat bewirkt. Die Steuerung ist anwendbar für alle Gattungen gewöhnlicher Betriebs-, Pump- und Gebläsemaschinen, sowie auch für Reversirmaschinen und eignet sich vorzugsweise für mittlere und grofse Dimensionen.

Als Dampf- und Wasserabschlufsorgane können Schieber, Ventile und Hähne gewählt werden.

Allgemeine Wirkungsweise.

Das Druckwasser wird durch Wasserabschlufsorgane so gesteuert, dafs die mit einem Plunger in Verbindung stehenden Dampfabschlufsorgane unverändert bei Anfang des Kolbenhubes auf vollen Hub öffnen.

Die Dampfabschlufsorgane bleiben so lange geöffnet, bis das Druckwasser durch Wasser- -auslafsorgane abfliefst, und schliefsen sich dann selbsttätig unter Gewichts- oder Federbelastung.

Der Mechanismus ist demnach allgemein zusammengesetzt aus:

a) zwei Wassereinlafsorganen,

b) zwei Wasser au slafsorganen für zwei Dampfeinlafsorgane;

c) zwei Wasser einlafsorganen,

d) zwei Wasser au slafsorganen für zwei Dampfau slafsorgane.

Die Function der Wassereinlafsorgane unter a) ist unverändertes Einlassen des Druckwassers in den Kurbelstellungen von etwa — o,i bis + 0,1 des Kolbenweges behufs Anhebens der Dampfeinlafsorgane, die Function der Wasserauslafsorgane unter b) das Auslassen des Druckwassers in den Kurbelstellungen von ο bis 0,9 des Kolbenweges. Die letzteren veranlassen somit Füllungen von ο bis etwa 0,95, indem dieselben mit einer von Hand verstellbaren oder durch den Regulator beeinflufsten Steuerung versehen sind.

Die Wasser-Ein- und -Auslafsorgane unter c) und d) haben in unveränderter Weise das Wasser so ein- und auszulassen, dafs Voröffnung und Compression hervorgebracht werden ; sie können, getrennt, als Schieber, Ventile oder Hähne mit besonderem Antrieb angeordnet sein, lassen sich jedoch in Gestalt eines Muschelschiebers, durch ein Excenter angetrieben , für alle Fälle zweckmä'fsig vereinigen. '

Das Hauptmoment dieser Steuerung liegt demnach in den Wasserauslafsorganen unter b), da dieselben die Aenderung der Expansion veranlassen.

Die hierzu nöthigen Expansionssteuerungen lassen sich verschiedentlich ausbilden. Es können z. B. benutzt werden: Schieber in Form eines durch den Regulator oder von Hand verdreh- oder verschiebbaren und von einem Excenter bewegten, flachen oder kolbenförmig aufgewickelten. Dreiecks; ferner durch Excenter angetriebene Ventile, durch Daumen

angetriebene Corlifshähne, zwei Schieber, welche mittelst Rechts- und Linksgewinde an der Schieberstange verstellbar sind u. s. w.

Fig. ι bis 3 zeigen eine derartige Ausführung mit zwei Schiebern α als Wassereinlafs- und zwei Schiebern b als Wasserauslafsorganen für zwei Ventile c als Dampfeinlaisorgane, sowie mit einem Schieber d als Wasserein lafs- und Auslafsorgan für zwe*i Ventile e als Dampfauslafsorgane.

Die Schieber α werden durch einen Daumen derartig bewegt, dafs sie in den Grenzen von — 0,1 bis + 0,1 des Kolbenweges geöffnet und geschlossen haben; der Schlufs wird vermittelt durch den Wasserdruck auf den Querschnitt der Kolbenstange. Das durch die Oeffnung f vom Accumulator eintretende Druckwasser gelangt hierdurch unter die Kolben k, Fig. 3, während die Auslafsschicber d abdichten, und öffnet die Einlafsventile. Dieselben bleiben so lange offen, bis das Druckwasser (in den Grenzen zwischen ο und 0,95 des Kolbenweges) entfernt wird. Die der obersten Regulatorstellung entsprechende Null-Füllung wird dadurch erreicht, dafs die Auslafsschieber b beim Oeffnen von α schon offen sind und infolge dessen das Druckwasser nicht zur Wirkung kommt.

Der Schieber d läfst an seiner vorderen und hinteren Seite das Wasser aufsen ein und innen aus, so dafs sich die Ausgangsventile ent sprechend der Voröffnung und Compression öffnen und schliefsen.

Das Oeffnen der Dampfventile c und e geschieht um so schneller, je gröfser der Wasserüberdruck gegenüber dem Dampfdrucke angenommen wird. Ein hartes Aufschlagen gegen den Anschlag an dem Kolben k wird einerseits durch das Durchpressen des Druckwassers durch die Kanäle der Schieber a, andererseits durch die Luftbufferwirkung der mit Luftventilen versehenen Kolben k vermieden. Das Schliefsen der Dampfventile erfolgt um so schneller, je gröfser die Belastungsgewichte in dem Kolben k bemessen sind, und das Durchpressen des Druckwassers durch die allmälig sich öffnenden Auslafskanäle der Schieber b beeinflufst ebenfalls die Ventilschlufsgeschwindigkeit in der Weise, dafs kein hartes Aufsetzen der Dampfventile erfolgt.

Der hydraulische Apparat, welcher von der Schwungradwelle mittelst Zahnräder angetrieben wird, kann, da Excenter und Daumen auf i8o° gegen die Kurbel, gestellt sind, durch Einschalten einer ■ Coulisse anstatt des Rädergetriebes reversirbar gemacht werden. Hierbei wird die Antriebswelle in eine pendelnde Bewegung versetzt. Da das Anheben der Ventile c wegen des kleinen Eröffnungswinkels der Antriebsdaumen der Schieber α nicht in allen Kurbelstellungen stattfindet, so mufs nach der Umstellung der Coulisse das Oeffnen der Schieber α behufs Anlassens der Maschine mittelst Handstellung erfolgen.

Eine Umsteuerung kann ferner unter-Beibehaltung des Räderantriebes durch Umstellen des Druckwassers von den Schiebern α und d für die Ventile c und e vor dem Kolben nach den Schiebern für die Ventile c und e hinter dem Kolben, und umgekehrt, mittelst dazu angebrachter Hähne mit einem Handgriff erfolgen. Das Nachöffnen der Schieber α durch die Hand ist behufs Anlassens der Maschine auch hier erforderlich.

Für die stets in gleichem Sinne rotirenden Maschinen kann die hydraulische Steuerung der Dampfausgangsorgane auch weggelassen werden und die Steuerung auf gewöhnliche Weise durch Daumen oder Excenterantrieb mit Schiebern, Ventilen oder Hähnen als Dampfausgangsorganen vor sich gehen. Fig. 4 bis 7 zeigen zwei derartige Anordnungen mit parallel zur Maschinenmitte laufender, mittelst konischer Räder angetriebener Steuerwelle, an deren Ende am Cylinder eine gewöhnliche directe Steuerung der Dampfausgangsorgane angebracht gedacht ist.

Bei der Anordnung Fig. 4 und 5 sind Ventile als Wasserregulirorgane benutzt, und zwar zwei Ventile α als Wassereinlafs-,^; zwei Ventile b als Wasserauslafsorgane für zwei Dampfeinlafsorgane.

Das Wassereinlafsventil α wird durch einen Daumen geöffnet und unter Gewichtsbelastung geschlossen. Das Wasserauslafsventil b, durch Excenter und Hebel angetrieben, öffnet sich früher öder später, je nachdem der durch den Regulator gedrehte Sector s die Rolle des Antriebhebels zur Auflage bringt.

Bei der in Fig. 6 und 7 gezeigten Anordnung dienen Corlifshähne als Wasserregulirorgane, und zwar zwei Hähne α als Wassereinlafs-, zwei Hähne b als Wasserauslafsorgane für zwei Dampfeinlafsorgane.

Der Hahn α wird wieder zwischen — 0,1 und -f- 0,1 des Kolbenweges, durch Daumen angetrieben, geöffnet und unter Federbelastung geschlossen. Der Wasserauslafshahn b, durch einen Schlepphebel und Daumen angetrieben, öffnet früher oder später, je nachdem der durch den Regulator beeinflufste und mit dem Schlepphebel verbundene Sector die Laufrolle "mit dem Daumen zur Auflage bringt; den Rückgang des Hahnes bewirkt eine Feder.

Der Zweck der Einrichtung dieser Steuerung ist, durch die Trennung der Mechanismen für Oeffnen und Schliefsen der Dampfreg'ulirorgane das Oeffnen und Schliefsen schnell und durch die dem Wasser eigene sanfte Einwirkung ohne nachtheilige Stöfse zu bewirken.

Da die Antriebmechanismen der Wasserregulirorgane nur so weit beansprucht werden, als der bei der Regulirung des Druckwassers._; auftretenden Reibung entspricht, so fallen die Dimensionen der Antriebmechanismen verhältnifsmä'fsig sehr klein aus.

Die Dimensionen ' der Wasserregulirorgane selbst sind vom Wasserverbrauch der Dampfregulirorgane abhängig und können ebenfalls verhältnifsmäfsig klein sein. Es genügt z. B. für eine Maschine von ι ioo mm Cylinderdurchmesser, 4 m Kolbengeschwindigkeit und 6 at Admissionsspannung eine Kanal - und Rohrweite der Wasserregulirorgane von circa 45 qcm Querschnitt bei 12 at Accumulatordruck.

Die Dimensionen der Dampfregulirorgane werden ebenfalls kleiner als bei directen Steuerungen, da bei gleichem Hub für alle Füllungsgrade Durchgangsquerschnitt und Hub nur der Dampfgeschwindigkeit entsprechen müssen. Diese kleinen Dimensionen, namentlichdie des Wasserauslafsorgans nebst Regulator machen die hydraulische Dampfmaschinensteuerung mit Vortheil für grofse Maschinendimensionen anwendbar. Da beim Oerfnen der Wasserauslafsorgane die Wassereinlafsorgane geschlossen sind und das auszulassende Wasser nur durch das Gewicht G belastet ist, welches etwa ^]/₂ at entspricht, so ist die zum Verschieben, Verdrehen oder Anheben der Wasserregulirorgane nöthige Kraft, welche der Regulator zu überwinden hat, sehr gering.

Die Abnutzung der Steuerungstheile kann eine Hubreduction der Dampfregulirorgane nicht herbeiführen, jedoch kann Beginn .der Oeffnung und des Schlusses durch den todten Gang in den^Steuerungstheilen ebenfalls verändert werden. Es wird jedoch- infolge der geringen Beanspruchung der Steuerungstheile auch die Abnutzung sehr wenig bemerkenswerth sein.

Im Vergleich zu anderen Steuerungen erscheint diese Construction etwas umständlich, indem die Anzahl der nöthigen Mechanismen etwas vermehrt worden ist. Jedoch sind die Constructionen einfacher Natur. Die Instandhaltung erfordert wohl etwas mehr Aufmerksamkeit und Zeit von Seiten des Maschinisten, jedoch kann das Nachstellen, Repariren und Auswechseln vom Maschinenschlosser besorgt werden, da die Steuerung nicht einen Mechanismus bildet, bei welchem eine Veränderung eines Theiles das genaue Einstellen und Nachreguliren der anderen nach sich zieht.

Wenn das Druckwasser nicht (wie bei Bessemerwerken, Pumpmaschinen etc.) vorhanden ist, so ist die Anlage eines kleinen Accumulators mit einer nach dem Wasserverbrauch regulirbaren Pumpe erforderlich. Für grofse Maschinen fällt dieses nicht ins Gewicht; für mittlere und kleinere Maschinen kann der Accumulator, indem sein Kolben innen als Vorwärmer mit durchströmendem Abgangsdampf ausgebildet ist, in der Weise gleichzeitig als selbsttätiger Kesselspeiseapparat fungiren, dafs das Druckwasser durch einen mit einem Schwimmer verbundenen Kolbenschieber Tegulirt wird.

B. Steuerung für Pumpen, Gebläse u. dergl.

Bei den üblichen selbsttätigen Ventilen erfolgt der Schlufs durch das Eigengewicht des Ventiltellers. Je kleiner . dasselbe ist, desto später schliefst das Ventil und ein erheblich nach dem todten Punkte stattfindender Ventilschlufs verursacht bekanntlich einen Stofs in den Pumpen. Die selbsttätigen Ventile erhalten daher in der Regel nur geringen Hub, und um dennoch einen der Kolbenfläche entsprechenden Durchgang zu erzielen, sind verhältnifsmäfsig sehr grofse Ventilconstructionen erforderlich, welche praktische Uebelstände nach sich ziehen.

Die hydraulische Steuerung bezweckt, durch Einführung eines grofsen Ventilgewichtes einen schnellen Schlufs zu erreichen, durch Entlastung des Ventils mittelst Wasserdruckes beim Oeffnen einen normalen Ventilhub zu erzielen, sowie die Benutzung einfacher Teller- oder Doppelsitzventile und grofser Kolbengeschwindigkeit zu ermöglichen.

Die Einrichtung ist folgende: Ein Wassereinlafsorgan a, Fig. 8 und 9, läfst vor dem todten Punkte das Druckwasser unter den Plunger k, Fig. 10 und 11, treten (Periode I, Fig. 12). Vom todten Punkte ab wird das so entlastete Ventil wie gewöhnlich geöffnet und während der Perioden' II und III offen gehalten, bis ein Auslafsorgan b das in Periode III zwischen Kolben A:, Einlafsorgan α und Auslafsorgan b eingeschlossene Wasser entweichen läfst, so dafs das mit dem Ventil lose verbundene Gewicht G während der Periode IV den Schlufs veranlafst. Durch hydraulischen Ueberdruck gegen G kann das Oeffnen beschleunigt werden. Zur Vermeidung eines harten Anschlages oberhalb G dienen Hartgummi- oder Lederscheiben, Luftbuffer etc. Das Gewicht G setzt sich beim Schlufs auf einen unteren Anschlag so auf, dafs zwischen. Ventil und Sitz noch etwas Spielraum bleibt. Der vollständige Schlufs wird sodann durch das Eigengewicht des lose an der Spindel befestigten Ventiltellers selbst hervorgerufen.

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche:

   ι . Dampfmaschinensteuerung mit zwei Dampfeinlafs - und zwei Dampfauslafsorganen,

   welche mittelst Druckwassers durch je einen Plungerkolben bewegt werden, indem für die Dampfeinlafsorgane abwechselnd ein von der Kurbelwelle aus bewegtes Einlafsorgan α das Druckwasser unter den Kolben treten und ein gleichfalls von der Kurbelwelle aus unter Beeinflussung durch den Regulator bewegtes Auslafsorgan b das unter dem Kolben befindliche Wasser entweichen läfst, andererseits für beide Dampfauslafsorgane ein von der Kurbelwelle aus angetriebenes Organ d das Ein- und Auslassen des Druckwassers veranlafst.
   Steuerung für Pumpenventile, Gebläseventile u. dergl., welche mittelst Druckwassers durch je einen Plungerkolben bewegt werden, indem abwechselnd ein von der Kurbelwelle aus bewegtes Einlafsorgan α das Druckwasser unter den Kolben treten und ein gleichfalls von der Kurbelwelle aus angetriebenes Auslafsorgan b das unter dem Kolben befindliche Wasser entweichen läfst.

   Hierzu i Blatt Zeichnungen.