DE756303C

DE756303C - A system consisting of a piston engine and a downstream turbine, driven by steam or gas, especially for ship propulsion

Info

Publication number: DE756303C
Application number: DEV36570D
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl-Ing Voigt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1940-03-10
Filing date: 1940-03-10
Publication date: 1951-11-29

Description

Aus Kolbenmaschine und nachgeschalteter Turbine bestehende Anlage mit Antrieb durch Dampf oder Gas, insbesondere für Schiffsantrieb Bekannt sind Kolbendampfmaschinen mit nachgeschalteten Abdampfturbinen. Müssen sie umsteuerbar sein, so wird die Abdampfturbine entweder ebenfalls umsteuerbar ausgeführt oder sie wird während der weniger benutzten Drehrichtung durch Abkupplung von der Hauptwelle gelöst und bleibt dann vom Abdampf unbeaufschlagt. Die mittelbaren Kupplungsmöglichkeiten der Abdampfturbinenleistung auf die Hauptwelle, z. B. die elektrische Übertragung, umgeht die Schwierigkeiten bei der Umsteuerung.System consisting of a piston engine and a downstream turbine with propulsion by steam or gas, in particular for ship propulsion, piston steam engines are known with downstream steam turbines. If they have to be reversible, the exhaust steam turbine will Either it is also reversible or it is used during the less used Direction of rotation released by uncoupling from the main shaft and then remains from the exhaust steam unloaded. The indirect coupling possibilities of the exhaust steam turbine power on the main shaft, e.g. B. electrical transmission avoids the difficulties when reversing.

Der von der Abdampfturbine aufgebrachte Leistungsanteil kann zweierlei Verwendungszwecke haben: Entweder sind die Hilfsmaschi: nenbetriebe außer während der Vollfahrt auch während des Manövrierens der Kolbendampfmaschine aufrechtzuerhalten. In diesem Falle darf die Abdampfturbine nicht mehr umsteuerbar sein und muß sogar durch eine im richtigen Augenblick einsetzende Frischdampfzufuhr (Zweidrucksteuerung) in ihrer Drehzahl annähernd konstant gehalten werden und deshalb unabhängig von der Kolbenmaschinendrehzahl sein. Oder die Abdampfturbinenleistung soll hauptsächlich auf die Kolbenmaschinenwell.e mitübertragen werden, je nach Umsteuerbarkeit der Turbine immer oder nur bei einer Drehrichtung. Jetzt besteht zwannsläufig Abhängigkeit in den Drehzahlen und Drehrichtungen der Kolbenmaschine und Abdampfturbine. - Auch bei diesem Verwendungszweck der Abdampfturbinenleistung kann eine Frischdampfzuschaltung zweckmäßig sein und ist ebenfalls schon vorgeschlagen worden.The proportion of power generated by the steam turbine can be twofold Purposes of use have: Either the auxiliary machines are except during to maintain full speed even while maneuvering the piston steam engine. In this case, the exhaust turbine must no longer be reversible and even must through a live steam supply that starts at the right moment (dual pressure control) are kept approximately constant in their speed and therefore independent of be the piston engine speed. Or the exhaust steam turbine output should mainly are also transferred to the piston machine shaft, depending on the reversibility of the Turbine always or only in one direction of rotation. Now there is inevitably addiction in the speeds and directions of rotation of the piston engine and exhaust steam turbine. - A live steam connection can also be used for this purpose of the exhaust steam turbine output be appropriate and has also been proposed.

Die Kolbendampfmaschine allein muß als Antriebsmaschine für Fahrzeuge immer so ausgeführt sein, daß sie in jeder Kurbelstellung für beide Drehrichtungen anspringen kann. Wenn aber die Anlage aus Kolbenmaschine und Abdampfturbine besteht und letztere umsteuerbar und erfindungsgemäß gebaut ist, so hat man damit die Möglichkeit, auch Kolbenmaschinenbauarten mit einer Kurbelversetzung anzuwenden, die nicht in jeder Kurbelstellung anspringen, z. B. einkurbelige Maschinen mit ein- oder mehrstufiger Expansion oder solche mit iSo° Kurbelversatz. Letztere Art kann bei geeigneter Durchbildung, z. B. in der Steuerung, einfacher ausgeführt werden (Woolfsche Maschine), und es ergibt sich eine für den ruhigen Gang der Maschine vorteilhafte Beherrschung der Massenkräfte. Die einzylindrige Maschine kann z. B. bei Anwendung von Höchstdruckdampf dann vorteilhaft sein, wenn die nur wegen des jederzeitigen Anspringens sonst notwendig werdende Zwillingsmaschine thermodynamisch zu ungünstige Zylinderabmessungen ergeben würde, woran Hoch- und Höchstdruckkolbenmaschinen häufig kranken.The piston steam engine alone must be used as a prime mover for vehicles always be designed so that they can be used in both directions of rotation in every crank position can jump. But if the system consists of a piston engine and an exhaust turbine and the latter is reversible and built according to the invention, so you have the opportunity to also to use piston machine types with a crank offset that are not in jump to every crank position, e.g. B. single-crank machines with single or multi-stage Expansion or those with iSo ° crank offset. The latter type can, with suitable training, z. B. in the control, are carried out more easily (Woolfsche machine), and it this results in a control of the which is advantageous for the smooth running of the machine Mass forces. The single cylinder machine can e.g. B. when using high pressure steam be advantageous if they are otherwise only necessary because of the constant starting future twin machines result in cylinder dimensions that are thermodynamically too unfavorable what high and high pressure piston machines often suffer from.

Die Einzelmaschine der Lentz-Einheitsmaschine, die ja als Zwillingsmaschine gebaut ist, hat z. B. i8o° Kurbelversatz. Weil sie aber als Einzelmaschine nicht anspringt, mußte nach dem bisherigen Stand der Technik eine gleiche Maschine hinzugefügt werden, deren Kurbeln mit denen der anderen Maschine einen Winkel von go° bilden, so daß also wenigstens immer eine der Zwillingsmaschinen die Gesamtmaschine in Gang setzt.The single machine of the Lentz standard machine, which is a twin machine is built, has z. B. i8o ° crank offset. But because it is not as a stand-alone machine starts, an identical machine had to be added according to the previous state of the art whose cranks form an angle of go ° with those of the other machine, so that at least one of the twin machines always starts the whole machine puts.

Weil die Abdampfturbine bisher immer nur als Anhängsel an eine Kolbendampfmaschine angesehen wurde, sind die vorgenannten Anwendungsmöglichkeiten nicht jederzeit anspringender Kolbenmaschinen auch nie ins Auge gefaßt worden.Because the exhaust steam turbine has so far only been an appendage to a piston steam engine was considered, the above-mentioned application possibilities are not always starting Piston engines were never even considered.

Wohl sind, wie schon erwähnt, Zuschaltungen von Zweitdampf auch schon bei Kolbenmaschinen mit nachgeschalteter Turbine an sich vorgeschlagen worden, bei deren einer die Turbine vermittels eines besonderen Steuerventils durch eine Sonde@rbeaufschlagung dann zusätzlich höher gespanntes Treibmittel erhält, wenn die den Drehsinn der Kolbenmaschine steuernde Umsteuerwelle sich der Mittellage zwischen Vorwärts- und Rückwärtsfahrt, also der Stoppstellung, nähert. Beabsichtigt ist damit, daß die bei dieser Stellung der Umsteuerwelle nur wenig Abdampf von der Kolbendampfmaschine erhaltende Turbine dann Frischdampf bekommt und dadurch einen größeren Leistungsanteil übernehmen kann, der mit dem anfallenden Abdampf sonst nicht zu erreichen wäre. Es sollte diese Zuschaltung selbsttätig so wirken, daß bei kleiner Drehzahl der Anlage die Turbine dafür sorgt, daß die Totpunktlagen der Kolbenmaschine immer noch einwandfrei überwunden werden. So wie diese Zuschaltung aber vorgeschlagen wurde, ist sie nur dann selbsttätig, wenn die Maschine angefahren wird, also von der Stoppstellung ausgehend manövriert wird. Wird dagegen die Fahrt verlangsamt, so kann bei diesem Vorschlag das unliebsame Stehenbleiben bei ganz geringer Fahrt nur dadurch vermieden werden, daß die Zuschaltung von Hand aus erfolgt.As already mentioned, connections of secondary steam are also already possible has been proposed per se in piston engines with a downstream turbine one of which the turbine by means of a special control valve through a probe @ rbeaufschlagung then additionally receives higher tension propellant when the direction of rotation of the piston engine controlling reversing shaft is the middle position between forward and reverse travel, so the stop position, approaches. The intention is that in this position the reversing shaft only receives a little exhaust steam from the piston steam engine turbine then gets live steam and can therefore take on a larger share of the performance, which otherwise could not be achieved with the resulting exhaust steam. It should be this hookup act automatically in such a way that at low speed of the system the turbine ensures that the dead center positions of the piston machine are still perfectly overcome. As this connection was proposed, however, it is only automatic if when the machine is started, i.e. maneuvered starting from the stop position will. If, on the other hand, the journey is slowed down, the unpleasant thing can happen with this proposal Stopping at very low speeds can only be avoided by switching on done by hand.

Die Abhängigkeit der Zuschaltung für die Turbine von der Stellung der Umsteuerwelle hat aber sonst noch gewisse Nachteile, denn sie ist nicht unter allen Umständen gleichbedeutend mit einer drehzahlabhängigen Zuschaltung, wie der nächste Satz zeigt. Steht z. B. die Umsteuerwelle entsprechend kleiner Fahrt (Nähe der Stoppstellung), und die angetriebene Arbeitsmaschine wird plötzlich entlastet (Austauchen des Propellers bei starkem Seegang), so bewirkt im Augenblick der Gefahr des Durchgehens dei Maschine die von der Stellung der Steuerwelle abhängige Zuschaltung eine Frischdampfzufuhr zur Turbine, beschleunigt also das Durchgehen.The dependency of the connection for the turbine on the position the reversing wave also has certain disadvantages, because it is not under in all circumstances synonymous with a speed-dependent connection, such as the next sentence shows. Is z. B. the reversing wave corresponding to small travel (proximity the stop position), and the driven machine is suddenly relieved (Replacing the propeller in heavy seas), this is what happens at the moment of danger the runaway of the machine depends on the position of the control shaft a live steam supply to the turbine, thus accelerating the runaway.

Wenn eine Zuschaltung von Frischdampf auf die Turbine den Zweck haben soll, das Stehenbleiben der Anlage bei unglücklicher Kurbelstellung oder geringer Drehzahl zu verhindern, so gibt es dafür nur die zwei erfindungsmäßigen Wege: Entweder ein Regler schaltet bei geringer Hauptwellendrehzahl Frischdampf auf die Sonderbeaufschlagung der Turbine, und zwar fließt dann ein stetiger Dampfstrom zusätzlich zu dem pulsierenden Abdampfstrom, der von der Kolbenmaschine her in die normale Beaufschlagung der Turbine gelangt. Diese Zuschaltung wird durch den Regler so lange aufrechterhalten, bis die an der Maschine hängenden Schwungmassen ein glattes Durchfahren der Totpunktlagen sichern. Es muß dann aber auch eine tatsächliche Abhängigkeit der Zuschaltung von der Drehzahl, nicht von der Stellung der Umsteuerwelle (eine nur scheinbare Abhängigkeit von der Drehzahl, wie bei austauchendem Propeller beschrieben), bestehen. Ein von einem drehzahlabhängigen Regler betätigtes Ventil schaltet beim Durchgehen der Maschine den Frischdampf ab und nicht noch zu. Oder das Steuerorgan für die Zuschaltung ist abhängig von der Kurbelstellung der Kolbenmaschine, und zwar in der Art, daß nur bei ungünstiger Anspringstellung der Kurbel die Turbine einen Frischdampfstoß erhält, während bei den anderen. Kurbelwinkeln die Zuschaltung schließt. In diesem Falle erhält die Abdampfturbine außer dem pulsierenden Abdampf noch einen ebenfalls im Takte des Kolbenmaschinenganges pulsierenden Frischdampfstrom. Beide sind zeitlich mehr oder weniger gegeneinander versetzt. Bei dieser Zuschaltung ersetzt die Turbine gewissermaßen einen oder mehrere Dampfzylinder, die bei den mehrzylindrigen. Schiffsmaschinen mit bisher üblicher Kurbelversetzung die Totlagen der anderen Zylinder überwinden. Außerdem kann derjenige Turbinenteil, der hinter der besonderen Beaufschlagung arbeitet, wie ein Schwungrad wirken, das sein gespeichertes Arbeitsvermögen in dem Augenblick überträgt, wenn die Drehkraft gering ist.If a connection of live steam to the turbine has the purpose should, the stopping of the system with an unfortunate crank position or less To prevent speed, there are only two inventive ways: Either a controller switches live steam to special admission when the main shaft speed is low the turbine, and a steady stream of steam then flows in addition to the pulsating one Exhaust steam flow from the piston engine in the normal admission of the turbine got. This connection is maintained by the controller until the centrifugal masses hanging on the machine a smooth passage through the dead center positions to back up. But then there must also be an actual dependency of the connection on the speed, not the position of the reversing shaft (an only apparent dependency of the speed, as described for an emerging propeller). One of A valve operated by a speed-dependent controller switches when the machine passes through the live steam off and not on yet. Or the controller for that Connection depends on the crank position of the piston engine, in the way that only when the crank is in an unfavorable starting position does the turbine generate a burst of live steam receives while at the other. Crank angles the connection closes. In this In addition to the pulsating exhaust steam, the exhaust steam turbine also receives another trap Live steam pulsing in time with the piston engine gear. Both are temporal more or less offset from one another. With this connection the turbine replaces as it were one or more steam cylinders, which in the case of the multi-cylinder. Ship engines overcome the dead spots of the other cylinders with the usual crank offset. In addition, the turbine part that works behind the special admission can act like a flywheel, its stored work capacity in the moment transmits when the torque is low.

Wenn eine gewisse Drehzahl und damit ein stetigerer Gang der Maschinen erreicht ist, kann aber diese Zuschaltung in Abhängigkeit von der Kurbelstellung ganz fortfallen. Ein drehzahlabhängiger Regler setzt dann die Steuerungsteile des Zuschaltventils selbsttätig außer Betrieb oder sperrt die Dampfzufuhr zum Zuschaltventil selbsttätig ab. Dieses Abstellen der Zuschaltung kann natürlich auch von Hand aus vorgenommen werden.When a certain number of revolutions and thus a steady speed of the machines is reached, but this connection can be dependent on the crank position fall away completely. A speed-dependent controller then sets the control parts of the The sequence valve is automatically out of operation or the steam supply to the sequence valve is blocked off automatically. This deactivation of the connection can of course also be done manually be made.

Die vorhergehend beschriebenen Zuschaltungen würden bei Maschinen, die auf Grund ihres Kurbelversatzes immer anspringen, auch von Vorteil sein, weil damit das Manövrieren erleichtert wird. Wenn es sich nämlich nicht um Zwillingsmaschinen handelt, muß bei diesen bei Hochdrucktotstellung Hilfsdampf auf einen der anderen Zylinder gegeben werden. Dann kann erst nach Kenntnisnahme der Kurbelstellung dieser Zylinder entschieden werden, ob der Dampf auf die Deckel-oder die Kurbelseite geschaltet werden muß.The connections described above would be for machines which always start due to their crank offset can also be an advantage because so that maneuvering is made easier. If it's not twin machines is involved, auxiliary steam must be switched to one of the other with these at high pressure dead position Cylinders are given. Then this can only be done after taking note of the crank position The cylinder decides whether the steam is switched to the lid or the crank side must become.

Diese überlegungen beim Manövrieren fallen bei Anwendung des Erfindungsgedankens fort, weil die Anlage in jeder gewünschten Drehrichtung sofort anspringen muß wegen des mit der Umsteuerung gleichzeitig betätigten Wechselventils für Vorwärts- oder Rückwärtsturbine.These considerations when maneuvering apply to the application of the inventive concept because the system must start immediately in any desired direction of rotation because of of the changeover valve for forward or reverse actuated at the same time Reverse turbine.

Der Hauptvorteil der Erfindung liegt aber darin, daß jede auf Grund ihres Kurbelversatzes nicht immer anspringende Kolbenmaschine als umsteuerbare Fahrzeugmaschine angewendet werden kann, wenn sie günstig ist, entweder für die Beherrschung der Massenkräfte oder für thermodynamisch besonders brauchbare Abmessungen der Zylinder oder für billige und gewichtsarme wenigzylindrige Maschinen. Da ja doch eine Abdampfturbine gebraucht wird, kann übrigens mitunter die mehrstufige Expansion in der Kolbenmaschine überhaupt ganz unterbleiben und nur mit einer Expansion im Kolbenmaschinenteil, also nur einem Zylinder, gearbeitet werden.The main advantage of the invention is that each due Piston engine that does not always start due to its crank offset as a reversible vehicle engine can be used, if it is favorable, either for the mastery of the Mass forces or for thermodynamically particularly useful cylinder dimensions or for cheap and low-weight machines with a few cylinders. There is an exhaust turbine is needed, by the way, the multi-stage expansion in the piston machine can sometimes be used completely omitted and only with an expansion in the piston engine part, so only one cylinder to be worked.

In der Zeichnung ist in schematischer Darstellung eine erfindungsmäßige Schiffsanlage abgebildet.In the drawing is a schematic representation according to the invention Ship system shown.

