DED0013793MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 6. Dezember 1952 Bekanntgemacht am 3. Mai 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Es sind selbsttätige Ei η laß Ventilsteuerungen für Dampfmaschinen bekannt, bei denen die Einlaßventile durch den Kompressionsdruek im Arbeitszylinder angehoben, durch den Frischdampfdruck 5 offengehalten und am Ende der Füilktngsperiode durch die Drucksenkung während der Einströmung geschlossen werden. Der Venitilsohluß wird dadurch herbeigeführt, daß eine im Schließ sinn wirksame Kolbenfläche des Ventils mit einem unterhalb des höchsten Einströmdruefces liegenden einstellbaren Dampfdruck beaufschlagt wird. Wenn der Einströmdrack um einen bestimmten Differenzbetrag gegenüber dem auf der. Schließ fläche des Ventils lastenden Druck herabgedrosselt ist — etwa bei höchster Kolbengeschwindigkeit — so schließt sich das Ventil. Diese Steuerungen haben den Nachteil, daß die Kompression bis auf den !höchsten Einsitrömdruek geführt werden muß. Die Füllung kann nur bis etwa 50% betragen, da bei weiterer Kolbenbewegung die Kolbengeschwindigkeit und damit die Einströmdroisselung wieder abnimmt. Die die Schließkraft darstellende Druckdifferenz zwischen dem einstellbaren, selbst schon unterhalb des Frischdampfdruckes liegenden

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Sch ließ druck und dem gedrosselten Einströmdruck ist aber viel zu klein, um ein sicheres Schließen des Ventils zu gewährleisten. Wenn auch durch eine Regelvorrichtung ein Einfluß auf den Füllungsgrad genommen werden soll, so ist es doch offensichtlich.,-.daß- dies nur bis zu einer gewissen Grenze möglich ist. Bestimmend ist die Drosselkurve des Dampfeiintrittes. Die bekannte Steuerung bat sich daher nicht durchzusetzen vermocht.

to Es ist ferner ein selbsttätiges Auslaßventil mit Führungskolben für Kolbendampfmaschinen bekanntgeworden, bei dem die Führungskolbenfläche über einen Kanal an die Arbeitszylinderlaufbahn angeschlossen ist, wobei sie abwechselnd mit dem Druck vor und hinter dem Kolben in Verbindung gebracht wird. Dieses;Auslaßventil ist wegen seiner. Konstruktion gebunden *an eine parallel zur Kolbenstange getroffene Anordnung, da es mit einem ringförmigen Ansiatz am Arbeitskolben zusammen-

ao arbeitet, der beim Beginn der durch die Höhe dieses Ansatzes bestimmten und somit unveränderlichen Kampressionsstrecke in einen Ringspalt zwischen einem zylindrischen Ventilfortsatz.,Und dem Zylinderdeckel eintaucht und den Auslaß absperrt, wodurch das Ventil durch den Kompression sd ruck -..geschlossen _; und durch den anschließenden Friscfadampfdrudk weiter geschlossen gehalten wird. Abgesehen von der hohe Präzision erforderlichen Gestaltung der zusammenarbeitenden Ringflächen vermittelt das bekannte Auslaßventil auch keine Anregung zur Gestaltung eines

. ... selbsttätigen Einlaßventils

Bei einer anderen Bauart eines Einlaßventils mit einer Verbindungsleitong zwischen dem das Ventil betätigenden Kolben und dem Arbeitsraum des Dampfmaschinenzylinders wiird bei höchster Kompression die eine Seite des Steuerkolbens mit dem Kompressionsdruck beaufschlagt, so daß sich das Einlaßventil dann erst unter Überwindung von Federkraft öffnet. Dies wird aus dem Gründe angestrebt, weil mit.dem gewählten Doppelsitzventil ein verhältnismäßig großer Schadraum verbunden ist. Der Öffnungsdruck wird durch den Frischdampfdruck, wozu ein besonderes Ventil erforderlieh ist, unterstützt, bis durch einen Hahn, der unter dem Einfluß eines Regulators steht, ein Dnuckausgleich zwischen den beiden Flächen des Steuerkolbens erfolgt und die Schließfeder wieder wirksam wird.

Dieses Ventil erfordert wegen des zweiseitig beaufschlagten Steuerkolbens, der entsprechenden Zuleitungen, des besonderen Ventils zum Frischdampf raum, das dazu noch im Kolben gelagert ist, und des Regulierhahnes einen hohen Bauaufwand.

Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines durch den Druck im Arbeitsraum des Zylinders einer Kolbendampfmaschine od. dgl. gesteuerten topfartigen Einlaßventils mit einem Steuerkanal zwischen dem Ventil und der Arbeitszylinderlaufbahn, dais möglichst einfach aufgebaut ist, sicher funktioniert und leicht auf jedes gewünschte Diagramm eingestellt werden kann. In der Erkenntnis, daß topfartige Ventile einen geringstimöglichen Schadraum zur Folge haben, geringe Stellkräfte benötigen und zur Aufbringung verschiedener Steuerflächen besonders geeignet sind, wird die Erfindung dahingehend vollendet, daß bei einem derartigen Ventil der Veintilkörper mit drei verschieden großen, vom Kompressionsdruck, vom Frischdampfdruck und vom Steuerdruck im Arbeitszylinder beaufschlagten Arbeitsflächen versehen ist.

Das Ventil wird auf einem in Längsiriichtung durchbohrten Führungsstück geführt. Der dem Arbeitszylinder zugekehrte und vom Druck im Arbeitszylinder im Öffnungssinn belastete Boden ,ist verbreitert. Die durch den Durchmesser des Führungsstückes 'gegebene , und im Schließsinn wirkende innere ■ Bodenfläche wird von einem Steuerdruck 'beaufschlagt, während die einerseits voin Führungsstück und andererseits vom Ventilsitz begrenzte und im Fmschdampirautn liegende äußere Ringfläche vom Frischdampf druck belastet wird. Das Ventil, besitzt also drei verschieden große Steuerflächen, die von verschiedenen Drücken beaufschlagt werden und das Ventil im gewünschten Rhythmus betätigen.

Der Steuerdruck wird an einer bestimmten Stelle der Lauffläche des Afbeitskolbens entnommen, wo- go bei die in der Lauffläche liegende Öffnung des Steuerkanals ^: vom Arbeitskolben periodisch überstrichen und damit gesteuert wird. Und zwar gelangt bei einfach wirkenden Zylindern der Auspuffdiruck, der Atmosphärendruck oder ein sonstiger genügend niedriger statischer Druck zur Anwendung. Bei.doppelt wirkenden Zylindern wird zweckmäßig der"hinreichend· niedrige Druck des expandierten Arbeitsmediums aus dem jeweils gegenüberliegenden Zylinderraum zur Steuerung herangezogen. Bei Gleichstrommaschinen schließlich oder anderein Maschinen mit Auslaßschlitzen, bei denen gewöhnlich ein breiter Kolben verwendet wirdi, kann der Steuerdruck auch aus dem zwischen den vorderen Und hinteren Kolbenringen befindliehen Ringraum, dessen Druck sich periodisch durch die Auslaßschlitze vollständig entspannt, ■entnommen werden.

Die Festlegung der einzelnen Steuerpunkte,- nämlich Voreintritt und Füllungsschluß, wird durch die Bemessung der wirksamen Flächen an den Einlaßventilen, die WaJhI des Raumes mit einem für die Entlastung geeigneten Druck und. die Lage der Steuerkanäle zur Zylinderlauffläche beeinflußt und kann für das gewünschte Arbeitsdiagramm bestimmt werden. Die Öffnung des Einlaßventils (Voreintritt) erfolgt bei einem 'bestimmten Druck (Eröffnungsdruck), dier auch wesentlich unter dem F riechdampf druck liegen kann; der Ventilschluß erfolgt bei einer durch die Lage des Steuerkanals festgelegten Kolbenstellung (Schließstellung).

Das Ventil kann leicht in der Zylinderwand angeordnet werden, so daß der Zylinderdeckel ohne Behinderung abgenommen werden kann. Dies ist ohne Vergrößerung des Schadraumes nur bei einem Topfventil möglich.

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Der Ventil'Seihkiß kann durch eingebaute Scihließfedern unterstützt werden.

In der Zeichnung ist der Erfindüngsgegenstand an einem Ausführungsbeispiel sühematisdh dargestellt. ..-■.■.·

Abb. i. zeigt das topfförmige Einlaßventil, das einzeln oder auch zur Erzielung größerer Querschnitte in Gruppen ^angeordnet werden kann.

Das Ventil besitzt einen Führungsbölzen 2, der ίο in Längsrichtung durchbohrt ist. Der Führungsdurdhmesser des Bolzens 2 ist kleiner als der Sitzdurchmesser des dem Arbeitszylinder zugekehrten Ventilbodens 4, so daß die wirksame Kolbenfläche im Steuerraum 3 kleiner ist als die vom Sitz begrenzte Fläche 4 und eine Restfläche für Belastung durch den Druck im Frischraum 8 übrigbleibt. Der Steuerraum 3 ist über die Steuerleitung 5, die an eine bestimmte Stelle der Arbeitszylinderlaufbahno angeschlossen ist, mit dem Arbeitsraum 9 des Zylinders verbunden. Dadurch stellt sich im Steuerraum der jeweils im Arbeitsraum des Zylinders herrschende Druck ein. Außerdem besitzt der Führungsbolzen 2 ein gestrichelt angedeutetes Federnest, in dem eine von innen auf den Ventilboden drückende und im Ventilsühließsinn wirksame Feder 7 untergebracht ist.

Abb. 2 zeigt eine Darstellung eines Zylinderkopfes mit der selbsttätigen Einlaßventilsteuerung und einem, hier beispielsweise zwangläufig gesteuerten Auslaßventil 10. Der Kalben 11 steht nach der Zeichnung in seiner Totpunktlage. Das Einlaßventil ι ist in dieser Stellung vom Zylinderkopf her mit dem Kompressionsdruck belastet. Im Steuerraum 3 des Ventils herrscht ein Druck, der dem an der Einmündungsstelle der Steuerleitung S in die Zylinderwand 6 entspricht. Dieser Druck ist beispielsweise bei einfach wirkenden Zylindern der atmosphärische Druck.

