DE97064C - - Google Patents

Description

o 3 i α I ο erf left e ι ν

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 47: Maschinenelemente.

Patentirt im Deutschen Reiche vom g. August 1896 ab.

Der leitende Gedanke bei diesem Ventile war, die Druckverminderung des' Dampfes infolge eines Rohrbruches der vom Kessel zur Maschine führenden Dampfleitung zur Herbeiführung des Ventilschlusses zu verwerthen und dabei unter Vermeidung von Stopfbüchsen und Kolbendichtungen die Einrichtung so zu treffen, dafs sämmtliche bei dem Ventilschlufs auftretenden Bewegungen möglichst ohne Reibung erfolgen.

Fig. 1 der Zeichnung stellt ein erstes nach diesen Grundsätzen construirtes, aber noch nicht zur Ausführung gekommenes Ventil dar.

Das zwischen dem Hauptabsperrventil am Kessel und der Maschine einzuschaltende Selbstschlufsventil bleibt durch die Feder L geöffnet, so lange in allen Räumen gleicher Dampfdruck herrscht, was, abgesehen von Rohrbrüchen, stets der Fall ist, da der Zugang des Dampfes zu dem Raum A, aufser durch den nur mit Labyrinthdichtung versehenen und daher nicht dicht schliefsenden Kolben b, durch das sich bei Ueberdruck im Raum B nach oben öffnende Rückschlagventil f frei ist.

Bei einem'Rohrbruch tritt eine Verminderung des Druckes unter dem Kolben b ein, während der frühere, also höhere Druck im Raum A so lange bestehen bleibt, bis er infolge des nicht dampfdichten Schlusses des Kolbens sich allmälig ausgleicht.

Infolge dieses Ueberdrucks im Raum A wird durch Expansion des Dampfes in. ihm der Kolben b und das mit ihm verbundene Ventil a niedergedrückt und geschlossen, wobei sich die unten durch den Ring r getragene Feder, welche hier der Kolbenbewegung nicht folgen kann, stärker spannt.

Das so_ geschlossene Ventil wird durch den auf seine untere Fläche wirkenden Dampfdruck von Kesselspannung und · durch die Spannung der Feder L entlastet und durch den Dampfdruck auf die obere Seite des Kolbens b belastet.

Dieser Ueberdruck verschwindet aber nach und nach infolge der unvollkommenen Kolbendichtung, das Ventil α öffnet sich daher nach einiger Zeit wieder selbstthäfig.

Die Befürchtung, diese Oeffnung könne rascher eintreten, als es dem Maschinisten gelingt, das Hauptdampfventil zu schliefsen, hat zur Anordnung des Kanals g geführt, welcher nach Niedergang des Kolbens den Raum A mit dem Raum unter dem Ventile und dadurch mit dem Kesseldampf verbindet und daher das Ventil dauernd geschlossen hält.

Der aus den Figuren ersichtliche Kanal g ist so angeordnet, dafs der Kolben b den Zugang zu dem Raum erst kurz vor erfolgtem Ventilschlufs, also wenn das Ventil α den durchströmenden Dampf bereits stark drosselt, freigiebt, da bei höher liegender Oeffnung der höher gespannte, im - Raum A befindliche Dampf durch ihn und die Ventilöffnung in die Rohrleitung abfliefsen würde.

Die Fig. 2 bis 4 stellen zur Ausführung gekommene, gleichzeitig auch als Absperrventil dienende Selbstschlufsventile in ihren verschiedenen Stellungen dar. Bei diesen Ventilen ist die Feder L, um sie zugänglich zu machen, nicht in, sondern über den Raum A verlegt.

Hat sich das mit dem Kanal g versehene Ventil α durch Niedergehen des Kolbens selbstthätig geschlossen, wobei die Feder L der Fig. ι bis 4 zusammengedrückt wird und der

Raum A Dampf von der Kesselspannung enthält, so kann eine Wiederöffnung des Hauptventils nur durch Beseitigung des Ueberdrucks des Dampfes über dem Kolben über den etwa noch unter dem Kolben stattfindenden Druck erfolgen.

Um die Oeffnung des selbstthä'tig geschlossenen Ventils α schneller zu ermöglichen, als es nach Verschlufs des Kanals g durch die Stellschraube 5 der Fig. 4 bewirkt werden kann, bei welcher eine allmälige Ausgleichung des Druckes über und unter dem Kolben wegen nicht dampfdkht'en Verschlusses des letzteren erfolgt, ist der ebenfalls abschliefsbare Ueberströmungskanal η (Fig. 5) angeordnet, welcher die Räume über und unter dem Kolben mit einander verbindet.

Durch Oeffnung dieses Kanals tritt sofort Ausgleichung des Dampfdruckes auf beiden Seiten des Kolbens ein, und es kommt die Spannung der zusammengedrückten Feder zur Wirkung, welche den Kolben hebt und dadurch das Ventil öffnet.

Das Verhalten eines nach vorstehenden, mit den· angegebenen Einrichtungen versehenen Selbstschlufsventils nach Fig. 2 bis 4 bei Oeffnung des eigentlichen Dampfabsperrventils am Kessel während der Ingangsetzung der Maschine, während des regelmä'fsigen. Betriebes derselben und bei Eintritt eines Rohrbruches gestaltet sich wie folgt: '

1. Mit. dem Eintritt des Kesseldampfes in die Rohrleitung füllt sich der Raum A durch das Ventil f mit Dampf von gleicher Spannung, es tritt daher, weil über und unter dem Ventil α Gleichheit des Druckes besteht, keinerlei Aenderung in der Stellung des schon vorher durch die Feder L hochgezogenen Kolbens nebst Ventil ein.

2. Mit der Oeffnung des Dampfventils der Maschine fliefst der in der Dampfleitung befindliche Dampf nach der Maschine zu ab, während durch das Ventil a die gleiche Menge Dampf aus dem Kessel nachströmt. Dadurch tritt in der Dampfleitung, also auch unter dem Kolben b und unter dem Ventil a, eine Druckverminderung ein, welche mit der Stärke der Dampfentnahme und der Geschwindigkeit des Dampfes in der Leitung zunimmt, während der durch das kleine Ventil/ von der Dampfleitung abgeschlossene Dampf in dem Raum A seine ursprüngliche, also höhere Pressung, beibehält. Es hat das einen Ueberdruck auf die obere Seite des Kolbens b und damit ein Bestreben des letzteren, niederzugehen und das Ventil α zu schliefsen, zur Folge, welchem Bestreben die Feder L entgegenwirkt.

3. Befindet sich die Maschine nach einiger Zeit in regelmäfsigem Gange, so ist infolge des nicht dichten Schlusses des Kolbens b durch Ueberströmung eines Theiles des Dampfes aus dem Raum A in den Raum B Gleichheit des Druckes über und unter dem Kolben eingetreten, letzterer hat also sein Bestreben, niederzugehen, verloren und ist also das Bestreben des Ventils α zum Selbstschlufs unabhängig gegen den Dampfverbrauch der Maschine geworden.

4. Tritt bei dem Zustande 3 ein Rohrbruch ein, so vermindert sich der unter dem Kolben b stattfindende Dampfdruck abermals und bewirkt mit dem Niedergange des Kolbens den Schlufs des Ventils a, sobald der Rohrbruch und damit die Druckverminderung eine genügende Gröfse erhält.'

In gleicher Weise, und zwar hier noch eher als während des Stadiums 3, tritt auch bei einem Rohrbruche während des Stadiums 2 ein Selbstschlufs des Ventils ein, weil während des Stadiums 2 der Druck im Raum A schon vor dem Rohrbruche den des Raumes B überstieg..

Das Bestreben zum Selbstschlufs des Ventils im Stadium 2 und bei einem Rohrbruche wächst mit dem Verhältnisse des Kolbenquerschnittes zu dem der Ventilöffnung und ferner mit der Spannung der Feder L.

Ein Mittel zur Behebung des Uebelstandes des unbeabsichtigten Schlusses des Ventils während des Stadiums 2 bietet sich in der Oeffnung des Ueberströmkanals, also in der Herstellung einer Verbindung der Räume über und unter dem Kolben A. und B dar, weil diese Verbindung Gleichheit des Druckes in beiden Räumen herstellt und damit jede Tendenz zum Schlüsse des Ventils aufhebt.

