DE4726C - Neuerungen an WOOLF'schen und Zwillings-Dampfmaschinen zum direkten Betriebe von Pumpen - Google Patents

Description

1878.

Klasse 14.

C. KAYSER in BERLIN. Neuerungen an Woolf sehen und Zwillings-Dampfmaschinen zum directen Betriebe von Pumpen.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 25. August 1878 ab.

In dem in der Zeichnung^: dargestellten Aufrifs einer liegenden Dampfmaschine, Fig. 1, ist zu ersehen, dafs der Kreuzkopf k der Kolbenstange mittelst eines kurzen Gelenkstückes mit dem Endzapfen e eines Hebels verbunden ist, welcher um die festgelagerte Axe b schwingt. Ein dem Drehungsmittelpunkte des Hebels etwas näher liegender Zapfen c ist mit dem Krummzapfen d der Schwungradwelle, deren Axmittel durch α bezeichnet ist, durch eine kurze Lenkstange c d verbunden. Wenn nun der Hebel e b der hin- und hergehenden Bewegung der Kolbenstange folgt, so wird er durch die Lenkstange den Krummzapfen zur Drehung veranlassen. Soll nun die Rotationsgeschwindigkeit der Axe a constant sein, so können die hin- und hergehenden Schwingungen des Hebels nicht in gleichen Zeiträumen erfolgen, da sich die todten Punkte in der Stellung der Lenkstange zum Krummzapfen nicht diametral gegenüber liegen. Es wird die Schwingung in der einen Richtung in kürzerer Zeit erfolgen müssen, als in der entgegengesetzten.

Wählt man nun in dieser Combination die Verhältnisse so, dafs, wenn man die Länge des Krummzapfenradius durch r bezeichnet, die Entfernung der beiden Axen α und b von ein-, ander = 2 r; die Entfernung des Zapfens c im Hebel von dessen Drehaxe b = 3 r; und die Länge der Lenkstange von Zapfen zu Zapfen, also von c zu d =rl/6 ist, so werden die Schwingungen des Hebels in der einen Richtung gerade doppelt so viel Zeit gebrauchen, als in der entgegengesetzten; die todten Punkte liegen im Kurbelkreise um 120 ° bezw. 240 ° aus einander, und die Schwingungen des Hebels fassen genau einen Winkel von 60° ein; d. h. der Hub, welchen die Schwingung des Hebels gestattet, ist genau gleich seiner Länge.

Denkt man sich nun zwei diametral gegenüberstehende Krummzapfen einer Welle durch die vorstehend erörterte Combination mit den Dampfkolben zweier parallel neben einander gelagerten Dampfmaschinen verbunden, so ergiebt sich sofort, dafs für die. auf Drehung wirkenden Kräfte in Bezug auf die Welle kein todter Punkt existirt. Denn wenn die eine Kurbel auch im todten Punkte steht, so befindet sich die andere, diametral gegenüberstehende um einen Winkel von 60° vor demselben, oder um ebensoviel jenseits desselben.

Abgesehen davon, dafs dadurch für ein Schwungrad, welches zum Ausgleich der Bewegung anzuwenden wäre, eine geringere Masse erforderlich wird, als wenn die todten Punkte gleichzeitig erreicht würden, bietet diese Combination besondere V ortheile für den Betrieb einfach wirkender Druckpumpen. Denkt man sich nämlich mit jedem Dampf kolben die Kolbenstange einer einfach wirkenden Druckpumpe direct verbunden, welche bei dem rasch erfolgenden Hube des Kolbens saugt, und bei seiner langsamen Rückkehr das angesaugte Wasser fortdrückt, so wird die von beiden Pumpen gemeinschaftlich geförderte Wassersäule nie zur Ruhe kommen, sondern, wenn auch mit einigen Schwankungen in der Geschwindigkeit, in stetiger Bewegung bleiben. Während der drückende Pumpenkolben sich mitten im Hube befindet, befindet sich der an-, dere mitten im Rückgange. Da dieser aber doppelt so schnell erfolgt, so tritt dieser zweite Kolben auch schon wieder in die Druckarbeit ein, bevor noch der erste die seinige vollendet hat, so dafs also die Fortbewegung der verdrängten Wassermasse keine Unterbrechung erleidet, was namentlich bei grofsen Druckhöhen, wo die bewegte Wassersäule eine, bedeutende Masse repräsentirt, von grofsem Vortheil ist. Andererseits wird das Bedenken, welches man gegen das mit doppelter Geschwindigkeit erfolgende Ansaugen erheben könnte, dann unbeachtet bleiben können, wenn man die Saughöhe auf ein Minimum zu reduciren vermag. In welcher Weise dieser Zweck unter Umständen noch besonders gefördert werden kann, wird weiter unten näher dargethan werden.

Diese Erwägungen · führten nun dazu, die erläuterte Combination bei einer Wo ο If'sehen Dampfmaschine in Anwendung zu bringen. Man denke sich die beiden Dampfcylinder durch die Cylinder einer Woolf sehen Maschine substituirt, welche parallel neben einander gelagert, und in ihren Dimensionen und im Expansionsverhältnifs so bemessen sind, dafs jeder derselben etwa dieselbe Arbeitsleistung bietet. Da die gleichzeitige Bewegungsrichtung ihrer Kolben doch in der Hauptsache eine entgegen-

gesetzte ist, so gewähren sie den Vortheil, dafs der Dampf aus dem Hochdruckcylinder in den Expansionscylinder direct an den gleichgelagerten Enden übertreten kann. Verwendet man eine solche Woolf'sche Maschine zum Betriebe von zwei einfach wirkenden Druckpumpen in der oben erläuterten Weise, so kann der ungleichen Arbeitsleistung der Pumpen während der Druckarbeit und während des Ansaugens im wesentlichen dadurch Rechnung getragen werden, dafs man für den schnellen Rückgang des Dampfkolbens einen erheblich geringeren Füllungsgrad, also gröfseresExpansionsverhältnifs benutzt.

Fig. ι der beiliegenden Zeichnung stellt eine nach diesen Grundideen construirte Wo ο Ifsche Maschine für Wasserfördernng dar, und zwar von der Seite des Hochdruckcylinders aus gesehen, mit Weglassung des dahinter liegenden Expansionscylinders und dessen Zubehör.

Der Bewegungsmechanismus, der für beide Cylinder congruent ist, wurde bereits oben näher erläutert. Für die Geradführung der Kolbenstange sindParallelogramme angenommen.

Der Zutritt des Dampfes zum Hochdruckcylinder wird durch zwei Doppelsitzventile vermittelt, welche oben auf dem Cylinder angeordnet sind. Den Uebertritt des Dampfes aus dem Hochdruckcylinder in den Expansionscylinder reguliren zwei einfache Gitterschieber, an jedem Ende je einer, welche, wie der Durchschnitt, Fig. 2, erkennen läfst, zwischen beide Cylinder, welche zusammengeschraubt angenommen sind, aber auch in einem Stücke gegossen sein könnten, eingebaut sind. Der Austritt des Dampfes nach dem Condensator wird endlich durch zwei Schieber oder Ventile vermittelt (in der Zeichnung sind Schieber angenommen), welche sich unterhalb des Expansionscylinders befinden.

Das Spiel der Einlafsventile soll durch eine Schiene bewirkt werden, welche in ihrer Mitte von einem pendelartig schwingenden Hebel getragen, durch diesen eine hin- und hergehende Horizontalbewegung erhält, während sie aber gleichzeitig durch eine besondere Vorrichtung zu einer Verticalschwingung genöthigt wird, welche zwar mit der Horizontalschwingung isoxhronisch ist, dieselbe aber dergestalt kreuzt, dafs die Schiene sich jedesmal in der Mitte ihrer Horizontalverschiebung befindet, wenn sie in der Verticalbewegung nach oben oder unten den gröfsten Ausschlag erreicht hat. An ihrer hinteren Seite befestigte Knaggen, welche bei der mittleren Horizontalstellung der Schiene die herabhängenden Schenkel der mit den Ventilen verbundenen Winkelhebel auf deren inneren Kanten eben berühren, nehmen demzufolge bei der Verschiebung der Schiene den einen oder den anderen dieser Hebel mit, und öffnen dadurch das entsprechende Ventil. Die Verticalbewegung der Schiene veranlafst aber gleichzeitig ein Herabgleiten der Knagge längs des Hebels, und läfst infolge dessen das untere Ende des Hebels schon vor Beendigung des Hubes los, worauf sich das Ventil schliefst.

Der Zapfen, um welchen der Verticalhebel schwingt, der die Steuerungsschiene trägt, kann nach Bedürfnifs mittelst eines supportartigen Schlittens senkrecht verschoben werden, wodurch man es in der Hand hat, das Auslösen der Winkelhebel später oder früher erfolgen zu lassen, also den Füllungsgrad beliebig zu ändern.

Dafs die Verticalbewegung der Schiene von der Kolbenbewegung abhängig ist, indem sie von einem kleinen Krummzapfen an der Welle, welche den Gegenstangen des Parallelogramms als Drehaxe dient, bewirkt wird, ist aus der Zeichnung zu ersehen.

Dem verticalen Hebel, welcher die Steuerungsschiene trägt, wird seine pendelartige Bewegung durch ein Excenter von besonderer Construction mitgetheilt, welches auf einer durch Räderübersetzung betriebenen besonderen Steuerungswelle befestigt ist. Es ist aus der Zeichnung zu erkennen, dafs die mittlere, also lothrechte Stellung dieses Hebels der Zeit nach mit den todten Punkten der Kolbenbewegung zusammenfallen mufs, und dafs seine Schwingung nach der einen Seite hin und seine Rückkehr zur lothrechten Stellung genau die Dauer des betreffenden Kolbenhubes haben mufs. Da aber der Kolbenhub nach der einen Richtung hin doppelt so schnell erfolgt, wie in der entgegengesetzten, so wird auch die Schwingung des Hebels nach der einen Seite und seine Rückkehr zur Mitte in der Hälfte der Zeit erfolgen müssen, wie die Schwingung nach der anderen Seite, trotzdem der Ausschlag nach beiden Seiten hin gleich grofs ist. Dies wird durch das in Fig. 3 in Seiten- und Oberansicht dargestellte Excenter bewirkt. Mit der excentrischen Scheibe, deren Excentricität wie gewöhnlich halb so grofs ist, wie die erforderliche Schubbewegung, ist ein gezahntes Stirnrad S von einer geraden Anzahl Zähne, concentrisch zur Scheibe, fest verbunden. Der die Scheibe umschliefsende Bügel hat ein Auge, durch welches ein Zapfen ζ geht, auf dessen einem Ende ein Stirnrad s sitzt, welches mit dem- vorerwähnten in Eingriff steht, aber nur genau halb so viel Zähne hat, wie jenes. Am andern Ende trägt der Zapfen ζ einen kleineren excentrisch angesetzten Zapfen h (bezw. eine besondere excentrische Scheibe), dessen Excentricität genau ein Drittel von der der grofsen excentrischen Scheibe beträgt. Von diesem Zapfen, welcher mit doppelt so grofser Winkelgeschwindigkeit rotirt wie die excentrische Scheibe, geht die Schubstange ans, welche den Verticalhebel an seinem unteren Ende angreift und in Schwingung versetzt. Aufserdem ist wie gewöhnlich an dem Bügel der excentrischen Scheibe eine Stange befestigt, welche aber

nicht zur Uebertragung einer Bewegung benutzt wird, sondern lediglich dazu dient, den Excenterbügel in seiner Lage zu erhalten, und die deshalb in irgend einer beliebigen Weise geführt werden kann. Die von dem kleinen excentrischen Zapfen h ausgehende Schubstange bringt nun eine Schubbewegung hervor, welche genau die oben als nothwendig nachgewiesenen Eigenthümlichkeiten besitzt, wenn der Rädereingriff so adjustirt ist, dafs die Centralen der beiden Excentricitäten, wenn sie zu einander eine parallele Lage annehmen, zugleich parallel zur Richtung der Schubstange sind. Diese theilt demgemäfs dem Verticalhebel eine Bewegung mit, durch welche die für die correcte Steuerung der Maschine erforderliche Horizontalbewegung der Steuerungsschiene hervorgebracht wird. Es ist leicht mathematisch nachzuweisen, dafs die Gröfse der Schubbewegung doppelt so grofs ist, wie die Excentricität der Scheibe, dafs die Mitte dieses Intervalles aber nach Drehungen derselben von 120⁰ bezw. 240⁰ erreicht wird. Mittelst eines Excenters der beschriebenen Art sind auch die Schieber (bezw. Ventile) für den Austritt des Dampfes nach dem Condensator direct zu bewegen.