i und 2 sind die Zylinder einer mit i8o° Kurbelversetzung nach dem Woolfschen Prinzip arbeitenden Verbundmaschine. Die Kurbelwelle 3 zeigt eine entsprechendeKurbelkröpfung, auf Grund deren die Maschine bei ungünstigen Stellungen der Kolben nicht anspringt. q. sind Hochdruckeinlaßventile, 5 Hochdruckauslaß- und gleichzeitig Niederdruckeinlaßventile. 6 sind Niederdruckauslaßv entile. Der Maschinenabdampf wird über ein Wechselventil 7 entweder je nach Stellung desselben in den Stutzen g oder bei Rückwärtsfahrt in den Stutzen i i der Abdampfturbine geführt. Die Vorwärtsbeschaufelung der letzteren ist bei 8, der Rückwärtsteil bei 12 angeordnet. Der Abdampf der ganzen Anlage gelangt in den Kondensator io. Die Turbine ist über ein Doppelgetriebe 13 mit der Propellerwelle gekuppelt, gegebenenfalls unter Dazwischenschaltung von Kupplungen, welche die Drehschwankungen mildern. Die Leistung überträgt sich dann über die Tunnelwellen auf Propeller 1q.. Zusätzlich ist erfindungsgemäß das in Abhängigkeit von der Kurbelstellung ebenfalls gesteuerte Ventil 15 angebracht, welches je nach Stellung der Umsteuerung über das Wechselventil 16 den Frischdampf entweder zur Sonderbeaufschlagung der Vorwärtsturbine durch Stutzen 17 zu dem besonderen Rad für Vorwärtsfahrt 18 oder über Stutzen i9 in eine besondere Beaufschl'agung der Rückwärtsturbine 12 leitet. Daß die Betätigung für Ventil 15 auch durch einen von der Drehzahl abhängigen Regler erfolgen und auch selbsttätig oder von Hand ebenfalls drehzahlabhängig unterbrochen werden kann, ist bereits erläutert worden.i and 2 are the cylinders one with an 18o ° crank offset after the Woolf's principle working compound machine. The crankshaft 3 shows a corresponding crank offset, due to which the machine does not start the piston in unfavorable positions. q. are high pressure inlet valves, 5 high pressure outlet and low pressure inlet valves at the same time. 6 are low pressure outlet valves. The machine exhaust is released through a shuttle valve 7 either, depending on its position, in the connector g or in reverse travel in the nozzle i i of the exhaust turbine out. The forward blading of the latter is at 8, the rear part at 12. The exhaust steam from the entire system arrives into the capacitor io. The turbine is connected to the propeller shaft via a double gear 13 coupled, if necessary with the interposition of clutches, which the rotational fluctuations mitigate. The power is then transmitted via the tunnel shafts to propeller 1q .. In addition, according to the invention, this is also dependent on the crank position controlled valve 15 attached, which depending on the position of the reversal via the Shuttle valve 16 the live steam either for special admission of the forward turbine through connector 17 to the special wheel for forward travel 18 or via connector i9 leads into a special loading of the reverse turbine 12. That the activity for valve 15 also take place by a controller that is dependent on the speed and also can also be interrupted automatically or by hand depending on the speed has already been explained.

Claims

PATENT CLAIMS: i. From a piston engine and a downstream turbine existing ones, working on a common shaft, always remaining coupled, reversible System driven by steam or gas, especially for ship propulsion, thereby characterized in that when using a piston machine with not to start the turbine one the dead centers in each crank position suitable crank offset the piston engine has overcoming loading.

2. Plant according to claim i, characterized in that the turbine additionally a propellant stream by a special application via a depending on the crank position actuated control element receives which other opening and closing times than has the main controls of the piston engine.

3. Plant according to claim i, with o or i8o ° crank offset of the piston engine, characterized in that the turbine additionally a propellant flow by a special application via a dependency automatically or manually switched shut-off device receives from the speed which the propellant the pressure in front of or a higher than behind the piston engine Has.

4. Plant according to: liis claim 2, characterized in that the control unit for the special admission of the turbine during operation by appropriate adjustment its external control parts can change its opening and closing times.

5. Plant according to claim 2 or 4, characterized in that the opening and closing times of the control organ for the special loading of the turbine change depending on the filling of the piston machine.

6. Plant according to the claims 2, 4 or 5, characterized in that the opening times of the control member for the special loading of the turbine at the lowest points of the torque curve corresponding crank positions.

7. Plant according to one of claims 2 and .4 to 6, characterized in that the control element for the special surcharge the turbine also automatically or depending on the speed Hand can be switched on and off in such a way that the special application at high speed no propellant received. B. Plant according to one of claims 2 to 7, characterized in that that the control or shut-off device for the special addition to the forward or reverse turbine is switchable and that this switchover is carried out simultaneously with the Machine reversal takes place. 9. Plant according to one of claims 2 to 8, characterized characterized that for the forward and reverse turbine or only for one of ' them behind the nozzle part of the special admission one with speed gradation working turbine stage with several rings or with recurring admission of the same wreath follows. To distinguish the subject matter of the invention from the state of Technik, the following publications are considered in the granting procedure been: German patent specifications No. 335 o65, 534404 545 694, 664 156.