DE471881C - Gestaengelose Schiebersteuerung fuer Kolbendampfmaschinen - Google Patents

Gestaengelose Schiebersteuerung fuer Kolbendampfmaschinen

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DE471881C
DE471881C DET29798D DET0029798D DE471881C DE 471881 C DE471881 C DE 471881C DE T29798 D DET29798 D DE T29798D DE T0029798 D DET0029798 D DE T0029798D DE 471881 C DE471881 C DE 471881C
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L23/00Valves controlled by impact by piston, e.g. in free-piston machines

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Description

  • Gestängelose Schiebersteuerung für Kolbendampfmaschinen DurchPatent443 2q.6 ist eineAusführungsform der gestängelosen Schiebersteuerung nach dem Hauptpatent 4q.2 136 geschützt, bei der die Schieberbewegung in jeder Richtung in zwei Phasen zerlegt ist, nämlich i. die Erreichung der Dampfabschlußstellung und 2. der Übergang in die End- oder Umsteuerstellung. Zu dieser zweiten Bewegungsphase soll nach einer Ausführungsform dieses Erfindungsgedankens nach dem Patent 4,43:246 der Kompressionsdruck im Zylinder gegen Ende der Kolbenbewegung ausgenutzt werden. Hiermit ist, wie die Erfahrung ergeben hat, eine gewisse Gefahr verbunden, die durch die vorliegende Erfindung beseitigt werden soll.
  • Wenn nämlich der Arbeitskolben im Dampfzylinder undicht wird, so könnte dann der zur Umsteuerung des Schiebers erforderliche Kompressionsdruck nicht erreicht werden, so daß die Wirkung der Steuerung in Frage gestellt wäre. Ebenso würde bei ganz langsamem Gang der Maschine derKompressionsdruck nicht so rasch seine volle Höhe erreichen (auch wenn der Arbeitskolben dicht schließt), um die gewünschte schnelle Schieberbewegung zu erzielen.
  • Dem wird durch die vorliegende Erfindung dadurch abgeholfen, daß zur Erzielung des Überganges des Schiebers aus der Dampfabschlußstellung in die End- oder- Umsteuerstellung der Kompressionsdruck ergänzt oder ersetzt wird durch Frischdampf, der in die Umsteuerräume und hinter die Differentialkolben des Schiebers eingeführt wird, die diese letzte Phase der Schieberbewegung bewirken. Zu diesem Zweck wird in die Zylinderböden je ein vom Arbeitskolben-unmittelbar gesteuertes Ventil eingebaut, das nach Öffnung Frischdampf hinter den jeweils zu beaufschlagenden Kolben des Schiebers eintreten läßt, so daß der Schieber sicher und schnell in die End- oder Umsteuerstellung bewegt wird, daß die unvermeidlichen Drosselverluste verringert werden.
  • Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel, das in der Hauptsache die gleiche Durchbildung zeigt wie die nach dem Patent 443 246.
  • In dem Arbeitszylinder a bewegt .sich der Dampfkolben b, und in dem Schiebergehäuse c arbeitet der gestängelose Schieber, der aus den beiden durch die Stange d zusammengehaltenen Schieberteilen dl, d2 und den sich an diese anschließenden Differentialkolben e, ei, e2, es besteht. Letztere arbeiten in den Umsteuerräumen f, fI, f2, f3 des Schiebergehäuses. Die Dampfzuführung erfolgt .aus den Dampfzylindern a1, a2 über das Schiebergehäusec zwischen dem größerenDifferentialkolben e1 oder e2 und dem Schieberteil dl oder d2 durch die Einlaßschlitze a3, a°. Der Abdampf entweicht durch die Schlitze hl, lag in das Schiebergehäuse zwischen den Schieberteilen dl, d2, um dann durch den Abdampfstutzen h abgeführt zu werden.
  • Die hier ebenfalls gekreuzt liegenden Leitungen m, m' führen entsprechend dem Patent 443 246 Zylinderdampf zur Beaufschlagung der größeren Differentialkolben e1, e2 in die Umsteuerräume f l, f2; die Leitungen in, in'- sind an den Dampfzylinder durch #je ein Gehäuse 25 angeschlossen, das mit dem Dampfzylinder a durch eine Mehrzahl von Bohrungen r, 2, 3 in Verbindung steht, die durch den in dem Gehäuse 25 verstellbaren Schieber 26 zum Teil oder alle abgeschlossen oder geöffnet werden können, um durch früheres oder späteres Übertreten von Zylinderdampf durch die Leitungen m, na' hinter die größeren Differentialkolben e1, e2 den Schieber früher oder später in seine Dampfabschlußstellung zu bringen und dadurch die Füllung zu regeln und zu bestimmen.
