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Verfahren und Vorrichtung zum riiekkiihlerlosen Betrieb von Fahrzeugantriebsanlagen.
Vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass bei Fahrzeugen, die durch Brennkraftmaschinen angetrieben werden, die Abführung der Kühlwärme der Betriebseinrichtungen und Betriebsmittel besondere Schwierigkeiten macht. Wird sie durch Rüekkühlung beseitigt, so entsteht nicht nur der Nachteil, dass durch die an die Aussenluft abgegebene Wärme ein unwiederbringlicher Verlust an der zugeführten Energie entsteht, sondern auch ein erheblicher Aufwand an Kühlvorrichtungen und Energie zum Betrieb dieser erforderlich wird. So müssen beispielsweise bei Diesellokomotiven besondere Kühltender mitgeführt werden, in denen das Kühlwasser der Brennkraftmasehine rtickgekühlt wird.
Das Mitschleppen des Kühltenders und der Antrieb des in diesem angeordneten Ventilators erfordert die Aufwendung einer besonderen Leistung, zu der der Leistungsverlust in Form der an die Aussenluft ab-
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man versucht, die Rückkühlung durch Anwendung der Siedekühlung zu ersparen ; eine allgemeinere Anwendung kann dieses Aushilfsmittel wegen der erhöhten Betriebsgefahr und der Unmöglichkeit, bei grösseren Fahrzeugen den Verlust an Kühlwasser durch Nachfüllen von Frischwasser zu beseitigen, nicht finden ; ausserdem ist das Siedekühlverfahren ebenso unwirtschaftlich wie das Rückkühlverfahren mit der Abgabe der Kühlwärme an die Aussenluft.
Vorliegende Erfindung setzt sich infolge der geschilderten, mannigfachen Nachteile des Rückkühlverfahrens zum Ziel, einen rückkühlerlosen Betrieb für durch Brennkraftturbinen angetriebene Fahrzeuge durchzuführen. Erfindungsgemäss wird das Betriebsverfahren von Fahrzeugantriebsanlagen, die aus gebläseantreibenden Verpuffungsbrennkraftturbinen und Fahrzeugantriebsleistung abgebenden Dehnungsmaschinen bestehen, durch Erzeugung von Nutzdampf mit der zur Kühlung der Betriebseinrichtungen oder der Betriebsmittel oder beider abzuführenden Wärme und durch Leitung des Nutzdampfes in Fahrzeugantriebsleistung entwickelnde Dehnungsmaschinen ruckkühlerlos ausgestaltet.
Dieses neue und eigenartige Verfahren gewährt zunächst den Vorteil, dass die Rückkühler mit allen ihren Nachteilen wegfallen. Ein weiterer ausschlaggebender Vorteil entsteht dadurch, dass die in Dehnungsmaschinen ausnutzbaren Ausströmgase der Verpuffungsbrennkraftturbine sowie der erfindungsgemäss erzeugte Nutzdampf speicherungsfähige Betriebsmittel sind, die somit auf die die Fahrzeugantriebsleistung abgebende Dehnungsmaschinen mit vollem Eintrittsdruck unter Entwicklung der zum Anfahren des Fahrzeuges erforderlichen maximalen Leistung zur Wirkung gebracht werden können. Vorteilhaft sind diese Dehnungsmaschinen als Turbinen ausgeführt. Als zu kühlende Betriebseinrichtungen kommen insbesondere die Brennkraftturbinen und die Gebläse in Betracht.
Mit der zur Kühlung der Verpuffungsbrennkraftturbine selbst abzuführenden Wärme wird Nutzdampf erzeugt, der in die Fahrzeugantriebsleistung entwickelnden Delmungsmaschinen, insbesondere in Fahrzeugantriebsleistung entwickelnde Dampfturbinen, eingeleitet wird. Mit der zur Kühlung der Gebläse abzuführenden Wärme wird infolge des tieferliegenden Temperaturniveaus der Kühlwärme zweckmässig Speisewasser vorgewärmt, zu dessen Verdampfung die Kühlwärme der Verpuffungsbrennkraftturbine dient : der erzeugte Nutzdampf wird wieder in die Fahrzeugantriebsleistung entwickelnden Dehnungsmaschinen eingeleitet.
Als Betriebsmittel, deren Kühlwärmen abzuführen sind, kommt insbesondere die von den Gebläsen gelieferte Ladeluft in Betracht ; auch die Temperatur der Ausströmgase wird zweckmässig herabgezogen, bevor sie den Dehnungsmaschinen zur Arbeitsleistung zugeleitet werden. In weiterer Durchführung der Erfindung
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kann daher eine Vorwärmung von Speisewasser mit der zur Kühlung der Ladeluft abzuführenden Wärme vorgenommen werden ; das vorgewärmte Speisewasser wird mittels der zur Kühlung der Brenn- kraftturbine abzuführenden Kühlwärme verdampft ; der erzeugte Dampf wird Fahrzeugantriebsleistung entwickelnden Dehnungsmaschinen zugeleitet.
Eine Überhitzung des auf diese Weise erzeugten Dampfes mit der zur Kühlung der Ausströmgase der Verpuffungsbrennkraftturbine abzuführenden Wärme hat den Vorteil, dass die Temperatur der Ausströmgase vor Beaufschlagung der Dehnungsmaschine und insbesondere der Dauerstromturbine auf ein unschädliches Mass herabgezogen wird. Schliesslich kann eine Vorwärmung des Speisewassers auch mit der ausnutzbaren Wärme niederer Turbinenstufen unter Abkühlung der Abgase bzw. des Abdampfes derselben vorgenommen werden, worauf die Verdampfung des so vorgewärmten Wassers mittels der zur Kühlung der Verpuffungsbrennkraftturbine abzuführenden Wärme und die Einleitung des so erzeugten, gegebenenfalls überhitzten Dampfes als Nutzdampf in die Dehnungsmaschinen folgt.
Es kann auch das mittels der Abwärme niederer Turbinenstufen vorgewärmte Speisewasser eine nochmalige Vorwärmung durch die zur Kühlung der Ladeluft bzw. der Gebläse abzuführenden Wärme erfahren, worauf wieder die Verdampfung und Ausnutzung des erzeugten Nutzdampfes in dem Dampf teil der die Fahrzeugantriebsleistung entwickelnden Dehnungsmaschinen herbeigeführt wird.
Es ist zwar schon vorgeschlagen worden, bei Fahrzeugen mit Kolbenbrennkraftmaschinen als Antriebsmasehinen die Kühlwasser-und Auspuffgaswärme zur Dampferzeugung zu benutzen und den erzeugten Dampf in Fahrzeugantriebsleistung entwickelnde Dampfmaschinen zu leiten. Bei den Gegen-
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Antriebsorganen des Fahrzeuges, durch starre Kupplung, beispielsweise mit dem Triebwerk einer Lokomotive, unmittelbar Fahrzeugantriebsleistung entwickelnde Kraftmaschine, so dass derartige Aggregate infolge des während des Anfahrens vollkommen ungenügenden Drehmomentes der Brennkraftmasehine
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diese schwerwiegenden Nachteile der bekannten Einrichtungen in einfachster Weise beseitigt.
Die Vorrichtungen zur Durchführung des neuen Verfahrens kennzeichnen sieh durch Anordnung teils mit gespannten Ausströmgasen, teils mit gespanntem Dampf im Dauerstrom betriebener Dehnungmaschinen, welche die abzugebende Leistung, insbesondere die Fahrzeugantriebsleistung, entwickeln. Ausströmgase und Dampf sind nämlich Treibmittel, welche von einer die Ladeluftgebläse antreibenden Verpuffungsbrennkraftturbine, die mit Einrichtungen zur Verwertung ihrer Abwärme versehen ist, unmittelbar geliefert werden. Die Einrichtungen zur Abwärmeverwertung dienen zweckmässig gleichzeitig als Ausgleichsräume für die Ausstromgase, so dass die Ausströmgase der Dehnungsmasehine im Dauerstrom zugeleitet werden können.
Die vorteilhaft als Turbinen ausgeführten Dehnungsmasehinen können also beim Anfahren von beiden Treibmitteln unter vollem Eintrittsdruck beaufschlagt werden. so dass sie die erforderliche Anfahrleistung entwickeln.
Die Zeichnung zeigt eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Ausführungsform des Erfindungsgedankens am Beispiel einer durch Brennkraftturbinen angetriebenen Lokomotive.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch die Lokomotive, während
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In beiden Figuren bezeichnet 1 eine Verpuffungsbrennkraftturbine mit bekannter Holzwarth'scher Ausbildung. In die Verpuffungskammern, deren eine in Fig. 1 durch punktierte Linien in ihren Wesensmerkmalen angedeutet ist, werden die Betriebsmittel durch gesteuerte Einlassorgane 2 eingeführt. Sobald sich in der Kammer 3 das Gemisch gebildet hat, wird es entzündet. Die heissen Feuergase werden über das geöffnete Düsenventil 4 auf das als zweikränziges Curtisrad ausgebildete Laufrad 5 der Verpuffungsbrennkraftturbine zur Wirkung gebracht. Dieses Laufrad ist über ein Getriebe 6 mit dem Gebläse 7 gekuppelt, das zur Erzeugung der Ladeluft der Verpuffungsbrennkraftturbine dient.
Die Luft wird über Stutzen 8 angesaugt und über Leitung 9 im verdichteten Zustand den Einlassorganen 2 der Verpuffungs- brennkraftturbine zugeführt. Die im Laufrad 5 der Verpuffungsbrennkraftturbine teilweise entspannten Feuergase werden über Leitung 10 einem Wärmetauscher 11 zugeführt, nach dessen Durchströmen sie
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die dort bis auf Auspuffspannung abgearbeiteten Feuergase einen zweiten Wärmetauscher 14 durchströmt haben, werden sie über Stutzen 15 in die Atmosphäre entlassen.
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Sämtliche zu kühlenden Teile der Verpuffungsbrennkraftturbine sind mit einem Kühlölfilm umgeben, auf den sieh die abzuführende Kühlwärme überträgt.
Die aufgeheizten Kühlölströme vereinigen sich zu einem Kühlölstrom, der durch Wirkung der Umwälzpumpe 16 aus der Verpuffungsbrennkraftturbine über Leitung 17 abgezogen wird. Die Pumpe 16 führt den aufgeheizten Kühlölstrom über Leitung 18 in einen als Dampfkessel ausgebildeten Wärmetauscher 19. Nachdem das Kühlöl dort die
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turbine zu, in der es die Kühlwärme wieder aufnimmt, um sie im Kreislauf im Wärmetauscher 19 wiederum abzugeben. Dem Wärmetauscher 19 wird Speisewasser zugeführt, das über Frischwasserleitung 21 in einen Wärmetauscher 22 eingeleitet worden war, der in der Ladeluftleitung 9 vorgesehen ist.
Das durch Leitung 21 eingeleitete Frischwasser dient dort zur Kühlung des der Verpuffungsbrennkraftturbine zuzuführenden Ladeluftstromes, so dass es, durch die Kühlwärme der Ladeluft vorgewärmt, nach Verlassen des Wärmetauschers 22 über Leitung 23 vorgewärmt abgezogen werden kann. Das vorgewärmte
Speisewasser wird dem Wärmetauscher 14 zugeführt, in dem es durch die Restwärme der Auspuffgase der Dauerstromturbine eine weitere Vorwärmung erfährt. Das auf diese Weise hoch vorgewärmte Speisewasser strömt unter Wirkung einer nicht gezeichneten Förderpumpe über Leitung 24 dem Wärmetauscher19 zu, in dem es verdampft wird.
Der Dampf wird bei 25 gesammelt und über Leitung 26 dem abgasbeheizten Wärmetauseher 11 zugeführt, in dem der Dampf seine Überhitzung erfährt. Der überhitzte Nutzdampf wird über Leitung 27 aus dem Überhitzer abgezogen und der Dampfturbine 28 zugeführt. Nachdem er dort abgearbeitet worden ist, strömt er über Leitung 29 ins Freie. Sowohl die Dauerstromturbine M wie die Dampfturbine 28 geben ihre Leistung über ein gemeinsames Kegelräderwendegetriebe. ? auf die Blindwelle 31 der Lokomotive ab, von der aus in an sich bekannter Weise die vierfach gekuppelten Triebräder angetrieben werden. Die bei dem beschriebenen Verfahren auftretenden Druck-und Temperaturverhältnisse sind etwa folgende :
Dem Wärmetauscher 22 wird das Frischwasser mit etwa 20 zugeführt.
Es erfährt unter Kühlung der vorteilhaft zweistufig auf 6'5 Atm. komprimierten Ladeluft eine Vorwärmung auf etwa 100 . Im Wärmetauscher 14 erfährt das mit etwa 100 eingeführte Frisehwasser unter Kühlung der die Dauerstromturbine verlassenden Ausströmgase eine Aufheizung von etwa 165 . Über Leitung 24 strömt das so vorgewärmte Speisewasser dem Dampfkessel 19 zu. Dampfkessel 19 wird mit Kühlöl beschickt, das die
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wird daher mit etwa 5 at beaufschlagt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum ritckkühlerlosen Betriebe von Fahrzeugantriebsanlagen, die aus gebläsean- treibenden Verpuffungsbrennkraftturbinen und Fahrzeugantriebsleistung entwickelnden Dehnung- maschinen bestehen, gekennzeichnet durch Erzeugung von Nutzdampf mit der zur Kühlung der Betriebs- einrichtungen oder Betriebsmittel oder beider abzuführenden Wärme und Leitung des Nutzdampfes in unmittelbar Fahrzeugantriebsleistung abgebende Dehnungsmaschinen.