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Kolbendampfmaschine für wechselnden Gegendruck- und Kondensationsbetrieb
Es sind bereits Kolbendampfmaschinen für Gegendruck- und Kondensationsbetrieb bekannt,
bei denen die Maschine sowohl für Gegenstrom als auch für Gleichstrom eingerichtet
ist. Hierbei sind in die Auslaßleitungen der Gleichstromschlitze und der gesteuerten
Auslaßventile Absperrvorrichtungen eingebaut, die wechselweise entweder für Kondensationsbetrieb
die Auslaßleitung der Gleichstromschlitze oder für Gegendruckbetrieb die Auslaßleitungen
der gesteuerten Auslaßventile freigeben.
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Demgegenüber unterschendet sich,die vorliegende Erfindung dadurch,
daß bei einer Gleichstromdampfmaschine mit gesteuertem Hilfsauslaß zum Anschluß
an eine Abdampfturbine oder einen sonstigen Dampfverbraucher die Steuerung der Maschnne
so eingerichtet ist, daß einmal sie den Hilfsauslaß betätigt und die Maschine als
Gegendruckmaschine arbeitet, während das andere Mal der Hilfsauslaß geschlossen
bleibt und die Maschine als Gleichstromdampfmaschine im Kondensationsbetrieb arbeitet.
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Die Steuerung für den Dampfeinlaß und den Hilfsauslaß kann an sich
beliebig ausgebildet sein, nur muß sie beim Kondensationsbetrieb den Hilfsauslaß
geschlossen halten. Es kann daher eine Kolbenschiebersteuerung oder eine umlaufende
Nockensteuerung Anwendung finden. Besonders einfach gestaltet sich die Einrichtung,
wenn Dampfein- und -auslaß durch Ventile gesteuert und diese durch verschiebbare
umlaufende Nocken betätigt werden. Bei derartig ausgebildeten
Maschinen
können daher mit :derselben Steuerung in einfacher Weise beide Betriebsarten durchgeführt
werden.
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Dies gilt auch für Maschinen größerer Leistung, bei denen einem Hochdruckzylinder
ein Gleichstromniederdruckzylinder mit gesteuerten Hilfsauslässen nachgeschaltet
ist. Dies erweist sich besonders vorteilha£t für Einfach- urndDoppelverbunddampfmaschinen,
wie sie unter anderem zum Antrieb von Schiffen bestimmt sind und deren Albdampf
noch weiterhin in einer angeschlossenen Abdampfturbine oder einem sonstigen Dampfverbraucher
ausgenutzt werden soll.
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Zweckmäßig ist die Steuerung der Maschine so eingerichtet, daß bell
Gegendruckbetrieb der Hilfsauslaß in: dem Punkte abgeschlossen wind, in welchem
die Gegendrucklinie in die beim Kondensations-, d. h. Gleichstrombetrieb sich einstellende
Kompressionslinie übergeht.
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In. der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung an Stelle
einer Fsnzylindergleichstromdampfmaschine der Niederdruckzylinder einer ventilgesteuerten
Verbunddampfmaschine gewählt. Es zeigt Fig. i einen waagerechten Schnitt durch die
Zylinder in Zylindermitte von oben gesehen, Fig. 2 einen senkrechten Schnitt nach
Linie II-IIa der Fig. i, wobei der Teil links vom Zylinder den um einen rechten
Winkel verdreht gezeichneten Steuerungsantrieb für die Hilfsauslaßventile im Schnitt
nach Linie IIa-IIb der Fig. i veranschaulicht; Fig. 3 zeigt einen Teil der Fig.2
in größerem Maßstab; Fig. 4 zeigt eine Verbundmaschine mit Kolbenschiebersteuerung
im Schnitt, wobei nur die obere Hälfte der Maschine gezeigt ist, Fig. 5 veranschaulicht
in einem Diagramm die Arbeitsweise der Maschine. ' Der Zylinderblock der Verbundmaschine
wird durch einen Hochdruckzylinder i und einen Niederdruckzylinder 2 gebildet. Letzterer
ist in der Mitte mit Austrittsschlitzen 3 versehen, die in einen durch eine Ringwulst
4 begrenzten Sammelraum 5 für den Abdampf einmünden. Der Hochdruckzylinder i hat
an jedem Ende je zwei Ventilgehäuse 6 und 7 angegossen, von denen das eine für den
Dampfeintritt ' und das andere für den Dampfübertritt nach dem Niederdruckzylinder
dient. Dem Ventilgehäuse 6 wird der Frischdampf durch einen Flansch 8 zugeführt,
der dann durch einen Kanal g durch das Einlaßventil und den folgenden Kanal io zum
Hochdruckzylinder gelangt. Der Abdampf dieses Zylinders gelangt dann durch einen
Kanal i i zu dem überströmventil und hinter diesem durch einen Kanal 12 zum Niederdruckzyli.nder.
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Dieser hat an beiden Enden zwei Anschlußflansche 13 und 13', die in
bezug auf :die Mittelebene spiegelgleich zueinander angeordnet sind, und von denen
die Flansche 13 zum Anschluß des Nie derdruckzylinders an die Übertrittskanäle 12
und die Flansche 13' zum Anschluß von Ventilgehäusen 14 dienen, in welchen
die Hilfsauslaßventile 15 des Niederdruckzylinders eingebaut sind. Von den Ventilgehäusen
14 abgezweigte Rohre 16 führen den Abdampf des Niederdruckzylinders einer Abdampfturbine
oder einem sonstigen Dampfverbraucher zu.
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Die Steuerung der Ventile erfolgt durch umlaufende Nocken. Zu diesem
Zweck ist in einem auf der Vorderseite des Zylinderblockes befestigten Gehäuse 17
eine Nockenwelle 18 versschiebbar gelagert, auf der zur Betätigung der Hochdruckeinlaßventile
und der Überströmventile zwei Nockenpaare rg, i9' und 2o, 2ä sitzen, von denen die
Nocken ig, 2o für die eine Drehrichtung und die Nocken i9', 20' für die andere Drehrichtung
der Maschine bestimmt sind. Werden die Flansche 13' durch Blindflansche abgeschlossen,
dann kann die bisher beschriebene Maschine in. beiden Drehrichtungen im Kondensationsbetrieb
arbeiten.
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Soll jedoch die Verbundmaschine durch Anschluß an eine Abdampfturbine
oder einen sonstigen Dampfverbraucher im Gegendruckbetrieb arbeiten, dann werden
von den Anschlußflanschen 13' :die Blindflansche abgenommen und dafür die Ventilgehäuse
14 mit den eingebauten Hilfsauslaßv entilen i 5 angeschlossen. Um diese Ventile
von der Nockenwelle i8 aus zu steuern, wird diese durch eine Hilfswelle 21 verlängert,
deren Ende in einem auf einem Konsol des Niederdruckzylinders befestigten Gehäuse
22 gelagert und zusammen mit der Hauptnockenwelle 18 verschiebbar ist. Ihr Ende
trägt ein Nockenpaar 2,3,:23', von dem der Nocken 23 in der einen Drehrichtung die
Hilfsauslaßventile betätigt, während der Nebennocken 23' bis auf den Grundkreis
abgesetzt ist und daher die Hilfsauslaßventilegeschlossen hält.
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Der Anhub des Steuernockens 23 wird durch auf ihm sich abwälzende
Rollen 24 durch Stangen 25 auf Winkelhebel 26 übertragen, die die Ventilspindeln
mit den daran sitzenden Hilfsauslaßventilen 15 von ihren Sitzen abheben. Der Ventilschluß
erfolgt durch Federn.
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Die Rollen 24 sind an dem einen Ende der Stangen 25 in Gleitstücken
27 gelagert, die sich in einer Bohrung des Lagergehäuses 22 führen. Hierbei ist
die Drehachse der Rolle a4 gegenüber der Drehachse des Nockens 23 um einen Betrag
x nach dem Zylinder hin versetzt, um die durch: die endliche Länge der Schubstange
bedingten, zwischen der Kurbel- und der Deckelseite auftretenden Ungleichheiten
in der Füllung auszugleichen.
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Die beiden Betriebsarten lassen sich ohne weiteres auch dann ausführen,
wenn die Maschine mit Kolbenschiebersteuerung ausgerüstet ist. Die Fig. 4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel hierfür. Es ist i der Hochdruckzylinder und 2 der Niederdruckzylinder.
Zwischen beiden ist dasGehäuse28 für denKolbenschieher angeordnet, dem bei 29 der
Frischdampf zugeführt wird. An jedem Ende des Gehäuses 28 ist eine Einsatzbüchse
30 mit Steuerkanälen eingesetzt, in der sich zwei Steuerkolben 31 und 32
bewegen und die im Zusammenwirken mit den Steuerkanälen in bekannter Weise die Dampfverteilung
besorgen.
Der äußere Kolben 3? steuert hierbei die Kanäle 33 für den Hilfsauslaß.
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Z'm auch. bei dieser Steuerungsart beide Betriebsarten durchführen
zu können, ist es nur nötig, um die Einsatzbüchsen 3o Hilfsschieber 34 zu legen,
die geeignet sind, die Steuerkanäle 33 für den Hilfsauslaß abzuschließen (Kondensationsbetrieb)
oder freizugeben (Gegendruckbetrieb). Diese Hilfsschieber können hierbei mit einer
Verzahnung versehen sein, in die Zahnsegmente 35 eingreifen, die durch ein Gestänge
36 von dem Maschinistenstand aus in geeigneter Weise verstellt werden können.
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Um die Arbeitsweise der nach. der Erfindung ausgebildeten Maschinen
zu veranschaulichen, ist in Fig. 5 das Druckdiagramm für den '; iederdruckzylinder
einer Verbundmaschine dargestellt. Die Fig. 5 zeigt in vollen Linien den Druckverlauf
im N iederdruckzylinder. Hierbei findet bei a das Voreinströmen aus dem Hochdruckzylinder
statt. In b erfolgt die Kolbenumkehr. In c schließt das ÜTberströmventil des Hochdruckzylinders.
Von c bis d erfolgt ,die Expansion. Brei d beginnt das durch,die Länge der Auslaßschlitze
3 bestimmte Vorausströmen, in deren Verlauf bis zum Beginn der Kompression nach
der Kolbenumkehr bei e der Druck auf die Kondensatorspannung absinkt. Daran schließt
sich von e über f bis a die Kompressionslinie an.
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Arbeitet jedoch die Maschine im Gegendruckbetrieb, bei dem die Steuerung
den Hilfsauslaß betätig t, dann stellt in dem Diagramm die horizontale Linie h-f
den zu überwindenden Gegendruck dar. In diesem Fall erfolgt vom Vorausströmen d
ab nur ein Druckabfall bis h. Im oberen Teil des Diagramme- ist die Ventilerhebungskurve
für den Hilfsauslaß eingetragen. Man erkennt daraus, .daß das Ventil beim Rückgang
des Kolbens von h an bereits zu öffnen beginnt und der Ausschub des Dampfes bei
konstantem bzw. nahezu konstantem Gegendruck erfolgt.
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Der Erfindung gemäß ist hierbei die Steuerung so ausgebildet, daß
der Kolbenschieber bzw. das Hilfsauslaßventil in dem Punkt f den Hilfsauslaß abseh'l
ieß t, in welchem die! Gegenldirucklii-ni,e die beim Kondensationsbetrieb sich einstellende
Kompressionslinie schneidet. Es arbeitet daher eine derartig gesteuerte Maschine
auch beim Gegendruckbetrieb mit einer sanft ansteigenden Kompression.
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Den Vorteil dieser Steuerungsart erkennt man sofort, wenn man damit
einen Schiffsantrieb mit nachgeschalteter Abdampfturbine betrachtet, deren gesteuerter
Hilfsauslaß auch bei Rückwärtsgang der Hauptmaschine und daher abgeschalteter Turbine,
wie es bisher üblich ist, weiter in Tätigkeit bleibt. Durch Fortfall des Gegendruckes
sinkt bei Rückwärtsfahrt die Spannung auf den Kondensatordruck, die Kompression
setzt infolge- des geöffneten Hilfsauslasses erst bei f' ein, und der Verlauf der
kurzen strichpunktiert eingezeichneten Kompressionslinie f'-ä zeigt, daß beim Hubwechsel
unweigerlich Stöße in der Maschine auftreten, die durch die Erfindung vermieden
werden.