  • Die Umsteuerräume f und f s erhalten nach dem Hauptpatent 442 136 und dem Patent 443 246 zur Beaufschlagung der kleineren Differentialkolben e und e3 Dampf durch die Leitungen ?z, ?2l. Zur Entlüftung der Umsteuerräume f1, f2 dienen die zum Abdampfstutzen h führenden Leitungen o, o1 mit ihren Drosselventilen v1, v2.
  • Bei der in der Zeichnung wiedergegebenen Kolben- und Schieberstellung tritt derFrischdampf durch den Schlitz a' über den Kolben b; die Schlitze hl und a¢ sind durch den Schieber geschlossen und die zur Leitung führende Bohrung l am Gehäuse 25 durch den Kolben überdeckt. Durch die Leitung n tritt Frischdampf in den Umsteuerraum f über den kleineren Differentialkolben e und hält den Schieber fest. Geht der Kolben in der Pfeilrichtung abwärts, so erhält nach genügender Verschiebung des Kolbens b die Leitung ml entsprechend der Stellung des, Schiebers 26 in dem Gehäuse 2.5 durch eine oder mehrere der Bohrungen r, 2, 3 Dampf, der auf den größeren Differentialkolben e2 wirkt, so daß der Schieber infolge des Querschnittsunterschiedes zwischen den Kolben e und e2 schnell angehoben wird, wobei durch den Schieberteildl derDampfeintrittsschlitzas plötzlich geschlossen wird. Dies ist, da a° auch noch von d2 überdeckt ist, die. Dampfabschlußstellung. Hierbei ist durch den Differentialkolben e3 die Leitung ml abgesperrt und gleich- darauf von dem Differentialkolben e2 die Ableitung o1 freigegeben, so daß der Dampf aus dem Umsteuerraum f2 in eineidurch das Drosselventil v2 fein regelbaren Weise entweichen kann. Dadurch jvird der Schieber nach Erreichen der Dampfabschlußstellung in seiner Bewegung derart verzögert, daß er in dieser Stellung verharrt.
  • Bei weiterer Bewegung des Kolbens b im Zylinder a deckt der Kolben den Abdampfschlitz h2 ab, und es tritt vor -dem Kolben Verdichtung ein, die durch die Leitung n1 in dem Umsteuerraum f 3 auf den Differentialkolben e3 wirkt, so daß der Schieber in Abhängigkeit von der Kolbengeschwindigkeit so weit vorgesteuert wird, daß der Einlaßschlitz a1 so weit freigegeben wird, daß Frischdampf durch ihn eintreten kann, der durch die Leitung n' in den Umsteuerraum f3 strömt. Der Schieber wird dann schnell aus der Dampfabschlußstellung in die End- oder Umsteuerstellung geworfen.
  • Wenn nun der Kolben b im Zylinder a undicht geworden ist, so kann dann der zur Einleitung des Überganges des Schiebers aus der Abschluß- in die Endstellung erforderliche Kompressionsdruck nicht entstehen. Die Wirkung des Schiebers wäre dann in Frage gestellt. Ähnliche Schwierigkeiten würden sich ergeben, wenn die Maschine sehr langsam geht, da, wie gezeigt, die Endbewegung des Schiebers von der Kolbengeschwindigkeit abhängig ist.
  • Diese Gefahr beseitigt die Erfindung dadurch, daß in den Zylinderböden je ein Ventil 27 eingebaut ist, das so weit in den Dampfzylinder a hineinragt, daß es durch den Kolben b genügend weit vor seinem Totpunkt angehoben wird. Der Ventilkörper 27 hat eine Nut 28, an die sich eine Bohrung 29 anschließt, die ihrerseits wieder in eine Ringnut 3o endet. Eine Feder 3z, die sich gegen eine Stellschraube 32 stützt, belastet das Ventil 27 in einstellbarer Weise, so daß das letztere die in der Zeichnung' unten veranschaulichte Normalstellung einnimmt, in der das Ventil 27 sich dicht auf seinen Sitz legt und gleichzeitig den zu der Leitung n1 führenden Kanal 33 abschließt.
  • Wenn der abwärts gehende Kolben b gegen den Ventilkörper 27 stößt und ihn abwärts drückt, so daß er schließlich im Totpunkt des Kolbens die in der Zeichnung oben veranschaulichte Stellung erhält, so strömt dann Frischdampf durch die Nut 28, Bohrung 29 und Nut 3o des Ventils in den Hilfskanal 33 und weiter durch die Leitung n' (oder iz) in den Umsteuerraum f 3 (oder f) hinter den Differentialkolben e3 (oder e), so daß der Schieber plötzlich und schnell in seine Endstellung geschleudert wird.
  • Bei der rückläufigen Bewegung des Kolbens b wird das geöffnete Ventil 27 durch .den auf ihm lastenden Dampfdruck und durch die Feder 3 r geschlossen, so daß hier weiterer Eintritt von Frischdampf unmöglich wird. Die Feder 3 r ist notwendig, weil der Dampfdruck allein das Ventil erst dann schließen würde, wenn im Zylinder nach Beginn der Expansion ein Druckabfall stattgefunden hat.
  • Aus Vorstehendem ergibt sich, daß durch die Anordnung -der beiden Ventile 27 ein sicheres Umlegen des Schiebers im Totpunkt des Arbeitskolbens gewährleistet ist.
  • Bei normalem Betriebe, d. h. bei dichtem Dampfkolben und schnellem Gang der Maschine, wird das Ventil 27 insofern günstig wirken, daß infolge des von dem Ventil vermittelten Frischdampfzuschusses der Schieber im letzten Augenblick stets sehr schnell öffnen wird, was für den-Dampfverbrauch der Maschine vorteilhaft ist.
  • Das Ventil 27 wirkt weiter noch als Sicherheitsventil bei Wasserschlägen. Hierzu wird die Federbelastung des Ventils so hoch eingestellt, daß ein über den Betriebsdruck hinausgehender Druck zur Öffnung des Ventils notwendig ist; diesen hohen Druck ersetzt für den gewöhnlichen Betrieb der gegen Ende seiner Bewegung unmittelbar auf das Ventil 27 wirkende Kolben b, so daß das Ventil sich dann in der verlangten Weise öffnet. Wenn aber bei Wasserschlag ein plötzlicher hoher Druckanstieg erfolgt, so wird dann die. Federbelastung des Ventils überwunden und (las Ventil geöffnet. Der hohe Kompressionsdruck im Zylinder kann dann einerseits durch die Leitung n oder zal, den Kanal 33 über das Ventil 27 in dem Dampfraum entweichen, andererseits wird der Schieber sofort durch Beaufschlagung des entsprechenden Umsteuurraumes f oder f #3 umgesteuert, so daß der überhohe Druck sich über die Einlaßkariäle a-' oder a' mit dem Betriebsdruck ausgleichen kann. Das Vorhandensein der Ventile 27 verhindert also Zerstörungen des Zylinders durch Wasserschläge, erhöht also die allgemeine Betriebssicherheit der Maschine.
  • Aus der Zeichnung ergibt sich, daß der von denn geöffneten Ventil 27 eingelassene Frischdampf durch die Leitung n oder n1 nicht nur, wie vorhin beschrieben, nach den Umsteuerräumen f oder f3, sondern auch in den Zylinder a gelangen kann, auch- dann, wenn z. B. zum Stillsetzen der Maschine die sämtlichen Bohrungen r, 2 durch ihre Schieber :26 abgeschlossen sind. Das ist aber unbedenklich. Die Leitungen n, u1 sind vor Erreichen der Schieberabschlußstellung, also während der Füllperiode, durch die Differentialkolben e, c3 überdeckt. Sind nun alle Bohrungen r, 2 ... geschlossen, so kann der Schieber nicht umgesteuert werden, und wenn dann das Hauptabsperrventil noch geöffnet sein sollte; so könnte dann allerdings durch ein in der Totpunktlage des Kolbens (siehe oben in der Zeichnung) geöffnetes Ventil 27 Frischdampf hinter den Kolben eintreten. Diese Dampfmenge ist aber nur gering, da der Kolben das Ventil nach kurzer Verschiebung freigibt, so daß sich dieses schließt. Außerdem ist bei Abschluß der Bohrungen r, 2 ... die Umsteuerung des Schiebers unterblieben, so daß also der Dampfauslaß auf der Eintrittsseite offen ist. Deshalb kann diese Dampfmenge den Kolben b nur so weit bewegen, bis er den Dampfauslaß freigibt, worauf der Dampf nach außen entweicht. Die Maschine käme also auch bei offenem Hauptdampfventil durch Schließen des Füllungsreglers (für die Bohrungen r, 2 ... ) sofort zum Stillstand.
  • Die von dem Frischdampf durch das Ventil27 zugeführte verstärkte Beschickung des Umsteuerraumes f oder f3 und die dadurch erreichte Beschleunigung der Schieberbewegung macht eine ebenfalls beschleunigte Entlüftung des entgegengesetzten Umsteuerraumes f3 oder f erforderlich. Zu diesem Zweck sind gemäß der Erfindung die Dampfauslaßschlitze 1a1, 112 mit nach dem Zylinder a offenen Zweigkanälen h3, h' versehen. Diese Zweigkanäle 1a3, h4 münden derart in den Zylinder, daß sie von dem Kolben b im Totpunkt freigegeben sind, während der zugehörige Dampfauslaß hl oder h2 von dem Kolben abgedeckt ist. Infolgedessen kann schon vor Umsteuerung des Schiebers eine Entlüftung des Zylinderraumes hinter dem -=Kolben und damit auch durch die Leitung it oder n1 des betreffenden Umsteuerraumes f oder f3 stattfinden, so daß, wenn z. B. der Kolben die in der Zeichnung punktiert angedeutete untere Totpunktlage erreicht, der Zylinderraum über dem Kolben und, wie gesagt, durch die Leiteng it der Umsteuerraum f wenigstens teilweise durch h"-entlüftet ist, so daß der Schieber schnell (in der Zeichnung) hochgesteuert werden kann. Dabei deckt dann der Schieberteil d2 den Auslaßschlitz 1z2 und schließt damit auch den Zweigkanal h' ab.
  • Die Zweigkanäle h-, h' sind ferner auch dann von vorteilhafter Wirkung, wenn die Maschine mit voller Füllung arbeitet. Dann würde in den beiden Umsteuerräumen f und f-' annähernd der gleiche Druck herrschen,-- so daß die weitere Bewegung des Schiebers in Frage gestellt wäre. Die Zweigkanäle entlüften nun in der angegebenen Weise abwechselnd diese Umsteuerräume, so daß der Schieber einwandfrei arbeiten kann.

Claims (4)

  1. PATr#_NTANSPr2Ücilri: r. Gestängelose Schiebersteuerung für Kolbendampfmaschinen nach Patent 443 2¢6, dadurch gekennzeichnet, daß kurz vor der Totpunktlage des Arbeitskolbens gesteuerter Frischdampf in die Umsteuerräume (f und f3) und hinter die Differentialkolben (e und e$) gelangt, die den Übergang des Schiebers aus der Dampfabschlußstellung in die End- oder Umsteuerstellung sicherstellt.
  2. 2. Gestängelose Schiebersteuerung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in den Dampfzylinderböden (a1 und a2) vom Arbeitskolben (b) bei Erreichen seiner Totpunktlage zu öffnende Ventile (27) angeordnet sind, welche den Frischdampf in die Umsteuerräume (f und f l) treten lassen.
  3. 3. Gestängelose Schiebersteuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (27) durch Federn (gi) einstellbar, und zwar so stark belastet sind, daß die Ventile (27) durch den gewöhnliehen Betriebsdruck des Arbeitsdampfes nicht geöffnet werden können.
  4. 4. Gestängelose Schiebersteuerung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfauslaßschlitze (hl, h2) des Dampfzylinders mit Zweigkanälen (h3, h4) ausgestattet sind, die derart in dem Dampfzylinder (a) münden, daß sie von dem Arbeitskolben in seiner Totpunktlage freigelegt werden, wobei zum sicheren Austritt des Dampfes aus dem Zylinder im Totpunkte die Hauptauslaßschlitze (hl, h2) derart zur Lage des Schieberkolbens (dl und d2) angeordnet sind, daß im Falle des Abschlusses des Schlitzes (h2) durch den Schieberkolben (d2) der andere Auslaßschlitz (hl) vom zugehörigen Schieberkolben (dl) bereits geöffnet ist.
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