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Abdampf-Frisehdampfinjektor.
Die Erfindung bezieht sieh auf Abdampfinjektoren, insbesondere auch auf solche, die auf Frischdampfbetrieb allein umschaltbar sind und vorzüglich im Lokomotivbetrieb verwendet werden. Sie besteht in einer neuartigen Steuerung der Abdampfzufuhr, um den Gang des Injektors beim Betrieb mit Abdampf und beim Umschalten vom reinen Frisehdampfbetrieb auf Abdampfbetrieb stabiler zu machen.
Beim Betrieb von Abdampfinjektoren der vorbezeichneten Art sind die Druekschwankungen des anfallenden Abdampfes sehr beträchtlich. Dies wirkt sich auf den verhältnismässig empfindlichen Injektor leicht dahin aus, dass, wenn keine Regulierung des Abdampfdruekes erfolgt, unter gewissen Verhältnissen ein labiler Betriebszustand oder ein Versagen des Injektors hervorgerufen wird.
Weiters ist zu erwähnen, dass der Hauptvorteil eines Abdampfinjektors gegenüber einem Frischdampfinjektor die Ersparnis ist, die durch die Kondensation eines Teiles des von der Maschine ausge-
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dabei das Gleichgewicht in der Funktion des Injektors gestört wird.
Es sind bereits Abdampfsteueiungseinrichtungen bei Abdampfinjektoren vorgeschlagen worden, aber die bisher bekanntgewordenen Einrichtungen haben, obwohl sie im allgemeinen zufriedenstellend arbeiten, gewisse Schwächen unter speziellen Arbeitsbedingungen.
Diese werden dadurch hervorgerufen, dass sich bei Verstellung des Reglers auch die Abdampfspannung ändert. Wenn hiebei der Wasserzulauf auf Mindestlieferung eingestellt ist und die Abdampfspannung durch Verstellung des Reglers steigt oder wenn der Injektor auf Höchstlieferung eingestellt ist und die Abdampfspannung durch Verstellung des Reglers sinkt, so lässt der Injektor, wenn diese Spannungsänderungen gewisse Grenzen überschreiten, Wasser fallen.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Form von Steuerungseinrichtungen zu schaffen, welche diesen Nachteil beseitigt. Die später beschriebene neue Einrichtung besteht im wesentlichen in einer Steuerungseinrichtung der Abdampfzufuhr, bei welcher die Steuerimpulse selbsttätig immer von Druck- oder Temperaturzuständen entweder des Förderstrahles oder des den Schlabberraum erfüllenden Mediums oder des Frischdampfes oder Zusatzdampfes oder Abdampfes abgeleitet werden, u. zw. wird der Betriebszustand jenes Ortes im Injektor zur Steuerung der Drosselung der Abdampfzufuhr herangezogen, der bei der gerade herrschenden Arbeitsphase des Injektors durch Überschreiten einer gewissen Druck-oder Temperaturgrenze den Gang des Injektors gefährdet.
Fliesst z. B. dem in Gang gesetzten Abdampfinjektor Abdampf zu, so bewirken die Schwankungen des Abdampfdruckes auch Drueksehwankungen im Schlabberraum. Nun darf der Druck im Schlabberraum nie eine gewisse Höhe überschreiten, wenn der Gang des Injektors nicht gestört werden soll. Es wird daher die Steuereinrichtung erfindungsgemäss so durchgebildet, dass die Steuerung eines Drosselorgans in der Abdampfzuströmleitung in Abhängigkeit vom Druck im Schlabberraum des Injektors erfolgt, wobei bei zunehmendem Druck im Schlabberraum das Drosselorgan die Abdampfzuleitung immer mehr abdrosselt.
Zur Steuerung des Drosselorgans kann aber erfindungsgemäss die Temperatur im Druckraum des Injektors herangezogen werden. Diese darf auch eine gewisse Höhe nicht überschreiten, wenn der Gang des Injektors nicht gestört werden soll. Bei dieser Ausbildung wird dann ein Hilfsmedium der
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Druckwassertemperatur ausgesetzt, dessen Druckerhöhung durch die Temperaturerhöhungen im Druckwasserraum die Abdampfzufuhr immer mehr abdrosselt.
Arbeitet aber der Injektor nur mit Frischdampf, so sind normalerweise Schwankungen des Frisch- dampfzuflusses, die den Gang des Injektors stören können, nicht zu befürchten. Der Injektor hat dann ohnehin einen stabilen Gang. Fällt aber plötzlich Abdampf an, wobei zu berücksichtigen ist, dass das
Speisen mit Frischdampf allein während des Stillstandes der Maschine mit gedrosseltem Wasserzufluss erfolgt und dass der Abdampf beim Angehen der Maschine unter hohem Druck anfällt, so besteht die Gefahr, dass plötzlich hochgespannter Abdampf in das Düsensystem gelangt und im Schlabberraum ein unzulässig hoher Druck erzeugt wird, so dass der Injektor abschlägt.
Um dies zu verhindern, wird während dieses Betriebszeitpunktes die Verstellung des Drosselorgans im Abdampfzuflussrohr vom Abdampfdruck abgeleitet, der, je höher er ist, den Abdampfzufluss immer mehr abdrosselt.
'Um dies zu erreichen, wird eine Umsteuervorrichtung vorgesehen, welche, diesen Betriebsphasen entsprechend, also während der Zeit, als der Injektor mit Abdampfzufluss arbeitet, sich so einstellt, dass beispielsweise der Druck im Schlabberraum den steuernden Einfluss auf das Drosselorgan in der Abdampfzuflussleitung gewinnt oder das Druckmedium, welches von der Temperatur im Druckwasserraum des Injektors beeinflusst ist, während die Umsteuervorrichtung in der Zeit, während welcher der Injektor als reiner Frischdampfinjektor arbeitet, sich so einstellt, dass sie die Einflussnahme des Abdampfdruckes auf das Drosselorgan in der Abdampfzuleitung ermöglicht, wenn Abdampf plötzlich anfällt.
Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung.
In der Fig. 1 ist eine schematische Ansicht zum Teil im Schnitt eines Abdampfinjektors und der Steuerungseinrichtung gemäss der Erfindung dargestellt. Die Fig. 2 zeigt teilweise geschnitten im vergrösserten Massstab einen Teil des in der Fig. 1 dargestellten Injektors. Die Fig. 3 ist eine schematische Ansicht einer Form der Steuerungseinrichtung, die von der in Fig. 1 gezeigten verschieden ist.
In der Fig. 1 ist ein Abdampfinjektor einer gebräuchlichen Type gezeichnet. Das Gehäuse 1 des Injektors enthält die Niederdruckdampfkammer 2, von welcher der Dampf zur Hauptdampfdüse 3 strömt.
Das Wasser wird durch das Wasserzulaufrohr 4 zu der üblichen, nicht dargestellten Wasserdüse geführt, und der durch den Dampf und das Wasser hervorgerufene Strahl wird in der Misehdüse 5 hergestellt, von wo er zur Druckdüse 6 und weiter zur Druckkammer 7 des Injektors und zum Druckrohr 8 strömt.
Der Spalt zwischen der Misch-und der Druckdüse steht mit einer Überlaufkammer 9 in Verbindung, welche, wie aus Fig. 2 hervorgeht, einen Auslass besitzt, der durch das Schlabberventil10 beherrscht wird, das die Strömung zum Überlaufrohr 11 steuert. Der Druck in der Überlaufkammer 9 kann bei diesem Injektor auch über der Atmosphäre liegen, ohne dass der Injektor abschlägt. Damit, wenn der Druck in der Überlaufkammer höher als die Atmosphäre ist, sich das Schlabberventil-M nicht öffnet, ist dieses Ventil durch einen Kolben 12 automatisch belastet, der unter dem Förderdruck der Druckkammer 7 steht und durch den Hebel 13 das Schlabberventil JO gegen den Überlaufdruck auf seinen Sitz drückt.
Bei Lokomotivinjektoren, wie einen solchen die Zeichnung zeigt, ist es zweckmässig, den Abdampf durch eine kleine Menge von Hochdruckdampf zu ergänzen, der Zusatzdampf genannt wird und durch die Zusatzdampfdüse 14 eintritt. Ferner werden zur Ermöglichung einer kontinuierlichen Arbeit des Injektors unabhängig von dem Vorhandensein oder Fehlen des Abdampfes gewöhnlich automatische Steuerungseinrichtungen verwendet, durch welche in Abhängigkeit von gewissen Faktoren, die durch das Vorhandensein oder Fehlen des Abdampfes bedingt sind, dem Injektor niedergespannter Frischdampf, Hilfsdampf oder Ersatzdampf genannt, selbsttätig zugeführt wird, wenn Abdampf nicht verfügbar ist, und diese Zufuhr selbsttätig wieder abgesperrt wird, sobald Abdampf anfällt.
Diese Umschalteinrichtung besteht in dem gezeigten Beispiel aus folgenden Teilen :
Das vom Führerstand oder einer andern Steuerungsstelle ausgehende Hauptdampfrohr. M führt zu einem Kanal 16 und leitet den Zusatzdampf zur Düse 14 während der ganzen Zeit, während welcher der Injektor im Betrieb steht. Eine Zweigleitung 17, in welcher eine Drosselbohrung 18 angeordnet ist, führt Dampf zu einer Kammer 19, in welcher ein automatisches Zweisitz-oder Umschaltventil 20 angebracht ist, das in der in der Figur dargestellten Stellung derart aufsitzt, dass es den Kanal abschliesst, der zur Zuführung von Hilfsfrischdampf durch die Kanäle 21 zur Niederdruckdampfkammer 2 dient.
Ein Kanal 22 leitet den Hochdruckdampf zu einer Kammer 23, in welcher der Kopf eines Relaisventils 24 angeordnet ist, dessen kolbenförmiger Teil in dem Zylinder 25 im Ventilgehäuse angeordnet ist. Ein Durchgang 26 verbindet die Kammer 23 mit der Kammer oberhalb des Umschaltventils 20, und dieser Durchgang 26 ist durch das Rohr 27 mit einem Zylinder im Injektorkörper verbunden, in welchem der Kolben 28 angebracht ist. Der Kolben 28 bewirkt das Öffnen des Abdampfventils 29 entgegen der Schliesswirkung der Feder 30. Der Raum unterhalb des an dem Relaisventil 24 angebrachten Kolbens ist durch ein Rohr 31 mit einem allgemein bei 32 angedeuteten Membranventil verbunden und enthält ein Nadelventil 33, das entweder das Auslassende des Rohres 31 abschliesst oder das Ende dieses Rohres mit dem Entlüftungsrohr 34 verbindet.
Die Stellung des Ventils 33 wird durch das Vorhandensein oder Fehlen von Abdampfdruck in der Membrankammer 35 bedingt, welche durch die Rohre 36 und 37 mit dem Abdampfzuleitungsrohr 38 verbunden ist.
