DE802295C - Lagerung liegender Kolbensaetze mit wenigstens zwei Kolben bei Kraft- oder Arbeitsmaschinen - Google Patents

Lagerung liegender Kolbensaetze mit wenigstens zwei Kolben bei Kraft- oder Arbeitsmaschinen

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DE802295C
DE802295C DE1948P0010345 DEP0010345D DE802295C DE 802295 C DE802295 C DE 802295C DE 1948P0010345 DE1948P0010345 DE 1948P0010345 DE P0010345 D DEP0010345 D DE P0010345D DE 802295 C DE802295 C DE 802295C
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pistons
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DE1948P0010345
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Ernst Dr-Ing Lammerz
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KRUPP F LOKOMOTIVFABRIK
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KRUPP F LOKOMOTIVFABRIK
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01BMACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B17/00Reciprocating-piston machines or engines characterised by use of uniflow principle
    • F01B17/02Engines
    • F01B17/04Steam engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01BMACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B2170/00Steam engines, e.g. for locomotives or ships
    • F01B2170/04To-be-deleted with administrative transfer to parent group
    • F01B2170/0405To-be-deleted with administrative transfer to parent group
    • F01B2170/0476Components or parts for steam engines

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Description

  • Lagerung liegender Kolbensätze mit wenigstens zwei Kolben bei Kraft- oder Arbeitsmaschinen Bei Kraft- oder Arbeitsmaschinen kann oft auf die liegende Anordnung aus baulichen Gründen nicht verzichtet werden. Häufig hat sie auch gegenüber der stehenden Vorzüge, , wie z. B. bei einer Wasserpumpe, die dann bei Frost vollständig entwässert werden kat»i. Bei solchen liegenden Kraft-und Arbeitsmaschinen werden Kolbensätze verwendet, die aus einer Kolbenstange und darauf befestigten Kolben bestehen. Durch diese mindestens zwei oder mehr Kolben wird entweder das Arbeitsspiel der Maschine gesteuert oder selbst ausgeführt, so daß auf den Kolbenstirnseiten gleichbleibende oder wechselnd hohe Drücke herrschen.
  • In der Bauart der Kolbensätze kann inan grundsätzlich zwei unterscheiden. Bei der ersten ist die Kolbenstange mit ihren Kolben in zwei oder mehr Traglagern abgestützt (wohei je nach den Druckverhältnissen zur Abdichtung der Kolbenstange gegebenenfalls noch Stopfbüchsen eingefügt sind, so daß das Traglager als Stopfbüchse mit beschränkter Abdichtung ausgebildet ist). Bei der zweiten Bauart liegen die Kolben mit ihren Dichtungsringen auf der Zylinderwandung oder einer in den Zylinder eingesetzten Zylinderbüchse auf. Bei Kolhensä tzen der ersten Bauart ist nach gewisser Laufzeit mit dem Verschleiß in den Traglagern und später in den Zylinder- oder Laufbuchsenwandungen zu rechnen. Beider zweiten Bauart setzt der Verschleiß an der Wandung sofort ein. Außerdem tretenUndichtigkeiten und infolgedessen schlechte Liefergrade der Maschine ein.
  • Die Erfindung strebt an, die Kolbensätze möglichst ohne baulichen Mehraufwand von ihren Eigengewichten wenigstens beim Arbeitsprozeß zu entlasten, so daß der Verschleiß bei der liegenden Ausführung nicht größer als bei der stehenden Anordnung ist. Der Lösungsgedanke beruht im wesentlichen darauf, daß ein gasförmiges oder flüssiges Druckmittel: im folgenden kurz als Druckflüssigkeit bezeichnet, dazu benutzt wird, auf den Kolbensatz eine :'Auftriebskraft hervorzurufen, die etwa gleich dein Eigengewicht des Kolbensatzes ist oder "wenigstens einen beträchtlichen Teil davon ausmacht. Dabei kann die Druckflüssigkeit entweder von außerhalb, zugeführt sein, oder das Treib- bzw. Arbeitsmittel der -Maschine selbst kann als Druckflüssigkeit verwendet werden. Erfindungsgemäß wird die Auftriebskraft in erster Linie dadurch hervorgerufen, daß mindestens eine der Stirnflächen, die den unter der Druckflüssigkeit stehenden Arbeitsraum eines Kolbens begrenzen, derart schräg angeordnet ist, daß die Druckflüssigkeit auf der unteren Hälfte des Kolbensatzes auf eine Fläche wirken kann, der keine entsprechende Fläche auf der oberen Hälfte des Kolbensatzes gegenüberliegt (Ü1)erscllußfläclle). Die Überschußfläche kann mit besonders einfachen Mitteln dadurch geschaffen werden, daß wenigstens der Kolbenring, der dem unter der Druckflüssigkeit stehenden Raum zunächstliegt, zum Druckraum hin geneigt im Kolben angeordnet wird.
  • Bei der praktischen Durchführung wählt man zweckmäßig solche Kolbenseiten, die innerhalb des Arbeitsspieles möglichst unveränderlichen Druck haben, damit die Entlastung über den ganzen Hub erzielt wird. Dabei hat eine Kolbenseite, die hierbei hohem Druck ausgesetzt ist, den Vorteil, daß die Schrsigstellung des oder der Kolbenringe gering w i rd.
  • Auf der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung im mittleren Längsschnitt durch Abb. 1, 3 und 4 schaubildlich dargestellt. Abb.2 veranschaulicht die Druckverhältnisse bei einem größeren, dem linken Kolben der Abb. i entsprechenden Kolben.
  • Das erste Beispiel (Abb. i) zeigt einen Kolbensatz für die Schiebersteuerung der Dampfmaschine einer Lokomotive mit festen Steuerungskolben. Im Schieberkasten i der nicht dargestellten Dampfmaschine ist eine auswechselbare Schieberbüchse 2 befestigt, in der sich der Kolbensatz hin und her bewegt, der aus zwei fest auf der Schieberstange 3 sitzenden Kolben 4 und 5 besteht. Die Einströmöffnung für den Frischdampf ist mit 6 bezeichnet. 7 und 8 sind Dampfausströmkästen, die an den Stirnenden des Schieberkastens i angeflanscht sind. g und io sind Dampfein- bzw. -ausströmkanäle des nicht dargestellten Arbeitszylinders der Dampfmaschine Beim Arbeitsprozeß herrscht also in dem durch die einander zugewandten Stirnflächen der Kolben4 und 5 begrenzten Raum i i der Frischdampfdruck, während das Innere der Ausströmkästen 7 und 8 unter dem geringen Überdruck des Auspuffdampfes steht. Gemäß der Erfindung sind die einander zu-' gewandten Stirnflächen 12 und 13 der Kolbenringe 14 und 15 gegen den unter hohem Druck stehenden Arbeitsraum i r hin geneigt in den Kolben 4 und 5 gelagert. Die Verlängerungen der Stirnflächen 12 und 13 schneiden sich also oberhalb des Kolbensatzes 3, 4, 5. Durch diese Anordnung der Kolbenringe 14 und 15 wird auf der unteren Hälfte jeder der dem Druckraum i i zugewandten Mantelflächen der Kolben 4 und 5-:..eine Fläche 16 gebildet (s. Abb.2), der keine en'"tsprechende Fläche auf der oberen Hälfte gegenüberliegt .`(Überschußfläche). Die auf die Überschußfläch@ 3( 'beider Kolben 4 und 5 wirkende Druckflüssigkeit ruft eine nach oben gerichtete Kraft (Auftriebskraft)- auf den Kolbensatz 3, 4, 5 hervor. Eine gleich- große Überschußfläche 16 wird infolge der Schrägste]lnng der Kolbenringe 14 und i .q auf der oberen Hälfte der Mantelfläche jedes Kolbens 4 und 5 auf der `den Ausströmkästen 7 und 8 zugewandten Seite gebildet. Da in den Ausströmkästen 7 und 8 nur der geringe Auspuffdruck herrscht (z. B. i,i ata), bewirkt der auf diese Überschußfläche 16 wirkende Auspuffdruck eine sehr kleine, nach unten gerichtete Kraft, die praktisch vernachlässigt werden kann. Als resultierende Auftriebskraft bleibt somit lediglich die Auftriebskraft übrig, die durch die einander zugewandten Überschußflächen 16 der Kolben 4, 5 verursacht wird. Die Größe der überschußfläche 16 und damit der Auftriebskraft ist verhältnisgleich der Neigung der Stirnflächen 12, 13 der Kolbenringe 14, 15 und der Druckhöhe der Druckflüssigkeit.
  • Es ist nicht erforderlich, daß sämtliche Kolbenringe 14 und 15 geneigt angeordnet werden. Es genügt, wenn das bei dem ersten bzw, dem ersten und zweiten Kolbenring geschieht, der dem Druckraum i i zunächstliegt.
  • Das zweite Beispiel (Abb. 3) unterscheidet sich von dem ersten lediglich dadurch, daß ein sog. Druckausgleichkolbenschieber verwendet wird, der einen auf der Kolbenstange 3 festen Kolbenteil 17, 18 und einen diesem gegenüber verschiebbaren, dem Druckraum i i zugewandten Kolbenteil 1g, 2o hat. Die Kolbenteile 19, 20 werden beim Leerlauf durch eine nicht dargestellte Feder vom festen Kolbenteil 17, 18 weggedrückt. Dieser Betriebsfall wird durch die linke Hälfte der Abb. 3 veranschaulicht. Während des Betriebes drückt der Frischdampfdruck den verschiebbaren Kolbenteil 1g, 2o auf den festen Kolbenteil 17, 18, so daß beide Kolbenteile dann wie ein Stück wirken. Diese Verhältnisse veranschaulicht der rechte Teil der Abb. 3. Auch hier ist es möglich, die im festen Kolbenteil 17, 18 sitzenden Kolbenringe senkrecht zur Längsachse anzuordnen und nur die auf dem verschiebbaren Kolbenteil 19, 20 sitzenden Kolbenringe 14, 15 erfindungsgemäß geneigt anzuordnen.
  • Das dritte Beispiel (Abb.4) zeigt die Anwendung der Erfindung auf einen liegenden Kolbensatz mit drei Kolben bei einer zweistufigen Mischvorwärmerpumpe. Bei diesem Beispiel ist die Erfindung also auf die als Differentialkolben ausgebildeten Arbeitskolben einer vorgewärmtes Speisewasser fördernden Pumpe angewendet.
  • In einem Gehäuse 21 ist ein Kolbensatz verschiebbar angeordnet, der aus drei fest auf einer Kolbenstange 22 sitzenden Kolben 23, 24, 25 besteht. Auf der Verlängerung der Stange 22 sitzt der nicht dargestellte Kolben der die Pumpe unmittelbar antreibenden Dampfmaschine. Die Kolben 23 und 25 sind gleich groß, ihre Druckfläche ist doppelt so groß wie diejenige des mittleren Kolbens 24. Die Zylinder der Kolben 23, 25 enthalten auf ihren zugewandten Enden Überströmkanäle 26, 27, die zu ihren durch Druck\-etitile 28, 29 abgesperrten Druckleitungen 30, 31 führen. Die Zylinder sind nach den Saugleitungen 32, 33 hin gleichfalls durch Saugventile 34, 35 abgesperrt.
  • Die zur N iederdruckstufe der Pumpe führende Saugleitung 33 kommt vom nicht dargestellten Niederdruckvorwärmer, der unter Atmosphärendruck steht. Die Druckleitung 31 der Niederdruckstufe führt zum gleichfalls nicht dargestellten Hochdruckvorwärmer, dessen Druck zwischen 1 bis 2 atü beträgt. Die Saugleitung 32 der Hochdruckstufe kommt vom Hochdruckvorwärmer, und die Druckleitung 30 der Hochdruckstufe führt zum nicht dargestellten Kesselspeiseventil.
  • Wenn sich der Kolbensatz 22 bis 25 aus der rechten Totlage in die linke bewegt, wird von der rechten Seite des N iederdruckkolbens 25 Wasser angesaugt, während gleichzeitig die linke Seite des Niederdruckkolbens 25 die vom vorhergegangenen Hub zurückgebliebene halbe Menge über die Leitung 31 dem Hochdruckvorwärmer zuführt. Bei der gleichen Bewegung des Kolbensatzes 22 bis 25 drückt die linke Seite des Hochdruckkolbens 23 die halbe Wassermenge in die Druckleitung 30, während die andere Hälfte über den Kanal 26 zur rechten Seite des Hochdruckkolbens 23 fließt. Beim entgegengesetzten Hub des Kolbensatzes 22 bis 25 von links nach rechts saugt die linke Seite des Hochdruckkolbens 23 die gesamte Wassermenge über die Leitung 32 aus dem Hochdruckvorwärmer, während die rechte Seite des Hochdruckkolbens 23 die zweite Hälfte über die Leitung 30 in den Kessel drückt. Gleichzeitig drückt die rechte Seite des Niederdruckkolbens 25 die halbe Menge über die Leitung 31 in den Hochdruckvorwärmer, während die zweite Hälfte über den Ü berströmkanal 27 vor die linke Seite des Niederdruckkolbens 25 gefördert wird.
  • Die Kolbenringe 36 des Hochdruckkolbens 23 und die Kolbenringe 37 des Niederdruckkolbens 25 stehen, wie üblich, senkrecht zur Achse der Stange 22, während die Stirnflächen der Kolbenringe 39 des mittleren Kolbens 24 gegen den zwischen diesem und dem Hochdruckkolben 23 liegenden Druckraum 40 hin geneigt sind. Demgemäß sind die Stirnflächen 38 der Kolbenringe 39 von dem zwischen dem mittleren Kolben 24 und dem Niederdruckkolben 25 befindlichen Raum 41 weg geneigt. Auf der unteren Hälfte des dem Hochdruckraum 40 zugewandten Teiles des Mantels des mittleren Kolbens 24 entsteht dann eine Überschußfläche 16, auf die der hohe Druck im Raum 40 wirkt, der den Kolbensatz nach oben druckt. Auf die Cberschußfläche 16 der oberen Hälfte des dem N iederdruckraum 41 zugewandten Mantelteiles des mittleren Kolbens 24 wirkt der niedrige Druck des Raumes 41, der den Kolbensatz 22 bis 25 geringfügig nach unten zu drücken sucht. Der resultierende Druck ist gleich dem Druckunterschied in den Räumen 40 und 41 multipliziert mit der Überschußfläche 16; er ist nach oben gerichtet und gleich dem Gewicht des Kolbensatzes 22 bis 25.
  • Wird der dem Niederdruckraum 41 zunächstliegende Kolbenring 39 senkrecht zur Achse der Stange 22 angeordnet, fällt die obere Überschußfläche 16 weg, so daß nur noch die auf der unteren Hälfte der linken Seite des Kolbens 24 vorhandene Überschußfläche bleibt.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Lagerung liegender Kolbensätze mit wenigstens zwei Kolben bei Arbeits- oder Antriebsmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Stirnflächen (12, 13 bzw. 38), die den unter gasförmigem oder flüssigem Druckmittel stehenden Arbeitsraum (11 bzw. 4o, 41) eines Kolbens (4, 5 bzw: 24) begrenzen, derart schräg angeordnet ist, daß durch das Druckmittel auf den Kolbensatz (3, 4, 5 bzw. 22 bis 25) eine dem Gewicht entgegenwirkende Kraft (Auftriebskraft) ausgeübt wird.
  2. 2. Lagerung nach Anspruch i für liegende Kolbensätze von Dampmaschinensteuerungen mit zwei Kolben und dazwischen befindlicher Einströmung des Druckmittels, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der dem Druckmittel zunächstgelegene erste Kolbenring (14, 15) beider Kolben (4, 5) so geneigt im Kolben sitzt, daß sich die Verlängerungen der Kolbenringstirnflächen (12, 13) oberhalb der Kolben schneiden (Abb. i).
  3. 3. Lagerung für liegende Kolbensätze nach Anspruch 1 und 2, wobei jeder Kolben einen auf der Stange festen und einen darauf verschiebbaren Teil hat, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der erste Kolbenring (14, 15) des verschiebbaren Kolbenteiles (19, 20) geneigt ist (Abb. 3).
  4. 4. Lagerung nach Anspruch 1 für liegende Kolbensätze mit drei Kolben, insbesondere bei zweistufigen Mischvorwärmpumpen mit Differentialkolben, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Kolben (24) auf der dem Hochdruckkolben (23) zugewandten Seite mindestens einen von rechts unten nach links oben geneigten Kolbenring (39) hat (Abb. 4).
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