Titel: | Ueber Neuerungen an Wärmemotoren (Heissluftmaschinen mit Wassereinspritzung). |
Fundstelle: | Band 257, Jahrgang 1885, S. 341 |
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Ueber Neuerungen an Wärmemotoren
(Heiſsluftmaschinen mit Wassereinspritzung).
Patentklasse 46. Mit Abbildungen auf Tafel 23.
Ueber Neuerungen an Wärmemotoren.
Die Zuführung von Wasserdampf in die Cylinder von Gas- und Luftmaschinen ist mehrfach
(vgl. Simon 1879 232 * 108)
vorgeschlagen, um durch die Beimengung des Wasserdampfes zur Gemischladung bezieh.
zur heiſsen Luft zunächst eine Herabminderung der entstehenden Wärme zu bewirken und
dann durch Ueberhitzung des Dampfes die höhere Spannung desselben als weitere
Triebkraft zu benutzen. Diese Art der Verwendung von Wasserdampf ist neuerdings
wieder mehr ins Auge gefaſst worden, trotzdem der erwartete Erfolg bei der Simon'schen Dampf-Gasmaschine nicht eingetreten war und
hierdurch die zweckmäſsige Verwendung des Dampfes für diese Fälle überhaupt in Frage
gestellt schien.
In Fig. 1 bis
3 Taf. 23
ist eine Feuerluftmaschine von Hofmann und Zinkeisen in
Zwickau (* D. R. P. Nr. 29887 vom 16. April 1884) dargestellt, bei welcher eine
Dampfzuführung zu genanntem Zwecke stattfindet. Der Dampf wird aber nicht, wie
bisher, in einem besonderen geheizten Kessel o. dgl. erzeugt, sondern unmittelbar
vor seiner Vereinigung mit der heiſsen Luft bezieh, den Feuergasen durch
Einspritzung von Wasser in den Mischraum gebildet.
Die Verbrennungsgase ziehen deshalb von der Feuerung C
in den mit einer porösen, unverbrennlichen Masse angefüllten Raum D, um sich hier mit Dampf zu schwängern und abgekühlt,
aber mit gesteigerter Spannung durch das Ventil R unter
den einfach wirkenden Arbeitskolben A zu gelangen.
Während die Arbeitsgase den Kolben in die Höhe treiben, drückt derselbe die beim
vorhergegangenen Niedergange durch das Ventil v in den
Arbeitscylinder angesaugte Luft durch das Ventil v1 (Fig. 3) in den Behälter
H. Da in den oberen Theil des Arbeitscylinders
behufs Herabminderung der Verdichtungswärme Wasser eingespritzt wird, so gelangt
auch letzteres nach H. Zwischen diesem Behälter H und dem Mischraume D
besteht ein so geringer Ueberdruck, daſs beständig eine geringe Menge Wasser durch
das Ueberlaufrohr u in den Mischraum gedrückt wird. Ein
Schwimmer Y verhindert ein Aufwallen des Wassers, was
durch die stoſsweise Luftzufuhr hervorgerufen werden würde. Die in den Behälter H gepreſste Luft gelangt durch das Rohr t unter den Rost des Feuerraumes C und theilweise durch einen in dem Rohre t angeordneten Hahn V in
das Gehäuse W und aus diesem durch den Kanal f und die Oeffnung x (Fig. 1)
unmittelbar in den Feuerraum C. Diese Theilung der
Luftmenge ist durch Verstellung des Hahnes V zu regeln.
Die durch das Gehäuse W tretende Luft hat sich in dem
Kanäle f vorzuwärmen und dabei einen Theil der Wärme
des Mauerwerkes aufzunehmen.
Die Steuerung am Arbeitscylinder geschieht durch einen einfachen Muschelschieber S, welcher mit entsprechend groſser äuſserer
Ueberlappung versehen ist und durch ein Excenter Q mit
groſser Voreilung betrieben wird, so daſs die Arbeitsgase mit entsprechend starker
Expansion arbeiten. Die Steuerung mittels eines einfachen Schiebers an Stelle der
sonst üblichen Einlaſs- und Auslaſsventile erscheint bei diesem Motor nicht allein
möglich, sondern auch zweckmäſsig, weil die niedrige Temperatur der Arbeitsgase von
etwa 200 bis 250° noch ein Schmieren der Gleitflächen gestattet, andererseits die
Steuerung vollkommen geräuschlos arbeitet.
Das Schwungrad K ist mit Uebergewicht versehen, welches
beim Aufgange des Kolbens gehoben werden muſs, beim Niedergange desselben aber
förderlich wirkt.
Die Regulirung des Motors erstreckt sich auf die Luftzuführung und auf die
Wassereinspritzung. Der Regulator N ist in das
Schwungrad K eingebaut und dreht sich also unmittelbar
mit der Schwungradwelle. Durch die Centrifugalkraft des Regulators, welcher eine
Spiralfeder entgegenwirkt, wird ein Doppelsitzventil o
mittels eines zweiarmigen Hebels r verstellt. Dieses
Ventil o beherrscht den Eintritt der Luft durch das
Saugventil v in der Luftpumpe. Es kann aber auch in dem
Uebertrittsrohre von der Luftpumpe zum Behälter H, also
im Druckraume O angebracht sein bezieh. durch eine
Drosselklappe ersetzt werden. In beiden Fällen wird, je mehr der Motor entlastet
wird, je mehr er also die Neigung hat, schneller zu gehen, um so weniger Luft in die
Luftpumpe gelassen. In Folge verminderter Luftzufuhr nach dem Ofen sinkt die
Spannung der Verbrennungsgase, zumal der Arbeitscylinder mit fester Expansion
arbeitet und die Abnahme der expandirenden Arbeitsgase groſser ist als deren
Erzeugung. Durch eine Zweigverbindung beherrscht der Regulator auch ein Ventil v2 in der Zuleitung des
Einspritzwassers zum Mischraume. Dadurch wird dessen Zufluſs ebenfalls verändert und
im Grenzfalle ganz abgesperrt. Es ist wichtig, die Zufuhr von Luft und
Einspritzwasser in ein gewisses Verhältniſs zu einander zu setzen, was durch
entsprechende Verbindung der beiden Ventile mit der Regulatorhülse zu erreichen ist.
Nimmt die Zuführung der zur Erhaltung der Verbrennung im Ofen nöthigen Luft mit der
Zuführung von Einspritzwasser in einem bestimmten Verhältnisse ab, so ist es
möglich, die Temperatur der Arbeitsgase bei allen Belastungen des Motors nahezu
gleich zu erhalten.
Der Ofen ist mit den nöthigen Verschlüssen zur Entfernung der Schlacken unter und
über dem Roste, zur leichten Auswechselung des Rostes und zur Aussetzung des
Feuerraumes mit Chamottesteinen versehen. Auch der Mischraum D enthält dem entsprechende Flanschverschraubungen. Die Beschaffung des
Wassers erfolgt durch eine kleine, vom Schieberexcenter Q mittels Hebelwerk getriebene Pumpe L (Fig. 2). Diese Pumpe drückt das
Wasser zunächst in die Ummantelung J des
Arbeitscylinders, wobei letzterer sowie die Liderung des Arbeitskolbens kühl
gehalten wird. Von hier aus führt eine Zweigleitung in die Ummantelung des
Füllschachtes E, um diesen erforderlichenfalls zu
kühlen. Aus der Ummantelung des Cylinders tritt das Wasser durch mehrere kleine
Bohrungen in das Innere des Luftpumpencylinders. Die Füllung des Ofens mit
Brennstoff' erfolgt in der bei Feuerluftmotoren üblichen Weise mittels einer
vorgelegten Luftschleuse F, welche sich zwischen zwei
von auſsen zu öffnenden Ventilen befindet. Die Luftschleuse F steht durch ein Druckausgleichsrohr y mit
dem Füllschachte, in Verbindung. Damit das untere Ventil kühl und dicht bleibt, ist
ein Verbindungsrohr G zwischen dem Lufträume im
Behälter H und dem Füllschachte vorgesehen, durch das
etwas Luft überströmt und welche die unter dem Ventile sich ansammelnde heiſse Luft
verdrängt.
Mittels des Regulirhahnes V ist man im Stande, durch
Absperrung der Luft vom Ofen bei gleichzeitiger Absperrung der Einspritzwassermengen
den Motor zum Stillstande zu bringen. Beim Auslaufe desselben nimmt der Druck im
Behälter H noch bis zu einem gewissen Grade zu während
andererseits der Druck im Ofen abnimmt. Die Zunahme des Druckes im Behälter H und die Höhe des Wasserstandes in demselben wird
durch das Standrohr l und ein Sicherheitsventil
beobachtet, überschreitet der Druck ein gewisses Maſs, so strömt Luft und Wasser
durch das letztere frei ab. In gleicher Weise kann der Motor wieder durch
Umsteuerung des Regulirhahnes V von Neuem in Gang
gesetzt werden.
Auch bei der Luftmaschine von Wilh. Schmidt in
Braunschweig (* D. R. P. Nr. 31487 vom 10. Juni 1884) wird in ähnlicher Weise, wie
eben beschrieben, die Dampfbildung durch eingespritztes Wasser bewirkt. Dieses
Wasser wird zunächst in den Cylinder eingeführt, um denselben zu kühlen und zu
schmieren, und zwar bei einfach wirkenden Maschinen (wie bei der Maschine von Hofmann und Zinkeisen) auf der nicht arbeitenden
Kolbenseite, bei doppelt wirkenden Maschinen aber immer in den soeben als
Arbeitseite benutzten Raum, also abwechselnd auf beide Kolbenseiten. Im letzteren
Falle soll aber die Wassereinspritzung erst stattfinden, wenn die heiſse Luft ihre
Arbeit geleistet hat.
Bei der in Fig.
5 Taf. 23 dargestellten einfach wirkenden, offenen Heiſsluftdampfmaschine
werden die durch das Rohr d dem Erhitzer entnommenen
heiſsen Gase in die Abtheilung c des Schieberkastens
geleitet und treten aus derselben durch das Ventil b
auf die Arbeitseite a in den Cylinder. Beim Rückgange
des Kolbens werden die gebrauchten Gase, nachdem sich das Ventil b geschlossen hat, durch den Schieber e zum Kanale f geführt und
von hier weiter ins Freie geleitet. Während dieser Abführung der Gase auf der
Arbeitseite werden auf der rechten Kolbenseite durch das Rohr g und eine entsprechende Aussparung im Schieber e Luft und Wasser angesaugt; die vorher von den Arbeitsgasen bestrichenen
Cylinderwände werden also gekühlt, indem sie gleichzeitig ihre Wärme an das
eingeführte Gemenge abgeben. Geht der Kolben nun abermals Arbeit verrichtend nach
rechts, so wird das auf der rechten Cylinderseite befindliche Gemenge aus Luft und
Wasser unter entsprechender Verdichtung durch den kurzen Cylinderkanal und eine
andere Schieberaussparung in die Abtheilung h des
Schieberkastens und von hier in das Rohr i zur
Heizvorrichtung gedrückt. In letzterer wird das Wasser verdampft und die Luft
erhitzt; das Gemisch gelangt dann in dem Rohre d
aufsteigend wieder zur Cylinderseite a.
Die Erhitzung der Luft bezieh. die Verdampfung des Wassers findet in einem
Schlangenrohre statt, welches aus einer Anzahl über einander angeordneter Spiralen
besteht; die inneren und äuſseren Enden derselben sind aus der Ebene etwas
hochgebogen, so daſs ihre Verbindung durch Muffen o. dgl. erfolgen kann. Dieses
Schlangenrohr wird von den Gasen einer Feuerung umspült.
Zur Regelung der Wärme der Arbeitsgase und des Wasserzuflusses werden folgende
Einrichtungen verwendet: Haben die Arbeitsgase eine zu hohe Wärme, so dehnt sich die
im Räume k eingeschlossene Luft aus, in Folge dessen
die Klappe l im Luftzuführungsrohre für die Feuerung
mittels Hebelwerk geschlossen, die Luftzufuhr herabgemindert, also das Feuer
abgeschwächt wird. Die Gase in der Schieberkastenabtheilung h wirken unmittelbar durch ihren Druck auf die elastische Scheibe m und auf diese Weise mittels eines Gestänges auf einen
Hahn, welcher den Wasserzufluſs mehr oder weniger öffnet. Bei übergroſser Spannung
der Arbeitsgase wird also die Luftklappe l geschlossen
und die Wasserzufuhr abgestellt; die Spannung wird dann in Folge geringerer
Dampfbildung vermindert.
Fig. 7 Taf. 23
zeigt die Führung der Gase bei einer einfach wirkenden
geschlossenen Heiſsluftdampfmaschine. Die Gase
gelangen von der Heizschlange durch das Ventil b auf
die Arbeitseite a des Kolbens und treiben denselben
nach rechts. Beim Rückgange werden die Gase durch den Kanal c, den Schieber und Kanal d auf die nicht
arbeitende Cylinderseite geleitet, um hier durch Wassereinspritzung aus dem Kanäle
e verdichtet zu werden. Ein erneuter Vorschub des
Kolbens treibt die Gase dann zur Heizschlange.
Bei der doppelt wirkenden geschlossenen
Heiſsluftdampfmaschine (Fig. 6 Taf. 23) wird der
Kolben durch die vom Rohre d herkommenden heiſsen Gase
nach rechts vorgeschoben, während auf der rechten Seite Wassereinspritzung durch den
Hahn a stattfindet, und das hier abgekühlte bezieh.
verdichtete Gemisch gelangt durch den Kanal c und ein
Ventil am Schieber e in den Schieberkasten, um durch
das Rohr k zur Heizschlange zu flieſsen.
Eine weitere Ausbildung des geschilderten Verfahrens hat J.
Hargreaves
in Widnes, England (* D.
R. P. Nr. 31651 vom 30. September 1884) angegeben. Hier soll beim Verdichten der zum
Betriebe nöthigen Luft in der Luftpumpe Wasser in Form eines Sprühregens mit der
Luft angesaugt werden. Die Luft und der Wasserdunst in Verbindung mit einem etwaigen
Ueberschusse an nicht verdunstetem Wasser aus dem Sprühregen werden dann durch ein
Gefäſs hindurchgeführt, das etwa durch die heiſsen Auspuffgase der Maschine
dergestalt erhitzt wird, daſs diese Gase in einer der Richtung der Preſsluft und des
Wasserdunstes entgegengesetzten Richtung weiter zu den Arbeitscylindern geführt
werden. Die Hitze der Auspuffgase bewirkt, daſs aus dem überschüssigen Wasser des
Sprühregens Dampf gebildet wird, welcher sich mit der Preſsluft vermischt, trotzdem
dieses Wasser unter dem normalen Siedepunkte sich befindet.
Wie Fig. 4 Taf.
23 andeutet, wird das vom Zerstäuber d dicht über dem
Einlaſsventile b der Pumpe a ausgespritzte Wasser mit der Luft eingesaugt und das Gemisch unter
Verdichtung durch die Pumpe in den Schlangenkanal g des
Erhitzers f und das Rohr l
zum Arbeitscylinder geleitet. Durch das Rohr m kommen
die Abgase vom Arbeitscylinder zurück, um durch den Kanal h zu streichen, ihre Hitze an die Wasserluftmischung im Kanäle g abzugeben und durch n
ins Freie zu entweichen. Die Zwischenplatten des Erhitzers f in dem Kanäle g sind mit Erhöhungen k versehen, welche das Wasser bis zur völligen
Verdampfung zurückhalten sollen.