EP2562351A1 - Dampfmotor - Google Patents

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Publication number
EP2562351A1
EP2562351A1 EP12005965A EP12005965A EP2562351A1 EP 2562351 A1 EP2562351 A1 EP 2562351A1 EP 12005965 A EP12005965 A EP 12005965A EP 12005965 A EP12005965 A EP 12005965A EP 2562351 A1 EP2562351 A1 EP 2562351A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steam
working space
piston
vapor
vapor return
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12005965A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Bausch
Jens Grieser
Dominic Unseld
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SteamDrive GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of EP2562351A1 publication Critical patent/EP2562351A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B31/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01B31/06—Means for compensating relative expansion of component parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B31/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01B31/26—Other component parts, details, or accessories, peculiar to steam engines
    • F01B31/30—Arrangements of steam conduits

Definitions

  • the present invention relates to a steam engine, in detail with the features of the preamble of claim 1.
  • Such steam engines are usually housed together with an internal combustion engine in a common drive train and both in vehicles, such as utility or rail vehicles, as well as in stationary systems such as (block) helzkraftwerken, which, for example, the gas of a biogas plant for power and heat generation burn, used.
  • the steam engine if it is provided in particular in addition to the internal combustion engine, constitute a part of a closed steam cycle, which is supplied via the exhaust gas stream of the internal combustion engine, via this heat input in an evaporator, an initially liquid working medium is evaporated and with this steam of the steam engine is operated.
  • the vaporous working medium is expanded while performing mechanical work and subsequently fed to a condenser for liquefaction, in order to be subsequently collected in a reservoir and in turn fed to the evaporator via a pump for re-evaporation.
  • the working space enclosing the working space is exposed to the working space on the inside facing the high temperatures of the steam, which also can still result in a temperature gradient over the working space wall in the direction of movement of the piston, depending on the arrangement of the inlet valve and the outlet valve for the steam and in dependence Geometry of the working space.
  • a temperature gradient over the working space wall in the direction of movement of the piston depending on the arrangement of the inlet valve and the outlet valve for the steam and in dependence Geometry of the working space.
  • even the ever-present temperature gradient from the inside of the working space wall to the back of the working space wall facing away from the working space leads to an unfavorable thermal load and / or undesired thermal deformations.
  • US 1 551437 describes a steam engine in which the steam outlet has an annular chamber which extends around the working space wall in the area of the bottom dead center outside the working space. As a result, the unfavorable temperature gradient can not be compensated.
  • the present invention has for its object to provide a steam engine, in which the temperature gradient over the working space wall are reduced.
  • the solution according to the invention should be inexpensive to produce and easy to integrate based on the conventional designs of steam engines.
  • a steam engine comprises at least one working chamber enclosed by a piston housing and having a piston which can reciprocate in the working space between a top dead center and a bottom dead center, the working space being enclosed over its circumference by a working space wall inserted into or formed by the piston housing.
  • the inlet and the outlet for the steam, over which all the steam expanding in the working space, with the exception of possible steam leaks, in particular via the piston, flows are provided in the region of top dead center or bottom dead center.
  • the piston seals the working space at least except for a steam leak against the so-called crank chamber, in which a connecting rod connected to the piston and, as a rule, the crankshaft which is commanded by the piston via the connecting rod, is positioned.
  • a steam recirculation space is provided on a rear side of the working space wall facing away from the working space, which chamber is in vapor-conducting communication with the working space via the crank space.
  • the hitherto prevailing unfavorable temperature gradients can be reduced or avoided.
  • a thermal compensation of the temperature profile over the working space wall can be achieved become.
  • Such a hot end and cold end arise in particular when the steam inlet is designed in the region of top dead center so that the piston moves away from the hot steam inlet during expansion.
  • that part of the working space wall which encloses the piston when it is in the region of the bottom dead center may have a lower temperature than the area between the bottom dead center and the top dead center, so that in particular such a cold end can be formed.
  • any steam or an arbitrarily branched portion of the steam supplied to the steam engine, wherein the diverted portion usually makes up only a fraction of the total steam volume flow, for example less than 10%, in particular only 1% of the steam engine supplied steam, for acting on the Vapor return chamber can be used to heat the back of the work space wall.
  • at least one vapor fraction is used for this purpose, which in any case does not contribute to the mechanical work generated by the steam engine.
  • a vapor portion is the vapor which escapes through the gap between the piston and the working space wall, in the present case referred to as steam leakage, generally also known as blow-by.
  • Such leakage usually occurs even when the piston is sealed against the working space wall via a piston seal, which may comprise one or more sealing rings or piston rings.
  • a piston seal which may comprise one or more sealing rings or piston rings.
  • the vapor conducting connection to the vapor return space extends from a vapor return inlet to one
  • the orifice in the vapor return space and the vapor return inlet are formed, in part or entirely, by the gap sealed between the piston and the working space wall with the piston seal so as to direct the vapor leakage into the vapor return space.
  • Another advantage of using the steam leak to heat the rear of the working space wall is that a calming zone is formed by the vapor return space in which oil droplets can separate from the vapor leakage. Due to the contact of the steam leak with oil-lubricated areas of the steam engine, for example in the so-called crankcase, which connects below the bottom dead center of the piston housing, namely a mixing of the steam leakage or the leakage steam with oil can not be prevented.
  • thermo-mechanical loads of the working space wall and the provision of a working space forming bush, which reduces the socket, which at the same time the wear on the seal of the piston and thus the Dampfleckagemenge is significantly reduced.
  • the life of such a steam engine is significantly increased.
  • the vapor return space extends along the working wall in the direction of movement of the piston.
  • a uniform heating of the working space wall is achieved by the steam.
  • a uniform heating is also promoted by the fact that the vapor return chamber is designed as closed over the circumference of the working space wall annulus.
  • the vapor return space may only extend over part of the circumference of the working space wall.
  • a plurality of vapor-return steam chambers connected to one another are provided in the direction of movement of the piston, which are flowed through successively by the steam or the steam leakage from the working space.
  • the vapor return space can open behind the vapor return inlet at a point of relatively low pressure, such as ambient pressure.
  • the vapor return chamber is connected to a Dampfab 2008kanal for discharging the vapor from the vapor return chamber from the piston housing out, wherein a vapor return passage facing away from the vapor return passage in the region of bottom dead center or in the direction of top dead center opens outwardly in the piston housing.
  • a vapor return passage facing away from the vapor return passage in the region of bottom dead center or in the direction of top dead center opens outwardly in the piston housing.
  • an oil separator can be connected downstream of the steam discharge channel in the flow direction of the steam.
  • Such an oil separator may alternatively be arranged in the vapor-conducting connection or a channel or space communicating therewith.
  • the steam engine may be associated with a device for valve control.
  • the latter can have at least one inlet valve and one outlet valve, by means of which live steam is supplied to the working space controlled and exhaust steam, such as wet steam can be removed from the working space.
  • Both intake and exhaust valves may be externally controlled in order to switch them independently of the speed or independent thereof.
  • the opening and closing times of the intake and exhaust valves can be variably adjusted.
  • the intake and exhaust valves can be arranged on the same side of the working space, for example in the region of top dead center, in a cylinder cover which delimits the working space at the top.
  • the steam engine can be more flexibly adapted to a varying steam flow rate supplied to it than would be the case if the intake and exhaust valves were formed by piston edges and corresponding cylinder openings, as in a two-stroke Otto engine.
  • the working space wall is formed by a cylindrical bushing inserted into the piston housing, which is produced in particular from a material other than the piston housing.
  • a material adapted to the tribological properties for the bush which has high wear resistance, mechanical and thermal resistance and very good sliding properties.
  • the piston housing can be made of a less wear-resistant material or a material of lower quality.
  • FIG. 1 a steam engine according to the invention is shown in a half section through the axis of rotation of a crankshaft 16 of the steam engine, wherein in the present case only the above the axis of rotation extending components are shown.
  • the steam engine comprises a piston housing 1, which in the present case encloses two axially adjacent working spaces 2, 3, in each of which a piston 4, 5 is movable back and forth between a bottom dead center UT and a top dead center OT.
  • the steam engine is designed as a reciprocating engine.
  • Pistons 4, 5 are connected via connecting rods 17, 18 with corresponding cranks of the crankshaft 16.
  • crankshaft 16 is mounted in the piston housing 1 or in a subsequent to this crankcase, wherein the bearings and the connecting rods of the crankshaft 16 oil for cooling and / or lubrication is supplied via a lubricating oil supply, not shown.
  • each of the working spaces 2, 3 has a working space wall 6, 7.
  • the working space wall 6, 7 is formed by a cylindrical bush inserted into a corresponding bore of the piston housing 1.
  • each working space 2, 3 comprises an inlet 19 for supplying live steam to and an outlet 20 for discharging exhaust steam (wet steam) from the working space 2, 3.
  • inlet 19 and outlet 20 are not shown, in particular operated externally operated valves of a valve control, also not shown, to release the inlet 19 and outlet 20 for steam alternately or close.
  • Externally operated means that the valves are actuated, for example, via cams of a camshaft which rotates in a manner proportional to the rotational speed of the crankshaft 16 for opening and closing.
  • each have a vapor return space 8, 9 is arranged on the side facing away from the respective working space 2, 3 back of the working space wall 6, 7 each have a vapor return space 8, 9 is arranged.
  • the latter is introduced into the piston housing 1, in the present case designed in the manner of a circumferential groove, so that working space wall 6, 7 and piston housing 1 define this vapor return space 8, 9 together.
  • both working spaces 2, 3 are arranged close to one another as here, then the two vapor return spaces 8, 9 of the respective working spaces 2, 3 can be flow-connected to one another, as indicated by the central web between the work spaces 2, 3.
  • each of the vapor return chambers 8, 9 extends along the working space wall 6, 7 in the direction of the movement direction of the piston 4, 5 and thus over part of the circumference of the working space wall 6, 7.
  • a plurality of steam-recirculating vapor return chambers 8, 9 connected to one another which are then flowed through successively by the steam or the steam leakage from the working space 2, 3.
  • piston seals 10, 11 are provided with two piston rings per piston 4, 5 in the present case.
  • less or more than the illustrated piston rings or other type of seal could be provided for the production of the piston seal, even without piston rings.
