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mehrfach-Expansionsdampfmaschine An eine vollkommene Mehrfach-Expansionsdampfmaschine
werden folgende Anforderungen gestellt z. Gute Ausnutzung des Heißdampfes im Hochdruckzylinder;
z. gleichmäßige Verteilung der Arbeitsleistung auf alle Kraftzylinder zwecks Erreichung
eines guten Tangentialkraftdiagrammes; 3. größte Wirtschaftlichkeit des Dampfverbrauchs;
Ermöglichung der Anwendung einfachster Steuerungssysteme.
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Es ist aber bisher noch nicht gelungen, beispielsweise bei Schiffsmaschinen
diese wichtigen Forderungen vereint praktisch restlos zu erfüllen.
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Die Ausnutzung des Heißdampfes z. B. in der bekannten Dreifachexpansionsmaschine
ist nun aber mangelhaft, weil in der Regel der Dampf den ersten Zylinder schon verläßt,
bevor er gesättigt ist. Um eine bessere Ausnutzung zu erreichen, müßte der Hochdruckzylinder
wesentlich größer sein und mit kleinerer Füllung arbeiten. Macht man das aber, so
wird die Arbeitsleistung des Hochdruckzylinders so groß, daß für die beiden folgenden
Zylinder die übrigbleibende Arbeitsleistung zu gering wird. Man erhält dann ein
sehr ungünstiges Tangentialkraftdiagramm.
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Selbst beim Zweizylindersystem ist bei voller Ausnutzung des Heißdampfes
im ersten Zylinder die für den zweiten Zylinder übrigbleibende Arbeit noch wesentlich
geringer als die des ersten; denn man könnte bei genügend großer Expansion die Arbeitsleistung
des ersten Zylinders sogar auf das Doppelte von der Leistung des zweiten Zylinders
treiben.
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Die Erfindung besteht nun darin, unter möglichst weitgehender erststufiger
Ausnutzung des Heißdampfes in mehreren parallel geschalteten Hochdruckzylindern,
die mit den anderen Zylindern unter entsprechender Kurbelversetzung arbeiten, ein
möglichst günstiges Tangentialdruckdiagramm zu erhalten. Es werden also bei einer
Zweifach-Verbundmaschine, einem Niederdruckzylinder oder einer Gruppe mehrerer Niederdruckzylinder
eine Mehrzahl von Hochdruckzylindern gemeinsam vorgeschaltet, in denen sich der
Heißdampf bis zur praktisch möglichen Grenze ausnutzen läßt. Zweckmäßig kann hierbei
die Zahl der Hochdruckzylinder doppelt so groß sein wie die Zahl der Niederdruckzylinder.
Werden hierbei die Durchmesser der einzelnen Hochdruckzylinder und ihre Füllungen
im Verhältnis zum Kolbendurchmesser und der Füllung des Niederdruckzylinders so
gewählt, daß alle Zylinder gleiche Leistung haben, so erreicht man die gleichzeitige
Erfüllung der vier eingangs genannten Bedingungen unter günstigen baulichen Verhältnissen.
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Vorteilhaft schaltet man dabei zwischen die Hochdruckzylinder und
den oder die Niederdruckzylinder einen gemeinsamen Aufnehmer. Dieser empfängt dann
den aus allen Hochdruckzylindern ausströmenden Dampf, dessen Druck im Aufnehmer
nur geringen Schwankungen
unterworfen wird und praktisch als konstant
anzusprechen ist.
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Auf einfache Weise kann man auch vorhandene Dreifachexpansionsdampfmaschinen
nach der Erfindung umbauen, indem der dem Hochdruckzylinder nachgeschaltete Zylinder
durch einen zweiten Hochdruckzylinder ersetzt und diesen beiden dann parallel geschalteten
Hochdruckzylindern durch Füllungsregelung ein mit Rücksicht auf ein günstiges Tangentialdruckdiagramm
gewählte Arbeitsleistung zugeteilt wird.
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Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf Zwei- und Dreizylindermaschinen
beschränkt, sondern sinngemäß auch bei Maschinen mit größerer Kurbel- oder Zylinderzahl
möglich.
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Besonders vorteilhaft ist es noch, daß die Erfindung den Massen- und
Schwingungsausgleich erleichtert, weil die Zahl der Zylinder gleicher Abmessungen,
gleicher Massen und gleicher Leistung vermehrt wird.
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Zur Erläuterung der Erfindung sind der alte und der neue Stand der
Technik in Zeichnungen schematisch dargestellt. Hierbei zeigt die Abb. i das Arbeitsdiagramm
einer der üblichen Dreifachexpansionsdampfmaschinen, Abb. 2 und 2a das Diagramm
einer Lentz-Einheitsmaschine und der beabsichtigten Ausführung gemäß der Erfindung.
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Die Abb. 3 und 4 zeigen Zylinderanordnungen der bisher üblichen Bauarten
von Dreifachexpansionsmaschinen.
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Die Abb.5 ist der Grundriß einer Lentz-Einheitsmaschine, während die
Abb. 6 und 7 zwei verschiedene Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung
zeigen.
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Die verschiedenen Diagramme lassen deutlich die Richtigkeit der folgenden
Überlegungen erkennen: Bei der üblichen Zweifachexpansionsmaschine erhält man bei
weitgehender Ausnutzung des Heißdampfes im Hochdruckzylinder zu wenig Arbeitsleistung
für den Niederdruckzylinder.
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Würde man, um diesen Nachteil zu beseitigen, den Hochdruckzylinder
verkleinern (s. Abb.2a), so erhöht sich der Druckabfall, also der Verlust zwischen
dem Hochdruckzylinder und dem Niederdruckzylinder. Verkleinert man dagegen die Füllung
des Hochdruckzylinders, so erhält man das schraffierteDiagramm 2a. Die Leistung
des Hochdruckzylinders steigt, und die des Niederdruckzylinders verkleinert sich.
Der Druckabfall und damit der Verlust sind dagegen geringer. Dehnt man die Expansion
so weit aus, daß die Arbeit des Hochdruckzylinders doppelt so groß wird wie die
des Niederdruckzylinders, und leitet die Abdämpfe zweier Hochdruckzylinder gemeinsam
in einen Niederdruckzylinder, so hat man für alle drei Zylinder die gleiche Arbeitsleistung.
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Die Zweifachexpansionsmaschine mit zwei Zylindern und zwei Kurbeln
liefert eine wenig gleichmäßige Drehkraft, die bei drei Zylindern und drei Kurbeln
wesentlich gleichmäßiger wird.
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Die Umsteuerbarkeit bei der Anordnung von nur zwei Kurbeln ist mangelhaft.
Werden, wie hier angeordnet, drei Kurbeln verwendet, ist es sehr leicht umzusteuern.
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Vergleicht man in der vorstehenden Weise den Gegenstand der Erfindung
mit Maschinen der bekannten Art, so besteht die Erfindung gewissermaßen darin, eine
Mehrzylindermaschine zu schaffen, die bei einer Zylinderzahl st weniger als
(n - l) Expansionsstufen besitzt, z. B. eine zweistufige Expansionsmaschine
mit drei Zylindern und drei Kurbeln.
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Wie die Abb. 6 und 7 zeigen, kann hierbei die Reihenfolge der einzelnen
Zylinder verschieden sein und den besonderen Anforderungen des Einzelfalles angepaßt
werden.
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Der Massen- und Schwingungsausgleich der neuen Maschinenbauart kann
mit Hilfe von bekannten Mitteln erfolgen.