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Verfahren zum Betriebe von Druckflüssigkeitssteuerungen, vorzugsweise
für Verpuffungsbrennkraftturbinen Ventile von Brennkraftmaschinen, 'insbesondere
von Verpuffungsturbinen4 werden vorteilhafterweise durch Drucköl gesteuert. Eine
solche Steuerung bietet den Vorteil, daß riumlich beliebig voneinander getrennte
Ventile von einer zentralen Stelle aus betätigt werden können. Insbesondere aber.
ist es bei (ler liv(1raulischen 'Betätigung der Ventile iiiöglijll, die Ventilbewegungen
in außerordentlich kurzer Zeit durchzuführen. Selbst bei sehr schneller Betätigung
der Ventile kann ein ruhiger Gang der Ventilbewegungen dadurch aufrechterhalten
-werden, daß in den E-ndstellungen der Ventile hydraulische Pufier wirksam werden,
welche gewisse Mengen der Steuerflüssigkeit durch enge Querschnitte verdrängen und
so die beschleunigten Ventilteile abfangen.
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Will man jedoch die Möglichkeit, eine größere weit voneinander angeordneter
Ventile von einer Zentralstelle, beispielsweise einem Druckölverteiler, aus betätigen
zu könneu. bei Anlagen größeren Umfangs,voll ausnutzen, so ergibt sich die Schwierigkeit,
daß in den langen Verbindungsleitungen vom Steuerorgaw (Ölverteiler) bis zu den
einzelnen Ventilen starke Stöße auftreten. Diese-StöPjc rühren nach vorliegender
Erfindung zu--runde lie-enden Erkenntnissen daher, daß in dem Zeitpunkt, in dem
ein Ventilkörper in seiner Endstellung anlangt, die mit großer Geschwindigkeit durchgeführte
Bewegung der Olsäule in der zugehörigen Verbindungsleitung plötzlich itun Stillstand
kommt. Diese plötzliche Verzögerung der Ölsäule bringt wesentliche -.Nlasseilkräfte
zur Wirkung, die sieh in einer schlagartigen Wirlzung auf die. öNeitung äußern und
insbesondere an Krüliiinungen der Ölleitungen Schwingungen erzeugen. Diese Stöße
und Schwingungen treten deshalb in besonders starkem Maße auf, weil am Hiide der
Steuerbetätigung die Geschwindigkeit in (ler \-erbindungsleitung während des Beschleunigungsvorganges
bis auf ihren höchsten Wert gestiegen ist. Zur Abhilfe dieses Nachteiles ist inan
zunächst dazu übergegangen, das Drucköl, welches das Steuerorgan «51verteiler) betätigen
soll, nicht auf das Organ selbst zur Einwirkung züi bringen, sondern auf einen wesentlich
leichteren Vorsteuerkolben mit kleinerer Wirkungsfläclie. Da zur Bewegung eines
solchen Vorsteuerkolbens eine geringere Zeit erforderlich ist, zumal auch der Hub
des Vorsteuerkolbens
kleiner sein kann als der Hub des Steuerorganes
sülbst, wird die Ölgeschwin#Iig-kvit in den -1,-erbindungsleitungen zwischen Steuerorgan
und dein zu steuernden Organ wesentlichverriii-ert. I)c,i-nentsprechieiidnc-lim,en.lu#r-li
C
die Beschleun:igun 'gs- und Massienkräftie ab, -,o daß die StöPie il den
Leitirn--en nachlassen. b
Aber auch auf diese Weise ist es nicht gehingen,
mit Sicherheit einen stoßfreien Betrieb züi erzielen.
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Vorliegende Erfindung setzt sich dem-'remäß zur Aufgabe, Stöße in
den Leitungen u beschränken, daß sie praktisch nicht mehr hör- oder fühlbar -,verden.
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Da nach der vorliegender Erfindung zut' -runde liegenden Erkenntnis
Größe und Stärke des Stoßes oder der Schwingungen von der Geschwindigkeitshöhe in
der Verbindungsleitung abhängen, -wird zur Lösung der dargestellten Aufgabe vorgeschlagen,
die Geschwindigkeit in den Verbindungsleitungen auf einen festgegebenen Höchstwert
zu begrenzen. Die höchstmögliche Geschwindig-]zeit in der Verbindungsleitung ist
durch das zur Verfügung stehende Druckgefälle der Steuerflüssigkeit bedingt. Dieses
Druckgefälle kann nicht vermindert werden, ohne die Beschleunigungskräfte auf das
zu steuernde Organ züi vermindern und so das Arbeiten t
der Steuerung zu verschlechtern.
Gemäß vorliegender Erfindung wird jedoch erkannt, daß es nicht auf die Geschwindigkeit
der Steuerflüssigkeit allein ankommt, sondern auf die Länge der FlÜssigkeitssäule,
welche diese L' Geschwindigkeit annimmt. Während es zunächst scheint, als ob es
nicht auf die Länge allein, sondern auch auf den Querschnitt der Verbindungsleitung
ankomme, weil die Masse der in der Verbm(lungsleitung enthaltenen Stetterflüssigizeit
dem Produlzt aus Querschnitt und Länge der Leitung verhältiii#--leich, ist, zeigen
weitere Überlegungen und '> el Erfahrungen, daß die auftretende Stoßwirkung
x-on dein Stoß auf die Flächeileinheit (z. B. `) abhängig ist, so daß der Querschnitt
i crn Z, '#I der Leitung praktisch keine Rolle spielt. ,i#u,sge,h.c:n#d von
diese.p Erkenntnissen kennzeichnet -sich das erfindun-s-emäß v-)r#en 1-1 schla'gene
Verfahren zum Betriebe von Druck-Ilüssigkeitssteuerungen, vorzugsweise für Wrptiffungsbrennkraftturbinen,
durch Begrenzung der periodisch aliftret!2nden höchsten 25 Plüssiggkeitsgeschwindigkeiten
in "#,bhiiigig-F ]zeit von der Länge zwischen fresteuertein Organ und der nächstliegenden
Druckflüssigkeitsquelle ausreichender Speicherfähigkeit auf einen Höchstwert, vorzugsweise
gegeben Z, el durch den -),usdruck
wobei die. in der -\Jerbind-ungsleitung zwi_ -,Chen _,#esteuertein Organ und der
nächsten 1)i-ticlzäiissi,-11,:eitsquelle ausreichender SpeicherfähigIzeit auftretende
Flüssigkeitsgeschwindigkeit v in rii, Sek und die Länge L zwischen gesteuertem
Organ und nächster Quelle ausreichender Speicherfähigkeit in Meter ausgedrückt ist.
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Eine derartige Begrenzung der periodisch auftretenden höchsten Flüssigkeitsgeschwindi-keiten
kann in der verschiedensten Art iiii(1 Weise vorgenommen werden. E's besteht 1)cispiels##-eise
die 'Möglichkeit, die Eröffnun.--s- bzw. Schluf)geschwindigkeiten der durch da-;
Druckmittel betätigten Steuerventile künstlich, etwa durch hydraulische oder mechanische
Brenisen, zu verzögern. Derartige H'inrichtungen #'erursachen jedoch einen erheblichen
baulichen Aufwand und bildvii die Quelle von Störungen und sonstigen betriebliciien
Sch#vierigkeiten. Es besteht auch die Mö-lichkeit, die üblichenStrömungsquerschnitte
in den gesteuerten Ventilen zu belassen und die Leitungsquerschiiitte ihnen gegenüber
so züi ver-röl,')ern, (laß sich eittsprechend (lern Verhältnis der Ventil- und Leitung,-querschnitte
in den Leitungen entsprechend begrenzte Druclztnittel"escli,##-iii(li<,-Z, ZD
keiten einstellen, Hierbei ergeben sieh je-
doch außerordentlich große Leitungen.
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Die genannten Schwierigkeiten fallen fort, wenn in weiterer Dtirchfüliruii""
des Erfindungsgedankens vorzugswei,-- einstellbare Drosselstellen in den dem Steti,-#rdrti#-kodisch
ausgesetzt#en druicl,-flüssigizeii-erfiiljtt-ii Leitungen zur Beschleunigung der
Steuerfliissigkeitsgeschwindigkeit auf die dtireli das ge-
gebene Druckgefäll
' e bestimmte Höchstgeschwindigkeit angeordnet werden. F'ine derartige Drosselstelle
läßt zwar zu.. dall sich die Steuerflüssigkeit iin Drosselquerschnitt wieder auf
die durch das gegebene Druckefälle bestimmte Höchstgeschwindi-keit buselileuni<yt,
da aber die Strecke, auf welcher diese Be schleunigung wirksam bleibt, und damit
die wirksame Länge ganz gering ist, P
kann diese örtliche Beschleunigung der
Steuerflüssigkeit keinen Stoß oder Schlag erzeugen. Steht die Drosselstelle in einem
be-
stimmten Verhältnis zum Strömungsquerschnitt der Verbindungsleitinig,
so steht auch znl die Geschwindigkeit in der Verbindungsleitung ini -leichen Verhältnis
zur Höchst-eschwindigkeit in der Drosselstelle. Die 'döclistgeschwiii(ligkeit in
der Leitung kaiiii also durch Wahl eines geeigneten Drosselquerschnittes auf jede
beliebige Höhe begrenzt werden. Zur Einleitung der Steuerbewegung steht trotzdem
der volle Druck der Steuerflüssigkeit auf das zu betätigende Organ zur Verfügung.
Der Steuervorgang wird zi
also mit einer Geschwindigkeit eingeleitet,
als ob keine*Drosselstelle vorhanden wäre. Erst mit wachsender Geschwindigkeit der
Steuerflüssigkeit wird ein sehr großer Teil des Druckgefälles in der Drosselstelle
aufgebraucht, bis schließlich die zulässige Höchstgeschwindigkeit in" der Steuerleitung
erreicht ist. Nach Erreichting dieser Höchstgeschwindigkeit ist selbstverständlich
eine Verlangsamung des Vorganges gegenüber den Vorgän 'gen bei fehlender Drosselstelle
gegeben. Da aber der Beschleunigungsvorgang bei der Einleitung der Steuerbewegung
die größte Zeit beansprucht, so ist der Gesamtverlust an Zeit nur sehr gering Da
man bestrebt t' tl* ist, aus - Kostengründen die druckflüssigkeitserfüllten
Leitungen mög_ lichst klein zu halten, wird man nach Möglichkeit bis an die Grenze
des Zulässigen gehen. Nun hängt zwar die Größe der Grenzgeschwindigkeit, bei der
Schläge auftreten, in erster Linie von der Leitungslänge ab. Einen gewissen Einfluß
hat jedoch auch die Leitungsführung, der somit ausgeglichen werden muß. Denn es
zeigt sich entweder, daß noch Schläge auftreten oder daß die Ventilbewegung zu langsam
erfolgt. Durch Einstellba,rkeit der Drosselöffnung gewinnt man die Möglichkeit,
in dem zuerst genannten Falle die Drosselöffnung zu verkleinern, so daß die Geschwindigkeit
des Druckmittels in den Leitungen herabgesetzt wird, während man im zweiten Falle
die Drosselöffnung vergrößern muß, um in der Zeiteinheit eine größere Menge des
Druckmittels durchzulassen.
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Einstellbare Drosselöffnungen in druckinittelerfüllten Leitungen sind
zwar bekannt. In diesen Fällen aber handelt es sich um Izo#-tinuierliche Strömungen,
bei denen somit die Aufgabe, Schläge in den Leitungen zu verhüten, noch nicht auftrat,
ganz abgesehen davon, daß auch die Länge der Leitungen keineu Anlaß zur Beseitigung
derartiger Schwierigkeiten bot. Demgemäß bestand die Auf-,gabe der einstellbaren
Drosselstellen in diesen Fällen darin, lediglich die Menge des durch die Drosselstelle
durchtretenden Mittels zu verändern, um hierdurch bestimmte Steuer-oder Reggulierungswirkungen
zu erzeugen.
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Die Zeichnung gibt eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgedankens
wieder.
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In der Zeichnung ist die Stelle gleichbleibenden Druckes in bzw. bei
der Steuerleitung der Windkessel i, das zugehörige zu steumde Organ der Vorsteuerkolben
2. Die Leitungslänge L für das Steueröl ist also durch die Länge der Verbindung
zwischen i und 2 bedingt. In gleicher Weise gelten für das Preßöl als Ouelle konstanten
Druckes der Stoßdämpfer 3 '#nd als betätigtes Organ der Ventilkolben 4. Zwischen
i und :2 liegt der Ölverteiler 5 und zwischen 3 und 4 der Vorsteuerkolben
2. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Drosselstellen liegen bei 6 und
7:
Die Wirkungsweise derartiger Ventilsteuerungen ist bekannt.
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Die Steuerölpumpe 8 entnimmt das Öl aus dem Behälter
9, während die Preßölpumpe io Glas Öl durch die Steuerölpumpe
8 zugedrückt erhält. Der Druck des Steueröles liegt etwa. bei 4 atü, der
des Preßöles etwa bei 2o atü. Der Stoßdämpfer 3 ist in seiner höchsten Stellung
gezeichnet, arbeitet aber normalerweise in der Mittelstellung. Dem Üldruck in Raum
3 wird das G#egengewicht durch Preßluft gehalten, die bei i i angeschlossen
ist. Bei 12 ist ein Leckanschluß vorgesehen, uni ein Eindringen der Preßluft in
das Preßöl züi verhindern.