DE54692C - Hydraulischer Regulator für Dampfmaschinen - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

Die nachstehend beschriebenen Neuerungen bezwecken für die Maschine, sicher unter jeder Belastung die vorgeschriebene Umlaufzahl innezuhalten, wie dies bei Maschinen zum Betriebe mit wechselnder Belastung, bei denen es auf besonders gleichmäfsigen Gang ankommt, z. B. bei elektrischer Beleuchtung, für Spinnerei und dergleichen, erforderlich ist. Diese Neuerungen ermöglichen ferner, die Umlaufzahl des Motors während des Ganges ohne jede Störung im Betrieb nach Belieben zu verändern. Es ist auch möglich, mit Hülfe dieser Neuerungen den Motor vorkommendenfalls sofort anhalten zu können.

Die auf beiliegenden Zeichnungen dargestellten Neuerungen bestehen im wesentlichen aus:

1. einer Pumpe für hohen Druck mit beinahe continuirlichem Strom (Fig. 1 bis 5, 8 bis 13, 16 bis 18),

2. einem Accumulator (Fig. 16 bis 19),

3. einem selbstdichtenden Katarakthahn mit Präcisionseinstellung (Fig. 6, 7, 16 bis 21).

I. Die Pumpe ist eine Dreicylinderpumpe ohne Ventil, deren drei Cylinder a durch einen rotirenden Schieber d gesteuert werden. Sie sind in einer Ebene unter 120⁰ um eine Achse angeordnet, und werden die hohlen Plungerkolben a^l durch drei Pleuelstangen a², die auf einem Kurbelzapfen e³ sitzen, bewegt. Die Plungerkolben a¹ sind genau eingeschliffen und haben eingedrehte Rillen a^l, die als Labyrinthdichtung dienen.

Die Kanäle c der Cylinder α endigen in einer runden Schieberfläche d¹ central um die Achse.

Innerhalb der drei Cylinderkanäle c befindet sich ebenfalls concentrisch zur Achse ein ringförmiger Saugekanal b^l, der sich an ein nach unten oder seitlich abführendes Saugrohr b³ anschliefst. Auf der Achse ist ein kreisrunder Flachschieber d befestigt, der auf der einen Seite eine muschelförmige Aushöhlung d^l hat, die eine Verbindung der Saugleitung b¹ mit den Cylinderkanälen c während der ganzen Saugperiode herstellt. Genau gegenüber ist in dem Schieber d ein beinahe halbkreisförmiger Schlitz rf², der während der ganzen Druckperiode das Austreten der gepumpten Flüssigkeit in den runden Schieberkasten gestattet.

Dadurch, dafs die Deckungszwischenräume d^s zwischen dem halbkreisförmigen Schlitz d² und der muschelförmigen Aushöhlung d¹ genau dieselbe Breite haben als die Cylinderkanäle c, tritt durch die genaue eigentümliche Einstellung des Schiebers d der Steuerungswechsel genau in den todten Punkten der Kolbenbewegung bei allen drei Cylindern ein und kann weder ein Vacuum noch eine Compression durch unzeitiges Oeffnen oder Schliefsen der Saug- oder Druckleitung eintreten.

Der stets nach einer Richtung umlaufende Schieber d wird durch den Ueberdruck im Schieberkasten angedrückt und ist hierdurch ein gleichmäfsiges Aufschleifen und stetes Dichthalten bedingt.

Der Betrieb der Pumpe kann durch eine auf der verlängerten Achse e angebrachte Riemscheibey, Fig. 16, oder durch directes Kuppeln mit der Steuerwelle der Maschine bewirkt werden.

Die durch die Kolben etwa noch hindurchdringende Flüssigkeit (Wasser, OeI, Glycerin, Petroleum oder dergleichen) schmiert die Pleuelstangenaugen und läuft aus dem abgeschlossenen Pleuelstangenraum durch das Rohr g, Fig. 2 und 4, in den Saugkasten zurück.

Die im Schieberkasten vorhandene Stopfbüchse h für die Welle e kann auch fortfallen, wenn man die Welle e, wie in Fig. 4 und 5 angegeben, mit dem Schieber d abschneiden läfst und die Kurbelwelle am verlängerten Kurbelzapfen mittelst einer unzusammenhängenden Welle e\ in die ein Schlitz e¹ für den Kurbelstift e³ angebracht ist, wie mittelst eines Mitnehmers bewegt. Auf diese Weise werden alle Stopfbüchsendichtungen vermieden.

An den Schieberkasten schliefst sich das Druckrohr i der Pumpe an, welches in beliebiger Richtung abgeführt werden kann.

Die Pumpe kann als Druckpumpe für beliebige Zwecke, sowie auch als hydraulischer Motor benutzt werden. Im letzteren Falle ist der Weg des Wassers umgekehrt.

Die Fig. 15 stellt ein Diagramm über die Wirkung dieser Pumpe dar; aus demselben ist ersichtlich, dafs das Förderquantum in allen Lagen der Kreisbewegung der Welle ein beinahe gleichmäfsiges ist, wie es durch andere Kolbenpumpen nicht erreicht werden kann, wie beispielsweise das Diagramm einer doppeltwirkenden Pumpe in Fig. 14 zeigt.

Die bisher zu hydraulischen Regulatoren verwendeten Kapselpumpen, Centrifugalpumpen etc. haben sich wegen der Unsicherheit in den Dichtungen etc. und wegen des Mangels der Nachstellbarkeit der letzteren als völlig unzuverlässig erwiesen.

Bei einfach- oder doppeltwirkenden Pumpen, die allerdings mit Sicherheit eine bestimmte Menge schaffen, kommt dasselbe zu stofsweise in die Prefskammer und hat ein stetes Schwanken der Steuerungsorgane zur Folge. Durch Anwendung dieser rotirenden Pumpe werden alle diese Uebelstände beseitigt, da auch aufserdem durch Vermeiden sämrntlicher Ventile und Dichtungen ein sicheres Functioniren des Apparates bedingt ist.

II. Der aus Fig. 16 bis 18 ersichtliche Accumulator besteht aus einer Prefskammer k, einem schwimmenden Kolben Z und einem mit Scharnieren versehenen Belastungshebel in mit Gewicht m¹.

Der schwimmende Kolben / wird in einer langen, genau aufgeschliffenen Metallbüchse Z¹ geführt, in die als Labyrinthdichtung eine Anzahl Rillen eingedreht ist. Am oberen Ende der Führungsbüchse Z¹ ist ein gröfserer Kanal Z² eingedreht, von welcher die etwa doch noch durch die Büchse dringende Flüssigkeit mittelst eines Rohres Z³ wieder in den Saugkasten η zurückgeführt wird.

Der Belastungshebel m wirkt durch das Steigen und Fallen des schwingenden Kolbens Z direct oder indirect auf die Steuerungsorgane des zu regulirenden Motors, wie weiter unten beschrieben. Die unter I. beschriebene Pumpe saugt aus dem Saugkasten η und drückt die Flüssigkeit in die Prefskammer k, aus welcher sie durch den unter III. beschriebenen Katarakthahn wieder in den Saugkasten η zurückfliefst.

III. Der aus Fig. 6, 7, 20 und 21 ersichtliche Katarakthahn besteht aus einem Gehäuse 0, einem durch den hydraulischen Druck in das Gehäuse eingedrückten Küken p, dessen Zapfen als Welle p^l verlängert ist. Die Ausströmungsschlitze o¹ o² im Küken und Gehäuse sind sehr schmal und umfassen circa Y₄ des Umfanges (Fig. 20 und 21).

Damit die unter starkem Druck ausströmende Flüssigkeit keine Luftblasen in die im Saugkasten befindliche mitreifsen kann, da ein Ansaugen von Luft die ganze Wirkung des Regulators illusorisch macht, und damit man ferner sowohl bei der Bearbeitung des Hahnes als auch behufs späterer Revision die Schlitze o¹ o² stets leicht freilegen kann, ist um das Gehäuse 0 des Hahnes ein Mantel q mit ringförmigem Kanal q^ aufgeschliffen, der durch eine auf das Gehäuse 0 aufgeschraubte Mutter o³ festgezogen wird.

Ein an diesem Kanal q¹ angebrachtes, genügend weites Rohr q¹ führt bis unter den niedrigsten Flüssigkeitsspiegel im Saugkasten η der Pumpe.

Hierdurch wird ein ganz ruhiger Austritt der Flüssigkeit aus der Prefskammer k erzielt.

Auf der verlängerten Welle ρ' des Kükens ρ ist ein Stellring p² angebracht, gegen den sich eine Spiralfeder p^a anlegt, die das Küken ρ immer wieder fest anzieht, wenn z. B. aus Versehen das Küken hineingedrückt und dadurch die hydraulische Belastung momentan aufhört.

Die Welle p¹ geht durch die Wand des Saugkastens η hindurch, und es ist hier auf dieselbe ein Schneckenradsegment r angebracht, in das die auf der Schneckenradwelle 5 sitzende Schnecke s¹ eingreift.

Auf der Schneckenwelle s ist ferner eine Vorrichtung (Fig. 6, 7, 16 und 19) angebracht, •bestehend aus einer im Umfang in beliebig viele Theile eingetheilten Trommel t, in die so viel Gewindegä'nge eingeschnitten sind, wie die Anzahl der Zähne beträgt, um die das Schneckenradsegment r gedreht werden mufs, um den Hahn vom ganz geschlossenen Zustand bis ganz aufzudrehen, und einem in einem Scharnier befestigten Zeiger u, der mit einer Nase 11} in den Gewindegang der Trommel t geführt wird.

Mufs man z. B. die Schnecke s¹, um den Hahn ganz zu öffnen, fünfmal umdrehen, und ist die Trommel t am Umfang in 40 Theile

eingetheilt, so kann man auf der Trommel t den 5 · 40 = 200 sten Theil der Oeffnung des Hahnes ablesen. Man ist hierdurch im Stande, die Oeffnung des Katarakthahnes auf das Allergenaueste einzustellen und kann die Tourenzahl des Motors während des Ganges beliebig verändern, falls sich Bedürfnifs dazu vorfinden sollte.

Ein in dem Saugkasten η angebrachtes Haarsieb n^l verhindert, dafs Unreinigkeiten durch die Pumpe in die Prefskammer k kommen und den Ausflufs des Katarakthahnes beeinträchtigen können.

In Verbindung mit der Prefskammer k oder der Druckrohrleitung der Pumpe kann ein kleines Sicherheitsventil angebracht werden, dessen Ausflufs wieder in den Saugkasten η mündet.

Das Sicherheitsventil soll etwa bei 1 Atmosphäre höher als der für die Prefskammer angenommenen Normalspannung abblasen. Hierdurch sollen Brüche einzelner Theile des Regulators für den Fall verhütet werden, wenn der schwimmende Kolben k des Accumulators in der höchsten begrenzten Stellung steht und die durch den Regulator im Zaum gehaltene Dampfmaschine infolge der lebendigen Kraft der bewegten Theile noch eine kurze Zeit die Normaltourenzahl überschreitet.

Die Wirkungsweise des Regulators ist nun folgende:

Die Pumpe saugt aus dem Saugkasten η die darin befindliche Flüssigkeit an und drückt sie in die Prefskammer k, aus welcher sie durch den Katarakthahn wieder in den Saugkasten η zurückfliefst.

Der Katarakthahn wird genau so eingestellt, dafs in der Minute unter einem Druck, der der Belastung des Prefskolbens / entspricht, so viel Flüssigkeit entweichen kann, als die Pumpe bei der vorgeschriebenen Tourenzahl in die Prefskammer k drückt.

Beim Anlassen des Motors steht der schwimmende Kolben / in seiner tiefsten Stellung. Sobald der Motor die vorgeschriebene Tourenzahl um ein Geringes überschreitet, wird mehr Flüssigkeit in die Prefskammer k gedrückt, und da dieselbe nicht entweichen kann, wird sich der Prefskolben / heben. Umgekehrt wird bei geringerer Tourenzahl, als vorgeschrieben, mehr Flüssigkeit aus dem Katarakthahn entweichen, als in die Prefskammer k hineingepumpt wird, und infolge dessen der schwimmende Kolben / sich senken.

Die mit dem Belastungshebel m verbundene Zugstange m² wirkt nun direct oder indirect auf die Steuerung ein.

In der Zeichnung (Fig. 17 und 19) ist angenommen, dafs die Zugstange m² mit einer Zahnstange m³ verbunden ist, die direct auf eine Meyer- oder Rider-Steuerung einwirkt und beim Steigen oder Fallen des schwimmenden Kolbens / dem Füllungsgrad entsprechend anders einstellt.

Sobald die Maschine die richtige Umlaufzahl macht, sind alle Theile in jeder Lage im Gleichgewicht.

In dem Augenblick, wo die Maschine auch nur im Geringsten von der vorgeschriebenen Tourenzahl abweicht, wird mehr oder minder viel Flüssigkeit in die Prefskammer k gedrückt. Der schwimmende Kolben / des Accumulators wird sich also heben oder senken. Hierbei hat er aber die erforderliche Energie des Regulators mit zu überwinden.

Es wird also die Belastung desselben gleich der normalen Belastung χ -f- oder — der erforderlichen Energie y im Augenblick des Regulirens sein.

Da aber die Ausflufsmenge, die der Katarakthahn durchläfst, nur in dem Verhältnifs wie /χ: ]/λ ±/ sich ändert, wird sofort ein Steigen oder Fallen des schwimmenden Kolbens eintreten.

Wenn z. B. der schwimmende Kolben I 20 qcm Querschnitt hat und die Spannung in der Kammer k 10 Atmosphären betragen soll, so mufs die Belastung des Kolbens 200 kg sein. Bei einer Arbeit des Stellzeuges während des Einstellens von 10 kg würde also die Spannung in der Kammer k nur um 5 pCt. in dem Augenblick variiren, wo das Stellzeug in Wirksamkeit tritt, um dann sofort wieder in den normalen Zustand zurückzukehren. Die Menge der aus dem Katarakthahn ausströmenden Flüssigkeit ändert sich jedoch nur in dem Verhältnifs wie ]/h, wenn h die Spannung in der Kammer k in Atmosphären angiebt, in diesem Falle also wie ]/io : j/10,5 = 1 : 1,0247.

Wie dies Beispiel zeigt, ist die Energie des Regulators eine sehr hohe, und sie kann durch späteres Abblasen des Sicherheitsventils beliebig gesteigert werden.

Dieser Regulator kann durch geeignete Aenderungen in den Verbindungtheilen mit der Steuerung auch für alle anderen Motoren, als Dampfmaschinen mit Ventilsteuerung, Gaskraftmaschinen, Turbinen u. s. w., mit Vortheil angewendet werden.

Wenn man Dampfmaschinen durch Zudrehen des Absperrventils plötzlich anhalten will, so wirkt der im Schieberkasten befindliche Dampf noch auf den Kolben, und die Dampfmaschine wird durch denselben immer noch eine Zeit in Bewegung gehalten.

Dreht man jedoch an einem mit obigen Neuerungen versehenen Regulator den Katarakthahn plötzlich ganz zu, so

schwimmende Kolben
obersten Begrenzung.

sofort

hebt
bis

sich der seiner

zu

Schiebersteuerungen kann man nun in diesem Fall so einrichten, dafs die Expansionsschieber in dieser Stellung des schwimmenden Kolbens während des ganzen Hubes decken, während man bei Ventilmaschinen es so einrichten kann, dafs unter denselben Verhältnissen die Einlafsventile überhaupt nicht öffnen. Da nun der Dampf im Schieber- bezw. Ventilkasten die Schieber und Ventile andrückt, so kann kein neuer Dampf in den Cylinder, und die Maschine wird bedeutend schneller, ja fast augenblicklich zum Stillstand kommen, was durch Zudrehen des Absperrventils nicht erreicht wird.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Zur Regulirung und Abstellung von Dampfmaschinen eine hydraulische Vorrichtung, welche sich durch das gleichzeitige Zusammentreffen folgender Einzelanordnungen kennzeichnet:
   i. eine Dreicylinderpumpe, deren drei Kolben a¹ durch einen direct auf der Kurbelwelle der drei Pleuelstangen α² sitzenden, stets nach einer Richtung rotirenden Flachkreisschieber d dadurch gesteuert werden, dafs die auf der einen Seite desselben vorhandene muschelförmige Aushöhlung d¹ eine Verbindung der Saugleitung b^x mit den Cylinderkanälen c während der ganzen Saugperiode herstellt, während ein auf der anderen Seite des Schiebers d befindlicher halbkreisförmiger Schlitz d² das Austreten der gepumpten Flüssigkeitsmenge — die theoretisch fast vollkommen gleichmäfsig ist — in den Schieberkasten während der ganzen Druckperiode gestattet, so dafs der Steuerungswechsel genau in den todten Punkten der Kolbenbewegung stattfindet, zum Zwecke, eine stets gleichmäfsige Spannung in der Prefskammer k des unter 2. erwähnten Accumulators hervorzurufen;
   einen Accumulator mit einem in einer Prefskammer k befindlichen schwimmenden Kolben /, dessen Führungsbüchse Z¹ mit einem ringförmigen Kanal /² versehen ist, um etwaige übersteigende Flüssigkeit durch das Rohr I^s nach dem Saugkasten η zurückzuführen ;
   einen Katarakthahn, an welchem

   a) das Gehäuse 0 mit einem Mantel q umgeben ist, in welchem sich ein ringförmiger Kanal q¹ befindet, welcher die aus den Schlitzen o¹ o² austretende Flüssigkeit aufnimmt und durch das dicht mit ihm verbundene, bis unter den Flüssigkeitsspiegel in den Saugkasten η reichende Rohr q² abführt, zum Zwecke, die Flüssigkeit ohne Bildung von Luftblasen in den Saugkasten η zu befördern und eine leichte Reinigung der Schlitze o¹ o² vornehmen zu können,

   b) an dessen Kükenwelle p^l eine Zeigervorrichtung angebracht ist, bestehend aus dem Schneckenradsegment r, der Schnecke s ¹ und der auf der Schneckenwelle s befindlichen Trommel t, in deren Gewindegängen ein in einem Scharnier drehbarer Zeiger u geführt wird, zum Zwecke, eine ganz genaue Einstellung des Hahnkükens zu ermöglichen und die Tourenzahl während des Ganges des Motors beliebig verändern zu können.

   Hierzu 3 Blatt Zeichnungen.