DE37552C - Regulator für Dampfmaschinen - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

C. HAHLWEG in STETTIN. Regulator für Dampfmaschinen.

Die Regulatoren, welche seither an Dampfmaschinen angewendet werden, leiden an dem Uebelstand, dafs bei rasch zunehmender Geschwindigkeit der Maschinenbewegung der Regulator nicht schnell genug wirkt, d. h. der Dampfzuflufs wird nicht sofort bei Beginn der wachsenden Geschwindigkeit gesperrt, sondern erst nach mehreren beschleunigten Kolbenhüben. Dadurch kann die Geschwindigkeit der Maschinenbewegung so grofs werden, dafs einige Maschinentheile erheblich leiden, wie dies namentlich bei Schiffsmaschinen der Fall ist, da bei bewegter See die Schraube sehr häufig bis zur Hälfte aus dem Wasser herauskommt und die Maschine dann plötzlich in Ubermäfsige Geschwindigkeit geräth; ehe nun der Regulator in Wirksamkeit tritt und die Geschwindigkeit herabmindert, ist der Schaden schon geschehen. . .

In der Zeichnung ist A ein als Scheibe dargestelltes eisernes Gewicht, welches mit der Stange b aus einem Stück besteht und sich um die in der Platte F, Fig. 4, festgeschraubte Achse d frei bewegt. C ist ein Gegengewicht, welches auf der Stange b verschiebbar und mittelst der Sehraube r festzuschrauben ist. Das Gewicht A hat einen länglichen Ausschnitt n>, durch welchen der Kurbelstangenbolzen i hindurchgeht und sich darin verschieben läfst, so dafs die Verbindung der Kurbelstange mit dem Gewicht gewissermafsen nur eine lose ist; s und ο sind feste Stifte, welche aus dem Gewicht A hervorragen.

Die Kurbelstange, welche die Kurbel E mit dem Gewicht A verbindet, besteht aus den zwei Laschen k und k', von denen in Fig. 1, 2 und 3 k' abgebrochen gezeichnet ist, um dahinter liegende Theile erkennen zu lassen.

Der Regulator wird so aufgestellt, dafs die Kurbelstange in der Stellung von Fig. 1 senkrecht steht. Die Kurbelwelle t wird mit der Hauptwelle der Maschine durch Riemscheiben oder Zahnräder so verbunden, dafs die Kurbel E die gewünschte Anzahl Umdrehungen macht. .

Wenn die Kurbelwelle t in Rotation versetzt wird, so wird das Gewicht A mittelst der Kurbel E und Kurbelstange k von ^ nach x, Fig. i, auf- und niederbewegt, und zwar mufs die Kurbelstange das Gewicht A bei der Aufwärtsbewegung heben, während dasselbe bei der Abwärtsbewegung durch seine eigene Schwere der Kurbelstange folgt, jedoch nur so lange, als die Geschwindigkeit der Kurbelstange im Punkt i geringer oder wenigstens nicht gröfserist als die Fallgeschwindigkeit des Gewichtes A; ist dagegen die Geschwindigkeit der Kurbelstange gröfser, so sucht dieselbe vorauszueilen und das Gewicht wird zurückbleiben, soweit der Bolzen i im Ausschnitt w dies gestattet. Das Zurückbleiben des Gewichtes gegen die Kurbelstange kann aber nur in der ersten Hälfte des Niederganges, also von χ nach q, Fig. i, erfolgen, denn in der zweiten Hälfte von q nach ^ verzögert die Kurbelstange ihren Weg in i, während das Gewicht A seinen Weg beschleunigt, und so kommen beide wieder zusammen, um dann gemeinschaftlich aufzusteigen.

Bei der Aufwärtsbewegung äufsert die zunehmende Geschwindigkeit sich in gleicher Weise, nur in umgekehrter Form; hier wird

das Gewicht A der Kurbelstange in der zweiten Hälfte der Aufwärtsbewegung vorauseilen und über den Punkt χ nach y hinausschwingen, sofern das Gewicht A von der Kurbelstange einen schnelleren Antrieb und dadurch mehr lebendige Kraft erhält, als zur Erreichung des Punktes χ erforderlich.ist.

Wenn dieses Ueberschwingen des Gewichtes durch zu schnellen Gang der Kurbel eintritt, dann erfolgt auch beim darauf folgenden Niedergang der Kurbelstange stets ein Vorauseilen derselben vor dem Gewicht A. Beide Fälle folgen so unmittelbar auf einander, dafs das Gewicht noch in der Aufwärtsbewegung nach y begriffen ist, wenn die Kurbel schon, wie in Fig. .2, niedergeht; infolge dieser entgegengesetzten Bewegungsrichtungen wird der Bolzen i mit kräftigem Ruck in dem Ausschnitt n> aufstofsen und das Gewicht^ zum beschleunigten Niedergang zwingen.

Dieser verhältnifsmäfsig starke Ruck bei nur wenig zu schneller Rotation der Kurbel wird hier benutzt, um eine Vorrichtung zur Sperrung des Dampfzuflusses einzurücken, und zwar mit um so gröfserem Vortheil, als die Fallgeschwindigkeit des Gewichtes A durch Verschieben des Gegengewichtes C nach Belieben geregelt und den übrigen in Betracht kommenden Verhält-' nissen, wie Anzahl der Kurbelumdrehungen, Hubhöhe der Kurbelstange bezw. des Gewichtes A etc., angepafst werden kann. Zu beachten wird aber immer sein, dafs bei Schiffsmaschinen die Schwingungen des Gewichtes A bezw. Umdrehungen der Kurbel nicht zu langsam werden, weil bei jeder Kurbelumdrehung die Sperrvorrichtung nur einmal eingerückt werden kann; 80 Umdrehungen in der Minute werden normal sein.

Bei Schiffsmaschinen ist diese Tourenzahl gebräuchlich und kann die Kurbelstange k alsdann von der Kolbenstange oder einem ähnlich bewegten Theil der Maschine direct gesteuert werden, die Kurbel t also fortfallen. Bei Maschinen mit weniger schnellem Geschwindigkeitswechsel werden die Schwingungen des Gewichtes A langsamer normirt.

Die vorhin erwähnte Sperrvorrichtung ist folgende: Auf dem Bolzen i zwischen der vorderen Lasche k' und dem Gewicht A steckt die Sperrklinke m, welche bei nicht schnelleren als normalen Bewegungen des Gewichtes A die Stellung von Fig. 1 einnimmt, worin sie durch die Nase m" und den Stift s gehalten wird.

Bei schnellerem als normalem Gang der Maschine schwingt das Gewicht A so weit über, als der Bolzen i im Ausschnitt n> sich verschieben kann, und nimmt die Stellung von Fig. 2 ein; hierbei ist der Stift s über die Nase m" hinausgegangen und hat dieselbe freigegeben, der Stift ο dagegen ist gegen die Sperrklinke m gestofsen und hat dieselbe bis zur Stellung von Fig. 2 herumgedreht, also eingerückt. Bei dem Niedergang der Kurbelstange erfafst die Sperrklinke m den auf der Welle d drehbaren Hebelarm h und führt ihn bis zur Stellung von Fig. 3 herunter; in dieser Stellung angelangt, stöfst der Arm m' gegen den in der Platte F befestigten, in der Oberansicht von Fig. 4 deutlicher dargestellten Bolzen ν und dreht die Sperrklinke wieder in ihre erste Stellung von Fig. 1 zurück, wobei die Nase m" an dem Stift s vorbeigeschoben und das Gewicht A etwas gehoben wird. In dieser ausgerückten Stellung verbleibt die Sperrklinke bei dem nun folgenden Aufwärtsgehen und bei allen anderen Bewegungen des Gewichtes A, wenn nicht durch schnelleren als normalen Hub die Sperrklinke wieder wie vorhin eingerückt wird. Die eingerückte Sperrklinke nimmt, wie schon bemerkt, den Hebelarm h mit herunter und das bedeutet die Sperrung des Dampfzufiusses, denn der mit h aus einem Stück bestehende Hebelarm I führt mittelst der Gelenkstange ρ die Drosselklappe. Man hat es nun ganz in der Hand, das völlige Schliefsen der Drosselklappe schon bei einem Niedergang der Kurbelstange eintreten zu lassen, wie dies bei Schiffsmaschinen nothwendig sein würde und in Fig. 3 dargestellt ist, oder man kann die Drosselklappe einen beliebigen Bruchtheil bei einem Niedergang schliefsen lassen, wie dies bei Maschinen Anwendung finden würde, welche keinem so rapiden Kraft- bezw. Geschwindigkeitswechsel unterworfen sind. In letzterem Falle würde, wie in Fig. 2 punktirt, der Hebel h zu einem achtzähnigen Sperrrad h' ausgebildet und mit einem Trieb d' verbunden sein, der Hebelarm I würde fortfallen und an dessen Stelle ein um u drehbarer, gezahnter Kreisausschnitt /' treten, dessen Zähne in den Trieb d' greifen und welcher in n' mit der die Drosselklappe führenden Gelenkstange p' verbunden ist. Durch diese Zahnübersetzung würde die Sperrung der Drosselklappe achtmal langsamer erfolgen, doch kann man durch Aenderung der Triebgröfse d' und des Kreisausschnittes /' jedes beliebige Verhaltnifs erreichen. Nachdem das Sperren des Dampfzuflusses auf solche Weise nach Belieben geregelt werden kann, bleibt noch das Oeffnen der Drosselklappe zu erklären. Dies geht selbstständig und unabhängig von dem Regulator vor sich, und zwar durch eine einfache pneumatische Vorrichtung, welche hier nicht weiter gezeichnet ist und verschiedene Einrichtung erhalten kann, deren Function nur darin besteht, die Drosselklappe wieder langsam zu -öffnen, wenn dieselbe etwas oder ganz geschlossen wurde. Die Zeitdauer des Oeffnens bei ganz geschlossener Klappe wird so bemessen, dafs dasselbe circa viermal langsamer vor sich geht,

als das Schliefsen derselben. Eine Regulirung dieser Zeitdauer durch Vergröfserung oder Verkleinerung eines Luftauslasses etc. ist leicht anzubringen und von Voith eil.

Der wechselseitige Ausgleich des Schliefsens und Oeffnens der Drosselklappe geht folgendermafsen vor sich:

Bei Schiffsmaschinen wird die Anzahl der normalen Bewegungen des Gewichtes A etwas höher bemessen als die normale Anzahl der Schraubenumdrehungen, so dafs bei ganz unter Wasser befindlicher Schraube der Regulator nicht wirken kann und die Drosselklappe völlig geöffnet bleibt. Sowie aber bei Seegang die Schraube nur um Weniges aus dem Wasser heraustritt, wird die Maschine bedeutend schneller zu kufen anfangen und das Gewicht A in schnellere Bewegungen versetzen. Bei dem ersten zu schnellen Hub schwingt das Gewicht A über und rückt die Sperrklinke m ein, welche sofort beim ersten Niedergang der Kurbelstange ein völliges und gewaltsames Schliefsen der Drosselklappe veranlafst; hierbei wird zugleich die pneumatische Vorrichtung zum Wiederöffnen der Drosselklappe gespannt und tritt sogleich in Wirksamkeit, so dafs deren völlige Oeflhung in der Zeit von circa vier normalen Schraubenumdrehungen erfolgen würde, wenn dieselbe nicht unterbrochen wird. Diese Unterbrechung tritt aber jedenfalls ein, weil die ins Eilen gerathene Schraube nicht sofort während der ersten halben Umdrehung bis zur normalen Geschwindigkeit verlangsamt sein kann. Infolge dessen schwingt das zu schnell gehobene Gewicht A wieder über, rückt die Sperrklinke ein, und die Drosselklappe wird um so viel, als sie sich während dieser Zeit geöffnet hatte, wiederum geschlossen. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis die normale Geschwindigkeit erreicht ist; alsdann öffnet sich die Drosselklappe ungehindert, und für den Fall die Schraube schon wieder ganz unter Wasser ist, arbeitet die Maschine mit voller Kraft weiter, anderenfalls tritt abermalige Drosselung ein.

Diese so schnell und gewaltsam eintretende Schliefsung der Drosselklappe macht den Regulator für Schiffsmaschinen so recht geeignet, denn während andere Regulatoren erst nach mehreren zu schnellen Schraubenumdrehungen allmälig und daher. immer zu spät wirken, wirkt dieser Regulator schon innerhalb der ersten zu schnellen Umdrehung und vollendet die völlige Sperrung des Dampfzuflusses in einer halben Umdrehung, also innerhalb eines einzigen Kolbenhubes; dabei ist der Regulator äufserst empfindlich und constant, weil das regulirende Gewicht A, von jeder Belastung frei, das sehr leichte Einrücken der Sperrklinke m mit grofser Präcision ausführen wird. Die Schwankungen des Schiffes äufsern aber auf den normalen Gang des Regulators so wenig Einflufs, dafs derselbe gar nicht in Betracht kommt.

Bei Maschinen mit weniger grofsem Geschwindigkeitswechsel wird, wie schon bemerkt, das Oeffnen und Schliefsen der Drosselklappe in langsamerer Weise eingerichtet und würde sich die Function des Regulators folgend ermafsen gestalten. Wäre z. B. das völlige Schliefsen der Drosselklappe, wie in Fig. 2 punktirt, auf acht Niedergänge der Kurbelstange eingerichtet und das völlige Oeffnen derselben auf circa 32 normale Schwingungen des Gewichtes A regulirt, so würde, wenn bei einer Arbeitsleistung und halbgeöffneter Drosselklappe die Maschine normalen Gang haben würde, der Regulator im Stande sein, die Drosselklappe bis auf vier Zähne des Sperrrades h', also bis zur Hälfte zu schliefsen. Diese Stellung verläfst die Drosselklappe aber durch den pneumatischen Druck und öffnet sich langsam, das Sperrrad h' gleichzeitig zurückdrehend; infolge dessen nimmt die Geschwindigkeit der Maschine zu, das Gewicht A schwingt aus, rückt die Sperrklinke ein und schliefst die Drosselklappe um den vierten zurückgegangenen Zahn, darauf nimmt die Geschwindigkeit der Maschine ab, beim wieder erfolgenden allmäligen Oeffnen der Drosselklappe aber wieder zu, und der zurückgegangene vierte Zahn des Sperrrades wird wieder gesperrt. Es bleibt also ein fortwährendes Hin- und Herdrehen des vierten Sperrzahnes und damit der Drosselklappe, wodurch die normale Geschwindigkeit der Maschine im Mittel gehalten wird. Dieser Regulator wird also auch für Maschinen mit weniger grofsem Geschwindigkeitswechsel gut zu verwenden sein.

Bei feststehenden Maschinen kann das auf- und niedergehende Gewicht A durch ein hin- und herschwingendes Pendel ersetzt wurden, die Construction braucht nicht geändert, sondern nur so aufgestellt werden, dafs das Gewicht A herabhängt und zum Pendel wird, das Gegengewicht C würde fortfallen und die Länge der Stange b so zu bemessen sein, dafs das Pendel die gewünschte Anzahl Schwingungen macht. Auch für Schiffsmaschinen könnte das auf- und niedergehende Gewicht A durch eine hin- und herschwingende grofse Unruhe (Balancier mit Spiralfeder), wie solche im kleinen Mafsstabe an tragbaren Uhren zur Verwendung kommen, ersetzt werden, doch würde der Sinn und die Wirkung des Regulators immer gleich bleiben.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Ein Regulator für Dampfmaschinen, bei welchem ein Schwunggewicht A mit einer Kurbelstange k oder einem ähnlich hin- und herbewegten Theil in der Weise zum Theil lose

   verbunden ist, dafs das Schwunggewicht die Hin- und Herbewegungen der Kurbelstange oder des ähnlich bewegten Theiles mitmachen mufs, aber auch wiederum bei zu schnell empfangenem Antrieb über die Bewegungsgrenze der Kurbelstange oder des ähnlich hin- und herbewegten Theiles hinausschwingen und durch Einrücken einer Sperrvorrichtung die völlige oder theilweise Schliefsung der Drosselklappe bewirken kann, zum Zweck, den zu schnellen Gang der Maschine durch völlige oder theilweise Sperrung der Drosselklappe herabzumindern, bei nicht zu schnellem Gang derselben das Oeffnen der Drosselklappe zu gestatten und damit den Dampfzuflufs wie auch den Gang der Maschine zu reguliren.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.