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Steuerungsanordnung für mehrzylindrige umsteuerbare stehende Dampfmaschinen
mit umlaufender Nockensteuerung Gegenstand der Erfindung ist eine Steuerungsanordnung
für mehrzy lindrige umsteuerbare stehende Dampfmaschinen mit umlaufender Nockensteue:-rung.
Die bisher üblichen, namentlich zum .Antrieb von Schiffen bestimmten Dampfmaschinen,
deren Steuerung durch schwingende Nocken oder Kolbenschieber erfolgt, haben den
Nachteil, daß mit der Änderung der Füllung. auch der Voraustritt und der Beginn
der Kompression verändert wird, so daß nur für eine bestimmte Füllung die günstigste
Leistung erreichbar ist, bei anderen Füllungen aber mit einer Leistungsminderung
zu rechnen ist, wenn nicht diese: Nachteile durch zusätzliche Einrichtungen, z.
B. Vergrößerung des schädlichen Raumes, teilweise ausgeglichen werden. Ferner ist
bei derartigen Maschinen die Umsteuervorrichtung infolge deren Vielglied:rigkeit
umständlich und für die Bedienung unübersichtlich. Bei Anwendung der an sich bekannten
umlaufenden No:ekensteuerung besteht diese Abhängigkeit zwischen Einlaß und Aus.laß
nicht, da das räumliche Profil -der Steuernocken der Eigenart der Dampfv erteilung
an gepaßt werden kann. Auch ermöglicht diese Steuerungsart, die Umsteuervorrichtung
ganz wesentlich zu vereinfachen und ihre Bedienung leicht und übersichtlich zu gestalten.
Wesentlich ist hierbei, den Steuerungsantrieb so auszubilden, daß trotz der unvermeidlichen
Wärmedehnungen der Zylinder und der auf die Kurbelwelle im Drucklager einwirkenden
Schubkräfte ein synchroner Umlauf der Nockenwelle mit der Küribelwelle gesichert
ist.
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Dies wird der Erfindung gemäß dadurch erreicht, daß der Antrieb: der
in einem Steuerwellengehäuse gelagerten Nockenwelle von der Kurbelwelle aus .über
ein Paar von einander gleich großen Stirnrädern
erfolgt, von denen
das eine Rad auf einer parallel zur Kurbelwelle liegenden Vorgelegeiwehle sitzt,
deren Drehbewegung über eine senkrechte Welle mit an beiden Enden. angeordneten
Kegeilräderpaaren auf die Nockenwelle übertragen wird. Bei einer auftretenden axialen
Verschiebung der Kurbelwelle können, sich daher auch die Stirnräder gegeneinander
axial verschieben, ohne daß ihr Eingriff leidet und Verklemmungen eintreten können.
Außerdem sind die Übertragungsglieder zwischen der Vorgelegewelle und der Nockenwelle
durch Einschaltung von Kardangelenken und einer- verschiebbaren Keilwellemhupplung
so nachgiebig, daü sie ohne Beeinflussung der Übertragung alle Wärmedehnungen der
Zylinder aufnehmen können.
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Die vorliegende Erfindung kann bei allen mehrzylindrigen Kolbendampfmaschinen
stehender Bauant Anwendung finden, gleichgültig, ob diese Maschinen mit mehreren.
gleichartigen; Zylindern ausgerüstet oder als Einfach- bzw. Doppelverbundmaschinen
ausgeführt sind, deren Niederdruckzylin@der nach dem Wechselstrom- oder Gleich Stromprinzip
arbeitet. Eine für Schiffsantriebe bevorzugte Bauart ist die Doppelverbundmaschine
mit innenliegenden Hochdruckzylindern und außenli egenden Niederidruckzylindernmit
Auslaßschlitzen, da hierdurch die Steueranordnung wesentlich vereinfacht wird. Hierbei
können, die einzelnen Zylinder in Reihe oder blockweise angeordnet sein.
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Weitere Merkmale der Erifind'ung ergeben sich aus, der nachfolgenden
Beschreibung einer -in der Zeichnung dargestellten beiispieilsweisen Ausführungsform
der Erfindung. Hierbei zeigt Fig. i eine Seitenansicht einer Doppelverbundmaschine,
teilweise Im Schnitt, Fig. 2 die Seitenansicht der oberen Maschinenhälfte mit einem
Schnitt durch das Steuerwellengehäuse, Fig. 3 eine Draufsicht auf den Zylinderblock
mit dem Steuerwellengehäuse, Fig.4 einen lotrechten Längsschnitt durch den Teil
des Steuerwellengehäuses, der die Umsteuereinrichtung enthält, in größerem Maßstab,
Fig. 5 einen ;Schnitt nach Linie V-V der Fig. 4 bzw. 2, Fig.6 einen waagerechten
Schnitt nach ,Linie VI-VI der Fig. i.
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Die Mas .hinei baut sich in der bei stehenden Schiffsdampfmaschinen
üblichen Bauart aus einer Grundplatte i, den Ständern 2 und den Säulen 3, auf denen
der Zylinderblock 4 ruht, auf. In der Grundplatte i isst in Lageirr 5 die Kurbelwelle
6 gelagert. jede der Kurbeln ist durch eine Schubstange 7 mit einem Kreuzkopf 8
verbünden, der sich auf einer an den Ständern 2 befestigten Gleitbahn 9 bewegt.
An jedem Kreuzkopf greift die Kolbenstange io des zugehörigen Zylinders an.
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Der Zylinderblock 4 besteht aus zwei innenliegen-den Hochdruckzylindern
i i und zwei: außenliegenden, nach -dem Gleichstromprinzip arbeitenden Niederd-ruckzylindern
i2. Auf der Vorderseite der Maschine liegen zu beiden Seiten der Hochdruckzylinder
oben und unten die Ventilgehäuse, und zwar innen die-Gehäuse 13 für die Einlaßventile
und außen: die Gehäuse 14 für die Überströmventi.le. Die Ventilgehäuse sind voneinander
getrennt, so daß keine Wärmeaustauschverluste entstehen können. Der Frischdampf
wird auf der Rückseite der Maschine in Maschinenmitte einem Stutzen 15 zugeführt,.
von dem aus, er sich nach den beiden Einlaßventilgehäusen 13 verteilt. Der
Abdampf der Niederdruckzylinder sammelt sich in einem die Austrittsschlitze jedes
Zylinders, umgebenden Abdampfraum, aus dem er durch einen Stutzen 16 abgeführt wird.
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Die Steuerung der Hochdruckeinlaßventile und der Übersirömventile
erfolgt durch eine umlaufende aixal verschiebbare Nockenwelle 17 mit auf
ihr sitzenden unrunden Nocken. Das Gehäuse, in welchem die Nockenwelle, ihr Antrieb
und: .ihr Umsteuermechanismus untergebracht sind, ist aus drei Teilen zusammengesetzt.
Der mittlere, zweiteilig ausgebildete Teil i8a nimmt den Antrieb der Nockenwelle
auf. In dem links anschließenden Teil iSb sind die Steuernocken für die linke Maschinenhälfte
und in den rechts anschließenden Teil iSc die Steuernocken für die rechte Maschinenhälfte
und die Umsteuereinrichtung untergebracht.
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Die Teile i8a und 18b bilden die eine Hälfte und der Teil i8c die
andere Hälfte des Steuerwel.lengehäuseis. jede dieser Hälften ist mit einem senkrechten
Flansch i9 mit einem die Hochdruckzylinder in axiailer Richtung abstützenden Zwischenstück
verschraubt, wobei den Schraubbodzen etwas Spiel gelassen. wird. Die Enden der beiden
Hälften des Steuerwellengehäuses stützen sich mit horizontalen Flanschen 2i auf
Konsolen 22 ab, die an den Ringwulsten der Niederdruckzylinder, angebracht sind,
die deren Abdampfraum einschließen:. Diese Anordnung des Steuerwellemgehäuses ermöglicht,
daß sich alle Längenänderungen, durch Wärmespannungen, hervorgerufen, ausgleichen
können, zumal die Verbindungsstellen nur mit kälteren Teilen des Zylinderblocks
zusammenhängen.
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Der Antrieb der Nockenwelle, die mit der gleichen Drehzahl wie die
Kurbelwelle umlaufen ruß, wird von der Kurl.belwelle 6 abgeleitet. Zu diesem Zweck
ist- auf der Grundplatte i in Lageren 23 eine Vorrgelegewelle 24 parallel zur Kurbelwelle
angeordnet. Mit der Vorgelegewelle isst ein Stirnrad 25 fest verbunden, das. mit
einem gleich großen auf der Kurbelwelle 6 befestigten StiTumd 2511 kämmt. Durch
die Anordnung dieses Stirnräderpaar@es sind Längenänderungen bzw. Längsverscbiebungen
der Kurbelwelle, die durch Wärmeidehnungen odeir Schub im Wellendrucklager auftreten
können, ausgeschaltet und ohne Einfluß auf die Übertragung.
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Von deir Vorgelegewelle 24 erfolgt der Antrieb der Nockenwelle durch
zwei Kegelräderpaaire 26, 26a und 27, 27a mit gleichen Zähnezahlen, die durch eine
senkrechte kardanierte Welle 28 verbunden sind. Von dem unteren Kegelräderpaar sitzt
das größere Kegelrad 26 fest auf .der Vorgelegewelle, während von denn oberen Kegelräderpaar
das größere Kegelrad 27 in dem Teil i8a des Steuerwellengehäuses
gelagert
und durch Nut und Feder mit der Nockenwelle derart gekuppelt ist, daß sich diese,
ohne den. Antrieb zu unterbrechen., axial verschieben läßt. Der Wellenstummel des
unteren kleinen Kegelrades 26a ist hierbei durch ein Kardangelenk 29 mit dem unteren
Ende der senkrechten Welle 28 fest verbunden, während der Wellenstummel,des oberen
kleinen Kegelrades 27a mit dem Kardangelenk 29a mit der senkrechten Welle 28 in
axialer Richtung versschiebbar gekuppelt ist, beispielsweise durch eine Keilwellenverz.ahnung
30. Diese verschiebbare Kupplung hat den Zweck, bei Wärmedehnungen der Zylinder,
der umlaufenden Nockenwelle bzw. ihrem Lagergehäuse zu gestauten, mit den Zylindern
mitzuwandern, ohne daß gegenüber dem unteren fest gelagerten Antriebsgehäuse Spannungen
entstehen, die den Antrieb blockieren könnten. Sämtliche Getriebeteile für den Antrieb
der Nockenwelle sind von gehäuseartigen Umbauten umschlossen.
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Zur Steuerung der Hochdruckeinlaß- und überströmventile sind auf der
Nockenwelle 17 für jedes Ventilpaar nebeneinander zwei unrunde Nocken angeordnet,
von denen der eine der Vorwärtsnocken, der andere der Rückwärtsnocken ist und die
bei ihrer Drehung auf dieVentilspindeln einwirken und die Ventile von ihrem Sitz
abheben. Der Venti,lschluß erfolgt durch Federn.
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Die Füllungsänderung bzw. Umsteuerung erfolgt durch Längsverschiebung
der Nockenwelle. Dies wird durch eine Z,ahustangc 3 i bewirkt, die im, einer senkrechten
Führung des Gehäuseteils z8c verschiebbar gelagert ist und mit schrägen Zähnen 31a
in die Gegenzähne 32a am Umfang einer in dem Gehäuseteil i8c axial verschiebbaren,
aber undrehbar gelagerten Hülse 32 eingreift. Bei ihrer Verstellung durch die Zahnstange
31 nimmt die Hülse 32 die sie lose durchsetzende Nockenwelle 17 mit.
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Die Zahust!ange 31 ist über einen Lenker 33 mit dem einen Arm eines
Winkelhebels 34 verbunden, der auf einer an zwei benachbarten Säulen 3 gelagerten
Achse 34a sitzt. An seinem anderen Arm greift eine Stange 35 an, die an ihrem unteren
Ende gezahnt ist. Die Zähne dieser Stange greifen in ein Ritzcl 36 ein, das durch
das. Steuerrad 37 verstellt werden kann. Das die Zahnstange und das Ritzes umschließendeGehäuse38
besitzthomizontale Naben, in die beiderseits abstehende Wellenstücke 39 e'inge'setzt
sind, die sich in Lagerböcken an zwei benachbarten Säulen .drehen können. Das Gehäuse
3,8 kann somit den Schwingbewegungen des Winkelhebels 34 folgen. Die Achse 34a,
auf der sich der Winkelhebel 3.4 lose dreht, ist hierbei in einer solchen Höhenlage
an den Säulen angeordnet, daß die Gewichte! der oberen Zahnsttan@ge 31 samt Lenker
33 gleich den Gewichten der unteren Zahnstange 35 sind und sich so die bewegten
Massen, ausgleichen. Dadurch ist die ganze Umsteuereinrichtung sehr einfach und
leicht zu bedienen.
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Soll der Abdampf der Maschine in einer nachgeschalteten Abdampfturbine
weiter ausgenutzt werden, dann wird die umlaufende Nockenwelle an beiden Enden durch
Ansetzen einer Z.usatzweille verlängert, wobei die freien Konsolen 12 an den Niederdruckzylindern
zur Aufnahme der Lagergehäuse der anzuschließenden Steuerungsteile für an den Niederdruckzylindern
anzubringende Hilfsauslaßventile dienen.