DE3998C - Direkt und doppeltwirkende schwingende Expansionsdampfpumpe - Google Patents

Description

1878.

CARL BARTELT in STARGARD (Pommern). Direct und doppeltwirkende, schwingende Expansions-Dampfpu

P^tentirt im Deutschen Reiche vom 2. August 1878 ab.

Die Dampfpumpe enthält zwei Winkelräume D und P, in der Weise angeordnet und von der Form, wie es die Zeichnung angiebt. D, der gröfsere Winkelraum, gehört zum Dampfmotor. Er entspricht dem Cylinder einer gewöhnlichen/ Dampfmaschine. P, der andere Winkelraum, bildet einen Theil der Pumpe.

Zur Kraftübertragung von dem Motor nach der Pumpe dienen zwei starr mit einander verbundene, in gleicher Ebene' befindliche Flügel F undi⁷¹, welche sich, an einem ' Ringe. R befestigt, um einen hohlen cylindrischen Körper w drehen können.

Die Gröfse der Drehung ^ ist gleich dem Winkel a, Fig. 2 und 3.

Der hohle Cylinder w, welcher mit dem Gestell der Maschine fest verbunden ist, dient zur Aufnahme des rotirenden Dampf- und Pumpenventils. Aufserdem befinden sich in den Wandungen des Hohlcylinders, diametral gegenüberstehend, die Oefrhungen O O¹, 0 und 0 V durch welche die Ventile mit den entsprechenden Winkelräumen in Verbindung stehen und zum Ein- und Ausflufs des Dampfes bezw. des Wassers dienen. Dieselben sind rechteckiger Form, und zwar ist O in seinen Dimensionen genau gleich O'; ebenso ο gleich o^l. In Fig. 1 sind sie punktirt angegeben; in Fig. 2 und 4 sind sie im Schnitt sichtbar.

ν ist das Dampfventil mit einer ringförmigen inneren Aushöhlimg für die Aufnahme des Expansionsventils E. Aufserdem ist mit dem Dampfventil eine Hülse h fest verbunden, welche mit dem Ansatzstück η dazu beiträgt, die Voreilung des Dampfventils verändern zu können. Die Form des Dampfventils ist aus den Fig. 1 und 4 ersichtlich. Die beiden hauptsächlich in Betracht kommenden hervorstehenden Flächen des Ventils, welche das Ein- und Ausströmen des Dampfes durch die Oeffnung O oder O¹ bestimmen und sich dicht an die innere Wand des Hohlcylinders w anschliefsen, stehen sich diametral gegenüber und haben beide solche Dimensionen, dafs in einer bestimmten Stellung des Ventils die Oeffnungen O und O¹ durch sie gerade gedeckt werden.

v¹ ist das Pumpenventil, dessen beide diametral gegenüber stehende, hervorspringende Flächen ebenfalls von solcher Dimension sind, dafs sie in einer bestimmten Lage, welche Fig. 2 darstellt, die Oefihungen 0 und ο' gerade schliefsen.

Jedes dieser beiden Ventile hat einen Einflufs- und einen Ausflufskanal. d dient nur zum, Einströmen des Dampfes und mündet immer durch die Ausbauchung q nach dem ringförmigen Hohlraum b. d¹ dient nur zum Ausströmen des Dampfes und mündet immer nach dem Hohlraum f aus. Dasselbe gilt für das Pumpenventil v^l. Der Kanal/ dient nur zum Wassereinflufs und steht immer mit dem Saugrohr A in Verbindung, pⁱ dient nur zum Wasserausflufs und steht immer mit dem Steigrohr B in Verbindung.

Beide Ventile υ und v¹ werden durch eine Welle w in Rotation versetzt, ν', das Pumpenventil, ist mit der Welle w fest verbunden; V₁ das Dampfventil, dagegen kann, wenn nöthig, auf der Welle gedreht werden, wodurch der verschiedene Grad der Voreilung erzielt, wird. Die Welle w ist an dem einen Ende mit einer Kurbel K versehen, welche im Verein mit dem pendelartigschwingenden Zapfen Z und den Stangen S und S' zur Umsetzung der schwingenden Bewegung der Flügel in die rotirende der Ventile dient. Um die schwingende Bewegung der Flügel auf den Zapfen Z zu übertragen, ist an dem Flügel des Dampfmotors noch ein zweiter Ring Ji¹ befestigt, an dem der Zapfen Z angebracht ist.

e ist das Dampfeintrittsrohr; dasselbe reicht bis zum ringförmigen Hohlraum b und steht durch die Ausbauchung q immer mit dem Dampfeinflufskanal d in Verbindung. Der Austritt des Dampfes findet aus dem Dampfausflufskanal d¹ in den Hohlraum/statt; von dort tritt er durch den Kanal α und durch den Ring R und den Kanal a¹ in den, zwischen dem Motor und der Pumpe befindlichen Raum H. Die Querschnitte der Kanäle α und a¹, sowie desjenigen durch den Ring sind so grofs, dafs der Austritt des Dampfes bei der schwingenden Bewegung des Ringes niemals gehindert wird, a - ist das Austrittsrohr des Dampfes aus dem Räume H.

C ist eine Scheidewand, welche, an der Welle w befestigt, die Rotationen derselben mitmacht und hauptsächlich den Pumpenventilraum vom Dampfraum abschliefsen soll, aber auch den Zweck hat, zur Condensation des Dampfes beizutragen, insofern nämlich in der

inneren Wand des Cylinders w zwei diametral gegenüberstehende Räume vorhanden sind, deren Lagen in der Zeichnung, Fig. i, über einander fallen und punktirt angedeutet sind, und welche durch die Einschnitte c und c' abwechselnd mit der Pumpe und mit dem Abdampfraume f in Berührung stehen, somit abwechselnd von der Pumpe aus gefüllt und dann wieder durch den Abdampfraum / in den Raum H entleert werden. Der Abdampf kommt somit mit dem Wasser in Berührung und wird condensirt.

Das Expansionsventil E, Fig. 5, kann sich, durch die Schraube .r bewegt, in der Richtung der Längsaxe der Welle w, längs des ganzen Raumes b bewegen. Im übrigen aber mufs es immer die Rotationen des Dampfventils mitmachen, r ist ein Rädchen, zur Handhabung der Schraube s dienend.

s^l ist eine Schraube, vermittelst derer die Verbindung des Dampfventils υ mit der Welle w gelöst und wieder hergestellt werden kann, um somit die Veränderlichkeit der Voreilung zu erzielen.

Der Vorgang dabei ist folgender: In dem Ansatzstück η sind radiale Rillen von dreieckigem Querschnitt eingeschnitten, von denen, wie Zeichnung Fig. 3 zeigt, eine gröfsere Anzahl dicht neben einander sich befinden. Ein Metallstück mit einer Kante, welche einer solchen Rille genau entspricht, kann nun vermittelst der Schraube s' in der auf der Zeichnung dargestellten Weise mit der Kante in eine solche Rille geprefst und somit eine genügende Verbindung .der Welle mit dem Dampfventil hergestellt werden. Ist die Kante aber aus der Rille gehoben und die Verbindung der Welle mit dem Dampfventil gelöst, so kann man das letztere in seiner Lage zur Welle so verändern, dafs eine andere Rille unter die scharfe Kante des Metallstücks kommt und somit beim Einpressen der Kante eine veränderte Voreilung erzielt ist. Das Metallstück und die Schraube sⁱ bewegen sich in einer entsprechenden Aushöhlung des Kurbelarmes.