Die Steuerung der Gitterschieber, welche den Uebertritt des Dampfes aus dem Hochdruckcylinder in den Expansionscylinder zu regeln haben, mufs nothwendig so eingerichtet sein, dafs die Schieber die Communication herstellen, sobald der Kolben im grofsen Cylinder am betreffenden Cylinderende seinen Hub beginnt. Verfolgt man aber die gegenseitige Bewegung bezw. Stellung der beiden Dampfkolben durch die verschiedenen Stadien eines Doppelhubes, so wird man finden, dafs die Zeitdauer, während welcher die Communication offen zu halten ist, keineswegs mit der Dauer des vom grofsen Kolben zu machenden Hubes übereinstimmt, sondern ganz correct mit der Dauer einer halben Umdrehung der Krummzapfenwelle übereinstimmen mufs. Die Bewegung eines Gitterschiebers wird daher ganz correct durch eine excentrische Scheibe gewöhnlicher Construction regulirt, nur mufs jeder Schieber eine solche für sich haben. Die Centralen beider müssen an der Rotationsaxe zwischen sich einen Winkel von 120⁰ einschliefsen.

Die in der Zeichnung angedeuteten Pumpwerke, wenn die Maschine für deren Betrieb benutzt werden sollte, sind gewöhnliche einfache Druckpumpen mit Taucherkolben. Um aber der Saugarbeit, welche während des schnellen Kolbenrückganges erfolgen soll, zu Hülfe zu kommen, ist folgende Einrichtung getroffen worden: Die Hebel, welche die Bewegung der Dampfkolben aufnehmen, sind als Winkelhebel construirt, an deren anderem Ende die Kolbenstangen von Luftpumpen aufgehängt sind, von denen also zwei mit einem gemeinschaftlichen Condensator in einer Cisterne in dem Fundament unterhalb des Maschinenrahmens eingebaut sind. Diese Luftpumpen sind so grofs zu machen, dafs sie reichliqh das Wasser zu liefern vermögen, welches gleichzeitig von den Druckpumpen gefördert werden kann. Sie heben dann die ganze zu fördernde Wassermenge den Druckpumpen zu, in welche nun das Wasser beim Herausziehen des Taucherkolbens mit einem geringen hydrostatischen Drucke einströmt und eine eigentliche Saugarbeit von den Druckpumpen nicht mehr zu verrichten ist. Der Condensator spielt dabei gewissermafsen die Rolle eines gemeinschaftlichen Saugekessels für beide Luftpumpen.

Die hier beschriebene Anordnung für eine Wo ο If'sehe Maschine ist in ihrer Allgemeinheit auch für eine Zwillingsmaschine passend; nur fallen bei dieser die Zwischenschieber fort, und würde statt dessen jeder der beiden congruenten Cylinder aufser den Dampfeinlafsventilen noch zwei Auslafsventile zu erhalten haben, die aber von der für die Einlafsventile benutzten Steuerungsschiene ebenfalls mitzusteuern sind.

Claims (4)

Patent-Ansprüche:

1. Die Benutzung der aus der beschriebenen Combination des Hebels mit der Kurbel entspringenden eigenthümlichen Schwingungen des Hebels unter Anwendung von zwei diametral entgegenstehenden Kurbeln zur Bewegungsregulirung einer Zwillingsdampfmaschine bezw. der Kolben einer Woolfschen Dampfmaschine.

2. Die besondere, durch die Beschreibung näher erläuterte Anordnung der Steuerung zur Erzielung eines exaeten Spieles der Ventile bezw. der Schieber bei Benutzung dieses Bewegungssystems für eine Woolf'sche oder eine Zwillingsdampfmaschine.

3. Die eigenthümliche Construction des Doppelexcenters zur Erzeugung eines mit den Kolbenhüben isochronischen Spieles der Ventile.

4. Die Benutzung der Luftpumpen als Zubringerpumpen für die Druckpumpen, wenn die Maschine zum bergmännischen Pumpenbetrieb dienen soll.

Hierzu I Blatt Zeichnungen.