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Die an sich bekannte Steuereinrichtung wirkt wie folgt :
Fällt Abdampf an, so ist das Membranventil 33 infolge des Abdampfdruckes in der Kammer 35 geschlossen. Es kann daher Dampf aus der Kammer unterhalb des Kolbens des Relaisventiles 24 nicht entweichen, und Hochdruckfrischdampf strömt aus dem Zuleitungsrohr 15 durch den Durchgang 22 in die Kammer oberhalb dieses Kolbens. Daersich zwischen dem Kolben und der Wandin die untere Kammer durchschleicht, ruft er einen unausgeglichenen Druck hervor, so dass das Relaisventil 24 auf seinen oberen Sitz gehoben wird. Dadurch werden die Durchgänge 22 und 26 miteinander in Verbindung gebracht, so dass Hochdruckdampf zur oberen Seite des Umschaltventils 20 gelangt und es abschliesst.
Hochdruckdampf strömt aber auch aus dem Durchgang 26 durch das Rohr 27 zu dem Kolben 28, der das Abdampfventil 29 öffnet. Beim Ausbleiben der Abdampfzufuhr wird das Rohr 31 durch das Membranventil 33 entlüftet und die Druckentlastung in der Kammer unterhalb des Relaisventilkolbens verursacht, so dass dieses Ventil seine Stellung derart ändert, dass es in Verbindung zwischen den Durchgängen 22 und 26 absperrt und den letzten dieser beiden Durchgänge ins Freie entlüftet. Bei Entlastung des Dampfdruckes im Durchgang 26 hebt der Dampfdruck in der Kammer 19 das Ventil 20 automatisch in seine obere Stellung und lässt Hilfsfrischdampf in den Injektordurchgang 21 strömen. Der Dampfdruck in der Kammer 19 wird durch die Drosselwirkung der Drosselbohrung 18 vermindert.
Die Druckentlastung im Durchgang 26 entlüftet ferner das Rohr 27, das zum Hilfsventilkolben führt, und hat zur Folge, dass sich das Abdampfventil 29 durch die Einwirkung der Feder 30 schliesst.
Aus dem Vorstehenden geht auch die Funktion klar hervor, welche eintritt, wenn Abdampf wieder anfällt. Das automatische Umschaltventil 20 und das Abdampfventil arbeiten abwechselnd, denn das Steuerungssystem bewirkt, dass Hochdruckdampf im Durchgang 26 nur dann vorhanden ist, wenn der Injektor als Abdampfinjektor arbeitet.
Die bisher beschriebenen Einrichtungrn sind bereits bekannt.
Die Einrichtung zur Ausführung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem System der vorbeschriebenen Art setzt sich nun wie folgt zusammen :
In dem Abdampfzuleitungsrohr ist ein Regulierventil 39 vorgesehen, welches durch Hebel-und Gelenkverbindung, die bei 40 angedeutet ist, mit einem Regulierkolben 41 verbunden ist, der in einem Zylinder 42 steckt und durch die Feder 43 belastet ist. Wenn auf die Fläche des Kolbens 41 ein Druck wirkt, so bewegt er sich gegen die Federbelastung in der Weise, dass das Ventil 39 gegen die Schliessstellung gedreht wird. Der Druckraum des Zylinders 42 ist durch ein Rohr 44 mit dem Inneren eines Steuerungventils 45 in Verbindung, in welchem ein Ventilorgan 46 angeordnet ist, das an den Enden kolbenförmige Köpfe 47 und 48 besitzt, die in dem zylindrischen Teil des Ventilgehäuses 45 gleiten.
Das Ventilorgan 46 wird durch eine Feder 49 in der Richtung zum rechten Ende des Ventilgehäuses 45 gedrückt, und das linke Ende des Ventilgehäuses ist durch den Kanal 50 entlüftet. Das vom Abdampfzuleitungsrohr 38 weggeführte Rohr 37 steht mit dem Inneren des Ventilgehäuses 45 seitlich vom Mittel in Verbindung, und ein Rohr 51 verbindet sie Überlaufkammer 9 des Injektors mit dem Inneren des Ventilgehäuses 45 auf der andern Seite vom Mittel. Das rechte Ende des Ventilgehäuses ist durch ein Rohr 52 mit dem Rohr 27 verbunden. Vorteilhafterweise wird eine Verengung oder Drosselöffnung 58 im Rohr 44 vorgesehen, die das Steuerungsventil 45 mit dem Zylinder 42 verbindet.
Bei der in der Fig. 1 gezeigten Stellung der Einrichtung arbeitet der Injektor mit Abdampf, welcher Betriebszustand im praktischen Betrieb am häufigsten vorkommt. Dabei liefert der Hochdruckdampf, der die Eröffnung desAbdampfventils 29 bewirkt, auch den Druck, der erforderlich ist, um das Steuerungventilorgan 46 entgegen der Wirkung der Feder 49 in seiner linken Stellung zu halten. In dieser Stellung stehen die Rohre 44 und 51 miteinander in Verbindung, und die Mündung des Rohres 37 wird durch den Kolben 47 abgeschlossen. Infolgedessen ist der Kolben 41, der zur Regulierung der Stellung des Drosselventils 39 dient, dem in der Überlaufkammer 9 des Injektors herrschenden Druck ausgesetzt. Dieser Druck zeigt sofort die Stabilität der Funktion des Förderstrahles an, und wenn z.
B. der Injektor mit so geringer Liefermenge arbeitet, dass ihm zu wenig Wasser zugeführt wird, um die Abdampfmenge, die ihm durch den ungedrosselten Einritt von Abdampf zuströmen würde, zu kondensieren, so bewirkt die Steigerung des Überlaufdruckes infolge der durch den Überschuss an Abdampf verursachten Labilität des Strahles die Regulierung dieser Abdampfzufuhr durch Drosselung. Wenn umgekehrt der Injektorstrahl stabil ist, so ist der Überlaufdruck gering, und infolgedessen kann dann dem Injektor eine grössere unter Umständen die maximale Abdampfmenge zugeführt werden. Es wird also durch diese Einrichtung dem Arbeitsstrahl des Injektors immer die grösstmögliche Abdampfmenge zugeführt. Bei niedrigem oder negativem Überlaufdruck ist das Drosselventil 39 ganz geöffnet.
Da der Druck des Hilfsfrischdampfes, der beim Fehlen des Abdampfes Verwendung findet, normalerweise nicht so schwankt wie der Abdampfdruck, so ist eine Regulierung der Hilfsfrischdampfmenge normalerweise nicht erforderlich, doch kann eine solche nach Belieben angewendet werden.
Wenn der Abdampf infolge des Stillstandes der Maschine ausbleibt, so wird das Abdampfventil29, wie bereits dargelegt wurde, infolge der Entlastung des Druckes im Rohr 27 geschlossen. Durch die Entlüftung dieses Rohres wird der Druck, der das Steuerventilorgan 46 in seiner linken Stellung hält, aufgehoben, und dieses Ventilorgan bewegt sich unter der Einwirkung der Feder 49 zum rechten Ende seines
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Hubes, in welcher Stellung die Mündung des Rohres 37 von dem Kolben 47 freigegeben und die Mündung des Rohres 51 durch den Kolben 48 verdeckt wird.
Auf diese Weise wird die Überlaufdrucksteuerung des Abdampfregulierventils 39 ausgeschaltet, wenn der Injektor nicht mit Abdampf arbeitet und, dadurch, dass die beiden Rohre 37 und 44 miteinander in Verbindung gesetzt werden, wird die Steuerung der Stellung des Drosselventils 39 vom Abdampfdruck abhängig gemacht.
Auf den ersten Blick mag es zwecklos erscheinen, dass, wenn der Injektor als Frischdampfinjektor arbeitet und kein Abdampf vorhanden ist, diese Massnahme getroffen wird. Diese anscheinend unlogische und zwecklose Einrichtung ist jedoch von grösstem Nutzen unter gewissen Umständen, welche die bisher ziemlich ungeklärte Ursache von Betriebsstörungen bei Injektoren der beschriebenen Art, bei welchen eine Überlauf-oder ähnliche Regulierung angewendet wird, bilden. Ihre Zweckmässigkeit erhellt aus folgendem :
Ein befriedigendes Arbeiten des Injektors mit Abdampf kann nämlich dann nicht erzielt werden, wenn der Abdampf einer Maschine entnommen wird, die so langsam arbeitet, dass ein ausgesprochenes Pulsieren des Abdampfdruckes entsteht.
Es gibt gewisse untere Grenzen des Abdampfdruekes, bei welchen ein wirtschaftliches Arbeiten des Injektors noch erzielbar ist. Die Steuerungseimichtungen sind daher im wesentlichen einheitlich eingestellt, u. zw. derart, dass das Umschalten des Injektors vom Frisehdampfbetrieb, bei welchem kein Abdampf vorhanden ist, auf Abdampfbetrieb erst erfolgt, wenn der Abdampfdruck einen vorbestimmten Mindestwert erreicht hat.
Wenn dieser Wert erreicht ist und die Umschaltung erfolgt, besitzt der Dampf einen hinreichend beständigen Druck, um die Umschaltung ohne Betriebsunterbrechung zu gewährleisten.
Im praktischen Betrieb ist festgestellt worden, dass die Betriebsverhältnisse der Maschine beim Umschalten von Frischdampf-auf Abdampfbetrieb häufig derartige sind, dass die Maschine grosse Mengen von hochgespanntem Abdampf auspufft. Wenn der Injektor mit Frischdampf arbeitet, kommt es häufig vor, dass er auf die Mindestliefermenge oder nahezu auf diese gedrosselt ist, denn, wenn die Maschine nicht arbeitet, ist der Speisewasserbedarf meist minimal. Arbeitet nun der Injektor mit minimaler Förderung als Frischdampfinjektor und es fällt plötzlich Abdampf an, wobei dem Injektor eine nicht regulier-
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das Abdampfregulierventil in die entsprechende Drosselstellung bewegen konnte.
Zur Vermeidung dieses Übelstandes wird erfindungsgemäss die Steuereinrichtung vorgesehen, durch welche vor dem Abdampfbetrieb des Injektors das Abdampfregulierventil schon derart selbsttätig vom, Abdampfdruck eingestellt wird, dass im Augenblick des Umschaltens auf Abdampfbetrieb das Eintreten einer übermässig grossen Abdampfmenge verhindert wird. Beim Beginn des Einströmen des Abdampfes in das Rohr 38 schliesst der Abdampfdruck, wie dargelegt, das Membranventil 33. Es muss einige Zeit verstreichen, bevor die Betätigung des Relais 24 und des Umschaltventils 20 erfolgt, und während dieses Zeitraumes kann der Abdampfdruck auf den Kolben 41 wirken und das Regulierventil 39 in jene Drosselstellung bewegen, die dem Werte des Abdampfdruckes entspricht.
Man kann sagen, dass das Regulierventil 39 in die Regulierstellung voreingestellt wird, während der Injektor noch als Frischdampfinjektor arbeitet. Der Abdampf wird also dem Injektor auch während dieser Betriebsphase unter einem Druck zugeführt, der hinreichend niedrig ist, um die Gewähr zu bieten, dass keine Betriebsunterbrechung eintritt.
In einzelnen Fällen erweist sich eine Drossel wie die Drossel 58 als zweckmässig, um eine plötzliche Druckänderung in dem Rohr 44 zu verhindern, während das Steuerventilorgan 46 sich in Abhängigkeit von der Umschaltung von Frischdampf-auf Abdampfbetrieb verschiebt.
Die Erfahrung lehrt, dass bei den üblichen Lokomotivinjektoren, die gegen die gewöhnlich vorkommenden Kesseldrücke fördern, die über der Atmosphäre liegenden Überlaufdrücke, denen der Kolben 41 bei der Überlaufdruckregulierung ausgesetzt ist, gleich den Abdampfdrücken sind, die die Regulierung des Kolbens des Drosselventils 39 zweckmässig erscheinen lassen. Infolgedessen ist es praktisch möglich, für die beschriebenen Zwecke den Druck des Überlaufes und des Abdampfes abwechselnd auf denselben Ventilregulierkolben wirken zu lassen.
Zur Betätigung des Drosselventils 39 kann statt des Überlaufdruckes beispielsweise auch die Temperatur im Druckraum des Injektors herangezogen werden. In der Fig. 3 ist eine solche Einrichtung gezeigt. Bei dieser ist das Steuerungsveritil 45 a wie bei der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung durch das Rohr 44 mit dem Zylinder 42 verbunden, und in dem Rohr 44 kann eine Drossel 58 eingebaut sein. Desgleichen ist, wie bei der vorgeschriebenen Einrichtung, das Ende des Ventilgehäuses 45 a durch ein Rohr 52 mit einer Quelle des Betätigungsdampfes verbunden, der verfügbar ist, wenn der Injektor mit Abdampf arbeitet. Das von demAbdampf zuleitungsrohr 3 wegführende Rohr 37 ist mit dem Gehäuse des Ventils 45 a verbunden, jedoch derart, dass seine Mündung gegenüber dem Einlass des Rohres 44 zu liegen kommt.
Das Gehäuse des Steuerungsventils ist mit einem Entlüftungskanal 53 versehen, welcher derart angeordnet ist, dass er durch den Plunger 48 a des Ventilorgans überdeckt wird, wenn sich dieser in der in der Figur dargestellten Stellung befindet bzw. derart, dass er freigegeben wird, wenn sieh das Ventilorgan 46 a unter der Einwirkung des durch das Rohr 52 eingelassenen Dampfes in seine linke Stellung
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verschiebt. Der Entlüftungskanal 53 wird durch ein Nadelvcntil 54 beherrscht, das seinerseits durch ein Expansionselement, wie Membranrohr 55, betätigt wird, das durch das Rohr 56 mit dem in der Druckkammer 7 des Injektors angebrachten thermostptischen Element 57 verbunden ist.
Diese Einrichtung arbeitet wie folgt :
Bei der in der Fig. 3 dargestellten Stellung hnu ei, t in dem Rohr 52 kein Druck, und der Injektor arbeitet als Frischdampfinjektor. Dabei stehen d'e Rohre 37 und 44 miteinander in Verbindung, und infolgedessen wird die Stellung des Drosselventiles 39 durch den Druck eines eventuell in die Zuleitung 38 plötzlich strömenden Abdampfes bedingt. Beim Umschalten des Injektors auf Abdampfbetrieb gelangen durch die Verschiebung des Steuerungsorgans 46 a nach links die Rohre 44 und 37 und der Entlüftungskanal 53 vermittels der Kammer innerhalb des Ventilkörpers zwischen den Plungern 47 a und 48 a miteinander in Verbindung.
Bei dieser Stellung des Steuerorgans hört der Abdampfdruck auf, der Regulierfaktor zu sein, und anstatt dessen wird der Eröffnungsgrad der Entlüftung 53, von dem natürlich der durch das Rohr 44 auf den Ventilbetätigungskolben 41 wirkende Druck bestimmt wird, zum Regulierfaktor. Der Kanal 53 wird derart bemessen, dass er bei voller Eröffnung imstande ist, den Dampf aus dem Inneren des Steuerungsventilgehäuses so rasch austreten zu lassen, wie er durch das verhältnismässig kleine Rohr 37 einströmen kann. Unter diesen Betriebsverhältnissen herrscht in dem Rohr 44 kein Druck, und es ist infolgedessen das Drosselventil 39 voll geöffnet.
Wenn die Druckwassertemperatur auf eine Höhe steigt, die anzeigt, dass im Verhältnis zum Wasser eine zu grosse Dampfmenge dem Injektor zugeführt wird, so wird durch die Ausdehnung desthermostatischen Elementes der Entlüftungskanal 53 progressiv geschlossen und lässt einen regulierenden Druck im Rohr 44 entstehen. Es wirkt also bei dieser Einrichtung der Abdampf nur als Betätigungsmittel und nicht an sich als Regulierungsmittel. Es könnte auch eine andere Dampfdruekquelle statt des Abdampfes im Zusammenhang mit dem Entlüftungskanal benutzt werden. Die Verwendung von Abdampf vereinfacht jedoch den Aufbau der Einrichtung und ist aus diesem Grunde von Vorteil.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Abdampf-Frischdampfinjektor mit einem selbsttätig den Abdampfzufluss regelnden Drosselorgan in der Abdampfzuflussleitung, dadurch gekennzeichnet, dass die regelnde Verstellung des Drossel-
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änderung im Druckraum (7) des Injektors erfolgt.
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Evaporative Frisehdampfinjektor.
The invention relates to exhaust steam injectors, in particular also to those that can be switched to live steam operation alone and are primarily used in locomotive operation. It consists of a new type of control of the exhaust steam supply in order to make the injector more stable when operating with exhaust steam and when switching from pure friseh steam operation to exhaust steam operation.
When operating exhaust steam injectors of the aforementioned type, the pressure fluctuations in the resulting exhaust steam are very considerable. This has the effect on the relatively sensitive injector that if there is no regulation of the exhaust steam pressure, under certain conditions an unstable operating state or failure of the injector is caused.
It should also be mentioned that the main advantage of an exhaust steam injector compared to a live steam injector is the savings that result from the condensation of part of the
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the equilibrium in the function of the injector is disturbed.
Evaporation control devices have already been proposed for evaporation injectors, but the devices previously known, although they generally work satisfactorily, have certain weaknesses under special operating conditions.
These are caused by the fact that the evaporation voltage also changes when the controller is adjusted. If the water supply is set to minimum delivery and the evaporation voltage increases by adjusting the regulator or if the injector is set to maximum delivery and the evaporation voltage decreases by adjusting the regulator, the injector lets water fall if these voltage changes exceed certain limits.
The aim of the present invention is to provide an improved form of control device which overcomes this disadvantage. The new device described later consists essentially in a control device for the exhaust steam supply, in which the control pulses are automatically always derived from pressure or temperature states of either the conveying jet or the medium filling the sloppy space or the live steam or additional steam or exhaust steam, u. between the operating state of that location in the injector is used to control the throttling of the exhaust steam supply, which in the current working phase of the injector endangers the operation of the injector by exceeding a certain pressure or temperature limit.
Flows z. B. to the activated exhaust steam injector exhaust steam, the fluctuations in the exhaust steam pressure also cause pressure fluctuations in the sloppy room. Now the pressure in the sloppy space must never exceed a certain level if the operation of the injector is not to be disturbed. The control device is therefore designed according to the invention in such a way that the control of a throttle element in the exhaust-steam inflow line takes place as a function of the pressure in the sludge chamber of the injector, with the throttle element increasingly throttling the exhaust-steam supply line as the pressure in the sludge chamber increases.
According to the invention, however, the temperature in the pressure chamber of the injector can be used to control the throttle element. This must also not exceed a certain height if the operation of the injector should not be disturbed. In this training, an auxiliary medium is then the
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Exposed to pressurized water temperature, the pressure increase of which throttles the exhaust steam supply more and more due to the temperature increases in the pressurized water space.
However, if the injector only works with live steam, fluctuations in the live steam flow, which can disrupt the operation of the injector, are normally not to be feared. The injector then has a stable gait anyway. But if exhaust steam suddenly arises, it must be taken into account that the
Food with live steam takes place only when the machine is at a standstill with the water flow restricted and the exhaust steam accumulates under high pressure when the machine starts up, there is a risk that high-pressure exhaust steam suddenly enters the nozzle system and an impermissibly high pressure is generated in the slouching room, see above that the injector knocks off.
In order to prevent this, the adjustment of the throttle element in the exhaust steam inlet pipe is derived from the exhaust steam pressure, which, the higher it is, throttles the exhaust steam flow more and more.
In order to achieve this, a reversing device is provided which, corresponding to these operating phases, i.e. during the time when the injector is working with exhaust steam inflow, adjusts itself in such a way that, for example, the pressure in the slobber chamber gains or controls the throttle element in the exhaust steam inflow line the pressure medium, which is influenced by the temperature in the pressurized water space of the injector, while the reversing device during the time during which the injector works as a pure live steam injector is set so that it enables the exhaust pressure to influence the throttle element in the exhaust steam supply line when exhaust steam suddenly occurs.
The drawing shows exemplary embodiments of the invention.
1 shows a schematic view, partly in section, of an exhaust steam injector and the control device according to the invention. FIG. 2 shows part of the injector shown in FIG. 1, partially in section, on an enlarged scale. FIG. 3 is a schematic view of one form of control device different from that shown in FIG. 1.
In Fig. 1, an exhaust steam injector of a common type is drawn. The housing 1 of the injector contains the low-pressure steam chamber 2, from which the steam flows to the main steam nozzle 3.
The water is fed through the water inlet pipe 4 to the usual water nozzle, not shown, and the jet caused by the steam and the water is produced in the mixing nozzle 5, from where it flows to the pressure nozzle 6 and on to the pressure chamber 7 of the injector and the pressure pipe 8 flows.
The gap between the mixing nozzle and the pressure nozzle is connected to an overflow chamber 9 which, as can be seen from FIG. 2, has an outlet which is controlled by the slack valve 10 which controls the flow to the overflow pipe 11. With this injector, the pressure in the overflow chamber 9 can also be above the atmosphere without the injector knocking off. So that, if the pressure in the overflow chamber is higher than the atmosphere, the slack valve-M does not open, this valve is automatically loaded by a piston 12 which is under the delivery pressure of the pressure chamber 7 and the slack valve JO against the lever 13 Overflow pressure on its seat.
In the case of locomotive injectors, as shown in the drawing, it is advisable to supplement the exhaust steam with a small amount of high-pressure steam, which is called additional steam and enters through the additional steam nozzle 14. Furthermore, in order to enable the injector to work continuously regardless of the presence or absence of exhaust steam, automatic control devices are usually used by which, depending on certain factors caused by the presence or absence of exhaust steam, the injector is called live steam, auxiliary steam or replacement steam , is automatically supplied when exhaust steam is not available, and this supply is automatically shut off again as soon as exhaust steam occurs.
In the example shown, this switching device consists of the following parts:
The main steam pipe emanating from the driver's cab or another control point. M leads to a channel 16 and directs the additional steam to the nozzle 14 during the entire time that the injector is in operation. A branch line 17, in which a throttle bore 18 is arranged, leads steam to a chamber 19 in which an automatic two-seat or switch valve 20 is attached, which in the position shown in the figure is seated in such a way that it closes the channel leading to the Supply of auxiliary fresh steam through the channels 21 to the low-pressure steam chamber 2 is used.
A channel 22 conducts the high-pressure steam to a chamber 23 in which the head of a relay valve 24 is arranged, the piston-shaped part of which is arranged in the cylinder 25 in the valve housing. A passage 26 connects the chamber 23 with the chamber above the changeover valve 20, and this passage 26 is connected by the tube 27 to a cylinder in the injector body in which the piston 28 is mounted. The piston 28 causes the exhaust valve 29 to open against the closing action of the spring 30. The space below the piston attached to the relay valve 24 is connected by a tube 31 to a diaphragm valve generally indicated at 32 and contains a needle valve 33, which is either the outlet end of the Tube 31 closes off or the end of this tube connects to the vent tube 34.
The position of the valve 33 is determined by the presence or absence of exhaust steam pressure in the membrane chamber 35, which is connected to the exhaust steam supply pipe 38 by the tubes 36 and 37.
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The control device known per se acts as follows:
If exhaust steam is produced, the membrane valve 33 is closed as a result of the exhaust steam pressure in the chamber 35. Therefore, steam cannot escape from the chamber below the piston of the relay valve 24, and high-pressure fresh steam flows from the supply pipe 15 through the passage 22 into the chamber above this piston. As it sneaks through between the piston and the wall into the lower chamber, it creates an unbalanced pressure so that the relay valve 24 is raised onto its upper seat. The passages 22 and 26 are thereby brought into communication with one another, so that high-pressure steam reaches the upper side of the switching valve 20 and closes it off.
However, high-pressure steam also flows from the passage 26 through the pipe 27 to the piston 28, which opens the exhaust valve 29. If there is no exhaust steam supply, the pipe 31 is vented through the diaphragm valve 33 and the pressure relief is caused in the chamber below the relay valve piston, so that this valve changes its position in such a way that it shuts off in connection between the passages 22 and 26 and the last of these two passages vented to the outside. When the steam pressure in the passage 26 is relieved, the steam pressure in the chamber 19 automatically lifts the valve 20 into its upper position and allows fresh auxiliary steam to flow into the injector passage 21. The vapor pressure in the chamber 19 is reduced by the throttling effect of the throttle bore 18.
The pressure relief in passage 26 also vents the pipe 27, which leads to the auxiliary valve piston, and has the consequence that the exhaust valve 29 closes due to the action of the spring 30.
The above also clearly shows the function that occurs when exhaust steam is generated again. The automatic changeover valve 20 and the exhaust steam valve operate alternately because the control system has the effect that high-pressure steam is only present in the passage 26 when the injector is operating as an exhaust steam injector.
The devices described so far are already known.
The device for carrying out the present invention in connection with a system of the type described above is composed as follows:
A regulating valve 39 is provided in the exhaust steam supply pipe, which is connected to a regulating piston 41 by lever and articulation, which is indicated at 40, which is inserted in a cylinder 42 and is loaded by the spring 43. When a pressure acts on the surface of the piston 41, it moves against the spring load in such a way that the valve 39 is rotated towards the closed position. The pressure chamber of the cylinder 42 is connected by a pipe 44 with the interior of a control valve 45 in which a valve element 46 is arranged, which has piston-shaped heads 47 and 48 at the ends, which slide in the cylindrical part of the valve housing 45.
The valve member 46 is urged in the direction towards the right end of the valve housing 45 by a spring 49, and the left end of the valve housing is vented through the channel 50. The pipe 37 led away from the exhaust steam supply pipe 38 communicates with the interior of the valve housing 45 on the side of the center, and a pipe 51 connects the overflow chamber 9 of the injector with the interior of the valve housing 45 on the other side of the center. The right end of the valve housing is connected to the pipe 27 by a pipe 52. Advantageously, a constriction or throttle opening 58 is provided in the pipe 44, which connects the control valve 45 to the cylinder 42.
In the position of the device shown in FIG. 1, the injector works with exhaust steam, which operating state occurs most frequently in practical operation. The high-pressure steam which causes the exhaust valve 29 to open also supplies the pressure which is required to hold the control valve element 46 against the action of the spring 49 in its left position. In this position, the tubes 44 and 51 are in communication with one another, and the mouth of the tube 37 is closed by the piston 47. As a result, the piston 41, which is used to regulate the position of the throttle valve 39, is exposed to the pressure prevailing in the overflow chamber 9 of the injector. This pressure immediately shows the stability of the function of the conveyor jet, and if z.
If, for example, the injector works with such a small delivery volume that too little water is supplied to it to condense the amount of exhaust steam that would flow to it due to the unthrottled entry of exhaust steam, the overflow pressure increases as a result of the excess exhaust steam Lability of the jet the regulation of this exhaust steam supply by throttling. Conversely, if the injector jet is stable, the overflow pressure is low, and as a result, a greater amount, possibly the maximum amount of evaporation, can then be fed to the injector. The greatest possible amount of exhaust steam is therefore always supplied to the working jet of the injector by this device. When the overflow pressure is low or negative, the throttle valve 39 is fully open.
Since the pressure of the auxiliary fresh steam, which is used in the absence of the exhaust steam, normally does not fluctuate as much as the exhaust steam pressure, regulation of the amount of auxiliary fresh steam is normally not necessary, but it can be used as desired.
If there is no exhaust steam due to the standstill of the machine, the exhaust steam valve 29, as already explained, is closed as a result of the pressure in the pipe 27 being released. By venting this pipe, the pressure that holds the control valve member 46 in its left position is released, and this valve member moves under the action of the spring 49 to the right end of his
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Stroke, in which position the mouth of the tube 37 is released by the piston 47 and the mouth of the tube 51 is covered by the piston 48.
In this way, the overflow pressure control of the exhaust steam regulating valve 39 is switched off when the injector is not working with exhaust steam and, since the two tubes 37 and 44 are connected to one another, the control of the position of the throttle valve 39 is made dependent on the exhaust steam pressure.
At first glance it may seem pointless for this measure to be taken if the injector is working as a live steam injector and there is no exhaust steam. This apparently illogical and pointless device is, however, of great use under certain circumstances which constitute the hitherto rather unexplained cause of malfunctions in injectors of the type described in which an overflow or similar regulation is used. Their usefulness is evident from the following:
Satisfactory operation of the injector with exhaust steam cannot be achieved if the exhaust steam is taken from a machine that works so slowly that there is a pronounced pulsation in the exhaust steam pressure.
There are certain lower limits of the exhaust steam pressure at which the injector can still operate economically. The control devices are therefore set essentially uniformly, u. in such a way that the injector is switched from Frisehdampfbetrieb, in which there is no exhaust steam, to exhaust steam operation only when the exhaust steam pressure has reached a predetermined minimum value.
When this value is reached and the switchover takes place, the steam has a sufficiently constant pressure to ensure switchover without interrupting operation.
In practical operation, it has been found that the operating conditions of the machine when switching from live steam to exhaust steam mode are often such that the machine exhausts large amounts of high-pressure exhaust steam. If the injector works with live steam, it often happens that it is throttled to the minimum delivery quantity or almost to this, because when the machine is not working, the feed water requirement is usually minimal. If the injector now works as a live steam injector with minimal delivery and exhaust steam suddenly arises, the injector has a non-regulating
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could move the exhaust regulating valve into the corresponding throttle position.
In order to avoid this inconvenience, the control device is provided according to the invention, by means of which the exhaust regulating valve is automatically set by the exhaust pressure prior to the exhaust operation of the injector so that the occurrence of an excessively large amount of exhaust is prevented at the moment of switching to exhaust operation. When the exhaust steam begins to flow into the pipe 38, the exhaust steam pressure closes the diaphragm valve 33, as explained. Some time must elapse before the relay 24 and the switchover valve 20 are actuated, and during this period the exhaust steam pressure on the piston 41 act and move the regulating valve 39 into that throttle position which corresponds to the values of the exhaust steam pressure.
It can be said that the regulating valve 39 is preset to the regulating position while the injector is still working as a live steam injector. The exhaust steam is therefore also fed to the injector during this operating phase under a pressure that is sufficiently low to guarantee that no interruption in operation occurs.
In individual cases, a throttle such as the throttle 58 proves to be expedient in order to prevent a sudden change in pressure in the pipe 44 while the control valve element 46 shifts as a function of the switchover from live steam to exhaust steam operation.
Experience shows that in the case of the usual locomotive injectors, which feed against the boiler pressures that usually occur, the overflow pressures above the atmosphere to which the piston 41 is exposed during the overflow pressure regulation are equal to the exhaust pressures which the regulation of the piston of the throttle valve 39 appears to be expedient to let. As a result, it is practically possible to let the pressure of the overflow and the exhaust steam act alternately on the same valve regulating piston for the purposes described.
To operate the throttle valve 39, instead of the overflow pressure, for example, the temperature in the pressure chamber of the injector can also be used. Such a device is shown in FIG. In this, the control valve 45 a is connected to the cylinder 42 through the pipe 44, as in the device shown in FIG. 1, and a throttle 58 can be installed in the pipe 44. Likewise, as in the case of the prescribed device, the end of the valve housing 45 a is connected by a pipe 52 to a source of the actuating steam which is available when the injector is operating with exhaust steam. The pipe 37 leading away from the exhaust vapor supply pipe 3 is connected to the housing of the valve 45 a, but in such a way that its mouth comes to lie opposite the inlet of the pipe 44.
The housing of the control valve is provided with a ventilation channel 53 which is arranged such that it is covered by the plunger 48 a of the valve member when it is in the position shown in the figure or such that it is released when you see the valve member 46 a under the action of the let in through the pipe 52 steam in its left position
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shifts. The ventilation channel 53 is dominated by a needle valve 54, which in turn is actuated by an expansion element, such as a membrane tube 55, which is connected through the tube 56 to the thermostatic element 57 mounted in the pressure chamber 7 of the injector.
This facility works as follows:
In the position hnu ei, t shown in FIG. 3, there is no pressure in the pipe 52 and the injector operates as a live steam injector. The pipes 37 and 44 are connected to one another, and consequently the position of the throttle valve 39 is determined by the pressure of any exhaust steam suddenly flowing into the supply line 38. When the injector is switched to exhaust steam mode, the displacement of the control element 46 a to the left causes the pipes 44 and 37 and the venting channel 53 to communicate with one another by means of the chamber within the valve body between the plungers 47 a and 48 a.
In this position of the control member, the exhaust pressure ceases to be the regulating factor and instead the degree of opening of the vent 53, which of course determines the pressure acting on the valve actuating piston 41 through the pipe 44, becomes the regulating factor. The channel 53 is dimensioned in such a way that, when fully opened, it is able to let the steam escape from the interior of the control valve housing as quickly as it can flow in through the relatively small pipe 37. Under these operating conditions, there is no pressure in the pipe 44 and, as a result, the throttle valve 39 is fully open.
When the pressurized water temperature rises to a level that indicates that too much steam is being supplied to the injector in relation to the water, the venting channel 53 is progressively closed by the expansion of the thermostatic element and a regulating pressure is created in the pipe 44. With this device, the exhaust steam only acts as an actuating means and not as a regulating means. Another source of steam pressure could be used instead of the exhaust steam in connection with the ventilation duct. However, the use of exhaust steam simplifies the construction of the device and is therefore advantageous.
PATENT CLAIMS:
1. Exhaust steam live steam injector with a throttle element automatically regulating the exhaust steam inflow in the exhaust steam inflow line, characterized in that the regulating adjustment of the throttle
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Change takes place in the pressure chamber (7) of the injector.