Wirkungsweise der Dampfpumpe.
Der Dampf tritt durch das Einflufsrohr e zunächst in den für die Bewegung des Expansionsventils bestimmten ringförmigen Raum b. Nur dann ist der Dampf an dem Eintritt verhindert, wenn das Expansionsventil mit einer seiner hervorstehenden Flächen sich gegen die Eintrittsöffnung e legen sollte. Um auch bei dieser Lage die Maschine anlassen zu können, gehen von dem Dampfzuleitungsrohre nach beiden Schenkelflächen des Winkelraumes D mit Hähnen versehene Rohre, welche in der Zeichnung nicht weiter angegeben sind. Durch Oeffhen eines Hahnes des betreffenden einen Rohres kann die Maschine in Gang gesetzt werden; wenn dieselbe im Gange ist, wird der Hahn geschlossen und der Dampf tritt nur durch e ein. Aus dem Räume b gelangt der Dampf durch die Ausbauchung q immer in den Dampfeinflufskanal d, und von hier bei der in der Zeichnung angenommenen Anordnung und bei der daraus folgenden Rechtsdrehung des Ventils (durch Pfeile angedeutet) durch O in den Treibraum D des Motors. Sobald der Dampf durch O eintritt, wird auch der Dampfabflufs durch O' und d' frei. Aber nicht gleich in dem Augenblick des Dampfeintritts durch die Oeffnung O tritt eine Umkehrung in der Bewegung des Flügels F ein. Um nämlich das zu weite Vorgehen des Flügels und somit das Zerschmettern der Wände zu verhindern, ist dem Dampfventil eine Voreilung gegeben, welche je nach Bedürfnifs, wie im vorhergehenden beschrieben, verändert werden kann. Hat der Flügel seine äufserste Lage erreicht (zu dessen genauer Innehaltimg 1. die Voreilung, 2. ein an dem Ringe R angebrachter prismatischer Ansatz t dient, welcher sich, wenn der Flügel die Endstellung erreicht, gegen den elastischen Stoff m bezw. m^l legt; 3. die Anordnung der Stangen S und S¹ mit der Kurbel K und dem Zapfen Z beitragen), so tritt die Umkehrung ein. Das Dampfventil bewegt sich jedoch in seinem früheren Drehungssinne, rechts herum, fort. Der Dampf strömt daher, bei vorläufiger Nichtberücksichtigung des Expansionsventils, so lange ein, bis der Punkt x, Fig. 4, nach y gekommen ist. Während derselben Zeit und in gleicher Weise mufs auch bei der correspondirenden Lage des Dampfausflufskanals d^l der Dampf durch denselben entweichen. Ist χ in y angekommen, so tritt momentan eine Schliefsung beider Oeffnungen O und O^l ein. Der Flügel F bewegt sich aber noch, durch die Expansion des Dampfes getrieben, in derselben Richtung fort. Im nächstfolgenden Augenblick steht d, der Einflufskanal, mit O¹ in Verbindung; der Dampf strömt wieder, aber von der anderen Seite her, in den Treibraum D, bewirkt eine Verzögerung des Flügels und, sowie derselbe seine Endstellung erreicht hat, die Rückwärtsbewegung.

Der entweichende Dampf kühlt sich, indem er durch die Räume f und H streicht und mit dem durch die Scheidewand C von der Pumpe abgesonderten Wasser und mit den kühleren Wänden der Pumpentheile in Berührung kommt, ab und wird condensirt. Aufserdem dient der abgehende Dampf auch zur Beseitigung des kühlenden Einflusses der Pumpe.

Die Bewegung der Pumpe ist eine fast analoge wie bei dem Motor. Der Flügel F' derselben, welcher mit dem Flügel F des Motors fest verbunden ist und sich in derselben Ebene mit ihm befindet, gelangt daher auch zu gleicher Zeit mit dem Flügel F in die bezw. Endstellungen. Das Pumpenventil jedoch, welches dieselben Rotationen macht, wie das Dampfventil und dessen Ein- und Ausflufskanäle nach einer Richtung hin in viel gröfserer Dimension ausgeführt sind, besitzt keine Voreilung. Der Wasserein- und Austritt fallen daher stets mit der Bewegungsumkehrung der Flügel zusammen.

Um genügenden Raum für den Wasseraustritt durch das Steigrohr B zu bekommen, ragt das Ventil v^x über die übrige Construction hinaus. Diese schliefst sich an die Oeffnungen ο und ο' beiderseitig an, so dafs ein ungestörter, reichlicher Wassereintritt und Austritt stattfinden kann.

Zur Umsetzung der schwingenden Bewegung des Flügels F in die rotirende des Ventils dient:

1. Der Zapfen Z, welcher, mit dem Ringe R' fest verbunden, die Schwingungen desselben mitmacht. Die in Fig. 3 angegebene Lage des Zapfens ist die der punktirten Flügellage entsprechende Endstellung. Befindet sich der Flügel in seiner anderen Endstellung, so befindet sich Z in Z¹, und zwar hat der von dem Zapfen zurückgelegte Winkel = α eine solche Stellung, dafs er von der Horizontalen MM halbirt wird.

2. Die Kurbel K. Der Kurbelarm steht zum Schwingimgsbogen des Zapfens Z in solchem Verhältnifs, dafs bei den Endstellungen des Zapfens Z die Verbindungslinien T bezw. T¹ der Mitten dieses und des Kurbelzapfens Tangenten für den Kurbelkreis sind. Es folgt daraus, dafs der Kurbelarm genau die Hälfte der zu dem Schwingimgsbogen des Zapfens Z gehörigen Sehne sein mufs.

3. Die Stangen S und S^A. Die eine Stange S greift einerseits an den Kurbelzapfen an, andererseits geht sie durch eine Führung L, welche um einen zur Stange 5 senkrechten Zapfen drehbar ist. Auf der Stange S befindet sich ein Zapfen, welcher mit dem Zapfen Z durch die Stange S¹ verbunden ist.

Bei der - Bewegung des Zapfens Z in die Lage Z¹ wird vermittelst der Stange S* auf Stange S und also auch auf den Kurbelzapfen eine Kraft ühertragen, welche die Kurbel K in dem durch den Pfeil angedeuteten Sinne nach rechts herum dreht.

Ist nun der Zapfen Z in Z¹ angekommen, so ist die Kurbel K vertical nach oben gerichtet; der Kurbelzapfen mufs daher einen Halbkreis beschrieben haben. Bewegt sich nun der Zapfen Z wieder in seine erste Lage zurück, so wird auf den Kurbelzapfen eine Kraft übertragen, welche ihn in dem früheren Drehungssinne nach rechts herum fortbewegt, so dafs, wenn Z in seine erstangegebene Lage zurückgelangt, der Kurbelzapfen einen ganzen Kreis beschrieben hat.

Zur Bewirkung der Expansion dient das Expansionsventil E, welches wesentlich eine hohlcylindrische Gestalt mit zwei Vorsprüngen hat. Wie aus der Fig. 5 ersichtlich, werden die Vorsprünge einmal von einer cylindrischen 'Fläche, dann aber auch von einer Ebene i bezw. z¹ und einer Schraubenfiäche u bezw. u¹ begrenzt. Das Expansionsventil dreht sich mit dem Dampfventil. An einer eigenen, von dem letzteren unabhängigen Drehung wird dasselbe durch die Schraube s, wie auch durch eine in der Hülse h angebrachte Nuth verhindert. Unabhängig jedoch von dem Dampfventil kann das Expansionsventil vermittelst der Schraube ί eine Bewegung längs der Welle w in dem ringförmigen Raum b ausführen. Die in der Zeichnung angedeutete Lage des Expansionsventils kann bei der Ingangsetzung der Maschine niemals eine Expansion hervorrufen; denn keiner der beiden Vorsprünge wird sich vor die Oeffnung von e legen können. Die Maschine arbeitet in diesem Falle ohne Expansion. Dadurch, dafs die Vorsprünge allmälig in der Breite zunehmen, wird je nach der Stellung des Ventils ein verschiedener Grad der Expansion erzielt. Angenommen, das Expansionsventil wäre durch die Schraube s in eine solche Stellung gebracht, dafs bei der Thätigkeit der Maschine Expansion stattfindet. Von der Fig. 4 ausgehend, tritt der Dampf durch den Kanal d und der Oeffnung O in den Treibraum D ein. Soll nun Expansion eintreten, so mufs der Dampfzuflufs schon, während d und O noch mit einander communiciren, abgeschnitten werden. Derselbe mufs aber sofort wieder frei werden, wenn d und O aufhören mit einander zu communiciren, d. h. wenn der Punkt χ nach y gekommen ist; denn im nächstfolgenden Augenblick tritt d mit O' in Communication und der Dampf soll dann durch jene Oeffnung eintreten. Es mufs daher, wenn χ in y angekommen ist, das Expansionsventil die Dampfzuflufsöffnung von e gerade noch decken, so dafs dieselbe im nächsten Augenblick frei wird und der Dampf eintreten kann. Der letzte Punkt des betreffenden Vorsprunges, in der Zeichnung der untere, mufs daher gerade um den Winkel β von χ entfernt sein;' denn nur dann wird, wenn der Punkt χ in y sich befindet, im nächsten Augenblick der Dampfzuflufs frei werden. Dieses gilt aber für einen beliebigen Expansionsgrad; es mufs daher die in der Fig. 4 im Querschnitt zu sehende Fläche i eine axiale Ebene sein.

Dasselbe gilt, wenn der Dampf durch d und C eintritt. Es mufs dann immer die Expansion aufhören, sobald χ in y¹ angekommen ist. Es folgt daraus wieder, dafs bei der Lage von Punkt χ injy¹, der Winkel ß¹ stets constant ist, d. h. die Fläche i^l mufs gleichfalls eine Ebene sein, welche durch eine Cylinderseite des Ventils geht, β + ß' bildet einen gestreckten Winkel, somit liegen i und i^l sich diametral gegenüber.

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Die Anordnung, wodurch, wie im vorhergehenden beschrieben und in der Zeichnung dargestellt, die pendelartig schwingende Bewegung eines Flügels in Verbindung mit einem rotirenden Ventil von der angegebenen Form und Lage innerhalb des Constructionstheils, um welchen der Flügel schwingt, nutzbar gemacht wird.

   Die/ erläuterte und auf der Zeichnung dargestellte Anwendung zweier Stangen, einer drehbaren Führung und einer Kurbel zur Umsetzung der schwingenden Bewegung in die rotirende.

   Die Vorrichtung, durch welche, wie angegeben, vermittelst eines durch eine Schraube bewegten Expansionsventils von der besonderen Form, ein veränderlicher Grad der Expansion hervorgerufen wird.
   Die angegebene Combination von Dampfmotor und Pumpe, von der beschriebenen Form; beide neben einander mit dazwischen liegendem Raum für den Durchgang des Abdampfes.

   Die Anordnung, durch welche die Scheidewand zwischen dem Pumpen- und Dampfventilraum, wie im vorhergehenden bezeichnet, zur Condensation des Dampfes beiträgt.

   Die beschriebene und dargestellte Anwendung eines rotirenden Ventils mit zwei Kanälen, von denen der einegMr zum Einflufs, der andere nur zum Ausfefe^dient, und

   welche abwechselnd mit zwei Oeffnungen communiciren, welche, diametral gegenüber^ stehend, in dem das Ventil umgebenden Constructionstheil angebracht sind.

   Die oben beschriebene und in der Zeichnung dargestellte Anordnung der Hülse, des mit Rillen versehenen Ansatzstückes, des Metallstückes und der Schraube' zur Erzeugung und Veränderung der Voreilung.

   Die Arretirung des sich bewegenden Flügels des Dampfmotors in seinen Endstellungen durch:

   a) die Voreilung des Dampfventils,

   b)' den prismatischen Ansatz, welcher an dem mit dem Flügel verbundenen Ringe befestigt ist, und sich zur Zeit, wenn der Flügel seine bezw. Endstellung erreicht , gegen einen elastischen Stoff legt,

   c) die Verbindung der Stangen, welche zur Umsetzung der schwingenden Bewegung in die rotirende dient.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.ⁱ