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Eraftmaschinenanlage mit dampfförmigem Treibmittel.
Die meisten Kraftübertragungsanlagen erfordern besondere Massnahmen oder Einrichtungen zur
Bewältigung stärker variabler Leistungsbedürfnisse.
Ein Weg besteht in der Schaffung von Energiereserven in Form von Behältern. Speichern, Akkumulatoren od. dgl., wie sie insbesondere bei Druckluft-, Dampf-und elektrischen Gleichstromanlagen eingeführt sind. Oft genügt schon die Speicherfähigkeit des Dampferzeugers und die Überlastbarkeit desselben und der angehängten Dampfmaschine.
Ein zweiter Weg ist die Bemessung der Anlage für die Spitzenleistung, wie bei Verbrennungskraftmaschine, Wechselstromanlagen usw. Die volle Ausnutzung findet dann nur zeitweise statt, was die Gesamtwirtschaftlichkeit ungünstig beeinflusst.
Ein dritter, dem vorangehenden verwandter Weg besteht in der Bereitstellung entsprechender Zusatzmaschinen, was wieder zu Überbemessung der Anlage und herabgesetzter Wirtschaftlichkeit führt.
Besonders ausgeprägt werden die Schwierigkeiten, wenn es sich um länger anhaltende Überleistungen und um bewegliche Anlagen (Lokomotiven, Schiffe od. dgl.) handelt oder um Verbrennungkraftmaschine mit ihrer bekanntlich geringen Überlastbarkeit.
Zweck der Erfindung ist, Anordnungen anzugeben, durch welche im Falle der Kraftübertragung vermittels eines dampfförmigen oder gasförmigen, in geschlossenem oder geöffnetem Kreise geführten und nach der Arbeitsleistung wiederverdichteten Treibmittels die Schaffung von grösserer Zusatzenergie mit geringen Baukosten, geringem Raumbedarf und guter wirtschaftlicher Ausnutzung ermöglicht wird.
Die Erfindung beruht darauf, dass besondere und besonders geschaltete Zusatzdampferzeuger dem System beigegeben werden und für die wirtschaftliche Ausnutzung des von ihnen erzeugten Dampfes geeignete und entsprechend geschaltete Maschinen vorgesehen sind.
In den Fig. 1-3 sind schematisch Ausführungsbeispirle dargestrllt. Fig. 4 zeigt eine Einzelheit.
Die Hauptteile einer solchen Anlage sind : der Verdichter 1, angetrieben durch die Kraftmaschine 2, welche z. B. eine schwer umsteuerbare und mässig elastische, aber wirtschaftliche Verbrennungskraftmaschine sein kann. Der durch die Leitung 3 aus dem Niedeidruckbehä. lter 5 angesaugte und im Verdichter 1 komprimierte Dampf gelangt durch die Rohrleitung 4 in den Hochdruckbehälter 6 und aus diesem durch die Leitung 7 zur Arbeitsmaschine 8. Der entspannte Dampf kehrt durch die Leitung 9 in den Niederdruckbehälter 5 zurück.
In bekannter Weise kann dem System für kurze Perioden die erforderliche Energiereserve und eine Steigerung der Elastizität durch entsprechend bemessene Speicher (im Falle des Dampfkreislaufes am besten Flüssigkeitswärmespeicher) auf der Hochdruck-bzw. Niederdruckseite erteilt werden. In den Figuren bezeichnet 10 einen solchen Hochdruekspeieher in Parallelschaltung zum Kreislaut. Es wäre natürlich auch dessen direkte Einschaltung in den Hochdruckteil4-6-7 möglich, unter Umständen in Vereinigung mit dem Hochdruckbehälter 6. Die analogen Einrichtungen sind auf der Niederdrurkseite vorhanden ; nach den Figuren ist der Niederdruckbehälter 5 als Speicher ausgebildet. In der praktischen
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Sicherheitsventile, Speisung usw., in den Figuren nur teilweise angedeutet) vorgesehen.
Die zwischen den eingeschalteten Speichern pendelnde, die Zusatzenergie enthaltende Dampfmenge wird dank der Überlastbarkeit der Dampfmaschine in der Arbeitsmaschine 8 des Kreises
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mitausgenutzt. Bei hohen Füllungsgrades der Dampfmaschine entsteht aber durch die sehr unvollständige Dehnung des Dampfes ein zusätzlicher Energieverlust.
Die Speicher können bei beweglichen und bei vielen ortsfesten Anlagen nicht so gross bemessen werden (räumliche oder wirtschaftliche Gründe), wie dies grössere Zusatzleistungen, etwa auf längeren Steigungen im Gebiete von Stromsehnellen, bei voller Fahrt der Kriegsschiffe oder in ähnlichen Fällen, erfordern würden. Diese Aufgabe sollen die Zusatzkessel übernehmen. Sie können auf der Hochdruckseite (11 in Fig. 2) oder auf der Niederdruckseite oder an beiden Stellen (11 und 12 in Fig. 3) eingeschaltet oder auch dadurch verwirklicht werden, dass man die Speicher mit einer geeigneten selbständigen oder Auspuffgas (Abhitze) feuerung oder in bekannter Weise auch mit deren Kombination versieht und so als Zusatzkessel ausbildet (z.
B. 5 in Fig. 1). Zweckmässig können die Kessel mit Überhitzern versehen sein, welche in gleicher Art wie die Kessel befeuert werden.
Der zusätzlich erzeugte Dampf bedeutet natürlich einen Überschuss im Kreise, der aus demselben entfernt werden muss. Im allgemeinen wird auch der Verdichter 1 mit gleichbleibendem Ansaugevolumen arbeiten, also den auf der Niederdruckseite angesammelten oder zusätzlich erzeugten Dampf, von einer kleinen, durch die vorgesehenen Druckschwankungen der Speicher bestimmten Zusatzmenge abgesehen, nicht mehr aufnehmen. Bei Abwesenheit entsprechender Vorkehrungen würde also der Überschuss auf der Unterstufe durch die Sicherheitsventile abgeblasen. Aber auch der auf der Oberstufe aus den Hochdruckkessel beigesteuerte Dampf wird in der-zweckmässig nur für das normale Maximum der erforderlichen Leistung bemessenen-Dampfmaschine nur mit starkem Abfall am Ende der Dehnung verarbeitet.
Es empfiehlt sich deshalb, die Anlage durch eine geeignete Zusatzmaschine (13 in Fig. 1 bis 4) zur Verarbeitung des Zusatzdampfes zu ergänzen. Dabei ist zu beachten, dass die Druckgrenzen des geschlossenen Kreislaufes beliebig gewählt werden können, und es ist bekannt, mit Rücksicht auf die erreichbare ausserordentliche Verminderung aller Abmessungen des Dampfkreises das Druckgebiet möglichst hoch zu halten, beispielsweise 8-12 Atmosphären auf der Unter- und 30-40 Atmosphären auf der Oberstufe. Der Zusatzdampf der Niederdruckseite stellt also dank seiner hohen Drücke immer noch eine beträchtliche Energiemenge dar.
Man wird also die Zusatzmasehine 13 in zweckentsprechender Weise als Niederdruckdampfmaschine ausbilden, im Gegensatz zur normalen, dem Kreise angehörigen Hochdruekmaschine 8.
Diese Lösung bietet noch weitere Vorteile : Bei hohen Füllungsgraden der Hauptmaschine kann die Zusatzmaschine zur vollständigeren Ausnutzung des Druckgefälles im Kreise durch zweistufige Dehnung hinter die Hauptmasohine geschaltet werden, wobei die Umschaltung willkürlich vom Führer aus oder zwangläufig mit der Füllungsregelung der Hauptmaschine verbunden eingeleitet werden kann.
Anderseits kann die Zusatzmaschine den aus den Abfallwärmen (Kühlwasser und Auspuff des Motors, thermodynamische Verluste des Kreislaufes usw. ) auf der Niederdruckseite ständig erzeugten Zusatz- dampf verarbeiten.
Die Zusatzmaschine ist also nicht nur als ein Teil der Energiereserve zu betrachten, sondern sie kann auch mit bestem wirtschaftlichem Erfolg den Arbeitsbedingungen des normalen Kreislaufes angepasst werden. Durch eine Kondensationsanlage, wie sie auf Schiffen und in ortsfesten Anlagen besonders einfach beigestellt werden kann, wird das Druckgebiet und dementsprechend auch die Zusatzarbeit der Niederdruckmaschine bedeutend vergrössert.
Es ergibt sich also, dass die Zusatzmaschine als zu-und absehaltbare Einheit ausgeführt werden kann oder als ständig mitwirkender Teil, wobei sie entweder als Anhang des Kreislaufes den in den Niederdruckspeichern und Kesseln entstehenden Dampfüberschuss verarbeitet oder, hinter die Hauptmaschine geschaltet, dem Kreislaufe eingefügt werden kann.
Im letzteren Falle werden durch die in Fig. 4 angegebenen, konstruktiv auch als ein einziges zusammengesetztes Organ ausführbaren Umschaltorgane 16, 17, 18 die auch in Fig. 1-3 ersichtlichen Leitungen 14 zwischen Niederdruckkessel bzw. Speichern und Einlass der Zusatzmaschine 13, 15 vom Auslass der Zusatzmasehine bis zum Kondensator oder ins Freie, 9 vom Auslass der Hauptmaschine 8 bis zu den Niederdruckbehältern 5 geschlossen, dafür aber die Verbindungsleitung 19 zwischen Auslass der Hauptmasohine 8 und Einlass der Zusatzmaschine 13 und Rückleitung 20 von der Zusatzmaschine bis zu den Niederdruckbehältern 5 geöffnet.
Ein bei derartigen Anlagen mit geschlossenem Kreislauf mit wesentlich über Atmosphärendruck liegenden Drücken auf der Unterstufe möglicher Weg, um eine wirksame Überleistung, z. uw. ohne Überbelastung des Verdichters und seines Antriebes, zu erzielen, besteht darin, dass der Kreis im Niederdruckteil, zwischen der Maschine 8 und dem Niederdruckbehälter, geöffnet wird. Zu diesem Zwecke dient das Umschaltorgan 21 (Fig. 1 bis 4), das die Arbeitsmaschine auf freien Auspuff schaltet und gleichzeitig den Rohrstrang 9 gegen den Niederdruckspeicher (Behälter) abschliesst, um dessen unnütze Mitentleerung zu verhindern.
Der Verdichter hat dabei nur die zwischen Nieder-und Hochdruekteil bestehende Druckdifferenz zu überwinden, die Arbeitsmaschine 8 bzw. die hintereinandergeschaltete Gruppe 8 und 13 in Fig. 4 arbeitet dagegen mit dem wesentlich höheren Druckgefälle (Hochdruckteil bis Atmosphärendruck). Durch Drosselung vermittels des Hahnes, Ventils oder Schiebers 21 kann der Gegendruck der Arbeitsmaschine verändert und so die Grösse der Überleistung abgestuft werden.
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dabei die Speicher entladen werden, was nur bis zu einem geringen Grade zulässig ist, da sonst die Leistungfähigkeit des Kreises zu stark abnimmt. Sind aber die Kessel in Betrieb, so liefern sie die ausgepuffte Menge oder einen Teil davon, je nach ihrer Bemessung.
Die Überleistung kann also länger ausgenutzt werden. Die Kesselgruppe und die Zusatzmasehine bedeuten also auch in diesem Falle eine Erhöhung der Leistungsfähigkeit bzw. der wirtschaftlichen Ausnutzung.
PATENT-ANSPRÜCHE :
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senem Kreislauf zugeführt wird, bei der in der Niederdruck-oder der Hochdruekstufe oder in beiden Stufen besondere Dampfkessel in den Kreislauf oder parallel zu diesem geschaltet sind, gekennzeichnet durch eine die Hauptmaschine (8) unterstützende Zusatzmaschine (1. 3), die den in diesen Dampfkessel im Bedarsfall erzeugten Dampf unmittelbar bzw. nach Durchgang durch die Hauptmaschine im Auspuffoder Kondensationsbetrieb verarbeitet.