Das Ventil 1 ist bei der gezeichneten Kolbenstellung allseitig vom Frischdaimpfdruck umgeben und nur über die wirksame Kolbenfläche im Steuerraum 3 entlastet, so daß eine im Öffnungssinne wirksame Kraft, von. der nur die Federkraft abzuziehen ist, das Ventil geöffnet hält, damit Frisdhdampf in den Zylindferraum auf der Kopfseite einströmen kann. Dieser Zustand bleibt bei Bewegung des Kolbens nach rechts so lange bestehen, bis der ■ Kolben die Mündung des Steuerkanals 5 überfahren hat. Dies ist der Fall bei der im Diagramm nach Abb. 3 mit Schließstellung bezeichneten Kolbenstellung. Bei dieser Schließstellung wird der Steuerraum 3 über die Steuerleitung 5 ebenfalls mit Frisdhdampfdruek angefüllt. Die im öffnungs- und Schließsinne wirksamen Drücke ' gleichen sich aus, so daß die Schließfeder das Ventil schließen kann.

Zur Veranschaulichung der Druckverhältnisse im Zylinder dient das in Abb. 3 dargestellte Diagramm. Hiernach expandiert bei weiterem Rechtsgang des Kolbens der im Arbeitsraum des Zylinders eingeschlossene Dampf, bis der Kolben die Ends te llung erreicht hat und das Auslaßventil geöffnet wird. Bei Rückwärtsgang des Kolbens wird der Dampf durch das Auslaß ventil ausgeschoben, bis- dieses geschlossen wird und die Kompression einsetzt. · '

Das Einlaßventil wird inzwischen über die auf dier Rückseite des Kolbens wieder freigegebene ■ Steuerleitung entlastet. ■ Infolge der teilweisen Belastung durch den Frischdampfdruck bleibt es jedoch so lange geschlossen, bis der Koimpressionsdruck die notwendige Höhe zum Aufheben der im Schließsinne wirksamen Kräfte erreicht.

Bei dem mit Eröffnungsdruck bezeichneten Zyl'inderinnendiruck öffnet. sich das Ventil. Die öffnungskraft wird durch den Frischdampf, der in den Zylinder einströmt, unterstützt.

Der besondere Vorteil der Steuerung besteht darin, daß einmal ein sicherer Füllungsabschluß bei jeder gewünschten Kolbenstellung erreicht werden kann, zum anderen, daß für die Öffnung des Ventils jederzeit ausreichend große Kräfte zur Verfügung gestellt werden können und schließlich, daß der Öffnungsdiruck genau vo-rausbestimmt und wesentlich niedriger als der Einströmdruck so gewählt werden kann, wie es für ein wirtschaftliches Diagramm notwendig ist.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Durch den Druck im Arbeitsraum des Zy- go !■anders einer Kolbendampfmaschiine od. dgl. gesteuertes, topfartiges Einlaßventil mit einem Steuerkanal zwischen dem Ventil und der Arbeitsizylinderlaufbahn, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper mit drei verschieden großen, vom Kompressionsdruck, vom Frischdampfdruck und vom Steuerdruck im Arbeitszylinder beaufschlagten Arbeitsflächen versehen ist.

2. Einlaßventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßventil in der Wand des Arbeitszylinders angeordnet ist.

3. Einlaßventil nadh Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßventil mit einer im Schließsinn wirkenden Feder ausgestattet und in seinen Arbeitsflächen so bemessen ist, daß die Dampfdrücke unter Überwindung des Sehliießfederdruckes die Öffnung¹ des Ventils, bei einem bestimmten Druck im Arbeitszylinder bewirken.

4. Selbsttätige Einlaßsteuerung für Kolbendampfmasehinen und andere Gasexp ans ionsmaschinen mit Einlaßventilen nach den Ansprüchen ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (3) des Einlaßventils über den vom Arbeitskolben gesteuerten Steuerkanal (5) mit einem Arbeitszylinderraum geeigneten Druckes verbindbar ist.

5. Selbsttätige Einlaß ventilsteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkanal (5) mit verschiedenen Stellen der Arbeitszylinderlaufbahn verbindbar ist und jeweils nur die Verbindung hergestellt ist, die der gewünschten Füllung entspricht.'

6. Selbsttätige Einlaßventilsteuerung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeich-

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net, daß ein die Füllungsänderung bewirfcender von außen betätigter Schieber od. dgl. vorgesehen ist.

7. Kolbendampfmaschine öder andere Gaisexpansionsmaschine, gekennzeichnet durch die gruppenweise, insbesondere reihenweise und ringförmige Anwendung von gesteuerten Einlaßventilen nach den Ansprüchen 1 biis 3.

Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 208 390, 624 381, 311, 251 822.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen