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Expansionsschiebersteuerung für Kolbendampfmaschinen. Es sind bereits
Expansionsschiebersteuerungen für Kolbendampfmaschinen bekannt, bei welchen ein
von dem Hauptschieber unabhängiger Expansionsschieber durch Dampfdruck in der Weise
gesteuert wird, daß er den ihn bewegenden Dampf durch ein Regelungsventil erhält,
so claß der Schieber rasch oder verzögert oder gar nicht in seine Absperrstellung
gelangt.
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Gegenüber diesen bekannten Steuerungen bringt die Erfindung in erster
Linie das Neue, daß der Expansionsschieber im Innern des Hauptschiebers - und zwar
für jede Kolbenseite je ein Expansionsschieber - angeordnet ist und daß die Expansionsschieber
durch die Bewegung des Hauptschiebers mit besonderen für sie bestimmten Dampfleitungen
in Verbindung gebracht werden.
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Die Anordnung von Expansionsschiebern ini Innern eines Hauptschiebers
ist bei Schiehern bereits bekannt, bei welchen sowohl die Hauptschieber wie die
Expansionsschieber mechanisch durch Exzenter oder ähnlich wirkende Hilfsmittel angetrieben
werden. Für durch Dampfdruck bewegte Expansionsschieber ist diese Anordnung neu
und bringt diesen mechanisch bewegten Schiebern gegenüber den Vorteil des Fortfalles
der mechanischen Steuerung und einer sehr viel weitergehenden, nämlich zwischen
völliger Ausschaltung und höchster Expansion wechselnden Regelung, die sich auch
dem jeweiligen Kraftbedürfnis sehr viel feiner anpassen läßt. Gemiß der Erfindung
werden nun die Expansionsschieber zunächst auf einer Ringfläche in einer durch Drosselventil
regelbaren Weise beaufschlagt, so daß sie sich mehr oder weniger schnell oder verzögert
anheben; dann «-erden sie voll beau:fschlagt, so daß sie schnell in die Absperrstellung
gelangen. Hierbei kann zur einleitenden Beaufschlagung Dampf aus dem Zylinder, zur
endgültigen Schließbewegung Frischdampf benutzt werden; unter Umständen kann auch
die letztere Bewegung durch Zylinderdampf erfolgen.
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Die Expansionsschieber schließen ihrerseits die Arbeitsdampfleitungen
nicht ab, sondern bewegen Tellerventile, die ohne den Nachteil des schleichenden
Schieberschlusses die Dampfzuleitungen zu dem Zylinder abschließen, wobei noch genügende
Puffervorrichtungen vorhanden sind, um den Schlag des Tellerventiles zu mildern.
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Die Zeichnungen veranschaulichen in Abb. i eine Ausführungsform der
Erfindung im Schnitt.
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Abb. z zeigt einen Teil des Expansioiisschiebers nach Ahb. i mit einer
für Pumpen besonders zweckmäßigen Anordnung.
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Abb. 3 gibt eine Einzelheit wieder.
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In. dem Dampfzylinder a bewegt sich der Kolben h mit Kolbenstange
hl-; c ist das Schiebergehäuse, in welchem sich der Hauptschieber verschiebt,
der in später zu beschreibender Weise sich aus den Teilen d2 bis d' zusammensetzt
und in.beliebiger Weise angetrieben werden kann, z. B. mittels seiner
Stange
d', die mit einem Kurvenschubgetriebe bekannter Art verbunden ist, das derart ausgebildet
ist, daß der Hauptschieber d jedesmal am Ende des Kolbenhubes eine kurze, ruckweise
Bewegung erhält, die ihn aus der einen in die andere Endstellung führt.
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Der Hauptschieber d enthält gemäß der Erfindung die beiden Expansionsschieber
e, e1, deren ieder für eine Kolbenseite bestimmt ist. Zu diesem Zweck setzt sich
der Hauptschieber aus folgenden Teilen zusammen: Der Mittelteil d2, der eine Mehrzahl
von später zu beschreibenden Bohrungen oder Kanälen aufweist, hat an beiden Seiten
Vertiefungen, in denen die beiden Expansionsschieber e, e1 untergebracht
sind. Dieser :Mittelteil d2 ist auf beiden Seiten mit Ansätzen d3 versehen, die
in zwei weitere Schioberteile d4, & hineinragen und mit diesen durch
die Halteschrauben f starr verbunden werden, so daß die Schioberteile d-, d4 und
d' nach dem Zusammenbau ein starres Ganzes bilden.
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Die Schioberteile d4, d3 haben in der Mitte eine Bohrung zur Aufnahme
der zweckmäßig hohlen Stangen g der Tellerventile g'., die auf ihrer anderen Seite
eine Verlängerungsstange g2 mit einem Pufferkolben g3 tragen. Die Ventilsitze für
die Tellerventile werden von den Schioberteilen de, d' gebildet, die mit den Sehieberteilen
d4, d5 durch die Schrauben fl starr verbunden werden. Die Pufferkolben g3
treten in kleine Pufferzylinder la der Teile d6, d', an welche sich je eine kleine
Bohrung hl anschließt, deren Austrittsquerschnitt durch eine Drosselschraube h2
geregelt werden kann, um so die Kompression in den Pufferzvlindern h und damit die
die Tellerventile il beeinflussende Pufferwirkung regeln zu können.
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Die Drosselschrauben h2 werden durch eine in den Schieberdeckel i
eingeschraubte Druckschraube il gesichert, wobei die Schieberstange dl mit einer
dieser Druckschrauben oder dem Schieberabschlußdeckel i. verbunden sein kann.
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Die Schioberteile d3, d' sind mit den Abschlußdeckeln i erfindungsgemäß
durch einen Bajonettverschluß nach Abb.3 verbunden. Der Deckel i hat einen nach
innen vortretende:i ringförmigen Ansatz i2, der zwei rechteckige Nuten i3 aufweist,
.die in je eine Rast i4 auslaufen. An den Schioberteilen ds, d' sind oben zwei Zapfen
d3 vorgesehen, welche in die Uten i3 einpassen und durch Verdrehen der Teile i und
d6, d' gegeneinander in die Rasten i4 gelangen. Die Druckschrauben il wirken nun,
wenn sie eingeschraubt werden, nicht nur auf die Drosselschrauben h2, sondern drücken
auch auf die Schieberteile dB, d', so daß dadurch der veranschaulichte Bajonettverschluß
gesichert ist. Der Dampfzutritt erfolgt hier durch die Dampfzylinderdeckel a1, a-"
und die darin befindlichen Leitungen a3. Durch Schlitze k in denn Schiebergehäuse
und Schlitze 1 in den Schieberteilen d°, d' gelangt der Dampf in den Hauptschieber
d, um durch die Öffnungen in der Schieberteile d4, d' und die Schützen im Schiebergehäuse
und in der Wandung des Dampfzylinders hinter den Arbeitskolben b zu treten.
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Für den Austritt des Abdampfes sind im Zylinder a und im Schiebergehäuse
Schlitze o vorgesehen, mit denen die zwischen dem Scbiebermittelteil d2 und den
beiden sich an ihn anschließenden Schioberteilen d4, d5 vorgesehenen Ringräume o'
zusammenfallen können, so daß dann der Abdampf durch Schlitze o2 im Schiebergehäuse
zu dein Dampfaustritt o3 gelangen kann.
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Aus Vorstehendem ist leicht ersichtlich, daß das Verschieben des Hauptschiebers
d aus der einen in die andere Endstellung jeweils einen Dampfeinlaßschlitz yi. und
einen Dampfaustrittsschlitz o freigibt, ebenso den anderen Einlaßschlitz n und Austrittsschlitz
o abschließt, woraus sich die Bewegung des Arbeitskolbens b ergibt.
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Die Regelung der Expansion geschieht nun in folgender Weise- In der
Zylinderwandung sind zwei Schlitze p vorgesehen, an die sich Leitungen p1 mit Drosselventil
p2 anschließen. Diese Leitungen p! führen zu Ringnuten q am Schiebergehäuse,
die durch Bohrungen q1 mit Ringnuten q2 an dem Schiebermittelteil d= in Verbindung
treten. An die Ringnuten q2 am Schioberteil d2 schließen sich Bohrungen d3, die
mit Ringnuten r der Expansionsschieber e, e1 zusammenfallen. In diese Rirgnuten
r münden Bohrungen r1 der Expansionsschieber e, e1, die mit je einer senkrecht dazu
stehenden Bohrung r2 verbunden sind, welche am Boden jedes Expansionsschiebers mündet.
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Die die Expansionsschieber e, e1 aufnehmenden Räume des Schiebermittelteiles
sind gemäß Abb. z ringförmig etwas vertieft, so daß in der Mitte eine Art Ventilsitz
s entsteht, in dem je ein Kanal t mündet, der von dem zugehörigen Expansionsschieber
geschlossen gehalten wird.
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An die beiden Kanäle t schließt sich je eine senkrecht zu ihnen liegende
Bohrung t', die in eine Ringnut t2 an der Außenseite des Schiebermittelteiles d2
mündet. Von diesen beiden Ringnuten t2 fällt in jeder Endstellung des Schiebers
eine (in der Zeichnung die untere) mit einer Bohrung q' und. die andere mit einer
Bohrung u zusammen. Letztere mündet in eine Ringnut W des Schiebergehäuses, die
in beliebiger Weise, z. B. durch die angedeutete Leitung u2, dauernd Frischdampf
erhält.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung gestaltet
sich folgendermaßen: «renn der Arbeitskolben b sich aus der dargestellten Lage in
der Pfeilrichtung bewegt, so gibt er nach kurzer Zeit den oberen Schlitz p frei.
Der in den Zylinder eintretende Dampf gelangt in einer durch das Drosselventil p2
geregelten Weise durch die Leitung p1 zii der Ringnut q, durch die Bohrung q1 in
die Ringnut q', weiter durch die Bohrung q' in die Ringnut r des Expansionsschiebers
e und durch die Bohrungen r1 und r2 unter diesen Schieber. Infolgedessen wird der
Schieber e etwas angelüftet und gibt dadurch den Kanal t frei, so daß jetzt ungedrosselter
Frischdampf unter den Schieber e tritt und diesen rasch anhebt. Diese Bewegung überträgt
sich durch die Stange g auf das Tellerventil g1, das nunmehr schnell geschlossen
wird, wobei der Pufferkolben g3 in dem Pufferzylinder h in der gewünschten, durch
die Drosselschrauben h2 regelbaren Weise den Anschlag des Tellerventils an seinem
Ventilsitz dämpft.
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Durch Einstellen des Expansionsdrosselventils p2, das übrigens nicht
nur von Hand, sondern auch selbsttätig von einem Regler erfolgen kann, um dadurch
die Füllung dem jeweiligen Gang der Maschine anzupassen, hat man es also in der
Hand, entweder die Expansionsschieber ganz außer Wirkung zu setzen (wenn das Ventil
geschlossen ist) oder (las Anlüften des Expansionsschiebers mehr oder weniger zu
verzögern und dadurch den Grad der Füllung des Dampfzylinders zu bestimmen. Der
Abschluß des Tellerventils g1 findet aber ungeachtet der Stellung des Drosselventils
p2 stets schnell, fast plötzlich statt, so daß der bekannte Nachteil des schleichenden
Schieberschlusses durch die Erfindung vollkommen beseitigt wird.
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In den Schieberteilen c14, d' sind an den Außeaseiten Ausnehmungen
v vorgesehen, in welche die Ventilteller g1 im Ruhezustande eintreten, jedoch ohne
vollkommen dicht abzuschließen, so daß auch Dampf unter den Ventilteller treten
kann, damit nicht einerseits etwa der Druck des auf den Ventilteller wirkenden,
einströmenden Frischdampfes die Bewegung des Ventiltellers und des zugehörigen Expansionsschiebers
beeinträchtigt; an-(:erseits hat das in dieser Weise gebildete Dampfkissen den Zweck,
beim Umlegen des Hauptschiebers und der damit verbundenen hntlüftung der Expansionsschieberräume
ein gedämpftes Zurückgehen des Ventiltellers und ein sanftes Aufsitzen des zugehörigen
ExpanS sionsschiebers zu erzielen.
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Ist der Expansionsschieber, z. B. e, angehoben, so ist dann die Verbindung
zwischen der Ringnut r und der Bohrung q3 usw. unterbrochen; durch die Leitung p1
gelangt also nicht mehr Dampf unter den Expansionsschieber e.
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Wird nun nach Beendigung des Kolbenhul:es der Hauptschieber d verschoben
(in Abb. i nach oben), so trifft die obere Bohrung t1 mit ihrer Ringnut t= auf die
Bohrung q1. Die Bohrung r1 des Expansionsschiebers und ihre Ringnut r hat sich schon
bei der Ver schiebung des Expansionsschiebers vor eine Bohrung x in dem Schiebermittelteil
d2 gelegt, so daß nunmehr der unter dein Expansionsschieber befindliche Dampf einerseits
durch .diese Bohrung _x nach dem Dampf -auslaß o3, anderseits durch Bohrung t1,
Ringilut t2, Bohrung q3, Ringnut q2, Bohrung q1, Ringnut g, Leitung p1 in den Zylinder
vor dem Kolben entweichen kann.
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Um den Expansionsschieber mit dem zugehörigen Tellerventil nach erfolgtem
Ventilschluß beim Hubwechsel wieder in seine Anfangsstellung zurückzuführen, sind
die Schieferteile d4, d' und d', d' von Bohrungen oder Schlitzen w durchsetzt,
die abwechselnd mit den Dampfeintrittsschlitzen k zusammenfallen, wie Abb. i unten
erkennen läßt. Somit gelangt also auch auf dieser Seite Frischdampf in den Schieber,
aber nicht weiter in den Zylinder, da auf dieser Seite der Schlitz ya des Zylinders
geschlossen ist. Der eintretende Frischdampf wirkt also nur auf den Ventilteller
g1 und führt diesen mit dem zugehörigen Expansionsschieber e1, dessen Schieberraum
in der vorhin geschilderten Weise entlüftet, also druckfrei ist, in die gezeichnete
Anfangsstellung zurück.
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In Abb.2 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der
die gesamte Bewegung des Expansionsschiebers durch Dampf aus dem Arbeitszylinder
erfolgt: diese Anordnung ist für den Antrieb voll Pumpen besonders zweckmäßig.
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Wenn nämlich durch den Expansionsschieber, z.B. e, und seinTellerventilgl
der Dampfzutritt hinter den Kolben abgeschlossen ist, so kann es' vorkommen, daß
die zur Überwindung des Pumpenwiderstandes erforderliche Arbeit von dem expandierenden
Dampf bei plötzlicher übermäßiger Belastung der Pumpe nicht voll geleistet -werden
kann. Die Pumpe würde dann stillstehen. Bei der in der Abb. 2 dargestellten Anordnung
würde aber dann der Druck unter dem Expansionskolben, der jetzt nur von dem Zylinderdampf
erzeugt wird, von dem Druck des auf den in Absperrstellung befindlichen Ventilteller
g1 wirkenden Frischdampf überwunden werden können. Das Ventil würde dann nochmals
geöffnet und der Dampfzylinder von neuem Frischdampf erhalten, so daß der Widerstand
der Pumpe überwunden werden könnte. Ein
Stillstehen der Pumpe ist
dann nicht zu befürchten.
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Zu diesem Zweck wird gemäß Abb.2 an die Ringnut iil nicht die Frischdampfleitung
u2, sondern die Leitung P1, die Zylinderdampf führt, angeschlossen, wobei das Drosselventil
;h2 in die Leitung p1 kurz vor ihrer Mündung in die Ringnut itl verlegt wird. Von
der Leitung p1 gehen Zweigleitungen P3, p4 zu den beiden Ringnuten. Die Kanäle t
in dem Schiebermittelteil d2 sind hier fortgelassen und die Bohrungen t1 derart
erweitert, daß der durch sie eintretende, von p= gedrosselte Dampf direkt auf den
Expansionsschieber e oder e1 wirken und ihn anlüften kann. Hierbei kann dann urigedrosselter
Zylinderdampf durch die Zweigleitung p3 oder p4, Ringnut q, Bohrung q1, Ringnut
q2, Bohrung q3 unter den Schieber e oder e1 treten, und zwar entweder wie nach Abb.
i durch die Bohrungen r1, r2 im Schieber e oder e1 oder direkt, sofern der
Schieber e oder e1 genügend hoch angehoben ist, um die Bohrung q3 freizugeben. 7m
letzteren Falle können die Bohrungen r1, r2 im Schieber e oder e1 fortfallen. Zur
Entlüftung der Arbeitsräume der Expansionsschieber wird durch die Umsteuerbewegung
des Hauptschiebers d jeweils eine Ringnut q2 mit der Bohrung q' nach dem Auspuff
o3 freigelegt, wie Abb. 2 unten zeigt. Der unter dem Expansionsschieber dabei noch
verbleibende Dampfrest ist sehr gering, kann aber als Kissen für den zurückgeführten
Expansionsschieber dienen.