DE698971C - Mehrstufige Hochdruckkolbendampfmaschine - Google Patents

Description

Für die bestmögliche Ausnutzung des Hochdruckdampfes in einer mehrstufigen Kolbendampfmaschine mit einem Anfangsdruck von 30 ata und darüber ist nicht nur eine zweckmäßige Ausbildung der Hochdruckzylinder erforderlich, sondern man muß dabei noch eine große Dampfdehnung in der Niederdruckstufe bis nahezu "auf den Kondensatordruck anwenden. Das ist aber nur zu erreichen, wenn der Arbeits dampf mit einem niedrigen Druck, etwa ι ata und weniger, in die .Niederdruckstufe eintritt. Bisher wurden für diesen Zweck Abdampfturbinen angewendet. Diese erfordern aber für die Kraftübertragung.die Zwischenschaltung von mechanischen oder Flüssigkeitsgetrieben und für die Umsteuerung der Maschine umständliche Kuppeleinrichtungen.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, eine Hochdruckkolbendampfmasehine mit zwei durch Zahnradgetriebe verbundenen Kurbelwellen zu bauen, bei welcher die oberen Druckstufen auf eine langsam' laufende, die Niederdruckstufe und gegebenenfalls noch die Mitteldruckstufe auf die schnell laufende Kurbelwelle treiben. Auf diese Weise läßt sich bei verhältnismäßig kleinen Zylinderabmessungen in der Niederdruckstufe erreichen, daß der Arbeitsdampf in einer Anzahl Niederdruckzylinder sehr weit expandieren kann. Eine solche Lösung ist für Hochdruckdampfmaschinen mittlerer Leistung von etwa 500 bis 3000 PS besonders zweckmäßig. Die Erfindung bringt eine Lösung, die für Dampfmaschinen mit kleineren Leistungen, wie sie für Schiffe mit Schaufelradantrieb erforderlich sind, erhebliche Vorteile ergibt. Die Erfindung besteht darin, daß bei einem großen Verhältnis der auf die-Zeiteinheit bezogenen Hubinhalte zwischen Hochdruck- und Niederdruckstufe (3ofach und mehr) der Eintrittsdruck in die auf zwei oder mehr Zylinder verteilte Niederdruckstufe etwa 1 ata und weniger beträgt und daß an j eder Kurbel der Kurbelwelle eine Oberstufe '.inmittelbar angreift, während ein oder zwei Niederdruck-

zylinder zwecks Vergrößerung ihres Hubes mittelbar durch Hebelübersetzung auf die gleiche Kurbelwelle wirken. Auf diese Weise ist es möglich, mit verhältnismäßig kleiner Füllung eine weitgehende Expansion des Arbeitsdampfes auf einen- Expansionsenddruck von 0,2 ata zu erreichen, so daß der Verlust durch Spannungsabfall selbst bei hoher Luftleere im Kondensator nur noch gering ist.

Es ist bekannt, die einzelnen Dehnungsstufen einer schnell laufenden Kolbenmaschine in Gruppen zusammenzufassen und diese auf getrennte Kurbelwellen wirken zu lassen. Dabei war aber nicht beabsichtigt, die Dehnung in

<5 der Niederdruckstufe der Kolbenmaschine bis annähernd auf die Kondensatorspannung zu treiben, vielmehr sollten bei einer weitgehenden Entspannung die Niederdruckzylinder durch eine Abdampfturbine ersetzt werden.

Auch war nicht vorgesehen, die Niederdruckstufe mit einer höheren Kolbengeschwindigkeit als die Oberstufe arbeiten zu lassen·. Mit Rücksicht auf die geringeren Massen der Hochdruckstufe wurde es im Gegenteil als vorteilhaft angesehen, die höhere Drehzahl-in der Hockdruckstufe anzuwenden.

Bekannt ist auch eine mehrstufige Kolbendampfmaschine, bei der die Niederdruckzylinder bei einer höheren Drehzahl der Kurbel- welle als die Hochdruckzylinder arbeiten und die Niederdruckzylinder denselben Inhalt haben wie die Hochdruckzylinder. Dabei stehen die in der Zeiteinheit in beiden Zylindern freigegebenen Hubinhalte aber nicht in dem durch die Erfindung angestrebten Verhältnis (ßofach und mehr). Es wird auch nicht die gesamte Abdampfmertge der Hochdruckstufe in den Niederdruckzylindern verarbeitet, sondern mittels einer verwickelten Steuerung ein Teil des bereits gedehnten Dampfes wieder auf die eine Hochdruckkolbenseite zurückgeführt, , " - - ' Schließlich ist auch eine zweistufige Kolbendampfmaschine bekannt, bei der eine HebeiÜbersetzung zwischen der Hochdruckstufe und der Niederdruckstufe angewendet ist, um unter Verzicht auf die Kreuzkopfführung der Kolbenstange in besonderer Weise einen guten Massenausgleich zu erzielen. Auf das Verhältnis der Zylinderinhalte und eine günstige Ausnutzung eines hohen Druckgefälles zwecks bestmöglicher Ausnutzung des Hochdruckdampfes kommt es dabei nicht an.
Neben der .guten Ausnutzung des hohen Druckgefälles des Arbeitsdampfes bietet die Erfindung den Vorteil, daß trotz des niedrigen Druckes in den Niederdruckzylindern für die Beschleunigung des Gestänges genügend Kraft zur Verfugung steht, so daß ein un-' günstiger Druckwechsel im Gestänge vermieden wird, der sonst bei unmittelbarer Kraftübertragung der Niederdruckstüfe auf eine Kurbelwelle bei hoher Umdrehungszahl vorhanden ist. Reicht nämlich zur Beschleunigung der Niederdruckmassen der niedere Eintrittsdruck nicht aus, dann wird der erforderliche Zuschuß an Beschleunigungskraft der an dem gleichen Hebel angreifenden Oberstufe entnommen.

Die neue Anordnung wirkt sich auch auf die Arbeitsweise der Arbeitskolben günstig aus. Die mit hoher Überhitzung arbeitende Hochdruckstufe und gegebenenfalls Mitteldruckstufe besitzen infolge des kleineren Hubes eine niedrigere Kolbengeschwindigkeit, so daß der Verschleiß der Kolben und Kolbenringe gering ist. Für die Niederdruckzylinder ist eine höhere Kolbengeschwindigkeit in bezug auf die Arbeit der Dampfkolben ungefährlich. .

Die -neue Maschine kann Hegend oder stehend ausgebildet werden. Die. Kurbelwelle für die Oberstufen kann zwei oder mehr Kurbelkröpfungen besitzen, je nachdem, ob man die Maschine drei- oder mehrstufig und mit mehr oder weniger gutem Massenausgleich ausbilden will. Mindestens müssen zur Erzielung eines genügend gleichmäßigen Drehmoments zwei Kurbelkröpfungen mit etwa 90⁰ Kurbelversetzung vorhanden sein.

Da die Nieder druckzylinder nicht unmittelbar auf die Kurbelwelle wirken, so könnte ein abgeleiteter Antrieb der Steuerung infolge der erforderlichen Antriebsgestänge als ein gewisser Nachteil empfunden werden. .Die ^9S Versetzung der in einer Ebene liegenden Zylinder beträgt jedoch immer i8o°, so daß auch der Steuerungsantrieb nicht schwierig ist.

Eine weitere Verbesserung der Erfindung läßt sich noch dadurch erzielen, daß man die >oo Niederdruckzylinder mit einer gestängelosen Steuerung versieht, die beispielsweise nach Patent 287010 ausgebildet sein kann, bei welcher das Einlaßmittel selbst als Bewegungsmittel für die Steuerorgane dient. Diese >°5 Steuerung muß sich bei Änderung der Maschinendrehrichtungselbsttätig umsteuern-. Nur die auf die Kurbelwelle unmittelbar wirkenden Arbeitszylinder müssen in diesem Falle eine Umsteuerung erhalten. Sobald die "° Maschine vermittels dieser Steuerorgane umgesteuert ist, wirken die,gestängelosen Steuerorgane des Niederdruckzylinders in der gleichen Richtung. Der Aufbau der Maschine wird auf diese Weise sehr einfach und billig, »15 trotzdem ist die Betriebssicherheit jederzeit gewährleistet.

Auf der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt.

Abb. ι zeigt einen senkrechten Schnitt durch die Kurbelwelle eines Ausführungsbeispieles nach der Linie I-I der Abb. 2, Abb. 2 ,

einen senkrechten Schnitt nach Linie H-II der Abb. ι und Abb. 3 einen waagerechten Schnitt nach Linie HI-III der Abb. 2. Abb. 4 zeigt einen senkrechten Schnitt durch die Kurbelwelle eines zweiten Ausführungsbeispieles. Die Abb. 5 und 6 zeigen noch andere Ausführungen in vereinfachter Darstellung.

Die Kurbelwelle 1 des Ausführungsbei-. spieles der Abb. 1 bis 3 besitzt drei Kurbel-

10. kröpfungen 2, 3, 4. Auf die mittlere Kröpfung 3 arbeitet der Hochdrückzylinder 5, auf die beiden außenliegenden Kröpfungen 2 und 4 arbeiten die Mitteldruckzylinder' 6, 7. Diese drei Zylinder greifen in üblicher Weise, d. h.

mittels einer am Kreuzkopf zapf en 8· angelenkten Pleuelstange 9 an den Kurbeln an. Auf jede der Kurbeln wirkt außerdem mittelbar einer der drei Niederdruckzylinder 10. Jeder dieser Niederdruckzylinder 10 ist in einer

zo Ebene mit dem Hochdruckzylinder oder mit einem der beiden Mitteldruckzylinder angeordnet. Der betreffende Kreuzkopf zapfen 8 des Hoch- oder Mitteldruckzylinders ist mit dem Kreuzkopf zapf en 12 des Niederdruckzylinders durch einen doppelarmigen Hebel 13 und Lenker 14, 15 verbunden. Der Hebel 13 ist an dem Ständer 16, an dem die beiden Kreuzköpfe geführt sind, durch einen Bolzen 17 gelagert. Sein kürzerer Arm ist durch den Lenker 14 mit dem Kreuzkopfzapfen 8 und sein längerer Hebelarm du-rch den Lenker 15 mit dem Kreuzkopf zap fen 12 verbunden. Diese Hebel- und Lenkerübertragumg ist für jede Kurbel doppelt ausgeführt.

Für die Verwendung bei einem Schaufelraddampfer ergibt -sich eine zweckmäßige Ausführung in liegender Anordnung, indem beispielsweise die Maschine nach Abb. 1 um 90⁰ nach links gedreht wird. Es liegen dann die beiden je an einer Kurbelwelle anfassenden Arbeitsstufen übereinander, und zwar faßt die Oberstufe unmittelbar an der Kurbel der Schaufelradwelle an, während die unterhalb des Hochdruckzylinders liegende Niederdruckstufe mit langem Hub mittelbar durch den Übertragungshebel auf die Schaufelradwelle einwirkt.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. 4 gehören zu dem Hochdruckkolben 5 zwei übereinander angeordnete Niederdruckzylinder 10. Der Hochdruckzylinder wirkt wieder unmittelbar mittels Pleuelstange 9 auf die Kurbel 3 der Kurbelwelle 1. Mit dem Kreuzkopfzapfen 8 ist der kürzere,, um eine waagerechte Achse drehbare zweiarmige Hebel 13 durch einen Lenker 14 verbunden, der längere Hebelarm ist durch einen Lenker 15 mit dem Zapfen 12 des für beide Niederdruckzylinder 10 gemeinsamen Kreuzkopfes verbunden.
• Nach Abb., 5 sind die Kreuzkopfzapfen 8 des Hochdruckzylinders 5 und 12 des Niederdruckzylinders 10 ,durch Lenker 14;' 15 mit einem einarmigen Übertragumgshebel 18 verbunden. Der Hochdruckzylinder 5 arbeitet wieder unmittelbar ■ durch die Pleuelstange 9 auf die Kurbel 3 der Kurbelwelle 1. Die Übertragung der Arbeitsleistung des Niederdruckzylinders 10 erfolgt mittelbar durch den Hebel 18 mit entsprechendem Übersetzungsverhältnis. ■

Zur Verbesserung des Massenausgleichs läßt sich in jeder Kurbel ebene eine mehr oder weniger symmetrische Anordnung der Zylinder anwenden. Eine solche Anordnung zeigt Abb. 6, bei welcher auf der einen Seite des Hochdruckzylinders 5 ein Mitteldruckzylinder 7, auf der anderen Seite ein Niederdruckzylinder 10 liegt. Der Hochdruckzylinder arbeitet wieder unmittelbar mittels Pleuelstange 9 auf die Kurbel 3 der Kurbelwelle 1, während die Arbeitsleistung der Zylinder 7 und 10 durch einen Übertraguiigshebel 19 mit verschiedenem Übersetzungsverhältnis auf die Kurbel 3 übertragen wird.

Claims (2)

1. Patentansprüche :."

   i. Mehrstufige Hochdruckkolbendampfmaschine ale Schiffsmaschine für Raddampfer, gekennzeichnet durch die Vereiniigung der an sich bekannten Merkmale: Bei einem großen Verhältnis der auf die Zeiteinheit bezogenen Hubinhalte zwischen Hochdruck- und Niederdruckstufe (3ofach und mehr) beträgt der Eintrittsdruck in'die auf zwei oder mehr Zylinder verteilte Niederdruckstufe etwa 1 ata und weniger; an jeder Kurbel der Kurbelwelle greift eine Oberstufe unmittelbar an, während ein oder zwei Niederdruckzylinder zwecks Vergrößerung ihres Hubes mittelbar durch Hebelübersetzung auf die gleiche Kurbelwelle wirken.
   .
2. 2. Mehrstufige Hochdruckkolbendampfmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß .die Niederdruckzylinder mit an sich bekannten gestänigelosen

   . Steuerorganen ausgerüstet sind, die in beiden Dreh richtungen der Maschine lau-

   . fen können.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen