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Injektor für Abdampf- und Frischdampfbetrieb Die Erfindung betrifft
einen Injektor, der hauptsächlich durch Abdampf einer Dampfmaschine betätigt werden
soll, der aber auch durch Frischdampf betrieben werden kann, wenn Abdampf nicht
zur Verfügung steht.
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Injektoren dieser Art werden hauptsächlich auf Lokomotiven gebraucht,
wo die Arbeitsbedingungen für die Maschine in weiten Grenzen verschieden sind und
wo es -ferner nötig ist, daß die Steuereinrichtungen für den Injektor bei allen
Arbeitsbedingungen der Maschine so einfach wie möglich sind. Verschiedene Vorschläge
sind bereits zur Vereinfachung der Steuerung derartiger Injektoren gemacht worden.
Bei allen diesen Vorschlägen sind indessen stets wenigstens zwei von Hand betätigte
Steuereinrichtungen verwendet worden, nämlich eine Einrichtung zur Steuerung des
dem Injektor zugeführten Frischdampfes und eine zweite Einrichtung zur Regelung
der dem Injektor zugeführten Wassermenge. Die Erfindung sieht in erster Linie eine
solche Durchbildung eines Injektors mit einem für mehrere Abschlußorgane gemeinsamen
Handsteuerorgan vor, daß ein einziger Handsteuerhebel sowohl zur Steuerung, d. h.
zum Öffnen und Schließen der Dampf-und Wasserabschlußorgane, als auch zur Regelung,
d. h. zur Vergrößerung bzw. Verringerung der durch den InjektorströmendenWassermenge,
dient. Gegenüber den bekannten Einrichtungen liegt also eine Vereinfachung darin,
daß der Zutritt aller Arten von Dampf und der Zutritt des Wassers zum Injektor und
ferner die Regelung der Wasserförderung durch eine einzige Handsteuervorrichtung
betätigt werden. Zweckmäßig wird durch das Handsteuerorgan eine Spindel betätigt,
die einerseits eine längsverschiebbare Dampfdüse bewegt und anderseits ein Ventil
betätigt, das den dem Injektor zuströmenden Frischdampf absperrt bzw. zuläßt.
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Nach der Erfindung ist weiter dieses Anlaßventil in einer Frischdampfleitung
angeordnet, durch welche die ganze im Injektor zu irgendeinem Zweck benötigte Frischdampfmenge
zugeführt wird. Das Anlaßventil wird durch ein in einer Kammer befindliches Druckmittel
betätigt, dessen Druck von Hand regelbar ist. Dieser Druck in der Regelkammer wird
vorzugsweise so von der vom Handsteuerorgan betätigten Spindel abhängig gemacht,
daß das Anlaßventil bei der Minimumstellung der die Wasserzufuhr regelnden Teile
geschlossen iat. Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine besondere Ausführungsform
der Mittel, durch die der Druck in der Regelkammer in Abhängigkeit von der Stellung
der Steuerhebel geregelt wird. Das Anlaßventil kann ferner durch eine zwischen ihm
und der Steuerspindel vorgesehene starrgliedrige
Verbindung betätigt
werden, die das Ventil bei Minimumstellung der Spindel geschlossen hält, während
es bei allen anderen Stellungen der Spindel offen gehalten wird.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsformen eines Injektors nach der
Erfindung beispielsweise dargestellt.
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Fig. i ist eine Teilansicht einer Lokomotive mit einem Injektor mit
Steuereinrichtung nach der Erfindung; Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch den Injektor;
Fig. 3 zeigt eine Einzelheit im Schnitt nach Linie 3-3 von Fig. 2 ; Fig, q. zeigt
teilweise im Schnitt eine weitere Ausführungsform des Injektors; Fig. 5 ist eine
Draufsicht auf einen Teil der Fig. q.; Fig. 6 ist ein Teilschnitt nach Linie 6-6
von Fig. 2.
