DE65266A - Apparat zur Bestimmung des Gewichtes von strömendem Dampf und der Arbeitsleistung von Dampfmaschinen - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

KLASSE 42: Instrumente.

FRANZ SEILER in MANNHEIM.

Dampfmaschinen.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 18. October 1891 ab.

Das Gewicht der Dampfmenge, die in einer beliebigen Zeitdauer eine Dampfleitung von entsprechendem Rohrquerschnitt durchläuft, kann bestimmt werden, wenn man das Gewicht der Dampfmenge kennt, welche bei der jeweils vorausgesetzten Dampfspannung oder Dichtigkeit denselben Rohrquerschnitt in einer gewissen Zeiteinheit durchlaufen hat, denn es ist das Gewicht der Dampfmenge in der Zeiteinheit G = V- γ,- d. h. das Product aus den Dampfvolumen, welches den bekannten Querschnitt passirt hat, und der Dichtigkeit; des Dampfes, die der Spannung proportional ist.

Wenn man nun den Durchgangsquerschnitt der betreffenden Dampfleitung veränderlich macht, indem man ein selbstthätig verstellbares Ventil einschaltet, so wird das Gewicht der Dampfmenge stets dasselbe sein, ob das Volumen oder ob die Spannung (die Dichtigkeit) des Dampfes im Durchgangsquerschnitt dieses Ventils sich ändert, wenn nur das Product aus beiden Factoren dasselbe bleibt.

Diese Wechselbeziehungen zwischen Durchgangsvolumen und Spannungen in Dampfleitungen sind als vorausgesetzt zu betrachten.

Da also die Spannung oder die Dichtigkeit (specifisches Gewicht) der Dampfmenge, welche in einer gewissen Zeiteinheit eine Dampfleitung durchläuft, als veränderlich auftritt, so wird sich aus den Producten dieser Veränderlichen von Null- bis Maximumvolumen und von Null- bis Maximalspannung oder Dichtigkeit eine Scala herstellen lassen, deren Gewichtszahlen aus diesen Producten der Zahlenreihe in Einern, Zehnern, Hunderten u. s. w. proportional ist.

Wenn diese Zahlenwerthe nun, in gleichen Abständen auf einem Mafsstabe verzeichnet, die Gewichte der in der Dampfleitung durchgelaufenen Dampfmengen darstellen, so läfst sich ein Instrument oder Apparat schaffen, der diese Producte aus Dampfvolumen und Dichtigkeit (Spannung) selbstthätig bildet und auf einem Schreibwerk als Ordinaten eines Diagrammes aufzeichnet oder durch einen sogenannten Totalisator summirt.

Auf beiliegenden Zeichnungen ist die Mefsvorrichtung, bestehend aus einem in allen Hubstellungen geeichten, selbstthätig sich hebenden Durchgangsventil (Teller oder Kolbenventil, auch Klappenventil), ferner aus einem Indicator mit sogenanntem Multiplicatormechanismus und einer Registrir- und Totalisireinrichtung, dargestellt, und zwar in Fig. 1 bis 13 eigens als Dampfmesser für Dampfleitungen, während Fig. 14 die Anwendung derselben Mefsvorrichtung für Dampfmaschinen zeigt.

Fig. i, 2 und 3 stellen die Vorder- und Seitenansichten bezw. Schnitt des vollständigen Apparates dar.

Fig. 4 zeigt in Vorderansicht und

Fig. 5 im Grundrifs den dabei verwendeten Registrirapparat, während

Fig. 6 bis 9 denselben verbunden mit der Totalisirvorrichtung in Vorderansicht, Seitenansicht und Schnitt, sowie im Grundrifs veranschaulichen.

Fig. 6 a zeigt den in Fig. 6 angegebenen Indicator im Schnitt.

Fig. io stellt in Seitenansicht bezw. Schnitt einen Apparat dar, welcher dem in Fig. ι bis 3 abgebildeten im Wesentlichen gleicht, aber in der Ausführungsform theilweise von ihm abweicht.

Fig. 11 ist eine Einzelheit.

Fig. 12 und 13 zeigen ebenfalls eine Fig. 4 und 5 entsprechende Variante, während

Fig. 14, wie schon erwähnt, die Anwendung des Apparates bei einer Dampfmaschine veranschaulicht.

Es soll zuerst der Dampfmesser für Dampfleitungen betrachtet werden (Fig. 1 bis 13).

A ist ein Gehäuse mit einem Ventil B, welches in Fig. 3 als Tellerventil und in Fig. 10 und 11 als Kolbenventil dargestellt und in die betreffende Dampfrohrleitung eingeschaltet ist, in welcher das Gewicht des durchlaufenden Dampfes gemessen werden soll. C ist die Ventilstange, welche den Hub des Teller- oder Kolbenventils an ein Hebelwerk D überträgt. Von diesem Hebel D geht entweder ein dünner Metalldraht E, Fig. 1 bis 3, über zwei (oder mehrere) Leitrollen FF nach der Zugstange g eines Gleit- oder Führungsstückes O, oder der Hebel D greift unmittelbar an die Zugstange g an (Fig. 10). H ist eine Dampfleitung, deren eines Ende durch das Ventilgehäuse A bis unmittelbar zum Ventilsitz geht, deren anderes Ende nach einem zum Multiplicatör gehörenden Indicator J führt, um die jeweils zwischen dem Teller- oder Kolbenventil und dessen Sitz herrschenden Spannungen nach dem Indicator zu übermitteln.

Der Registrir- und Totalisirapparat, welcher direct mit dem Multiplicatormechanismus zusammenhängt, und die von diesem gebildeten Producte aus Volumen und Spannungen des Dampfes, d. h. die variablen Gewichte der Dampfmengen als Ordinaten in einem Diagramm verzeichnet und gleichzeitig an dem Zählwerk eines sogenannten Totalisators summirt, besteht aus folgenden Mechanismen, die theilweise unmittelbar auf einer Consolplatte K befestigt sind.

L ist eine Registrirtrommel mit Uhrwerkbetrieb, welches einen auf einem Cylinder aufgewickelten Papierstreifen zur Aufzeichnung eines Diagrammes in 12 oder 24 Stunden vor einem Zeichenstift Z vorbeidreht. M und N sind Führungsständer, in welchen sich zwei Gleitstücke O und P auf- und abbewegen. Das Gleitstück O, welches einen wesentlichen Bestandtheil des Multiplicatormechanismus ausmacht, steht mittelst der Zugstange g (mit Belastungsgewicht b) durch den Zugdraht E oder die verlängerte Zugstange g, Uebersetzungshebel D und Ventilstange C mit dem Teller- oder Kolbenventil B in Verbindung, hingegen ist das Gleitstück P, welches den Zeichenstift Z des Registrirwerkes führt, mit der Zugstange e und dem Führungsrahmen /, Fig. 6, bezw. mit der Totalisireinrichtung, d. h. mit der Planimeterrolle k und dem zugehörigen Zählwerk m verbunden.

In den Gleitstücken O und P befinden sich drehbare Zapfen mit Führungsgehäusen Q und R, durch welche der Multiplicator- oder Stellhebel S geht und darin verschiebbar ist. Dieser Hebel S ist auf einem verschiebbaren Schlitten T im Drehpunkt d gelagert. Mit dem Drehpunkt d ist auch eine Zugstange U U¹ verbunden, welche den Schlitten sammt dem Hebel S zu verschieben hat. Diesem Mechanismus gegenüber.ist an dem Träger K ein Feder- (oder Membran-) Indicator J, Fig. 6a, angeschraubt, dessen Kolbenstange V am oberen Ende gezahnt ist und in ein Triebrad einer Achse W eingreift, die im Lager X ruht und zwei Curvenscheiben y und \ trägt, welche sich in der Pfeilrichtung drehen, wenn der Indicatorkolben oder die Kolbenstange V steigt. Auf der Achse W gleitet die eine Verlängerung der Zugstange [/"bildende verschiebbare Coulisse U¹ vor- oder rückwärts, je nachdem die Anschlagstifte s^l und s² der Coulisse von den Curvenscheiben y und \ durch Drehung nach rechts oder links verschoben werden.

Diese Curvenscheiben y und %, deren eine jeweils die Gegenscheibe der anderen ist, sind nun derart construirt, dafs die Verschiebungen der Zugstange U und des damit im Drehpunkt d verbundenen Schlittens T sammt dem in den Gleitstücken O und P und Führungshülsen Q und R dreh- und verschiebbaren Stellhebel 5 nach einem gewissen Gesetz den Spannungen unter dem Indicatorkolben, d. h. dem jeweils zwischen dem Durchgangsventil B und dessen Sitz herrschenden Dampfdruck entsprechen.

Die Totalisirvorrichtung ist, wie aus den Zeichnungen (Fig. 6 bis 9) ersichtlich, unter der Platte K gelagert. Sie besteht aus einem Uhrwerk h, welches eine Planscheibe i dreht, beispielsweise in der Minute einmal herum, ferner aus einer in einem verschiebbaren Rahmen f gelagerten, auf der Planscheibe i aufliegenden Planimeterrolle k, deren Umdrehungen durch Schneckentrieb und Zwischenräder nach einem Zählwerk m übertragen werden. Der unter den Führungsleisten q geführte, mit Plattfedern gegen die Planscheibe i angedrückte Führungsrahmen/ (mit Planimeterrolle und Zählwerk) ist mittelst der Zugstange e mit dem Gleitstück P, welches den Zeichenstift Z führt, verbunden, so dafs also die Planimeterrolle k genau denselben Hub oder Weg auf- und abwärts macht, wie der Zeichenstift Z.

Die Wirkungsweise des vollständigen Dampfmessers für Dampfrohrleitungen ist nun fol-

gende: Wenn kein Dampf durch die Dampfleitung oder zwischen dem Ventil B und dessen Sitz durchgeht und darin auch kein Druck herrscht, so steht der Multiplicatormechanismus sammt Indicator und Registrir- und Totalisirwerk, wie die Figuren zeigen, in der Nullstellung. Sobald aber Dampf durch die Dampfleitung zwischen dem Ventil B und dessen Sitz durchgeht, so hebt sich das Ventil entsprechend dem einströmenden Dampfvolumen. Dieser Hub wird nun durch die Ventilstange C und das Hebelwerk D entweder mittelst Drahtzuges E oder Zugstange g nach dem Gleitstück O übertragen, demzufolge auch der Stellhebel S mit dem Gleitstück P sammt Zeichenstift Z und Planimeterrolle k gehoben wird.

Wenn nun auch die Dampfspannung im Durchgangsquerschnitt zwischen dem Telleroder Kolbenventil B und dessen Sitz, gleichzeitig aber auch unter dem Indicatorkolben r wächst, so wird der Drehpunkt d des in den Gleitstücken O und P drehbaren und in den Führungshülsen Q und R verschiebbaren Multiplicatorhebels S durch die Zugstange und Coulisse UU¹ infolge Steigens des Indicatorkolbens j und Verdrehung der Curvenscheiben y und % einem bestimmten Gesetze der Spannung entsprechend verschoben. Demzufolge findet ein weiteres Steigen des den Zeichenstift Z tragenden Führungszapfens R und Gleitstückes P und des an demselben angehängten, die Planimeterrolle k tragenden Führungsrahmens f statt.

Das Ergebnifs dieser Stellungen des Mefsventils, des Multiplicatormechanismus und des Registrir- und Totalisirwerkes ist einerseits die Aufzeichnung der Producte aus den veränderlichen Dampfvolumen und Spannungen als Dampfgewichte der die Rohrleitung durchlaufenen Dampfmengen in Ordinaten eines Diagrammes, andererseits die Summirung der betreffenden Producte als Dampfgewicht auf einem Zählwerk eines sogenannten Totalisators während einer beliebigen Zeitdauer.

Als Mafsstab für die Diagramme des Registrirwerkes ist entweder ein Dampfverbrauch in Kilogrammen pro Stunde oder pro Minute angenommen, und es bezieht sich die Einheit des Zählwerkes des Totalisators stets auf ι kg Dampf, wobei der Mafsstab selbst sowohl als die Raderübersetzung zwischen Planimeterrolle und Zählwerk jeweils nach dem Ergebnifs der Aichung der. verschieden grofsen Mefsventile entsprechend gewählt oder bestimmt werden.

Die Ermittelung der Dampfgewichte in der vorhin beschriebenen Art und Weise eignet sich nur für Dampfmengen zu Heizzwecken, welche in Dampfrohrleitungen vom Dampferzeuger (Dampfkessel) nach der Verbrauchsstelle keinen fortwährend plötzlich ab- und zunehmenden Volumen- und Druckschwankungen ausgesetzt sind, wie dies in Dampfleitungen für Dampfmaschinen der Fall ist.

Die Dampfmaschinen erhalten die partiellen Cylinderfüllungen bekanntlich nur in Unterbrechungen, weshalb ein in die Dampfleitung eingeschaltetes Mefsventil und ein mit diesem zusammenhängender Multiplicator-, Registrir- und Totalisirmechanismus bei jedem Kolbenhub der Dampfmaschine plötzlich zu- und abnehmenden Volumen- und Druckveränderungen ausgesetzt sein würden, denen die verschiedenen Mechanismen infolge ihrer Massenträgheit nicht rasch genug folgen könnten. Richtige Messungen würde man demnach auf diese Weise niemals erzielen können.

In Anbetracht dessen nun, dafs der Regulator die variablen Cylinderfüllungen der Dampfmaschine bemifst, so eignet sich dieser sehr gut als Dampfvolumenmefsapparat an Stelle des Dampfmefsventils.

Wie Fig. 14 zeigt, wird der Hebel a¹ oder die zur Steuerung gehende Zugstange b¹ des Stellzeuges c¹ des Regulators durch den Drahtzug e^xe² über die Führungsrollen F¹F² und F³ mit dem Multiplicator-, Registrir- und Totalisirapparat in Verbindung gebracht.

Da bekanntlich die Ausschläge des mit dem Stellzeug c¹ zusammenhängenden Hebels a¹ nie den entsprechenden Füllungsgraden des Dampfcylinders proportional sind, die jeweilige Cylinderfüllung aber an das Registrir- und Totalisirwerk proportional übertragen werden mufs, so wird der sonst unmittelbar über die Führungsrollen F'² und jF³ gehende Drahtzug e^l e² in zwei Theile getheilt, wovon der erste Theil e¹ einerseits am Regulatorhebel a\ andererseits bei g¹ auf dem Umfang einer mit Rille versehenen Curvenscheibe F¹, der andere Theil e² mit dem einen Ende bei h¹ auf der mit der Curvenscheibe F¹ verbundenen Führungsrolle F² und mit dem anderen Ende mit dem den Stellhebel S führenden Gleitstück O verbunden ist.

Die Curvenscheibe F¹ ist derart construirt, dafs sie bei ihrer Dreivierteldrehung die unproportionalen Ausschläge des Regulatorhebels mittelst der beiden Zugdrahteinrichtungen proportional, d. h. in gleichen Intervallen den Füllungsgraden des Dampfcylinders entsprechend an den Multiplicator bezw. an die Registrir- und Totalisireinrichtung überträgt.

Der Registrir- und Totalisirapparat sammt den zügehörigen Mechanismen zur Ermittelung der Dampfgewichte der Cylinderfüllungen bei Dampfmaschinen ist im wesentlichen derselbe, wie beim Dampfmesser für Rohrleitungen, nur mit der Ausnahme, dafs die Dampfspannung (Admissionsspannung) der Cylinderfüllungen der Dampfmaschine durch eine Dampfleitung H¹ vom Schieberkasten oder vom Dampfraum

zwischen dem Dampfcylinder und dessen Dampfmantel aus nach dem Indicator J geführt wird.

Es erscheint bei dieser Dampfgewichtmessung auch als zweckmäfsig, die Dampfgewichte der Cylinderfüllungen anstatt pro Zeitmafs besser pro Umdrehungen (Doppelhübe) der Dampfmaschine zu ermitteln, in der Weise, dafs das Uhrwerk der Registrirtrommel sowohl als das Uhrwerk zum Antrieb der Planscheibe i des Totalisirwerkes durch ein gemeinschaftliches Schaltwerk ersetzt wird, welches von einem bei der Steuer- oder Schwungradwelle der Dampfmaschine angebrachten Hub- oder Tourenzähler angetrieben werden kann.

Dieses Schaltwerk ist in Fig. 14 in der Ansicht beim Totalisirapparat angedeutet und besteht aus dem Schaltrad r, Schalthebel s, Schaltzahn t und dem Zugdraht e³, welcher über Führungsrollen F¹ nach dem Schalthebel des Hub- oder Tourenzählers .führt. Die Zeichentrommel L des Registrirwerkes wird durch eine von der Achse der Planscheibe i ausgehendeRäderübersetzungangetrieben,welche in der Fig. 14 nicht angegeben ist.

Die Wirkungsweise dieses Dampfmessers für Dampfmaschinen ist der des Dampfmessers für Dampfleitungen gleich.

Wenn die Dampfmaschine stillsteht, so befindet sich der Regulatorhebel a¹ in der der gröfsten Cylinderfüllung entsprechenden tiefsten Lage, der Multiplicatorhebel 5 hingegen in der in Fig. 14 verzeichneten Stellung, wobei sein verschiebbarer Drehpunkt d auf Nullspannung steht. Sobald nun Dampf auf die Maschine gelassen wird, verschiebt sich der Multiplicatormechanismus entsprechend der im Schieberkasten oder im Dampfmantel herrschenden Spannung und somit auch der Zeichenstift Z und die Planimeterrolle k. Aber erst nach dem Anlassen der Maschine tritt die Registrirung und Totalisirung der veränderlichen Cylinderfüllungen ein, wobei die Gewichte der bei jedem Kolbenhub in den Cylinder eintretenden Dampfmengen als Producte der mit den Führungsgraden proportionalen Dampfvolumen und deren Spannungen bezw. Dichtigkeiten einerseits durch die Stellungen des Regulators, andererseits durch den Indicator und Multiplicatormechanismus an das Registrir- und Totalisirwerk übertragen werden.

Der Mafsstab für die Diagramme des Registrirwerkes bezieht sich auch in diesem Fall entweder auf einen Dampfverbrauch in'Kilogrammen pro Stunde oder pro Minute und die Einheit des Zählwerkes des Totalisators stets auf ι kg. Der Mafsstab sowohl als das Uebersetzungsverhältnifs zwischen der Planimeterrolle und dem Zählwerk wird für jede Dampfmaschine mit Rücksicht auf die Kolbenfläche und den Kolbenhub einerseits durch Berechnung, andererseits durch Aichung des Dampfverbrauches bei verschiedenen Cylinderfüllungen und wechselnden Admissionsspannungen bestimmt.

Die in Fig. 14 beschriebene Einrichtung zur Ermittelung des Dampfverbrauches einer Dampf-' maschine läfst sich auch mit Verwendung desselben Princips und derselben Construction im wesentlichen zur Registrirung und Totalisirung der mittleren Dampfspannung in Atmosphären bezw. der Arbeitsleistungen der Dampfmaschine in indicirten und effectiven Pferdestärken benutzen.

Unter der Voraussetzung, dafs eine Dampfmaschine eine gute Regulirung besitzt, so dafs ihre Tourenzahl als unveränderlich angenommen werden kann, treten bekanntlich bei verschiedenen Beanspruchungen bezüglich der Arbeitsleistungen einer Dampfmaschine in der Berechnung der Arbeitsleistungen nur die den Cylinderfüllungen entsprechenden sogenannten mittleren Dampfspannungen als veränderliche Factoren auf, da die Zahlenwerthe für die Kolbenfiäche, den Kolbenhub und die Tourenzahl der betreffenden Maschine als constant zu betrachten sind.

Jeder Arbeitsleistung der Dampfmaschine entspricht also eine gewisse mittlere Dampfspannung, die bekanntlich aus einem Diagramm berechnet werden kann, welches von der betreffenden Maschine mittelst Indicators abgenommen wurde. Diese mittlere Dampfspannung kann nun aber aus einer Reihe von Diagrammen hervorgehen; der Kessel- oder Admissionsdruck und die dementsprechende Cylinderfüllung können bei gleicher Beanspruchung sich gegenseitig ändern. Die Cylinderfüllungen sind also unmittelbar von den Admissionsspannungen abhängig und jeder Cylinderfüllung entspricht eine gewisse Stelle des Regulators.

Wenn man nun die Dampfmaschinen bei ver-' ' schiedenen Beanspruchungen (Arbeitsleistungen) und verschiedenen Kessel- bezw. Admissionsspannungen reihenweise indicirt und die mittleren Dampfspannungen aus den erhaltenen einzelnen Diagrammen berechnet, sowie die entsprechenden Regulator- und Indicatorstellungen damit in Betracht zieht, d. h. die zugehörigen Regulatorstellungen bei den verschiedenen Admissionsspannungen als Scala markirt, so kann man für jede Maschine ein entsprechendes Schema aufstellen, nach welchem man die Uebertragung der Regulatorstellungen an den Multiplicatormechanismus derart einrichtet, dafs die veränderlichen Arbeitsleistungen der betreffenden Maschine durch gleichzeitige Mitwirkung des Indicators J proportional berichtigt, d. h. in gleichwerthigen Intervallen an das Registrir- und Totalisirwerk übertragen werden.

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche:

   Eine Vorrichtung, welche die Producte aus Dampfvolumen und Spannungen von Dampf, der Dampfleitungen durchströmt oder in Dampfmaschinen verbraucht wird, bildet und als Dampfgewichte aufzeichnet und summirt, ferner die mittleren Dampfspannungen oder die Arbeitsleistungen von Dampfmaschinen bei wechselnden Admissionsspannungen aufzeichnet und summirt, dadurch gekennzeichnet, dafs entweder von einem in der Dampfleitung eingeschalteten, als Mefsventil dienenden Rückschlagventil aus oder von dem Regulator einer Dampfmaschine aus ein Stellhebel (S) bewegt, wird, der von einem durch die Dampfspannung beeinflufsten Indicator (J) eine Verschiebung in . einer zur erstgenannten Bewegung abweichenden Richtung erleidet, so dafs durch diese Bewegung des Hebels (S) in der einen und durch seine Verschiebung in der anderen Richtung ein auf dem Hebel befindlicher Punkt oder Zeichenstift (Z) derart verschoben wird, dafs aus seinen zurückgelegten Wegen jene Producte oder die mittleren Dampfspannungen oder Arbeitsleistungen sich ergeben, und wenn diese Wege mit einer Scala gemessen oder auf einer Registrir-' trommel (L) verzeichnet oder auf einem Totalisirapparat summirt werden, das Dampfgewicht oder die Arbeitsleistung abgelesen werden kann.
   An einem Mefsapparat nach Anspruch ι : a) ein Stellhebel (S), der mit zwei in Ständern (M und N) geführten Gleitstücken (O und P) in verschiebbarer und drehbarer Verbindung steht, von welchen das eine (O) von der Dampfvolumenmefsvorrichtung oder vom Stellzeug des Dampfmaschinenregulators aus bewegt wird und das andere (P) einen Zeichenstift (Z) treibt, und welcher Hebel (S) ferner unter Vermittelung einer Stange (U U¹) von einer oder zwei durch einen Indicator (Y) gedrehten Curvenscheiben (Y und Z) in einer zu der Bewegung des Gleitstückes (O) verschiedenen Richtung verschoben wird, so dafs der Zeichenstift (Z) seine jeweils eingenommene Stellung — als Ordinate —: auf einer mittelst Uhrwerkes oder Schaltwerkes vorbeigeführten Schreibtrommel (L) verzeichnet und gleichzeitig mittelst der von dem Gleitstück (P) eingestellten Planimeterrolle k, welche sich auf einer durch Uhr- oder Schaltwerk gedrehten Planscheibe i befindet, die Ordinaten als Dampfgewichte oder mittlere Dampfspannungen (Arbeitsleistungen) auf dem Zählwerk m summirt werden;

   b) die Einrichtung zur proportionalen Uebertragung der Regulatorstellungen auf den Stellhebel (S) behufs Ermittelung des Dampfvolumens oder der mittleren Dampfspannungen (Arbeitsleistungen), bestehend in einem vom Stellzeug des Regulators bewegten Drahtzug (e¹ e²), der getheilt und mit entsprechenden Curvenscheiben (F¹) in Verbindung gebracht ist.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.