  • the piston seals 10, 11 are intended to largely prevent the escape of steam via the gap between the piston 4, 5 and the working space wall 6, 7.
  • crank space 21 also includes that space which adjoins the partial space, which accommodates the connecting rod 17, 18 and crankshaft 16.
  • the crank chamber 21 is not directly involved directly in a charge exchange during clocked operation of the steam engine, since it is not flowed through by the supplied or discharged main stream of steam.
  • the steam recirculation space 8, 9 is in turn connected at its one, the steam recirculation inlet 12 remote from the end to a DampfabGermankanal 15.
  • this could be arranged further above, that is between the top and bottom dead center or even beyond the top dead center in the piston housing 1.
  • the Dampfab fossil fuel 15 may be followed by a corresponding oil separator for the separation of the oil carried by the steam or be integrated in the DampfabGermankanal 15. In the present case, only the last steam recirculation space in the flow direction of the steam or the steam leakage is connected directly to the steam exhaust duct 15.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Dampfmotor
- mit wenigstens einem von einem Kolbengehäuse umschlossenen Arbeitsraum;
- mit einem im Arbeitsraum zwischen einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) hin und her beweglichen Kolben; wobei
- der Arbeitsraum über seinem Umfang von einer in das Kolbengehäuse eingesetzten oder durch dieses gebildeten Arbeitsraumwand umschlossen wird und durch den Kolben gegenüber einem Kurbelraum, der eine am Kolben angeschlossene Pleuelstange umschließt, abgedichtet ist.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass
auf einer dem Arbeitsraum abgewandten Rückseite der Arbeitsraumwand ein Dampfrückführungsraum vorgesehen ist, der über den Kurbelraum in dampfleitender Verbindung mit dem Arbeitsraum steht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dampfmotor, im Einzelnen mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
  • Derartige Dampfmotoren sind in der Regel zusammen mit einer Verbrennungskraftmaschine in einem gemeinsamen Antriebsstrang untergebracht und werden sowohl in Fahrzeugen, wie Nutz- oder Schienenfahrzeugen, als auch in stationären Anlagen wie (Block-)helzkraftwerken, welche beispielsweise das Gas einer Biogasanlage zur Strom- und Wärmeerzeugung verfeuern, eingesetzt.
  • Dabei kann der Dampfmotor, wenn er insbesondere zusätzlich zur Verbrennungskraftmaschine vorgesehen ist, einen Teil eines geschlossenen Dampfkreises darstellen, dem über den Abgasstrom der Verbrennungskraftmaschine Wärme zugeleitet wird, wobei über diesen Wärmeeintrag in einem Verdampfer ein zunächst flüssiges Arbeitsmedium verdampft wird und mit diesem Dampf der Dampfmotor betrieben wird. Im Letzteren wird das dampfförmige Arbeitsmedium unter Verrichtung mechanischer Arbeit entspannt und nachfolgend einem Kondensator zur Verflüssigung zugeführt, um anschließend in der Regel in einem Reservoir gesammelt und wiederum über eine Pumpe zur erneuten Verdampfung dem Verdampfer zugeführt zu werden.
  • Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, einen solchen Dampfmotor als Hubkolbenmotor auszuführen, wobei dann in einem Kolbengehäuse wenigstens ein zylinderförmiger Arbeitsraum vorgesehen ist, in dem ein Kolben zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt infolge des in den Arbeitsraum einströmenden und ausströmenden Dampfes hin und her beweglich ist. Die Bewegung des Kolbens wird dabei über eine Pleuelstange auf eine Kurbelwelle übertragen und damit in eine Drehbewegung umgesetzt. Selbstverständlich können auch zwei oder mehr Kolben, die jeweils in einem entsprechenden Arbeitsraum hin und her beweglich sind, vorgesehen sein.
  • Die den Arbeitsraum umschließende Arbeitsraumwand ist auf ihrer dem Arbeitsraum zugewandten Innenseite den hohen Temperaturen des Dampfes ausgesetzt, wobei sich zudem noch ein Temperaturgefälle über der Arbeitsraumwand in Bewegungsrichtung des Kolbens ergeben kann, je nach Anordnung des Einlassventils und des Auslassventils für den Dampf und in Abhängigkeit der Geometrie des Arbeitsraumes. Jedoch bereits das stets vorhandene Temperaturgefälle von der Innenseite der Arbeitsraumwand zu der dem Arbeitsraum abgewandten Rückseite der Arbeitsraumwand führt zu einer ungünstigen thermischen Belastung und/oder zu unerwünschten thermischen Verformungen.
  • US 1 551437 beschreibt einen Dampfmotor, bei welchem der Dampfauslass eine Ringkammer aufweist, die sich im Bereich des unteren Totpunkts außerhalb des Arbeitsraumes um die Arbeitsraumwand herum erstreckt. Hierdurch kann das ungünstige Temperaturgefälle jedoch nicht ausgeglichen werden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dampfmotor anzugeben, bei welchem die Temperaturgradienten über der Arbeitsraumwand vermindert sind. Die erfindungsgemäße Lösung soll kostengünstig herstellbar sein und basierend auf den üblichen Bauformen von Dampfmotoren leicht integrierbar sein.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch einen Dampfmotor gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen zweckmäßige und besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar.
  • Ein erfindungsgemäßer Dampfmotor umfasst wenigstens einen von einem Kolbengehäuse umschlossenen Arbeitsraum mit einem im Arbeitsraum zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt hin und her beweglichen Kolben, wobei der Arbeitsraum über seinem Umfang von einer in das Kolbengehäuse eingesetzten oder durch diesen gebildeten Arbeitsraumwand umschlossen wird. Insbesondere sind der Einlass und der Auslass für den Dampf, über welche sämtlicher im Arbeitsraum expandierender Dampf, mit Ausnahme von möglichen Dampfleckagen, insbesondere über den Kolben, strömt, im Bereich des oberen Totpunkts oder unteren Totpunkts vorgesehen.
  • Der Kolben dichtet den Arbeitsraum zumindest bis auf eine Dampfleckage gegenüber dem sogenannten Kurbelraum ab, in welchem eine am Kolben angeschlossene Pleuelstange und in der Regel die über die Pleuelstange vom Kolben angewiesene Kurbelwelle positioniert ist.
  • Erfindungsgemäß ist auf einer dem Arbeitsraum abgewandten Rückseite der Arbeitsraumwand ein Dampfrückführungsraum vorgesehen, der über den Kurbelraum in dampfleitender Verbindung mit dem Arbeitsraum steht. Damit wird erreicht, dass jener Dampfanteil, auch Blow-By-Dampf genannt, welcher durch einen Spalt zwischen der Außenfläche des Kolbens und der Innenfläche der Arbeitsraumwand entweicht und in den Kurbelraum eintritt und somit nicht über den Auslass aus dem Arbeitsraum ausströmt, noch sinnvoll, nämlich zum Temperaturausgleich an der Arbeitsraumwand genutzt werden kann.
  • Durch die Aufheizung der Rückseite der Arbeitsraumwand mit dem Blow-By-Dampf können die bisher vorherrschenden ungünstigen Temperaturgradienten reduziert oder vermieden werden. Insbesondere, wenn der Dampf entlang der gesamten Rückseite der Arbeitsraumwand vom sogenannten kalten Ende zum sogenannten heißen Ende der Arbeitsraumwand geführt wird, kann ein thermischer Ausgleich des Temperaturprofils über der Arbeitsraumwand erzielt werden. Ein solches heißes Ende und kaltes Ende ergeben sich insbesondere dann, wenn der Dampfeinlass im Bereichs des oberen Totpunktes ausgeführt ist, sodass sich der Kolben bei der Expansion vom heißen Dampfeinlass weg bewegt. Besonders jener Teil der Arbeitsraumwand, die den Kolben umschließt, wenn sich dieser im Bereich des unteren Totpunktes befindet, kann eine geringere Temperatur als der Bereich zwischen dem unteren Totpunkt und dem oberen Totpunkt aufweisen, sodass hier besonders ein solches kaltes Ende ausgebildet werden kann.
  • Ganz allgemein könnte jeglicher Dampf beziehungsweise ein beliebig abgezweigter Anteil des dem Dampfmotor zugeführten Dampfes, wobei der abgezweigte Anteil in der Regel nur ein Bruchteil des gesamten Dampfvolumenstroms ausmacht, beispielsweise weniger als 10 %, insbesondere nur 1 % des dem Dampfmotor zugeführten Dampfes, zur Beaufschlagung des Dampfrückführungsraums verwendet werden, um die Rückseite der Arbeitsraumwand zu erwärmen. Gemäß der Erfindung wird hierfür zumindest ein Dampfanteil verwendet, der ohnehin nicht zur mit dem Dampfmotor erzeugten mechanischen Arbeit beiträgt. Ein solcher Dampfanteil ist nämlich der durch den Spalt zwischen dem Kolben und der Arbeitsraumwand entweichende Dampf, vorliegend als Dampfleckage bezeichnet, allgemein auch als Blow-by bekannt. Eine solche Leckage tritt in der Regel sogar dann auf, wenn der Kolben über eine Kolbendichtung, die eine oder mehrere Dichtringe oder Kolbenringe umfassen kann, gegen die Arbeitsraumwand abgedichtet ist. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, eine solche Kolbendichtung, mit welcher der Kolben gegen die Arbeitsraumwand abgedichtet ist, einfach durch Auswahl eines besonders kleinen Spiels zwischen dem Kolben und der Arbeitsraumwand auszuführen.
  • Für eine solche Nutzung der Dampfleckage zur rückseitigen Aufheizung der Arbeitsraumwand erstreckt sich die dampfleitende Verbindung zu dem Dampfrückführungsraum von einem Dampfrückführungseinlass bis zu einer Mündung in dem Dampfrückführungsraum und der Dampfrückführungseinlass wird teilweise oder ausschließlich durch den mit der Kolbendichtung abgedichteten Spalt zwischen dem Kolben und der Arbeitsraumwand gebildet, um so die Dampfleckage in den Dampfrückführungsraum zu leiten. Eine solche Dampfrückführung der Dampfleckage hat keinerlei negative Auswirkung auf den Wirkungsgrad des Dampfmotors. Vielmehr kann augrund einer geringeren thermischen Verformung durch Temperaturgradienten der Wirkungsgrad vorteilhaft gesteigert werden.
  • Ein weiterer Vorteil der Verwendung der Dampfleckage zur Aufheizung der Rückseite der Arbeitsraumwand besteht darin, dass durch den Dampfrückführungsraum eine Beruhigungszone ausgebildet wird, in welcher sich Öltröpfchen aus der Dampfleckage abscheiden können. Aufgrund des Kontaktes der Dampfleckage mit ölgeschmierten Bereichen des Dampfmotors, beispielsweise im sogenannten Kurbelgehäuse, das sich unterhalb des unteren Totpunktes an das Kolbengehäuse anschließt, kann nämlich eine Vermischung der Dampfleckage beziehungsweise des Leckagedampfes mit Öl nicht verhindert werden.
  • Weiterhin wird durch die Umströmung der Rückseite der Arbeitsraumwand durch den über die dampfleitende Verbindung abgeführten Dampf eine Erwärmung der Arbeitsraumwand im Bereich des unteren Totpunkts über den gesamten Querschnitt erzielt, wodurch die Temperaturdifferenzen zwischen oberem Ende (oberhalb des oberen Totpunkts) und unterem Ende (unterhalb des unteren Totpunkts) der Arbeitsraumwand - in Hubrichtung des Kolbens gesehen - verringert werden. Hierdurch werden die thermo-mechanischen Belastungen der Arbeitsraumwand und beim Vorsehen einer den Arbeitsraum bildenden Buchse, die der Buchse verringert, wodurch gleichzeitig der Verschleiß an der Dichtung des Kolbens und damit die Dampfleckagemenge erheblich reduziert wird. Hierdurch wird die Lebensdauer eines solchen Dampfmotors deutlich gesteigert.
  • Mit Vorteil erstreckt sich der Dampfrückführungsraum entlang der Arbeitswand in Richtung der Bewegungsrichtung des Kolbens. Hierdurch wird eine gleichmäßige Erwärmung der Arbeitsraumwand durch den Dampf erzielt.
  • Eine gleichmäßige Erwärmung wird zudem dadurch gefördert, dass der Dampfrückführungsraum als über den Umfang der Arbeitsraumwand geschlossener Ringraum ausgeführt ist.
  • Alternativ kann der Dampfrückführungsraum nur über einen Teil des Umfangs der Arbeitsraumwand reichen.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind in Bewegungsrichtung des Kolbens mehrere miteinander dampfleitend verbundene Dampfrückführungsräume vorgesehen, die nacheinander vom Dampf oder der Dampfleckage aus dem Arbeitsraum durchströmt werden.
  • Ferner kann nur der in Strömungsrichtung des Dampfs oder der Dampfleckage letzte Dampfrückführungsraum unmittelbar an den Dampfabführkanal angeschlossen sein.
  • Der Dampfrückführungsraum kann dabei in Strömungsrichtung des ihn durchströmenden Dampfes gesehen hinter dem Dampfrückführungseinlass an einer Stelle relativ geringen Druckes, wie Umgebungsdruckes, münden.
  • Bevorzugt ist der Dampfrückführungsraum an einem Dampfabführkanal zum Abführen des Dampfes aus dem Dampfrückführungsraum aus dem Kolbengehäuse heraus angeschlossen, wobei ein dem Dampfrückführungsraum abgewandtes Ende des Dampfabführkanals im Bereich des unteren Totpunkts oder in Richtung des oberen Totpunkts darüber außen im Kolbengehäuse mündet. Hierdurch kann zum Beispiel erreicht werden, dass der Dampf die Arbeitsraumwand über nahezu die gesamte Wandlänge (in Hubrichtung des Kolbens gesehen) im Wesentlichen gleichmäßig erhitzt, wodurch die thermo-mechanischen Belastungen der Arbeitsraumwand nochmals reduziert werden. Andererseits kann eine leichte Abfuhr des nach oben steigenden Dampfes erreicht werden, wenn der Dampf oberhalb des Kolbens oder des oberen Totpunktes beispielsweise in einen Zylinderkopf oder Ventildeckel geleitet wird. Vorteilhaft kann dem Dampfabführkanal ein Ölabscheider in Strömungsrichtung des Dampfes gesehen nachgeschaltet sein. Ein solcher Ölabscheider kann dabei alternativ in der dampfleitenden Verbindung oder einem damit in Verbindung stehenden Kanal oder Raum angeordnet sein.
  • Dem Dampfmotor kann eine Vorrichtung zur Ventilsteuerung zugeordnet sein. Letztere kann wenigstens ein Einlassventil und ein Auslassventil aufweisen, mittels dessen Frischdampf dem Arbeitsraum gesteuert zugeführt und Abdampf, wie Nassdampf aus dem Arbeitsraum abgeführt werden kann. Sowohl Ein- als auch Auslassventile können dabei fremdgesteuert sein, um diese drehzahlabhängig oder davon unabhängig zu schalten. Insbesondere können dann mittels einer der Vorrichtung zugehörenden Steuereinrichtung die Öffnungs- und Schließzeiten der Ein- und Auslassventile variabel einstellbar sein.
  • Die Ein- und Auslassventile können dabei auf derselben Seite des Arbeitsraums, beispielsweise im Bereich des oberen Totpunkts, in einem den Arbeitsraum nach oben hin begrenzenden Zylinderdeckel angeordnet sein.