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Der Injektor ist mit i bezeichnet. Abdampf wird von der Maschine der
Lokomotive dem Injektor durch eine Leitung :z zugeführt, während Wasser durch ein
Rohr 3 und Frischdampf durch eine Leitung q. zuströmt, die von einem Anschluß 5
oben auf dem Kessel herkommt. Ein Absperrventil 6 kann in Leitung q. vorgesehen
sein und vom Führerstand aus betätigt werden. Das Ventil 6 ist jedoch kein notwendiger
Teil der Einrichtung. Die Wasserzufuhr zum Injektor wird durch einen Handhebel 7
betätigt, der im Führerstand angeordnet ist und mit dem Injektor durch ein Gestänge
8 verbunden ist. Hebel 7 steuert sowohl die Zufuhr von Frischdampf als auch von
Wasser und Abdampf zum Injektor. Die mechanische Verbindung zwischen Führerstand
und Injektor kann anders sein als dargestellt.
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In Fig.2 ist ein Injektor bekannter Art gezeigt. Dem Injektor wird
Frisch- und Abdampf abwechselnd durch ein selbsttätiges Ventil bekannter Art zugeführt.
Der an sich bekannte Injektor sei nur kurz beschrieben. Er enthält ein Hauptgehäuse
g mit einer Dampfkammer io, der Abdampf von der Maschine durch ein Abdampfventil
ii zugeführt wird, das gewöhnlich durch den Druck einer Feder i2 geschlossen gehalten
und durch einen von einem Druckmittel betätigten Kolben i3 geöffnet wird. Dampf
strömt aus der Kammer io durch eine Hauptdüse 14 für Niederdruckdampf und vereinigt
sich in einer Wasserdüse i5 mit Wasser, das dieser durch die Wassereinlaßöffnung
i6 zugeführt wird. Hochdruckfrischdampf (im folgenden als Zusatzdampf bezeichnet)
wird in die Hauptdampfdüse durch die Zusatzdüse i7 eingeführt. Die Mischung von
Niederdruck- und Hochdruckdampf vereinigt sich mit dem Wasser in der Düse 15 und
wird aus der letzteren in die üblichen Rohrleitungen gespeist, die, da sie nicht
zur Erfindung gehören, in der Zeichnung fortgelassen sind. Das Injektorgehäuse hat
einen Hochdruckdampfeinlaß 18, an den die Leitung q. angeschlossen ist. Ein Kanal
ig ist im Injektor vorgesehen und steht durch die Öffnung 2o mit der Leitung i8
in Verbindung. Die Öffnung 2o wird durch ein selbsttätiges Ventil 21 gesteuert,
das als Anlaßventil bezeichnet und dessen Bauart und Wirkungsweise später erörtert
wird. Ein Teil des Hochdruckfrischdampfes strömt durch die Kanäle 22 und
23 zur Zusatzdüse 17, während der Rest des in den Kanal ig strömenden Dampfes
durch Drosselöffnung 24 einem selbsttätigen Ventil 25 zugeführt wird, das
die abwechselnde Zufuhr von Abdampf und Niederdruckfrischdampf (der im folgenden
als Hilfsdampf bezeichnet ist) zur Niederdruckdampfkammer io bewirkt.
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Das selbsttätige Ventil 25 besteht aus einem Gehäuse 26 in
Gestalt eines an einem Ende offenen Zylinders 27, der mit Ventilsitzflächen an beiden
Enden versehen ist. Ein Kolben 28 ist lose in den Zylinder 27 eingepaßt mit einem
Doppelsitzventilkopf 2,9, dessen oberer Sitz auf die Sitzfläche am unteren Ende
des Zylinders 27 paßt. Der andere Sitz des Ventilkopfes 29 paßt auf eine Sitzfläche,
die um einen im Injektorgehäuse vorgesehenen Durchlaß 3o angeordnet ist, der zur
Verbindung zwischen Dampfkammer 31 und Niederdruckkammer io dient. Das Gehäuse 26
des selbsttätigen Ventils hat eine Kappe 32, die als Führung für ein Ventil 33 dient,
das sich auf den am oberen Ende des Zylinders 27 befindlichen Ventilsitz legt und
mit dem Kolben 28 eine Kammer 34 bildet. Eine weitere Dampfkammer 35 befindet sich
zwischen der Kappe 32 und dem Ventil 33;
diese Kammer ist durch Leitung 36
mit der zur Maschine führenden Frischdampfleitung verbunden. Ein Kanal 37 führt
vom Zylinder 27 zu dem Zylinder, in welchem das den Kolben 13 betätigende Abdampfventil
angeordnet ist.
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Die Betätigung des selbsttätigen Ventils 25 geht wie folgt vor sich:
Wenn die Maschine in Tätigkeit ist und Abdampf zum Betrieb des Injektors zur Verfügung
steht, wird durch Dampf, der aus der Hauptleitung der Maschine durch Leitung 36
strömt, das Ventil 33 auf seinen Sitz gedrückt, wie es in Fig. 2 dargestellt ist.
Frischdampf, der in die Kammer 31 durch Drosselöffnung 24 eintritt, strömt zum Zylinder
27 am Kolben 28 vorbei zur Kammer 3q., in welcher der Druck steigt. Dieser Druck
bringt das selbsttätige Ventil in die in der Zeichnung dargestellte Lage, wodurch
die Öffnung 30 geschlossen wird und der Zufluß von Frischdampf zur Kammer
io aufhört. Frischdampf tritt vom Zylinder 27 durch den Kanal 37, betätigt den Kolben
13 und öffnet das Abdampfventil ii, wodurch Abdampf in die Kammer io gelassen wird.
Wenn der Dampfregler der Maschine geschlossen ist, wird das Ventil 33 infolge
des
Fehlens von Dampfdruck in Leitung 36 angehoben, so daß der Druck
in Kammer 34 sinkt; der Dampf aus den Kammern 34 und 35 kann durch die Leitung 36
entweichen. Das Verschwinden des Drucks oberhalb des Kolbens 28 veranlaßt das selbsttätige
Ventil nach oben zu gehen auf seinen oberen Sitz; die Öffnung 30 läßt dann Hilfsdampf
zur Kammer zo strömen. Die Verringerung des Drucks dieses Dampfes wird durch die
Drosselwirkung der Drosselöffnung 24 herbeigeführt. Durch das Aufwärtsgehen des
selbsttätigen Ventils in seine obere Lage wird weiter die Dampfzufuhr zum Kana137
gesperrt, und das Abdampfventil wird durch Feder 12, geschlossen; der Kanal 37 wird
dadurch vom Dampf befreit, daß der darin eingeschlossene Dampf am Kolben 28 vorbeiströmt.
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Die Bauart des Anlaßventils 21 entspricht im wesentlichen der des
eben beschriebenen selbsttätigen Ventils. Das Ventil ei enthält einen Kolben 38,
der lose in dem Zylinder 39 eingepaßt ist, und einen Doppelsitzventilkopf 40, dessen
untere Fläche auf einen den Durch laß 2o umgebenden Sitz paßt. Die obere Fläche
des Ventilkopfes 4o paßt auf einen Sitz am unteren Ende des Zylinders 39. Eine Kappe
41 ist am Ventilgehäuse befestigt und dient als Führung für ein Ventil 42, mit dem
Gehäuse eine Dampfkammer 43 oberhalb des Ventils bildend. Eine Kammer 44 ist zwischen
dem Kolben 38 und dem Ventil 42 vorhanden, wenn dieses sich auf seinem Sitz befindet.
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Die Zufuhr von Wasser zum Injektor wird durch eine von einem Druckmittel
betätigte Ventilvorrichtung gesteuert, der durch Kanal 45 Dampf zugeführt wird,
der aus Kanal 22 stammt. Das Wasserventil und seine Steuervorrichtung haben bekannte
Bauart. Daher ist es in Fig. z nur allgemein mit 46 bezeichnet und nicht näher beschrieben.
-Die Regelung der dem Injektor zuströmenden Wassermenge wird durch Längsbewegung
der Dampfdüse 14 im Injektorgehäuse herbeigeführt. Eine solche Bewegung der Düse
bewirkt die gewünschte Regelung durch Änderung des Ouerschnitts des ringförmigen
Durchlasses 47 zwischen der beweglichen Düse 14 und der feststehenden Düse 15. Die
Bewegung der Düse 14 kann auf verschiedene Weise herbeigeführt werden. Bei der gezeigten
bevorzugten Ausführungsform wird die Düse durch eine senkrechte Spindel 48 bewegt,
die oben einen Hebel 49 trägt, der an das Gestänge 8 angeschlossen ist. Am unteren
Ende der Spindel ist eine Platte o. dgl. 5o angeordnet mit einem exzentrisch angeordneten
Bolzen 51, der in eine in der Düse 14 vorgesehene Aussparung greift. Die Spindel
48 ist in einer Stopfbuchse 52 geführt, um die Austrittsstelle aus dem Gehäuse abzudichten.
Eine Verbindung 53 führt vom Kanal 18 zum oberen Teil einer Kammer 54, durch welche
die Spindel 48 hindurchgeht; der Boden dieser Kammer bildet eine Ringfläche, von
der eine Verbindungsleitung 55 zur Kammer 43 des Anlaßventils führt, während eine
Verbindungsleitung 56 zur Niederdruckdampfkammer so führt. Die Leitung 56 kann zu
irgendeiner Verbindungsleitung oder Kammer führen, welche stets unter verringertem
Druck steht. Die Spindel 48 ist an der Stelle, wo sie durch die Kammer 54 hindurchgeht,
zweiseitig abgeflacht und trägt ein Scheibenventil 58 (vgl. Fig. 4), das eine durchgehende
Steueröffnung 59 und eine bogenförmige Aussparung 6o an der Unterseite aufweist.
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Dieser Teil der Einrichtung wird folgendermaßen betätigt: Angenommen,
die Wasserregelungsvorrichtung sei in der in Fig. 2 dargestellten Lage, wobei die
Düse 14 die geringste Wassereinlaßöffnung 47 einstellt, dann wird die Zufuhr von
Dampf zum Kanal 18 das Anlaßventil 21 auf den am Durchlaß 2o vorgesehenen Sitz drücken
und somit verhindern, daß Dampf zum Injektor strömt. Ventil 21 wird auf seinen über
dem Durchlaß 2o angeordneten unteren Sitz durch den Dampf gedrückt, der durch Leitung
53, Steueröffnung 59 und Leitung 55 zur Kammer 43 des Anlaßventils strömt, wodurch
das Ventil 42 auf seinen Sitz gedrückt wird. Am Kolben 38 vorbeiströmender Dampf
erzeugt einen Druck in Kammer 44. Der uriausgeglichene Druck am Ventil ei drückt
es auf seinen unteren Sitz. Ist daher die Wasserregelungsvorrichtung in ihrer Minimumstellung,
so wird der Injektor selbsttätig durch die Betätigung des Anlaßventils 21 abgeschaltet.
Wird nun die Wasserregelungsvorrichtung zur Maximumstellung durch Drehung der Spindel
48 bewegt, so wird das Scheibenventil 58 so bewegt, daß die Steueröffnung 59 nicht
mehr mit der Leitung 55 in Verbindung steht, sondern die Aussparung 6o oberhalb
der Leitung 55 liegt. Dadurch wird der in Kammer 43 des Anlaßventils herrschende
Druck über die Leitung 55, die Aussparung 6o und die Leitung 56 auf niedrigen Druck
gebracht. Diese Druckverminderung in Kammer 43 arbeitet in gleicher Weise wie vorher
beim selbsttätigen Ventil und führt das Anlaßventil2= nach oben, wodurch die Öffnung
2o freigegeben wird, so daß Hochdruckdampf in den Kanal zg einströmen kann. Von
hier strömt der Dampf durch Kanäle 22, 23 und 45 zur Zusatzdampfdüse 17 und zur
Betätigung der Vorrichtung für die Öffnung des Wasserventils. Frischdampf aus Kanal
zg tritt weiter in die Dampfkammer 3= ein, welche das selbsttätige Ventil umgibt,
und dient je nach den Maschinenverhältnissen dazu, entweder das Abdampfventil zz
zu öffnen oder die Niederdruckdampfkammer zo mit Hilfsfrischdampf zu versorgen.
Das Ventil 58 ist so durchgebildet,
daß die fortgesetzte
Bewegung der Wasserregelungsvorrichtung bis zur Maximumstellung das Anlaßventil
nicht beeinflußt, da die bogenförmige Aussparung 6o die Verbindungsleitungen 55
und 56 fast im ganzen Bereich der Regelungsvorrichtung verbindet. Nur wenn die Vorrichtung
in ihrer Minimumstellung ist und wenn sich die Steueröffnung 5g über der Leitung
55 befindet, wird das Anlaßventil in die geschlossene Lage übergeführt.
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Diese Beschreibung zeigt, daß die ganze Steuerung für den Injektor
einschließlich der Regelung der ihm zugeführten Wassermenge durch die Betätigung
einer einzigen von Hand zu betätigenden Vorrichtung erfolgt.
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Fig. 4 und 5 stellen eine mechanische Ausführungsform eines Anlaßventils
dar, die zur Regelung des Hilfsdampfes Verwendung finden kann. In der Ausführungsform
nach Fig. 4 tritt Frischdampf aus Leitung 4 durch Kanal 18 und Öffnung 2o in Kanal
ig, von wo er der Hilfsdampfdüse, der Betätigungsvorrichtung für das Wasserventil
und über das selbsttätige Ventil der Niederdruckdampfkammer in der beschriebenen
Weise zugeführt wird. Hier wird indessen die Öffnung 2o durch ein mechanisch betätigtes
Ventil 62 gesteuert, das eine Ventilstange 63 hat, die durch eine Stopfbuchse
64 aus dem Gehäuse des Injektors ragt. Das herausragende Ende der Stange 63 hat
einen Schlitz 65 mit einer unteren waagerechten Fläche 66 und einer oberen schrägen
Fläche 67. Eine Gleitstange 68 mit einem gekröpften Teil 69
sitzt im Schlitz
65 und ist an einen Hebel 70 angelenkt, der an der Spindel 48 befestigt ist. In
Fig. 4 ist dargestellt, daß die Spindel 48 die Minimumwasseröffnung einstellt; in
dieser Stellung liegt die Gleitstange 68 im Schlitz 65, so daß das Ventil
62 durch Dampfdruck geschlossen werden kann. Wird die Spindel 48 zur Maximumstellung
bewegt, dann wird die Gleitstange 68 nach rechts bewegt und öffnet das Ventil
62 gegen den Dampfdruck. Ist das Ventil einmal geöffnet, so wird es in offener
Stellung durch den auf es wirkenden unausgeglichenen Dampfdruck gehalten. Wird die
Spindel 48 in umgekehrter Richtung zum Schließen des Ventils bewegt, so drückt die
untere Fläche des Teiles 69 der Gleitstange auf die untere Fläche 66 des
Schlitzes und drückt das Ventil in seine geschlossene Lage entgegen dem unausgeglichenen
Dampfdruck. Wenn das Ventil sich dem um die Öffnung 2o angeordneten Sitz nähert,
bewirkt die Drosselwirkung eine Verringerung des Drucks in der Leitung ig, wodurch
der auf das Ventil wirkende unausgeglichene Druck so geändert wird, daß das Ventil
schließlich durch den in dem Kanal 18 herrschenden Dampfdruck völlig geschlossen
wird. Aus der Zeichnung geht hervor, daß bei geschlossener Stellung des Ventils
ein kleiner Zwischenraum zwischen der unteren Fläche des keilförmigen Stücks der
Gleitstange 68 und der Fläche 66 des Schlitzes vorhanden ist. Dies ist wünschenswert,
damit eine elastische Kraft zum Schließen des Ventils mitwirkt, da bei Verwendung
einer starren mechanischen Verbindung in allen Teilen des Ventils toter Gang vorhanden
sein würde, der das Ventil am richtigen Aufsitzen verhinderte.
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Andere Ausführungsformen als die dargestellten sind denkbar. Wird
es beispielsweise gewünscht, eine selbsttätig eingestellte Drosselöffnung zu verwenden,
welche die Menge ,des zugeführten Hilfsdampfes regelt, in Verbindung mit einer Einrichtung,
die mehr als nur eine von Hand betätigte Steuerungsvorrichtung anwendet, so kann
das Anlaßventil und seine Steuereinrichtung weggelassen werden. Dann wird das Absperrventil
6 (Fig. i) statt dessen zur Regelung der dem Injektor zugeführten Frischdampfmenge
verwendet.
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Die beschriebene Durchbildung des Anlaßventils 21 kann auch unabhängig
von der Regelungsvorrichtung für die Wasserzufuhr Verwendung finden, d. h. die Betätigung
des Ventils 21 braucht nicht in Abhängigkeit von der Betätigung der Spindel 48 zu
erfolgen. Beispielsweise könnte die Kammer 43 mit einer Leitung verbunden sein,
welche mit einem Ventil versehen ist, das im Führerstand untergebracht sein kann.
Das Ventil 21 würde dann, solange Dampfdruck in der Kammer 43 vorhanden ist, auf
seinem Sitz gehalten werden. Wenn jedoch durch Öffnen des Ventils in der mit der
Kammer 43 verbundenen Leitung der Dampf aus der Kammer 43= entlassen wird, würde
das Ventil 21 geöffnet werden und Frischdampf zum Injektor strömen.