Die Anwendung dieses Mittels beeinträchtigt jedoch die Sicherheit des Maschinenpersonals während der Zeit zwischen dem ersten Dampfgeben der Maschine zu ihrer Anwärmung bis zum regelmäfsigen Betriebe derselben.

In Erwägung, dafs der stellenweise bei dem nach den Fig. 2 bis 4 vorgekommene nicht beabsichtigte Ventilschlufs während der regelmäfsigen Fahrt in dem durch den wechselnden Dampfverbrauch der Maschine verursachten ungleichen Druck desselben auf die untere Seite des Kolbens seinen Grund hatte, lag noch der Gedanke nahe, diesen wechselnden Druck durch Einschaltung eines als Windkessel dienenden Raumes unter dem Kolben gleichmäfsig zu machen.

Ein solcher Windkessel kann dabei auch während der Periode 2 nur günstig auf eine Verminderung des Bestrebens des Ventils zum Selbstschlufs wirken, weil auch hier der Dampfverbrauch bei dem Anwärmen und der Ingangsetzung der Maschine keineswegs ein constanter ist.

Um der Gefahr zu begegnen, dafs eine geringe, den Ventilschlufs noch nicht bewirkende Undichtigkeit der Rohrleitung sich nach und nach bei der im Betriebe befindlichen Maschine zu einer Gefahr bringenden

Ausdehnung vergröfsert, ohne doch deshalb einen Ventilschlufs zu bewirken, weil durch den Bruch der Dampfdruck im Raum B unter dem Kolben in gleichem Mafse sich allmälig vermindert, in welchem der Rohrbruch wächst, und damit dem höher gespannten Dampfe im Raum A über dem Kolben Zeit giebt, sich durch den nicht dicht schliefsenden Kolben mit dem Dampfdruck der Leitung auszugleichen, wird eine weitere, den Raum A über dem Kolben direct mit dem Kessel verbindende Dampfleitung m erwünscht, deren Oeffnung die ständige Füllung des Raumes A mit Dampf von der Kesselspannung bewirkt.

Mit Oeffnung dieser für gewöhnlich abgesperrten und nur bei dem Auftreten von' Undichtigkeiten in der. Dampfleitung, deren allmälige Vergröfserung zu befürchten steht, zu öffnenden Leitung m erhält der Raum A. über dem Kolben auch während des regelmäfsigen Betriebes eine Dampfspannung gleich der des Kesseldruckes, während unter dem Kolben eine dem Mafse des Dampfverbrauches der Maschine und dem dem Umfange des vorhandenen Rohrbruches entsprechend verminderte Dampfspannung stattfindet, wodurch der Kolben ebenso wie früher während des Anwärmens der Maschine von vornherein eine Tendenz zum Niedergehen erhält, welche nur um ein Geringes durch weitere Vergröfserung des Rohrbruches verstärkt zu werden braucht, um den Schlufs des Ventils zu bewirken.

Die' Anordnung des bereits oben erwähnten und als wünschenswerth bezeichneten geschlossenen Raumes -B¹ (Fig. 5) bietet ein einfaches Mittel, auch einer· etwa noch zu stellenden Forderung, einen raschen und sicheren Ventilschlufs von verschiedenen Orten des Schiffes aus bewirken zu können, zu entsprechen.

. Durch Schaffung dieses Raumes B¹ und Verbindung desselben durch wenig Dampf durchlassende Oeffnungeny¹ mit dem Raum B, sowie durch Anbringung des aus ihm ins Freie führenden und sowohl vom Maschinistenstande aus als auch von anderen Orten des Schiffes rasch zu öffnenden und zu verschliefsenden Kanals χ wird erreicht, dafs

I. in dem Raum B¹ stets eine Dampfspannung stattfindet, welche unabhängig von den durch Kolbenwechsel der Maschine verursachten Druckschwankungen im Raum B ist und die dem mittleren, im Raum B herrschenden Dampfdrucke gleiehkommt;

II. der Selbstschlufs des Ventils verlangsamt wird, da während desselben der gröfsere Theil des im Raum B¹ vorhandenen Dampfes durch die engeren Oeffnungen f^l in den Raum B entweichen mufs.

Desgleichen wird die durch Oeffnung' des die Räume A und B verbindenden Kanals η bewirkte Oeffnung des Ventils verlangsamt, weil bei raschem Hochgehen des Kolbens b sich der Raum B¹ unter dem Kolben rascher vergröfsern würde, als Dampf durch die Oeffnungen f^l nachströmen kann.

Es tritt dadurch bei dem Aufgange des Kolbens eine Verminderung des Druckes im Raum B¹ ein, welche die den Kolben aufwärts bewegende Kraft vermindert und dadurch die Oeffnung des Ventils verlangsamt;

III. der Selbstschlufs des Ventils bei jedem Arbeitsstadium der Maschine sicher erfolgt,-sobald durch Oeffnung des Kanals χ der im Raum B¹ befindliche Dampf ins Freie abgeleitet wird.

Da der Querschnitt des Kanals χ den dei Bohrungen f¹ bedeutend übersteigt, so kann durch letztere nicht so viel Dampf in den Raum B¹ nachströmen, als der geöffnete Kanal χ abführt, es hat also die Oeffnung des Kanals χ eine rasche Druckentlastung der unteren Seite des Kolbens b und damit ein Niedergehen desselben und einen Schlufs des Ventils α zur Folge.

Erfolgt die Oeffnung des Kanals χ während die Maschine arbeitet oder während angewärmt wird, so bleibt das Ventil α auch nach erfolgtem Wiederverschlufs des Kanals χ geschlossen, weil sich durch den inzwischen stattgehabten Dampfverbrauch der Maschine der Druck in der Dampfleitung vermindert hat und demnach in dem Raum A, der mit Dampf von der früheren Pressung gefüllt blieb, ein Ueberdruck stattfindet.

Wird dagegen der Kanal χ bei stillstehender Maschine geöffnet, so Schliefst sich allerdings auch das Ventil a, dasselbe öffnet sich aber sofort wieder mit Schlufs des Kanals x, weil die durch die Oeffnungen f^l und den Kanal χ inzwischen ausgeströmte Dampfmenge viel zu gering war, um die frühere Spannung in der Rohrleitung zu ändern.

Man hat in einer rasch zu bewirkenden Oeffnung und Schliefsung des Kanals χ vor Inbetriebsetzung der Maschine ein bequemes und sicheres Mittel zur Prüfung der Gangbarkeit des Ventils.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ventile, bei welchem der. in den Fig. 1 bis 4 mit g bezeichnete Kanal ebenfalls vorhanden, aber nur punktirt angedeutet wurde, ist die Einrichtung so getröffen, dafs mit Oeffnung des Kanals χ gleichzeitig dem Kesseldampfe der Zugang zu dem Raum A über dem Kolben freigegeben wird.

Man erreicht dadurch den Vortheil, da im Falle eines Rohrbruches bei dem ersten Einlassen von Dampf in die Leitung, welches durch Hochschrauben der Spindel i¹ mittelst des Handrades. C erfolgt, es vorkommen kann, dafs das Ventil sich auch dann durch Oeffnung des Kanals χ schliefst, wenn dieser Bruch schon erfolgt, noch ehe der Raum A sich von der Dampfleitung aus mit Dampf füllen konnte.

Es erübrigt noch, anzugeben, in welcher Weise das Selbstschlufsventil abzuändern ist, um es auch als Regulirventil verwenden zu können.

Die zu diesem Zwecke erforderliche Einrichtung ist aus Fig. 5 zu erkennen.

Bevor jedoch die betreffende Anordnung beschrieben wird, soll der. Zweck des in Fig. 6 angedeuteten kleinen Hülfsventils ν angegeben werden.

Da es als wünschenswerth erschien, die Einstellung des Schiebers s der in Fig. 5 angegebenen Anordnung in seine verschiedenen Lagen allein dem Maschinisten zu überlassen, wurde eine zweite, von beliebig zu wählenden Orten aus zu bedienende Vorrichtung zur Herbeiführung des Ventilschlusses wünschenswerth.

Als solche soll das Ventil ν dienen, welches durch von beliebigen Orten zu bewirkendes Anziehen des Hebels h geöffnet werden kann, bei seiner Oeffnung dem in dem Raum B^x befindlichen Dampf den Austritt ins Freie gestattet und damit den Schlufs des Hauptventils bewirkt.

Das in Fig. 5 dargestellte Ventil erfüllt den Zweck der Regulirung der Maschine, das ist das Drosseln des nach der Maschine abfliefsenden Dampfes, sobald letztere die noch als zulässig erachtete Geschwindigkeit erreicht, wenn die Spindel i¹ über das in Fig. 5 angegebene Mafs hochgeschraubt wird (s. Fig. 7 und 8).

Das Ventil folgt dieser Bewegung nur so lange, bis es an die untere Wand des Raumes B¹ stöfst.

Von diesem Augenblicke an bewegt sich nur noch die Spindel i¹ aufwärts, indem sie sich von dem Kolben b abhebt; dabei hebt sich auch der im Schlitz der Spindel z¹ sich bewegende Bund der Stange i, welche bis dahin durch die Feder gegen die obere Begrenzung dieses Schlitzes gedrückt wurde, von dieser Begrenzung ab und nimmt eine relativ zur Spindel tiefere Stellung ein; die Feder L wird dadurch entsprechend zusammengedrückt und das Mafs der dem Kolben b und dem Ventile α nach abwärts gestatteten Bewegung verkürzt und ein vollständiger Schlufs des Ventils sowie eine Abwärtsbewegung desselben über die Drosselstellung hinaus, wie solche sonst bei dem Durchgehen der Maschine infolge des vermehrten Dampfverbrauches erfolgen würden, verhindert.

Sobald die Geschwindigkeit der Maschine infolge der Dampfdrosselung sich wieder auf das normale Mafs vermindert, steigt auch die Dampfspannung wieder in der Rohrleitung und im Raum B¹, wodurch das Ventil wieder auf seine normale Oeffnung gehoben wird.

Das angegebene Verfahren schliefst bei der Anordnung des Ventils nach Fig. 1 bis 4 einen Selbstschlufs des Ventils aus, da dieses nicht über die Drosselstellung hinaus niedergehen kann.

Um einen Selbstschlufs auch bei dem auf Regulirung der Maschine eingestellten Ventile zu ermöglichen, ist bei der in Fig. 5 dargestellten Anordnung der Schlitz der Spindel i¹ über das Mafs des normalen Ventilhubes hinaus so weit nach unten verlängert und in ihm eine bis zu seiner früheren Höhe reichende Spiralfeder eingelegt.

Bei dieser Anordnung legt sich bei dem Niedergange des Kolbens des auf Regulirung der Maschine eingestellten Ventils der Bund der Stange i nicht auf eine untere feste Begrenzung des Schlitzes, sondern auf eine nachgiebige Feder (s. Fig. 8), wodurch, da jetzt die Kraft von zwei Federn der weiteren Bewegung des Ventils entgegenwirkt, zwar der Ventilschlufs erschwert, aber doch bei dem Auftreten sowohl eines umfangreichen Rohrbruches als auch durch Oeffnung des Kanals χ sowie des Ventils ν (Fig. 6) bewirkt wird.

Claims (4)

1. Patent-Ansprüche:

   ι. Selbstschlufsventil mit dampf belastetem Kolben, dadurch gekennzeichnet, dafs der bekannte Nebenkanal g so angeordnet ist, dafs er nach einem Theil des Kolbenhubes offen gelegt wird, um den Ventilschlufs zu verstärken.
2. 2. Selbstschlufsventil nach Anspruch 1, ge kennzeichnet durch die Anbringung eines Windkessels B¹ unter dem Kolben, um bei geringen Druckschwankungen noch keine Schlufsbewegung des Ventils zu erzielen.
3. 3. Selbstschlufsventil nach Anspruch 2, bei welchem der Raum B¹ durch Nebenkanäle χ und η (Fig. 5 und 6) mit dem Freien verbunden werden kann, um durch deren Oeffnen einen sofortigen Ventilschlufs herbeizuführen.
4. 4. Selbstschlufsventil nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Einlegung einer Feder, die beim Niedergehen des Kolbens zusammengedrückt werden mufs, um das Ventil auch als Drosselventil für den durchströmenden Dampf benutzen zu können.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.