DE602210C - Schnellaufende Mehrfach-Expansions-Kolbenmaschine - Google Patents

Description

Um Raum, Gewicht und damit auch Kosten zu sparen, hat man besonders für Fahrzeuge, wie Lokomotiven und Schiffe, wo diesen Ver-

• hältnissen eine erhöhte Bedeutung zukommt, bereits vorgeschlagen, schnellaufende Kolbenmaschinen mit mehreren Zylindern zu verwenden, die ihre Leistung über ein Getriebe auf die langsam laufende Arbeitswelle übertragen. Ferner sind aus dem Turbinenbau Ausführungen und Schaltungen bekannt, bei denen die Dampfturbine in mehrere Abschnitte unterteilt ist, von denen jeder eine Welle für sich antreibt, die dann zusammen wieder auf eine gemeinsame Arbeitswelle arbeiten.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Maschinenanlage der erstgenannten Art, bei der eine schnellaufende Kolbenmaschine als Mehrfach-Expansionsmaschine ausgeführt ist,

ao und besteht darin, daß die einzelnen Entspannungsstufen je aus mehreren parallel geschalteten, einander gleichen oder annähernd gleichen Zylindern bestehen, welche in Gruppen zusammengefaßt sind, von denen jede eine Welle für sich treibt. Um die günstigsten Bedingungen für die einzelnen Stufen zu erreichen, können die zugehörigen Ritzel mit verschiedenen Durchmessern ausgeführt werden, so daß ζ. B. die Hochdruckstufen mit einer höheren Drehzahl laufen als die Niederdruckstufen. Gegenüber den bekannten Vorschlägen mit mehreren parallel geschalteten ein- oder mehrstufigen Kolbenmaschinen, die auf dasselbe Ritzel arbeiten, hat die vorliegende Erfindung den Vorteil, daß für die einzelnen Entspannungsstufen jeweils die günstigsten Drehzahlen gewählt werden können, z. B. für die Hochdruckstufen eine höhere Drehzahl als für die Niederdruckstufen, da die Massen für die Hochdruckteile viel kleiner sind als für die Niederdruckteile. Außerdem besteht bei der vorliegenden Erfindung jede Gruppe aus ganz gleichen Teilen, d. h. entweder nur aus Hochdruckteilen oder nur aus Niederdruckteilen. -

Gegenüber dem bereits erwähnten Turbinenantrieb besteht dabei der Unterschied, daß es sich bei der vorliegenden Erfindung um zwei oder drei Enspannungsstufen des Dampfes handelt, wobei so viel gleiche oder annähernd gleiche Zylinder parallel geschaltet werden, wie es die Gesamtdampfmenge erfordert und die zulässigen Zylinderabmessungen und Drehzahlen zulassen.

_Beim Turbinenantrieb kommt dagegen keine Parallelschaltung einzelner gleicher oder ungefähr gleicher Entspannungsstufen in Frage, sondern jede Einzel turbine besteht aus mehreren sich zunehmend vergrößernden, in Hintereinanderschaltung arbeitenden Ent-Spannungsstufen, wobei dann die Einzelturbinen ebenfalls wieder in Hintereinanderschaltung arbeiten.

Da ein hohes Vakuum am vorteilhaftesten in einer Turbine ausgenutzt wird, können zweckmäßig die Niederdruckzylinder durch eine Abdampfturbine (oder deren mehrere) ersetzt werden. Diese kann ihre Lei-

stung entweder auch auf das für die einzelnen Stufen der vorgeschalteten Kolbenmaschine oder -maschinen gemeinsame Rad übertragen oder eine besondere Maschine, z. B. einen elektrischen Stromerzeuger, antreiben.

