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mit Aufnehmer arbeitende Ein- oder Mehrzylinderwärmekraftmaschine
mit mehrfacher Expansion und regelbarer Abdampfentnahme. Die früher gebrauchten
Mehrfachexpansionsmaschinen mit Zwischendampfentnahme sind dadurch gekennzeichnet,
daß die Zahl der Zylinder und der Druckstufen gleich ist, und daß expandierter Dampf
zwecks weiterer Arbeitsleistung nicht mehr in denselben Zylinder zurückgelangt.
Der Dampf geht gewissermaßen in gerader Linie durch die einzelnen Zylinder und Aufnehmer
hindurch, um -schließlich in den Kondensator zu gelangen. Diese Maschinen haben
vor allem den großen Nachteil, ,daß bei starker Zwischendampfentnahm,e die Nutzwirkung
des Niederdruckzylinders außerordentlich verringert und unter Umständen bis zur
Unwirtschaftlichkeit herabgedrückt wird, selbst dann noch, wenn man das Größenverhältnis
von. Niederdruck- zu Hochdruckzylinder erheblich vermindert.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, ohne die Vorteile der Verbundwirkung
zu verlieren!, hat man auch bereits vorgeschlagen, eine Hochdruck- ' ttnid! eine
Niederdruckstufe in einen Zylinder zu verlegen, nämlich auf die eine Zylinderseite
die Hochdruck-, auf die andere die Niiederdruckstufe. Diese nach ihrem Erfindet
benannte Missong-Maschine hat aber wiederum dien großen Nachteil, d'aß bei geringer
Zwischendampfentnahme sofort die Verbundwirkung gestört wird, ein Nachteil, den
man durch andere Vorteile zu verkleinern versuchte. Bei derMissöng-Maschine arbeitet
nämlich: die eine Zylinderseite stets als Hochdruck- und die andere stets als Niederdruckstufe.
Zwischen den beiden hintereinandergeschalteten -Zylinderseiten ist ein Aufnehmer
angeordnet, aus welchem Dampf zu Heizzwecken entnommen wird. Da aber Hochdruck-
und Niederdruckzylindervolumen einander gleich sind, müssen zur Erreichung der Verbundwirkung
Kunstgriffe angewandt werden, die der Missong-Maschine nicht zum Vorteil gereichen,
und besonders bei kleineren Heizdampfentnahmen ist ein. wirtschaftliches Arbeitender
Maschine ausgeschlossen. So kennzeichnet sich die Missong-Maschine als eine Verbundmaschine
für Zwischendampfentnahrne, bei der das. Verhältnis zwischen Hochdruck- lind Niederdruckvolumen
der Größe der Zwischend@ampfentnabrne -angepaßt wird, d. h. das Volumenverhältnis
ist stark veränderlich. In alledem dürfte jedenfalls der Hauptgrund dafür zu suchen
sein, d'aß die Missong-Maschine nicht die erhoffte Verwendung in der Technik gefunden
hat.
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Grundsätzlich anders arbeitet die Maschine nach vorliegender Erfindung.
Sie stellt eine Wärmekraftmaschine dar, welche die Vorteile einer Einzylindermehrfachexpansionsmaschine,
wie sie z. B. die Missong-Maschine anstrebt, besitzt, dabei aber deren Nachteile
vermeidet und vor allem von der Zwischendampfentnahme unabhängig ist: Die neue Wärmekraftmaschine
ist dadurch gekennzeichnet, daß sie das Druckgefälle stufenweise ausnutzt, dazu
aber weniger- Zylinder
als de gewöhnliche Mehrfachexpansionsm.aschine
benötigt, indem bereits expandierter Dampf ein oder mehrere Male zu derselben oder
denselben Zylinderseiten zurückgeleitet wird, um dort weiter zu expandiereil. Es
wechseln also im Gegensatz zu allen bisher bekannten derartigen Maschinen auf derselben
Zylinderseite Hochdruckarbeitsspiele mit Niederd'ruckarbeitsspielen ab, während
bei den bekannten Maschinen, z. B. bei der Missong-Maschine, dieselbe Zylinderseite
entweder immer nur Hochdruck oder immer nur Niederdruck hat. Unter Zuhilfenahme
eines oder mehrerer Aufnehmer entsprechender Einlaß-, Auslaß- und Regelorgane wird
also bei der neuen Maschine sämtlicher Dampf oder ein Teil desselben so geleitet,
daß er nach Arbeitsleistung in Aufnehmer auspufft, dann aber in gewünschter Menge
zu der betreffenden Zylinderseite zurückgelangt, um dort ein Niederdruckarbeitsspiel
folgen zu lassen, und schließlich in den Kondensator strömt oder in anderer Weise
weiter ausgenutzt wird. Dabei ist unter Niederdruckarbeitsspiel ein, solches zu
verstehen, bei welchem auch die Anfangsspannung eine niedrige ist. Es handelt sich
dabei ja um bereits teilweise expandierten Dampf. Er kann natürlich aber auch vor-oder
nachher in bekannter Weise noch in einer ,anderen Maschine weiter ausgenutzt und
es können ihm gewünschte Heizdampfmengen entnommen werden. Eine oder mehrere Zylinderseiten
können auch zu mehr als zweifacher Expansion benutzt werden. Mehrzylindermaschinen
können ebenfalls nach diesem Verfahren gebaut wenden, und es können ein, oder mehrere
Aufnehmer benutzt werden, die man z. B. zu Regelungszwecken entsprechend unter sich
oder auch mit den, einzelnen Zylinderseiten beliebig verbinden kann. Ferner können
alle oder nur einzelne Zylinderseiten nach diesem Verfahren arbeiten, oder es können
einzelne Zylinderseiten, immer einfache Expansion besitzen. Auch kann man nach irgendeinem
Arbeitsspiel -den Dampf direkt, z. B. zum Kondensator oder zu einem anderen Aufnehmer,
ableiten, ohne ihn z. B. über alle Zylinder oder alle Aufnehmer dorthin gelangen
zu lassen.
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Im Gegensatz zur Missong-Maschine, bei welcher, wie schon erwähnt,
je nach der Zwischendampfentnahme das Verhältnis zwischen Hochdruck- und Niederd'ruckvolumen
starken Schwankungen unterworfen ist, besteht bei der neuen Maschine ständig ein
konstantes Volumenverhältnis. Denn während bei der Missong-Maschine je eine der
beiden hintereinandergeschalteten Zylinderseiten stets nur Hochdruck- oder stets
nur Niederdruckstufe ist, folgen bei den Maschinen nach vorliegender Erfindung auf
jeder Zylinderseite sowohl Hochdruck- als auch Niederdruckstufen aufeinander, weil
nämlich ein Teil bereits expandierten Dampfes, der auch mit noch nicht oder nicht
ganz expandiertem gemischt sein kann, zu derselben Zylinid@erseite, von der er herkam,
zurückgeleitet wird, um durch weitere Expansion Arbeit zu, leisten, wobei naturgemäß
schon die Anfanasspanrnung dieses Niederdruckarbeitsspieles- eine niedrige ist.
Infolge dieser: Dampfrückleitung werden die bei der Missong-Maschine auftretenden
kraftverzehrenden Schleifen im Diagramm vermieden und die Maschine arbeitet z. B.
auch bei sehr geringer Hefzdarnpfentnahrne oder .im Betriebsgrenzfall »Hei.zdampfentnahnie-Null«,
bei dem die Missong-Maschine versagt, unter günstigen Verhältnissen.
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Die beigegebenen Abbildungen veranschaulichen schematisch einige Ausführungsformen
der neuen Maschine als Beispiele, welche gleichzeitig gdazu dienen, das Wesen der
neuen Erfindung noch weiter zu verdeutlichen.
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In Fib. z denke man sich bei a eine Hochdruckdampffüllung von r2 Atm.
Es folge die Expansion bis auf 3 Atin. und sodann das Ausstoßen b'Oi 3 Atm. in,
den Aufnehmer b. Wird dort gleichzeitig Heizdampf entnommen, dann kann der Dampfrest
in a weiter expandieren, von z. B. 3 Atm. auf die Kondensatorspannunig in
f. Die Zylinderseite a bekäme nach diesem Schema also nur bei jeder dritten
Drehung Hochdruckfüllung, und die Verbundwirkung ist in a bei jeder zweiten Drehung
um so besser vorhanden, je mehr Heizdampf entnommen wird. Noch deutlicher erkennt
man das Rückleitungsprinzip, wenn man,den Betriebsgrenzfall »Heizdampfentnahme -
Null« zugrunde legt. Fig. a und: 3 veranschaulichen! diesen Grenzfall. Bei a (Fig.
2) denke man sich wieder eine Hochdruckfüllung von 1z Atm., es folge die Expansion
und das Ausstoßen des expandierten Dampfes bei 3 Atm. in den Aufnehmer b. Während
dieses Ausstoßens entnimmt die Zylinderseite e dem. Aufnehmer Dampf von 3 Atm.,
es folgt Expansion auf Kondensatorspannung und Ausschieben in den Kondensator. Bei
diesem Ausschubhub in den Kondensator entnimmt Seite ca dem Aufnehmer ebenfalls
Dampf von z. B. z Atm., es folgt auch hier Expansion auf Kondensatorspannung und;
Ausschieben. des Dampfes in den Kondensator. Um den Kreis derArbeitsspiele zu schließen,
folge bei e während' des Ausschiebens des Dampfes aus a in: den. Kondensator ein
Hoch'druckarbeitsspiet- von Hochdruckspannung direkt auf Köndensatorspannung.
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Man kann auch .dem Aufnehmer b mehr als zweimal Dampf entnehmen, wie
mach Fig. 3; um aber in b den Einfluß der sinkenden Spannung
auszugleichen,
werde das Schema nach Fig. 2 angeführt.
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In Fig. i bedeutet der Pfeil bei e ein Arbeitsspiel von Hochdruck-
auf Kond'ensatorspannung,wenn z. B. die Maschine auf diese Weise in den Betriebsgrenzfall
»Heizdampfentniahme = Null« übergeführt wird.
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Fig.6 zeigt noch eine Ausführungsmöglichkeit einer Zweizylinderdreifachexpansionsmaschine
für die Entnahme von Dampf verschiedener Spannung. Dabei mag z. B. hier der Hochdruckzylinder
nur mit einfacher Expansion, jede Seite des Niederdruckzylinders dagegen mit zweifacher
Expansion arbeiten. Die Regelung kann auch hier normalerweise so geschehen, daß
ein Druckregler o die Hochdnückeinlaßorgane des Nied'erdruckzylinders, der Druckregler
¢ dagegen die N iederdruckeinlaßorgane des Niederdruckzylinders verstellt. Die Hochdruckeinlaßorgan:e
des Hochdruckzylinders können dagegen dhrch die Geschwindigkeitsveränderungen der
Maschine verstellt werden. Es kann aber auch hier ein direktes Überströmen von Hochdruck-
zum Niederdruckaufnehmer benutzt werden. So kennzeichnen in Fig. 6 die gestrichelten
Linien noch einige der weiteren Möglichkeiten, den Dampf unter Benutzung des neuen
Erfindungsprinzips zu leiten.
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Die Fig. i, 2 und 3 zeigen je ein Schema einer nach der neuen Erfindung
arbeitenden Einzylinderverbundmaschine mit bzw. ohne Zwischendampfentnahme. Der
Dampf strömt nach Fig. i mit 12, Atm. der rechten Zylinderseite ca durch das Hochdruckeinlaßorgan
zu, expandiert und pufft mittels Hochdruckauslaßorgan in den Aufnehmer b aus, in
dem z. B. 3 Atm. herrschen sollen. Bei c kann gleichzeitig Heizdampf entnommen;
werden. Beim nächsten Arbeitsspiel nun - und hierin charakterisiert sich! die neue
Erfindung -entnimmt die Zylinderseite a durch, das Niederdruckeinlaßorgan dem Aufnehmer
wieder Dampf. Er expandiert weiter und gelangt durch; das Niederdruckauslaßorgan
in den Kondensator f. Wird kein Heizdampf entnommen, dann kann die Maschine von
Hand oder automatisch derart umgestellt werden, daß sie als einfache Expansionsmaschine
arbeitet (s. Fig. i, Zylinderseite e) bzw. als Verbundmaschine nach: Fig. 2 oder
3. Liegt jedoch maximaler Helzdampfverbrauch vor, dann kann dieKondensation ganz
abgeschaltet und die Maschine als reine Gegendruckmaschine verwendet werden.
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Fig. q. zeigt bei'.spielsweise einen Längsschnitt durch die Maschine,
Fig.5 einen Schnitt durch die linke Zylinderseite e. Die Leitung g führt den Hochdruckdampf
zu; h ist das Hochdruckeinlaß-, i das zum Aufnehmer b
gehende
Hochdruckauslaßorgan; k ist das Niederdruckeinlaß- und l das zum Kondensator führende
Niederdruckauslaßorgan.
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Einige Beispiele des Arbeitsganges dieser Maschine unter verschiedenen
Bedingungen werden das Wesen, der neuen Erfindung noch klarer zum Ausdruck bringen.
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Im normalen Betrieb kann die Regelung in bekannter Weise dadurch geschehen,
daß die Hochdruckeinlaßorgane durch die Geschwindigkeit der Maschine, die Niederdruckeinlaßorgane
dagegen durch die Heizdampfentnahine verstellt werden oder urangekehrt. Soll aber
die Maschine entweder als einfache Expa.nsions- oder als reine Gegendruckmaschine
arbeiten, dann können z. B: # die Auslaßorgane i i' bzw. l l' außer
Betrieb gesetzt werden, und :den Niederdruckeinlaßorganen k k'
mag in beiden
Fällen ebenfalls Hochdruckdampf zugeführt werden.
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Liegt maximale Heizdampfentnahme vor, dann sinkt im Aufnehmer b entsprechend
der Druck, wodurch die zum Kondensator führenden Auslaßorgane L bzw.
l' außer Betrieb gesetzt werden können. Gleichzeitig müssen aber die Auslaßorgane
i bzw. i' nach jeder Drehung in Tätigkeit treten, welche Umstellung ebenfalls durch
die genannte Drucksenkung hervorgerufen werden kann. Die Änderungen an Diagrammfläche
gleicht in bekannterWeise die Geschwindigkeitsänder'ung der Maschine aus. Genannte
Drucksenkung kann auch dazu benutzt werden, dein Niederdruckeinlaßorgan
k bzw. k' Hochdruckdampf zuzuleiten, indem die Verschlüssen
und n' geöffnet; entweder zwangläufig oder als Rückschlagklappe wirkend, die Anschlüsse
m an' geschlossen werden.
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Wird dagegen der Heizdampf abgestellt, dann steigt im Aufnehmer b
der Druck, wodurch die Auslaßorgane i i' außer Betrieb gesetzt und die Anschlüsse
L l' auf Öffnen nach jeder Drehung urigestellt werden oder die Maschine wird
nach Fig. -- oder 3 betrieben.. Die gleiche Drucksteigerung kann: auch hier zur
Umstellung der Organe m W bzw. n n'
benutzt werden.
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Unter Umgehung der Organe m wc', n n' kann man die Maschine auclh!
dadurch in die Betriebsgrenzfälle überführen, daß man die Organe k k' ebenfalls
abstellbar und die Organe h h' auch nach jeder Drehung eingreifbar macht.
Wird kein Heizdampf entnommen und bleiben für diesen Fall, ferner die Organe
i i' und mm' dauernd zu, n n' dauernd auf, dann können die Organe
k k' im ursprünglichen Takt weiter arbeiten.
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Fiig. 7 zeigt zwei Diagramme, wie sie auf Zylinderseite a nach Fig.
i aufeinand'erfolgen mögen.
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i bis 2 sei die Hochdruckfüllung. 2 bis 3
sei die
Expansion bis auf nahezu. Aufnehnerspannung. q. bis 5 sei die Ausschiebperiode in
den Aufnehmer. 5 bis gegen i sei die übliche Kompressionsperiode. Damit ist das
Hochdruckarbeitsspiel beendet und das Niederdruckarbeitsspiel beginnt. Von i bis
6 Rückexpansion des im schädlichen Raume verbliebenen Dampfes. Von 6 bis 7 Füllung
des Zylinders mit Dampf von Aufnehmerspannung. Von g bis io Ausschrieben des Dampfes
in den Kondensator. Von io bis gegen i Kompressionsperiode.
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Fng. 8 zeigt zwei Diagramme, wie sie auf Zylinderseite e nach Fig.
2 aufeinanderfolgen mögen. i bis z ist die Hochdruckfüllung. f> bis ,^. ist die
Füllung mit Aufnehmerdampf. Die gestrichelte Linie 5' bis 1 soll. andeuten, daß
auch mit wechselnder Kompression gearbeitet werden kann. Die übrigen Vorgänge, ergeben
sich ohne weiteres aus der Figur.
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Natürlich kann man nach dem Prinzip dieser Erfindung auch Mehrzylindermaischinen
balgen, die nach den angegebenen Schemen arbeiten und wobei der zurückgeleitete
und nachher abermals expandierte Dampf einem anderen Aufnehmer zugeleitet wird!,
um von diesem aus einer anderen Kraftmaschine zuzufließen, deren: Geschwindigkeitsänderungen
zum Konstanthalten von Druck bzw. zu elektrischen Erregungsänderungen zwecks Regelung
des Aggregats benutzt werden können. PATENTANSPRÜCHE:
i. Mit Aufnehmer arbeitende
Ein;- oder Mehrzylinderwärmekraftmaschine mit mehrfacher Expansion und regelbarer
Abdampfentnahme, dadurch gekennzeichnet, daß bereits Expandierter Dampf, der auch
mit noch nicht oder nicht ganz expandiertem Dampf gemischt sein kann, zu derselben
oder denselben Zylinderseiten zurückgeleitet wird, derart, daß auf einer und derselben
oder auf jeder von mehreren Zylinderseiten Niederdruckarbeitsspiele mit Hochdruckarbeitsspielen
in beliebiger Reihenfolge miteinander abwechseln.
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a. Rückstromwärmekraftrnaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet,
daß einzelne Zylinderseiten stetig einfache Expansion besitzen, um zu starke Verringerungeri
der Heizdampfmenge bzw. zu große Drucksenkungen am Aufnehmer zu vermeiden.
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3. Rückstromwärmekraftmaschine nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß teilweise expandierter Dampf einer anderen Kraftmaschine zugeführt wird, deren
Geschwindigkeitsänderungen 'zum Konstanthalten von Druck bzw. zu Erregungsänderung
zwecks Regelung des Aggregats benutzt werden können.
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d.. Rückstromwärmekraftmaschine nach Anspruch z bis 3, dadurch. gekennzeichnet,
da:ß die mit beliebigen Zylindern bzw. Zylinderseiten zusammenschaltbaren Aufnehmer
zwecks Konstanthaltens von Druck bzw. zu Regelungszwecken beliebig unter sich verbunden
bzw. einer anderen Kraftmaschine vorgeschaltet bzw. hinzu= geschaltet werden: