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Gestängelose Schiebersteuerung für Kolbendampfniaschinen. Es sind
bereits zur Steuerung von Kolbendampfmaschinen gestängelose Schieber bekannt, die
durch- den Dampf aus dem Arbeitqzylinder bewegt werden; es ist ferner bereits vorgeschlagen,
bei derartigen mittels Doppeldifferentialkolben bewegten Schiebern nach Einleiten
der Schieberbewegung mittels dem Arbeitszylinder entnommenen Dampfes durch den Kolben
des Arbeitszylinders Frischdampf in den Unisteuerraum des Schiebers zu
füh-
ren, um die Schieberbev"egung zu beenden, die andernfalls infolge zu
geringen Druckes des dem Arbeitszylinder entnommenen Dampfes nicht zu Ende geführt
werden würde.
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Diesen bekannten Schiebersteuerungen gegenüber besteht das Wesen der
vorliegenden Erfindung darin, daß die Schieberbewegung durch Beaufschlagung des
größeren Differentialkolbens mit Zylinderdampf eingeleitet und durch darauffolgende
Beaufschlagung des kleineren Differentialkolbens mit Frischdampf beendet wird, -wobei
beide Kolben in getrennten Umsteuerräumen arbeiten.
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Diese Zerlegung der Schieberbewegung unter Verwendung je eines
besonderen Arbeitsmittels für jede Bewegungsstufe ermöglicht die Erzielung einer
Reihe von Wirkungen, die den bisher bekannten gestängelosen Seliiebersteuerungen
versagt geblieben sind. Da der größere Differentialkolben erfindungsgemäß nur die
Aufgabe hat, die Schieberbewegung einzuleiten, so kann er in seinem Otierschnitt
derart gewählt werden, daß auch bei geringem Zylinderdampfdruck die Schieberbewegung
mit voller Sicherheit erreicht wird, ohneein Schlagen des Schiebers befürchten zu
müssen. Dadurch wird die Verwendung des gestängelosen Schiebers bei Expansionsmaschinen
möglich, da bei richtiger Wahl des Ouerschnittes des größeren Differentialkolbens
auch der geringste zulässige Expansionsdruck die Bewegung des Schiebers einleiten
kann. Wird die Zylinderdampfleitung zu dem Umsteuerraum des größeren Differentialkolbens
gleich nach dem Anlüften des Schiebers abgesperrt und gegebenenfalls gleichzeitig
dieser Umsteuerraum entlüftet, so ist damit nicht nur ein Schlagen des Schiebers
auch bei hohem Zylinderdampfdruck und großem Kolbenquerschnitt sicher Wrhindert,
sondern es wird auch eine Verzögerung der Schieberbewegung erzielt, die sich in
Fällen starker Belastung der Maschine, also Verlangsamung des Ganges, als besonders
vorteilhaft erweist, weil dadurch eine sonst zu hohe Voreinströmung des Dampfes
in den Arbeitszylinder verhindert wird, die unter Umständen ein Zurückpendeln des
noch nicht in den Totpunkt gelangten Arbeitskolbens zur Folge haben kann. Schwungradlose
Dampfmaschinen werden also mit der vorliegenden Schiebersteuerung stets ihren vollen
Hub haben.
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Wird dem kleinen Differentialkolben der Frischdampf über den Arbeitszylinder
zugeleitet ' so wird dann die Schiebersteuerung auch für Dampfmaschinen mit
Kurbelbetrieb, und zwar sowohl für Volldruck- wie für Expansionsmaschinen anwendbar,
da dann die Beendigung der Umsteuerbewegung des Schiebers in Abhängigkeit von der
Drehzahl der Maschine erfolgt; demnach muß die neue Schiebersteuerung, gleichgültig
bei welcher DTehzahl, Belasitung und Füllungsgrad, aucIr bei diesen Dampfmaschinen
mit voller Sicherheit wirken. Während die bisher bekannten gestängelosen Schiebersteuerungen
stets nur m sehr beschränktes 2inwendungsgebiet (meistens Pumpen) hatten, läßt sich
die vorliegende Erfindung bei allen Kolbendampfmaschinen mit gleichem Erfolge benutzen.
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Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel,
und zwar ist Abb. i ein Schnitt durch die neue Schiebersteuerung, Abb.:2 ein Schnitt
nach LinieA-B der Abb. i; Abb. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung
für Zwillingsdampfmaschinen mit um go' versetzten Kurbeln; Abb. 4 zeigt eine Ausführungsform
der Effindung für Verbundmaschinen mit um i8o' versetzten Kurbeln.
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In dem Arbeitszylindera (Abb. i) bewegt sich der Kolben
b mit Kolbenstange bi; neben dem Zylinder a befindet sich das Schiebergehäuse
c mit dem Kolbenschieber d. Der 'Kolbenschieber hat an jedem Ende
je einen Diff erentialkolben e, e" und e 2, e', die sich in den Umsteuerräumen
f, fl- und f, f3 bewegen können. Der Dampfeintritt erfolgt
hier auf beiden Seiten des Zylinders a durch die Leitungen g in den Zylinderböden
al, a2 derart, daß der Dampf bei der veranschaulichten Schieberstellung in den Schieberkasten
oben zwischen den großen Differentialkolben ell und den Teil d' des Schiebers eintritt,
uni auf
kürzestem Wege durch den Schlitz & hinter den Arbeitskolben
b zu gelangen. Der vor dem Kolben befindliche Dampf entweicht durch den Schlitzh
in das Schiebergehäuse zwischen den beiden Teilen d und d2
des
Schiebers, um durch den.Schlitz i des Schiebergehäuses zu dem Dampfaustritt
k zu gekn langen.
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Bei der dargestellten Lage von Schieber und Kolben wird letzterer
von dem hinter ihm eintretenden Dampf in der Pfeilrichtung abwärts getrieben. Am
Ende seiner Abwärtsbewegung, die durch die punktierte Lini#e in Abb. i angedeutet
ist, gibt der Kolben b einen Schlitz 1 in der Zylinderwand frei, ##o
daß aus diesem Schlitz durch die Dampfleitung in Dampf in den Umsteuerraum f2 hinter
den größeren Differentialkolben C2 treten kann -
infolgedessen wird der Schieber
etwas nach oben bewegt, so daß der Dampfeintrittsschlitz al geschlossen, der am
anderen Zylinderende befindliche Dampfeintrittsschlitz a4 dagegen geöffnet wird.
Diese beiden Schlitze a3 und a4 stehen nun durch Je eine Bohrung 11, 111 mit den
Umsteuerräumenf und f- des Schiebers in Verbindung. Bei der hier beschriebenen
Bewegung tritt also nunmehr durch n' Frischdampf unter den soweit angehobenen Differentialkolben
el und beendet die Schieberbewegung. Diese Verbindung bleibt aber während des nun
folgenden Kolbenhubes (Aufwärtsgang) ununterbrochen. so daß der Schieber in der
ihm gegebenen Stellung kraftschlüssig festgehalten wird.
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Die Umsteuerräume fl und f2 werden durch die zum Dampfauslaß
führenden Rohre o entlüftet, die an den Umsteuerräumen so angeschlossen sind, daß
sie erst dann von dem großen Diff erentiallkolben el-, e2 freigelegt werden,
wenn die Zuleitungen ni von den kleineren Differentialkolben e oder e3
ge-
schlossen sind. Bei Beginn der geschilderten Umsteuerung ist also der
Umsteuerraumfl c»-itlüf tet, der Umsteuerraum f steht aber noch unter Druck,
und zwar dem gleichen Druck, der auf der unteren Seite auf den großen Differentialkolben
e2 wirkt, so daß also infolge der Größenunterschiede zwischen den Kolben
c und e' die Verschiebung des Schiebers eingeleitet werden kann. Hierbei
wird der Sclilit7a" geschlossen und al geöffnet. Wällrend nunmehr Frischdampf hinter
den kleinen Differentialkolben e3 strömt, kann der in dem Umsteuerraum
f befindliche Dampf durch die Leitung ii mit dem Zylinderabdampf durch dien
Schlitz h entweichen.
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Die mit Entwässerungsschraube versehene Leitung it mündet in den Raum
f derart, daß noch ein geringer Dampfrest darin verbleibt, der komprimiert
wird und ein Kissen bildet, das den Schlag des Schiebers mildert. Die Anordnung
der Leitungen o, in und ii, n' ermöglicht die zur Betriebssicherheit er-#r forderliche
Entwässerung der Umsteuerräume des Schiebers. Diese Leitungen werden erfindungsgemäß
derart an die UmsteuerraUlne angeschlossen, daß sich die eingangs geschilderten
Wirkungen ergeben. Die Lage der Schlitze 1 an dem Dampfzylinder kann durch
Berechnung oder Verstich so bestimmt werden, (laß für einen bestimmten Bett iebsdruck
und bestimmte, gleichbleibende Belastung bei der sich hierbei ergebenden Kolbengeschwindigkeit
der Schieber so öffnet., daf) der Arbeitskolben im Totpunkt vollen Dampfdruck erhält.
Ändert sich nun der Betriebsdruck oder die Belastung, so wird dadurch die Schieberbewegung
in keiner Weise gefährdet. Die größeren Differentialkolben el. e2 werden in ihrem
Ouerschnitt derart gewählt, daß aucb bei dem geringsten zulässigen oder zu erwartenden
Zvlinderdampfdruck ein Anlüften des Üampfschiebers eintreten muß. Nun sind nach
der Erfindung die Zylinderdarnpfleitungennz an den großen Umsteuerräumeilf',f2 derart
angelegt, daß sie sofort nach Anlüften (]es Schiebers von den kleinen Differentialkolben
e, e-3 abgesperrt werden. Weiter sind 2n
die Entlüftungsleitungen o
derart an den Umsteuerräumen fl, f' angeschlossen, (laß annähernd zur gleichen Zeit,
jedenfalls unmittelbar nach Absperren der Leitungentn, die ( T msteuerräurne
fl, f' entlüftet werden. Dadurch wird der Schieber, der zuerst zum Anheben bei entsprechendem
Dampfdruck einen kräftigen Anstoß erhalten hat, in seiner Bewegung verzögert, und
zwar um so mehr, je
langsamer sich der Arbeitskolben seinem Totpunkt nähert.
Ist z. B. bei zu geringer Kolbengeschwindigkeit infolge hoher Belastung die Beaufschlagung
des Umsteuerraumes f2
zu früh erfolgt, wenn der Schlitz 1 am
Dampfzvlinder für höhere Tourenzahl mehr nach der Zylindermitte verlegt ist, so
wird die vorhin erwähnte Verzögerung des Schiebers eintreten, während der Arbeitskolben
b noch einen längeren Weg bis zum Totpunkt zurückzulegen hat. Hierbei ist
der Dampfeintritt bei a4 nur mit einem kleinen Spalt geöffnet, und der hier eintretende
Frischdampf wird gedrosselt, so daß der einströrnende Frischdampf, der durch die
Leitung n' in den Umsteuerraum f-' gelangt, erst nach einiger Zeit (lie zur Schieberbewegun-
erforderliche Spannung erhält. Somit ergibt sich also eine dIer Kolbengeschwindigkeit
und der Belastung proportionale Verzögerung oder Beschleunigung des Dampfverteilungsschiebers.
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Die Anordnung der Kanäle n und n' hat zur Folge, daß die Bewegung
des Schiebers durch den kleinen Differentialkolben direkt von der Kolbengeschwindigkeit
abhängig ist;
bei größerer Kolbengeschwindigkeit verkleinert sich
der vom Frischdampf aufzufüllende Raum schneller, der für den Umsteuerraum
f
oder f- erforderliche Frischdainpf gewinnt also schneller seine Spannung
zur Bewegung des Schiebers, bei langsamer Kolbenbewegung entsprechend später, so
daß also die Beziehung zwischen Kolbengeschwindigkeit und Schieberbewegung bei dieser
zweiten, durch den kleinen Differentialkolben bedingten Bewegung stets erhalten
bleibt.
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In Abb. 4 ist die Erfindung in ihrer Ausbildung an einer Verbunddampftnaschine
mit um i8o' gegeneinander versetzten Kurbeln veranschauh,c'ht. Die Verschiebung
des Schiebers erfolgt hier in gleicher Weise wie vorher, Lind zwar vom Hochdruckzylinder
aus, der mit den Umsteuerräumen f, fl, f2, fs in der gleichen Weise
durch die Leitungen nt und it bzw. itl- verbunden ist. Der Niederdruckzylinder
p ist hier beiderseits durch je zwei Leitungen q und r mit den beiden
den Ab-
dampf des-Hochdruck-zylindersa abwechselnd aufnehmenden Ringräumen
ds des Schiebers d
verbunden. Die Leitungen q von größerem Otierschnitt
haben zwei Öffnungen ql, q:' nach Jem. Niederdruckzylinder, und zwischen beiden
ist in der Leitung q ein Drosselhahn s o. dgl. eingebaut. Schließt der Zylinderkolben
p" die Öffnung ql, so kann der Dampf nur durch die Öffnung q2 nach dem Auspuff k'
entweichen, da die Leitung r vom Schieber d
geschlossen ist. Durch Einstellen
des Drosselhahnes s kann man also im Zylinder jeweils auf der Auspuffseite jede
gewünschte Kompression des noch vorhandenen Abdampfrestes erzielen. Die Anordnung
der Leitung iist erforderlich, um bei stark gedrosseltem oder ganz geschlossenem
Hahn s Dampf hinter den Kolben pl treten zu lassen.
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Als wesentlich ist bei dieser Ausführungsform noch hervorzuheben,
daß die überleitung des Dampfes aus dem Hochdruck- in den Niederdruckzylinder wie
auch die Ableitung des Abdampfes aus letzterem nicht durch die Timsteuerräume, sondern
durch die für diesen Zweck besonders vorgesehenen Schiebernuten d" erfolgt, die,
wie Abb. 4 zeigt, den Abdampf schließlich zu dem bei k' angedeuteten Auspuff führen.
Es wird dadurch im Gegensatz zu bekannten Schiebersteuerungen eine Abkühlung der
Umsteuerräutne durch den kalten Abdampf vermieden, wodurch sonst Kondensationsverluste
beim Eintritt des Frischdampfes in die Umsteuerräume eintreten.
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In Abb. 3 ist eine Ausführungsform der Er#ndung für Zwillingsmaschinen
mit um go' gegeneinander versetzten Kurbeln veranschaulicht. Hier ist jeder Zylinder
für sich mit einem Schieber ausgerüstet. Die von den Zylindern ausgehenden Dampf
leitungen m für die Einleitung der Schieberbewegung sind hier in der Mitte der Zvlinder
an diese angeschlossen und führen zu den Umsteuerräumen fl und f2 des zu
dem anderen Zylinder gehörigen Schiebers. Dabei sind die Leitungen in an dem einen
Zylinder gekreuzt, um entsprechend der Kurbelversetzung zwischen den beiden Zylindern
den anderen Scbieber richtig zu steuern.
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Um hierbei ein einwandfreies Arbeiten zu erzielen, sind jedoch die
Entlüftungsrohre o fortgefallen, und die Leitungen in dürfen bei der Bewegung des
Schiebers nicht überdeckt werden, sondern stehen dauernd mit ihren Umsteuerräumen
fl- und f2 in Verbindung. Die Wirkungsweise ändert sich dann gegenüber Abb.
i und 4 in folgender Weise: Wenn in der Stellung der Abb. 3 der rechte Zylinderkolben
b sieh weiter abwärts bewegt, so gibt er schließlich auch den unteren Schlitz
1 frei, so daß auch Dampf durch die nach oben führende Leitungm in den Umsteuerraum
fl des linken Schiebers eintreten kann. Da nun aber der Umsteuerraum f2 dieses
Schiebers unter dem gleichen Dainpfdruck steht, so heben sich diese Drucke auf,
und der linke Schieber bleibt in der dargestellten Stellung stehen, da er durch
den Frischdampf in dem Umsteuerraum fl festgehalten wird.
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Ist nun der rechte Kolben im Totpunkt, so befindet sich der linke
Zylinderkolben. in Mittelstellung, in welcher er den unteren Schlitz 1
freigegeben
hat, so daß durch 1 und Leitung m
der Umsteuerraum f2 des rechten
Schiebers beaufschlagt wird. Der Umsteuerraum fl dieses Schiebers ist inzwischen
durch die obere Leitung m und den oberen Schlitz 1 des linken Zylinders nach
der Auspuffseite des linken Arbeitskolbens 1) entlüftet. So erfolgt also jetzt eine
Bewegung des rechten Schiebers nach oben infolge des Flächenunterschiedes der Uinsteuerkolben
e2 und e. Dadurch wird dann in der vorher geschilderten Weise durch die Leitung
W Frischdampf unter den Umsteuerkolben es in den Umsteuerraum f3
des rechten
Schiebers eingeleitet, so daß dieser- Schieber seine Bewegung beendet.
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Die Bewegung des Schiebers erfolgt also hier zuerst durch Arbeitsdampf,
der dem anderen, nicht zugehörigen Zylinder entnommen wird, während die Beendigung
der Schieberbewegung und vor allen# das Festhalten der Schieber in ihren Endstellungen
in der gleichen Weise durchgeführt ist, wie vorher, beschrieben.
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Die Umsteuerung der Dampfmaschine, d. b.
die Umkehrung ihres
Drehsinnes, kanr#- bei dem dargestellten gestängelosen Schieber- in einfachster
Weise dadurch erreicht werden, daß an die Umsteuerräume f und fs besondere,
durch
Hahn absperrbare Frischdampfleitungen t und t- (in Abb. i punktiert) angeschlossen
werden. Befindet sich der Kolben in einer beliebigen Mittelstellung im Stillstand,
so kann man die eine oder die andere Frischdampfleitung t öffnen, um den Schieber
d derart zu verstellen, daß die Maschine in dem gewünschten Sinn anläuft.
Allerdings muß man dabei die Kurbelstellung der Maschine zunächst genau nachsehen,
da ja jeder Kolbenstellung zwei Kurbelstellungen entsprechen, so daß zur Erzielung
des verlangten Drehsinns je nach der Kurbelstellung der Dampf den Kolben
auf der einen oder auf der anderen Seite beaufschlagen muß. Der Umsteuerdampf, der
durch die eine oder die andere der Frischdampf leitungen t oder t. in einen der
Umsteuerräume f oder f3 eingeleitet wird, gelangt auch sofort durch
die Leitung m
oder W in den Arbeitszylinder, was ein sofortiges Anspringen
der Iiaschine bedingt.
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Es sei noch hervorgehoben, daß in Abb. i bei der dargestellten stehenden
Maschine der obere größere Differentialkolben el einen größeren Durchmesser als
der untere Kolben e 2 aufweist, um das Gewicht des Schiebers aufzunehmen.