  • Durch den Einsatz fremdbetätigter Ventile kann der Dampfmotor flexibler an einen wechselnden, ihm zugeführten Dampfvolumenstrom angepasst werden als dies der Fall wäre, wenn die Ein- und Auslassventile, wie bei einem Zweitakt-OttoMotor von Kolbenkanten und entsprechenden Öffnungen eines Zylinders gebildet würden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Arbeitsraumwand durch eine in das Kolbengehäuse eingesetzte zylinderförmige Buchse, die insbesondere aus einem anderen Werkstoff als das Kolbengehäuse hergestellt ist, gebildet. So kann für die Buchse ein hinsichtlich der tribologischen Eigenschaften angepasster Werkstoff herangezogen werden, welcher eine hohe Verschleißfestigkeit, mechanische sowie thermische Beanspruchbarkeit sowie sehr gute Gleiteigenschaften aufweist. Das Kolbengehäuse hingegen kann aus einem weniger verschleißfesten Werkstoff beziehungsweise einem Werkstoff geringerer Güte hergestellt sein.
  • Die Erfindung soll nun anhand einer Ausführungsform gemäß der beigefügten Figur erläutert werden.
  • Es zeigt:
    • Figur 1
    einen Halbschnitt durch die Drehachse einer Kurbelwelle eines Dampfmotors.
  • In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßer Dampfmotor in einem Halbschnitt durch die Drehachse einer Kurbelwelle 16 des Dampfmotors gezeigt, wobei vorliegend nur die oberhalb der Drehachse verlaufenden Komponenten dargestellt sind.
  • Der Dampfmotor umfasst ein Kolbengehäuse 1, welches vorliegend zwei axial benachbarte Arbeitsräume 2, 3 umschließt, in denen jeweils ein Kolben 4, 5 zwischen einem unteren Totpunkt UT und einem oberen Totpunkt OT hin und her beweglich ist. Somit ist der Dampfmotor als Hubkolbenmotor ausgeführt. Kolben 4, 5 sind über Pleuelstangen 17, 18 mit entsprechenden Kurbeln der Kurbelwelle 16 verbunden.
  • Vorliegend ist die Kurbelwelle 16 in dem Kolbengehäuse 1 oder in einem sich an dieses anschließendes Kurbelgehäuse gelagert, wobei den Lagern und den Pleueln der Kurbelwelle 16 Öl zu deren Kühlung und/oder Schmierung über eine nicht gezeigte Schmierölzufuhr zugeführt wird.
  • Im vorliegenden Fall weist jeder der Arbeitsräume 2, 3 eine Arbeitsraumwand 6, 7 auf. Hier ist die Arbeitsraumwand 6, 7 durch eine in eine entsprechende Bohrung des Kolbengehäuses 1 eingesetzte zylinderförmige Buchse gebildet. Wie durch die gestrichelten Linien angedeutet, umfasst jeder Arbeitsraum 2, 3 einen Einlass 19 zum Zuführen von Frischdampf zum und einen Auslass 20 zum Abführen von Abdampf (Nassdampf) aus dem Arbeitsraum 2, 3. Einlass 19 und Auslass 20 werden über nicht gezeigte, insbesondere fremdbetätigte Ventile einer ebenfalls nicht dargestellten Ventilsteuerung betätigt, um abwechselnd den Einlass 19 beziehungsweise Auslass 20 für Dampf freizugeben oder zu verschließen. Fremdbetätigt bedeutet, dass die Ventile beispielsweise über Nocken einer Nockenwelle, die proportional zu der Drehzahl der Kurbelwelle 16 umläuft zum Öffnen und Schließen betätigt werden.
  • Auf der dem jeweiligen Arbeitsraum 2, 3 abgewandten Rückseite der Arbeitsraumwand 6, 7 ist jeweils ein Dampfrückführraum 8, 9 angeordnet. Letzterer ist in das Kolbengehäuse 1, vorliegend nach Art einer Umfangsnut ausgeführt, eingebracht, sodass Arbeitsraumwand 6, 7 und Kolbengehäuse 1 diesen Dampfrückführungsraum 8, 9 zusammen begrenzen. Sind beide Arbeitsräume 2, 3 wie hier nahe beieinander angeordnet, so können die beiden Dampfrückführräume 8, 9 der jeweiligen Arbeitsräume 2, 3 strömungsleitend miteinander verbunden sein, wie dies durch den Mittelsteg zwischen den Arbeitsräumen 2, 3 angedeutet ist. Hier erstreckt sich jeder der Dampfrückführräume 8, 9 entlang der Arbeitsraumwand 6, 7 in Richtung der Bewegungsrichtung des Kolbens 4, 5 und damit über einen Teil des Umfangs der Arbeitsraumwand 6, 7. Dabei kann, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet, eine Mehrzahl von miteinander dampfleitend verbundenen Dampfrückführungsräumen 8, 9 vorgesehen sein, die dann nacheinander vom Dampf oder der Dampfleckage aus dem Arbeitsraum 2, 3 durchströmt werden.
  • Zur Abdichtung der Kolben 4, 5 gegenüber der Arbeitsraumwand 6, 7 sind vorliegend Kolbendichtungen 10, 11 mit zwei Kolbenringen pro Kolben 4, 5 vorgesehen. Natürlich könnten auch weniger oder mehr als die dargestellten Kolbenringe oder eine andere Art der Abdichtung zur Herstellung der Kolbendichtung vorgesehen sein, auch ohne Kolbenringe.
  • Die Kolbendichtungen 10, 11 sollen einen Austritt von Dampf über den Spalt zwischen dem Kolben 4, 5 und der Arbeitsraumwand 6, 7 weitgehend verhindern.
  • Der trotz der Kolbendichtungen 10, 11 über den Spalt 13, 14 ausströmende Volumenstrom an (Leckage-)Dampf wird über eine dampfleitende Verbindung in den Dampfrückführungsraum 8, 9 geleitet. Hierzu ist ein Dampfrückführungseinlass 12 vorgesehen, welcher hier unterhalb des unteren Totpunkts UT am Ende der Buchse beziehungsweise der Arbeitsraumwand 6, 7 angeordnet und in das Kolbengehäuse 1 eingebracht ist. Der Dampfrückführungsraum 8, 9 ist hier über den Dampfrückführungseinlass 12 ständig mit Kurbelraum 21 im Kolbengehäuse 1 verbunden. Zu diesem Kurbelraum 21 zählt zum einen jener Teilraum, der von dem Kolben 4, 5 und der Arbeitsraumwand 8, 9 begrenzt, jedoch von dem Arbeitsraum 2, 3 durch die Kolbendichtung 10, 11 getrennt ist. Zum anderen zählt zu dem Kurbelraum 21 auch jener, sich an den Teilraum anschließenden Raum, der die Pleuelstange 17, 18 und Kurbelwelle 16 beherbergt. Der Kurbelraum 21 ist nicht direkt an einem Ladungsaustausch beim getakteten Betrieb des Dampfmotors unmittelbar beteiligt, da er von dem zu- oder abgeführten Hauptstrom des Dampfes nicht durch- oder umströmt wird.
  • Durch den Dampfrückführungseinlass 12 wird die Dampfleckage in den sich daran anschließenden Dampfrückführungsraum 8, 9 geleitet. Die dampfleitende Verbindung erstreckt sich somit von dem Dampfrückführungseinlass 12 zu einer Mündung in den Dampfrückführungsraum 8, 9.
  • Der Dampfrückführungsraum 8, 9 ist seinerseits an dessen einem, dem Dampfrückführungseinlass 12 abgewandten Ende an einen Dampfabführkanal 15 angeschlossen. Vorliegend ist das den Dampfrückführungsraum 8, 9 abgewandte Ende des Dampfabführkanals 15 im Bereich des unteren Totpunkts UT - hier sogar darunter - angeordnet. Das bedeutet, er ist zwischen einer dem Arbeitsraum 2 zugewandten Oberkante des Kolbens 2 und einer der Kurbelwelle 16 zugewandten Unterkante des Kolbens 2 angeordnet. Selbstverständlich wäre es denkbar, dass dieses weiter oberhalb, das heißt zwischen oberem und unterem Totpunkt oder sogar über dem oberen Totpunkt hinaus im Kolbengehäuse 1 angeordnet sein könnte. Dem Dampfabführkanal 15 kann zur Abscheidung des von dem Dampf getragenen Öls eine entsprechender Ölabscheider nachgeschaltet sein oder in dem Dampfabführkanal 15 integriert sein. Vorliegend ist nur der in Strömungsrichtung des Dampfes oder der Dampfleckage letzte Dampfrückführungsraum unmittelbar an dem Dampfabführkanal 15 angeschlossen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kolbengehäuse
    2, 3
    Arbeitsraum
    4, 5
    Kolben
    6, 7
    Arbeitsraumwand
    8, 9
    Dampfrückführungsraum
    10, 11
    Kolbendichtung
    12
    Dampfrückführungseinlass
    13, 14
    Spalt
    15
    Dampfabführkanal
    16
    Kurbelwelle
    17, 18
    Pleuelstange
    19
    Einlass
    20
    Auslass
    21
    Kurbelraum

Claims (11)

  1. Dampfmotor
    1.1 mit wenigstens einem von einem Kolbengehäuse (1) umschlossenen Arbeitsraum (2, 3);
    1.2 mit einem im Arbeitsraum (2, 3) zwischen einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) hin und her beweglichen Kolben (4, 5); wobei
    1.3 der Arbeitsraum (2, 3) über seinem Umfang von einer in das Kolbengehäuse (1) eingesetzten oder durch dieses gebildeten Arbeitsraumwand (6, 7) umschlossen wird und durch den Kolben (4, 5) gegenüber einem Kurbelraum (21), der eine am Kolben (4,5) angeschlossene Pleuelstange (17, 18) umschließt, abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
    1.4 auf einer dem Arbeitsraum (2, 3) abgewandten Rückseite der Arbeitsraumwand (6, 7) ein Dampfrückführungsraum (8, 9) vorgesehen ist, der über den Kurbelraum (21) in dampfleitender Verbindung mit dem Arbeitsraum (2, 3) steht.
  2. Dampfmotor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (4, 5) über eine Kolbendichtung (10, 11) gegen die Arbeitsraumwand (6, 7) abgedichtet ist, um einen Austritt von Dampf durch einen Spalt (13, 14) zwischen Kolben (4, 5) und Arbeitsraumwand (6, 7) bis auf eine mögliche Dampfleckage zu vermeiden, und sich die dampfleitende Verbindung von einem Dampfrückführungsseinlass (12), der Dampf aus dem Arbeitsraum (2, 3) aufnimmt, bis zu wenigstens einer Mündung in dem Dampfrückführungsraum (8, 9) erstreckt, wobei der Dampfrückrührungseinlass (12) teilweise oder ausschließlich durch den mit der Kolbendichtung (10, 11) abgedichteten Spalt (13, 14) zwischen Kolben (4, 5) und Arbeitsraumwand (6, 7) gebildet wird, um die Dampfleckage in den Dampfrückführungsraum (8, 9) zu leiten.
  3. Dampfmotor gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfrückführungsraum (8, 9) an einen Dampfabführkanal (15) zum Abführen des Dampfes aus dem Dampfrückführungsraum (8, 9) aus dem Kolbengehäuse (1) heraus angeschlossen ist und ein dem Dampfrückführungsraum (8, 9) abgewandtes Ende des Dampfabführkanals (15) im Bereich des unteren Totpunkts (UT) oder in Richtung des oberen Totpunkts (OT) darüber außen im Kolbengehäuse (1) mündet.
  4. Dampfmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Dampfrückführungsraum (8, 9) entlang der Arbeitsraumwand (6, 7) in Richtung der Bewegungsrichtung des Kolbens (4, 5) erstreckt.
  5. Dampfmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfrückführungsraum (8, 9) als über dem Umfang der Arbeitsraumwand (6, 7) geschlossener Ringraum ausgeführt ist.
  6. Dampfmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfrückführungsraum (8, 9) nur über einen Teil des Umfangs der Arbeitsraumwand (6, 7) reicht.
  7. Dampfmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Bewegungsrichtung des Kolbens (4, 5) mehrere miteinander dampfleitend verbundene Dampfrückführungsräume (8, 9) vorgesehen sind, die nacheinander vom Dampf oder der Dampfleckage aus dem Arbeitsraum (2, 3) durchströmt werden.
  8. Dampfmotor gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass nur der in Strömungsrichtung des Dampfes oder der Dampfleckage letzte Dampfrückführungsraum (8, 9) unmittelbar an den Dampfabführkanal (15) angeschlossen ist.
  9. Dampfmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsraumwand (6, 7) durch eine in das Kolbungsgehäuse (1) eingesetzte zylinderförmige Buchse, die insbesondere aus einem anderen Werkstoff als das Kolbengehäuse (1) hergestellt ist, gebildet wird.
  10. Dampfmotor gemäß einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Dampfabführkanal (15) ein Ölabscheider nachgeordnet ist.
  11. Dampfmotor gemäß einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfabführkanal (15) zusätzlich zu einem Einlass (19) und Auslass (20) für Dampf in den und aus dem Arbeitsraum (2, 3) vorgesehen ist.
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US734720A (en) * 1901-12-06 1903-07-28 Henry K Lee Steam-engine.
US870585A (en) * 1901-04-24 1907-11-12 Charles F Brown Method of utilizing working fluid in jacketed engines.
US1551437A (en) 1925-08-25 Steam engine
US2113936A (en) * 1934-07-21 1938-04-12 Fitchburg Engineering Corp Steam engine
GB525692A (en) * 1938-02-26 1940-09-03 Cie Des Surchauffeurs Improved steam engine
DE1426739A1 (de) * 1964-12-18 1969-02-06 Jacques Duveau Kolbendampfmotor mit Gleichstromsteuerung
US3881399A (en) * 1970-04-29 1975-05-06 Gen Motors Corp Steam engine with improve inlet valve arrangement
WO2002010555A1 (en) * 2000-07-28 2002-02-07 David Langley Walker Steam engine cylinder block, steam engine and steam supply

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB565552A (en) * 1943-05-08 1944-11-15 Thomas Hindle Improvements in single-acting steam engines
US2464112A (en) * 1945-08-17 1949-03-08 Harry M Arnold Cylinder head for superheated steam engines

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1551437A (en) 1925-08-25 Steam engine
US870585A (en) * 1901-04-24 1907-11-12 Charles F Brown Method of utilizing working fluid in jacketed engines.
US734720A (en) * 1901-12-06 1903-07-28 Henry K Lee Steam-engine.
US2113936A (en) * 1934-07-21 1938-04-12 Fitchburg Engineering Corp Steam engine
GB525692A (en) * 1938-02-26 1940-09-03 Cie Des Surchauffeurs Improved steam engine
DE1426739A1 (de) * 1964-12-18 1969-02-06 Jacques Duveau Kolbendampfmotor mit Gleichstromsteuerung
US3881399A (en) * 1970-04-29 1975-05-06 Gen Motors Corp Steam engine with improve inlet valve arrangement
WO2002010555A1 (en) * 2000-07-28 2002-02-07 David Langley Walker Steam engine cylinder block, steam engine and steam supply

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