Wenn die Anlage für den Antrieb eines Schiffes oder einer Lokomotive bestimmt ist, so daß also auch Rückwärtsfahrten erforderlich sind, können die verschiedenen Entspannungsstufen der Kolbenmaschine mit Umsteuereinrichtungen irgendeiner bekannten Art versehen werden, die dann zweckmäßig gemeinsam eingestellt werden. Die Steuerorgane können dabei für die Zylinder einer Ent-Spannungsstufe oder Eintritts- und Austrittsseite derselben gemeinsam sein. Zusammen mit dieser Umsteuervorrichtung kann bei Verwendung einer Abdampfturbine auch die Umschaltung des Abdampfes, die Abschaltung einer Kupplung usw. in bekannter Weise erfolgen.

Fig. ι zeigt beispielsweise schematisch eine Schiffsmaschinenanlage gemäß der vorliegenden Erfindung. 1 sind die Zylinder der Hochdruckstufe, 2 diejenigen der Niederdruckstufe, 3 und 4 die zugehörigen Ritzel, 5 das auf der Propellerwelle 6 sitzende gemeinsame große Zahnrad. 13 bezeichnet das gemeinsame Steuerorgan für den Dampfeinlaß und 14 dasjenige für den Dampfauslaß. 15 ist die Zudampf leitung zum Steuerorgan 13 und 16, 16 die Dampfzuleitungen zu den einzelnen Zylindern der Hochdruckstufe. 17, 17 sind die Abdampfleitungen von. den verschiedenen Zylindern nach dem gemeinsamen Abdampfumsteuerorgan 14. 25 ist die Verbindungsleitung zwischen der Hochdruck- und Niederdruckstufe. In diese kann, wenn erforderlich, ein Dampfaufnehmer eingeschaltet werden. Die Spindeln 23 und 24 der Umsteuerorgane 13 und 14 werden von der Kurbelwelle 18 aus über das Gestänge 19 (Fig. 8), die Exzenter 2O, 20 und das Gestänge 21, 22 eingestellt. 26 bezeichnet den Umsteuerhebel und 27 das Gestange nach der Spindel 23 des Umsteuerorgans 13. Mit diesem sind auch die übrigen Umsteuerorgane der Gruppe über das Gestänge 28 verblockt.

Die Umsteuerorgane können in irgendeiner bekannten Bauart als Kolben-, Flach- oder Drehschieber oder als Ventile ausgebildet sein. Ebenso können die Kolbenmaschinen selbst als Schiebermaschinen, Gleichstrommaschinen oder in einer sonst bekannten Bauart ausgeführt werden.

In Fig. 2 ist eine Anlage mit drei Entspannungsstufen angegeben, wobei die Bezeichnungen ι bis 6 gleich sind wie in Fig. 1. bezeichnet die Mitteldruckstufe und 8 das zugehörige Ritzel.

Fig. 3 zeigt eine Anlage mit einer nachgeschalteten Abdampfturbine, welche in diesem Beispiel ihre Leistung auch auf die Propellerwelle überträgt. Die Bezeichnungen 1 bis 6 sind wieder gleich wie in Fig. 1. 9 bezeichnet die Abdampfturbine, 10 eine zweite Übersetzung für diese und 11 das Ritzel dieser Gruppe, welches in das große Zahnrad 5 eingreift.

Fig. 4 stellt eine Anlage dar, bei welcher die Abdampfturbine ihre Leistung nicht an die Propellerwelle abgibt, sondern eine besondere Maschine 12, z. B. einen elektrischen Stromerzeuger, antreibt.

In den Fig. 5 und 6 ist ein Lokomotivantrieb gemäß der vorliegenden Erfindung sehe- ■ matisch dargestellt. Fig. 5 ist ein Aufriß und Fig. 6 der zugehörige Grundriß. 29, 29 sind die Laufräder, die zusammen mit den beiden Zahnrädern 30, 30 auf der Achse 31 sitzen.

32 sind die Zylinder der Hochdruckstufe und

33 die Zylinder der Niederdruckstufe. Die Hochdruckstufen arbeiten zusammen auf die Kurbelwelle 34, auf der an jedem Ende-Ritzel 36, 36 sitzen, die in die Räder 30, 30 eingreifen. Die Niederdruckstufen arbeiten über die Kurbelwelle 35 auf die beiden Ritzel 37, 37 und alsdann ebenfalls auf die Räder 30, 30. Statt der in dem Beispiel nach den Fig. 5 und 6 gewählten waagerechten Anordnung der Hoch- und Niederdruckzylinder können diese auch in senkrechter Aufstellung oder in Schräglage angeordnet werden.

In Fig. 7 ist ein schematischer Aufriß einer senkrechten Anordnung angegeben, und in Fig. 8 ist die Steuerung, ebenfalls im Aufriß, schematisch dargestellt. Die Bezeichnungen sind gleich wie in den vorhergehenden Figuren.

Durch eine verlangte Leistung bei bestimmten Dampfverhältnissen ist die Dampfmenge einer Anlage gegeben. Damit sind dann die Zylinderabmessungen einer Mehrf ach-Expansions-Kolbenmaschine der bekannten Bauarten und deren günstigste Drehzahl in engen Grenzen festgelegt.

Bei der vorliegenden Erfindung kann man dagegen durch eine Vervielfachung der parallel geschalteten Zylinder jeder Entspannungsstufe deren Abmessungen und hiermit zusammenhängend auch deren Drehzahl so wählen, daß dadurch viel günstigere Verhältnisse erreicht werden, als dies bei den bisherigen Anlagen möglich war. Die Anzahl der Zylinder kann für die einzelnen Stufen verschieden sein. Auch können die Zylinder der !eichen Stufe etwas verschieden voneinander ausgeführt werden. Die kleinen Zylinderabmessungen sind besonders vorteilhaft für'die Verwendung von Hochdruckdampf. Für Teilasten können vorteilhaft einzelne Zylinder jeder Gruppe abgeschaltet werden, so daß sich

für die restlichen arbeitenden Zylinder wieder die günstigsten Entspannungsverhältnisse ergeben.

Bei der Herstellung einer größeren Anzahl von gleichen Zylindern und deren Zubehör ergibt sich eine große Vereinfachung und Verbilligung, da die gleichen Modelle benutzt werden können und eine reihenmäßige Herstellung möglich ist. Im Betrieb ergibt sich

ίο durch die Verwendung von mehreren Zylindern für jede Stufe eine größere Reserve bei dem Ausfall eines Zylinders.

Die bei Kolbenmaschinen der bisher bekannten Ausführungen vorhandene Ungleichheit des Drehmoments wird bei der vorliegenden Erfindung durch die für jede Welle vorhandenen Massen und Drücke der einzelnen Zylinder sowie durch deren Vervielfachung erheblich verkleinert. Die für diesen Ausgleich bisher vorgesehenen elastischen, hydraulischen oder elektromagnetischen Kupplungen werden daher überflüssig. Durch das gleichmäßige Drehmoment wird der Propulsionswirkungsgrad eines Schiffes verbessert.

Außerdem können bei gleicher Leistung die Wellendurchmesser kleiner gehalten werden als bei den bisherigen Kolbenmaschinenanlagen.

Bei Nachschaltung einer Abdampfturbine nach den Niederdruck- oder Mitteldruckstufen der Kolbenmaschine können selbstverständlich alle für solche Anlagen bekannten Ausführungsarten, Schaltungen usw. auch bei der vorliegenden Erfindung sinngemäß angewendet werden. Ebenfalls kann in bekannter Weise Zwischenüberhitzung verwendet werden.

Es ist nicht erforderlich, daß die Zylindergruppen mittels eines Getriebes zum Antrieb der gleichen Arbeitswelle dienen.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   x. Schnellauf ende Mehrfach-Expansions-Kolbenmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Entspannungsstufen je aus mehreren parallel geschalteten, einander gleichen oder annähernd gleichen Zylindern bestehen, welche in Gruppen zusammengefaßt sind, von denen jede eine Welle für sich antreibt.
2. 2. Mehrfach - Expansions - Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsteuerorgane der auf verschiedenen Wellen sitzenden Zylindergruppeh gemeinsam mechanisch, elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch verblockt sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen