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Speisewasservorwärmer für Kessel.
Die Erfindung betrifft einen Speisewasservorwärmer für Kessel und insbesondere für Lokomotivkessel und eignet sieh insbesondere für Mischvorwärmer mit einer kaltes Wasser und Heizdampf unter einem gewissen Druck aufnehmenden Kammer, der Mischkammer, und einer mit ihr durch eine Leitung mit Wasserdichtung verbundenen Verteilungskammer, die mit der Aussenluft durch Entgasungsöff- nungen in Verbindung steht.
Der Zweck der Erfindung besteht darin, eine möglichst wirtschaftlich arbeitende Einrichtung zu schaffen, und dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass
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enthalten kann, b) die hydraulische Verbindung so ausgebildet ist, dass das darin enthaltene Wasser durch den in der Mischkammer vorhandenen Druck aus der hydraulischen Verbindung periodisch herausgedrückt
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e) am Boden des den Warmwasserüberschuss aufnehmenden Teiles der Verteilungskammer ein U-Rohr oder eine gleichwirkende Vorrichtung mündet, welche die Wasserübersehussableitung ohne Dampfverlust gestattet.
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beispiele der Zeichnungen Bezug nimmt.
Es stellen dar : Fig. 1 und 2 zwei Ausführungsformen der Erfindung bei Verwendung einer U-förmigen Leitung ; Fig. 3 und 4 ähnliche Ausführungen, in denen jedoch die U-förmige Leitung ein selbstwirkendes Ventil enthält ; Fig. 5 eine Ausführungsform des Ventils im Schnitt ; Fig. 6 schematisch eine weitere Bauart des in Fig. 3 verwendeten Ventils ; Fig. 7 eine Ausführungsform, bei welcher das Ventil durch eine Membrane ersetzt ist ; Fig. 8 schematisch die Gesamtansicht
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tätigen Ventils im grösseren Massstabe im Schnitt ; Fig. 10 eine weitere Ausführungsart der Erfindung im grösseren Massstabe im Schnitt und Fig. 11 ein Schema dieser Ausführungsform.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, hat der Vorwärmer zwei Kammern 1, 2, deren eine Kammer 1 als Mischkammer und die zweite 2 als Verteilungskammer dient. Der Heizdampf, welcher vom Auspuff der Maschine oder vom Zwischenbehälter einer Doppelexpansionsmaschine oder vom Dampfkessel kommt, tritt durch die Düse 3 mit dem Entöler 4 in die Mischkammer ein, während das kalte Wasser bei 5 durch eine Pumpe 6 eingespritzt wird, deren Speisung durch eine zum Kaltwasserbehälter (z. B. dem Lokomotivtender) führende Leitung 7 bewirkt wird. Die beiden Kammern sind untereinander durch ein Rohr 8 verbunden, dessen unteres Ende in eine Vertiefung 19 des Bodens 1 mündet.
Das warme Wasser wird durch die Leitung 9 aus der Kammer 2 von einer Pumpe 10 angesaugt, welche es durch eine Leitung 11 in den Kessel drückt ; der Wasserübersehuss fliesst in die Abteilung 12 über. Die beiden Kammern 1, 2 sind in ihren oberen Teilen mit je einer kleinen Öffnung 13 bzw. 14 versehen, deren Bemessung derart ist, dass die aus dem Wasser entweichenden Gase nach aussen dringen können, ohne dass ein merklicher Heizdampfverlust auftritt.
Die Überlaufabteilung 12 wird durch ein U-förmiges Rohr 15 mit einem Behälter 16 verbunden, welcher bei 17 nach aussen offen ist und entweder einen Teil der Kammer 2 bildet oder als unabhängiger
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Der Behälter--M ist überdies durch eine Entleerungsleitung M mit der Saugleitung der Kaltwasserpumpe verbunden.
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der Dampf in einer unbedeutenden Menge austritt.
Unter diesen Umständen wird während des Betriebes das Wasser in der Kammer 1 durch Vermischen mit Dampf erhitzt, wobei sich das erwärmte Wasser am Boden der Kammer 1 und in der Vertiefung 19 sammelt : infolge des Dampfdruckes steigt das Wasser
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der der Höhe der Wassersäule in Verbindungsleitung 8 entspricht, so dringt auch der Dampf in die Kammer 2 ein, kann aber nicht durch das U-förmige Rohr 15 entweichen, weil das letztere tief genug verläuft, ist, wie Versuche bewiesen haben, der Dampfverlust durch die Entgasungsöffnungen 13, 14,
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weise der Wasserspiegel im rechten Schenkel des Rohres bis a-a sinkt.
Mit andern Worten, der Vor- wärmer kann mit Dampf von solchem Höchstdruck gespeist werden, der der Summe der Höhen der Wassersäulen in Röhren 8 und 15 entspricht.
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vorhandensein des Rohres 15 zulässig wäre, verwenden, so dass man entsprechend die Wassertemperatur, ohne nennenswerten Verlust durch Dampfausströmung nach aussen, erhöhen kann. da. wie oben erwähnt, der Dampfverlust durch Öffnung 1. 3, 14 ganz unbedeutend ist.
Eine derartige Einrichtung ist besonders zweckmässig, wenn der verwendete Dampf in den Vorwärmer stossweise gelangt, wie dies z. B. bei dem von den Maschinenzylindern herrührenden oder von Hilfsmaschinen, wie Wasserpumpe, Luftpumpe usw., stammenden Auslassdampf der Fall ist. In solchen Fällen wird nämlich bei jedem Dampfstoss das am Boden der Kammer 1 angesammelte heisse Wasser
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derselben für die Kaltwasser- und Dampfmischung verbraucht wird ; die Vorrichtung arbeitet so unter den günstigsten Bedingungen zur Sicherung der grössten Wassererwärmung.
Da überdies die in Kammer 1
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pulsationen, da die im Rohr befindliche Wassermasse Schwingungen im Rohrinnern unterworfen ist, so dass infolge der Trägheit dieser Masse der Heizdampfdruck ein wenig höher als der der grössten Wasser.
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Dampf nach aussen entweicht, so wird er bei 17 in die Atmosphäre abgeleitet, ohne dass irgendwelche widrige Wecbselwirkungen in der Saugleitung der Kaltwasserpumpe eintreten.
Der Vorwärmer kann abweichend von der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform gestaltet sein.
So braucht er beispielsweise nur eine Kammer (Fig. 2) aufzuweisen, in welchem Falle die hydraulische Verbindung zwischen der Mischkammer 21 und der Verteilungskammer 22 mittels zweier Scheidewände 23,24 bewirkt wird. Die Wirkungsweise sowie die erzielten Vorteile sind genau die gleichen wie im vorigen Falle.
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Gemäss diesem Ausführungsbeispiel erstrecken sich vom Boden der Abteilung 12 die beiden Schenkel 25, 26 eines U-förmigen Rohres, dessen ein Schenkel am unteren Ende einen kleinen Zylinder 27 bildet, in welchem ein das Ventil bildender Kolben 28 von bestimmtem Gewicht verschiebbar ist. Derselbe ist, wie aus Fig. 5 hervorgeht, hohl, so dass er eine veränderliche Belastung durch Blei od. dgl. zwecks
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in den Zylinder ein Rohr 29, das beispielsweise den oberen Teil des Zylinders 27 mit einem bei 17 mit der Atmosphäre verbundenen Behälter 16 verbindet.
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unterworfen sind, welche dem in der Abteilung 12 herrschenden Dampfdruck, vermehrt um das Gewicht der in dem einen Schenkel 25 bzw. in dem andern 26 befindlichen Wassersäule gleich sind.
Liegt der Kolben am Zylinderboden auf, so stellt er die Verbindung zwischen dem Schenkel 25und dem Rohr 29 her.
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Das den Boden der Abteilung 12 deckende Wasser wird durch den Dampf durch den Schenkel 25 und das Rohr 29 getrieben und gelangt in den Behälter 16, dem es durch eine Leitung 18 zu irgendwelchem Gebrauchszweck entnehmbar ist ; insbesondere kann dieses Wasser zu einem Saugkasten 30 zurückkehren, der in die Einlassleitung 7 der Kaltwasserpumpe 6 eingebaut ist.
Ist das gesamte Wasser ausgeflossen, so füllt der Dampf der Abteilung 12 den Schenkel 25 : nunmehr ist die Belastung auf der oberen Seite des Kolbens 26 um das Wassergewicht vermindert, während die Belastung auf der unteren Seite die gleiche verblieben ist, da infolge des Umstandes, dass der Kolben 28 den unteren Teil des Zylinders 27 absperrt, der Schenkel 26 mit Wasser gefüllt verbleibt. Das Kolbengewieht wird derart bestimmt, dass der Kolben in diesem Augenblick unter der Wirkung der im Schenkel 26 befindlichen Wassersäule emporsteigt und den Schenkel 25 absperrt, so dass der die Abteilung 12 und diesen Schenkel 25 füllende Dampf nicht entweichen kann.
Sammelt sich sodann dasWasser in der Abteilung 12 weiter an, so sinkt es wieder in den Schenkel 25, und ist dieser aufs neue gefüllt oder hat der Wasserspiegel in ihm eine genügende Höhe erreicht, so sinkt
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nach wie ein selbsttätiger Ablasshahn und verhindert jeden Dampfverlust.
Natürlich kann der Durchmesser des Schenkels 25 des U-förmigen Rohres grösser als der des Schenkels 26 sein, so dass eine rasche Wasserableitung gesichert wird ; entsprechend dieser Abmessung bestimmen sich auch die Kolbenbemessungen und sein Gewicht.
Der Heizdampf kann entweder vom Auspuff der Maschine oder von dem Zwischenbehälter einer Doppelexpansionsmaschine herrühren ; die Kammer 1 kann aber gleichfalls bei 34 und 35 mit dem Auslassdampf von Hilfsmasehinen, wie z. B. der Wasserpumpe, der Luftpumpe usw., gespeist werden. Die Anwendung des selbsttätigen Ventils gemäss Fig. 3 hat in diesem besonderen Falle sehr wesentliche Vorteile.
Die verschiedenen für die Wassererwärmung verwendeten Dämpfe erzeugen nämlich in der Kammer heftige Schwankungen ; bei jeder Schwankung wird das am Behälterboden befindliche erwärmte Wasser durch das Rohr 8 in die Kammer 2 getrieben, und der Dampf, der in die Kammer 2 gelangt, treibt den Wasserüberschuss durch die Rohre 25, 29 und sichert durch seinen Druck die Füllung jedes Zylinderraumes der Pumpe mit heissem Wasser ; dieser Dampf kann bloss in ganz unbedeutender Menge durch die Öffnung 14 in die Atmosphäre entweichen, da der Kolben 28 den Schenkel 25 sperrt, sobald der Überschuss an heissem Wasser abgeleitet ist.
Man ersieht demnach einesteils, dass man derart die gesamte von der Heisswasserpumpe nicht aufgenommene Wassermenge nach aussen ablassen kann, unbeschadet der Druckhöhe des zur Vorwärmung verwendeten Dampfes, ja dass sogar als Vorwärmdampf Frisehdampf, der sich unter Kesseldruck befindet, verwendet werden kann, ohne dass nennenswerte Dampfverluste, die besonders im letzteren Falle unheilvoll wären, zu befürchten wären.
Da das erwärmte Wasser durch das Rohr 8 bei jedem Dampfstoss ohne nennenswerten Dampfverlust stetig herausgedrückt wird, enthält die Kammer 1 keine merkliche Wassermenge. So ist der ganze Raum der Kammer 1 frei und kann zur innigen Mischung von kaltem Wasser und Dampf unter
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Fig. 4 stellt einen Mischvorwärmer dar, welcher dem nach Fig. 2 ähnlich ist, d. h. nur eine einzige Kammer 40 aufweist, in welcher der die Mischkammer 21 von der Verteilungskammer 22 trennende hydraulische Abschluss durch zwei Scheidewände 23, 24 gebildet wird. Die Wirkungsweise ist genau die gleiche wie beim Vorwärmer nach Fig. 3, und alle durch den letzteren gebotenen Vorzüge finden sich auch bei der Ausführungsform nach Fig. 4 vor.
Das selbsttätige Ventil gemäss den Fig. 3,4 kann, wie schematisch in Fig. 6 angedeutet ist, geändert werden. Vom Boden der Abteilung 12 der Kammer 2 erstreckt sich ein zur Ableitung des Wasserüber- schusses dienendes Rohr 25a, das im unteren Teil in einen kleinen Zylinder 27a ausläuft, in welchem sich ein ein Ventil bildender Kolben 28a von bestimmtem Gewicht verstellen kann. Seitlich mündet in den Zylinder ein Rohr 29a. das den Zylinder mit einem Behälter 16 verbindet ; dieser steht unter beliebigem Druck oder ist, wie bei 17 angedeutet, mit der Atmosphäre verbunden. In den oberen Teil des Zylinders 27a mÜndet ein Rohr 26a, das an eine oberhalb des höchsten Flüssigkeitsspiegels in dieser Kammer gelegene Stelle angeschlossen ist.
Gemäss dieser Einrichtung sind beide Flächen des Kolbens 28a in entgegengesetzten Richtungen
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der im Rohr 25a befindlichen Wassersäule vermehrten Dampfdruck gleich sind. Unter der Wirkung dieses Gewichtes der Flüssigkeitssäule wird der Kolben im Zylinder gehoben und stellt die Verbindung
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gelegene Stelle ähnlich wie in Fig. 6 angeschlossen ist.
Unter Wirkung des Gewichtes der Flüssigkeitssäule im Rohr 25a wird der Kolben 28a gehoben und die Verbindung zwischen den Rohren 25a, 91 herstellt. Durch den unter Druck befindlichen Dampf wird das in der Abteilung 12 vorhandene Wasser durch die Rohre 25a, 91 getrieben und gelangt in den
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füllende Dampf kann demnach nicht entweichen.
Fig. 9 veranschaulicht den Zylinder 27 a, dessen Anschlüsse 72, 73, 74 mit den Rohren 26a, 91 und 25a verbunden sind. Das Ventil 28a gleitet in einer Hülse 77. Eine kleine Ablassöffnung 75 (z. B. von 5 mm Durchmesser) ermöglicht den Ausfluss des kondensierten Dampfes aus der Leitung 26a, so dass eine nachteilige Beeinflussung der Wirkungsweise des Ventils durch das Gewicht dieses Kondensats vermieden wird. Der Dampfverlust durch diese Öffnung ist unbedeutend.
Es wurde festgestellt, dass wenn sich beim geschlossenen Regler der Druck in der Kammer 2 ver- mindert, stets unreines Wasser vom Tender zwischen dem Ventil 28a und der Wandung des Zylinders 27a und oberhalb des Ventils infolge der statischen Belastung zwischen dem Tender und dem tief gelegenen
Ventil eindringt. Dieses unreine Wasser, das bei der neuerlichen Füllung der Abteilung 12 und des
Rohres 26a mit Dampf erhitzt wird, setzt einen Kesselsteinniederschlag ab, welcher die Ablassöffnung 75 verlegen kann.
Um diesen Übelstand zu vermeiden, hat die Hülse 77, in der das Ventil 28a gleitet, eine kreis- förmige Nut 78, welche durch eine Öffnung 79 grossen Querschnitts mit der Atmosphäre verbunden ist.
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unmittelbar durch die Öffnung 79 abgeführt.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform kann der Wasserüberschuss unmittelbar in eine Seite der doppeltwirkenden Kaltwasserpumpe geleitet werden, deren andere Seite in diesem Falle ausschliesslich mit kaltem Wasser einer Kaltwasserquelle gespeist wird.
Diese Einrichtung ist beispielshalber in den Fig. 10 und 11 dargestellt. Gemäss dieser Bauart mündet das zur Überlaufsabteilung 12 der Verteilungskammer 2 führende Rohr 25a (Fig. 8) in den Boden des Zylinders 27 a, wie in Fig. 6 dargestellt. Der Zylinder hat einen Rohranschluss 80, der in eine kreisförmige Nut 81 des Zylinders einesteils und in den Boden einer Kaltwasserpumpe 6 andernteils mündet
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angeschlossen sind. Von den Abteilungen 88, 89 zweigen Rohre 84, 85 ab, welche an eine Leitung 5a angeschlossen sind, die in ein gelochtes Rohr 5 (Fig. 8) in der Mischkammer ausläuft.
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überschusses durch das Rohr 25a und den Rohranschluss 80, sobald sich das Rohr 25a mit Wasser füllt, sperrt aber dieses Rohr ab, sobald es leer oder beinahe von Wasser entleert ist.
Im letzteren Falle arbeitet die Pumpe 6 wie in den vorbeschriebenen Anlagen, wobei insbesondere die Kammer 89 kaltes Wasser durch die Abzweigung 87 ansaugt und durch die Abzweigung 85 drückt.
Sammelt sich ein Wasserüberschuss im Rohr 25aan, so öffnet sich das Ventil 28 a und die Kammer 89 saugt einesteils heisses Wasser bei 80 und andernteils kaltes Wasser bei 87 an. Das heisse und das kalte Wasser vermischen sich in veränderlichen Verhältnissen. In jedem Falle arbeitet die Kammer 88 fortgesetzt normal, selbst wenn die Füllung der Kammer 89 infolge der hohen Temperatur des heissen, vom Rohr 25a anlangenden Wassers unvollständig ist, da die Kammer 88 ausschliesslich kaltes Wasser, das von der Kaltwasserquelle durch das Rohr 7 und die Abzweigung 86 anlangt, ansaugt.
Diese Anordnung gestattet derart eine Unzukömmlichkeit zu vermeiden, die sich bei den vorbeschriebenen Einrichtungen (Fig. 3,8) einstellen kann, wenn der Heizdampf eine sehr hohe Temperatur hat. Es kann sich nämlich ereignen, dass in diesem Falle das heisse, mit sehr hoher Temperatur durch das Rohr 18 (Fig. 3) oder 91 (Fig. 8) in den Saugkasten 30 anlangende Wasser unmittelbar durch die Kaltwasserpumpe angesaugt wird, ohne sich in genügender Menge dem kalten Wasser beizumengen. Die Ansaugung dieses sehr heissen Wassers hätte das Abstellen der Kaltwasserpumpe, das Leeren des Vorwärmers und folglich die Ausserbetriebsetzung der Heisswasserpumpe zur Folge.
Dieser Übelstand wird durch die beschriebene Einrichtung vermieden, da mindestens eine der beiden Saugkammern 88, 89 nicht Gefahr läuft, sich zu entwässern, und in jedem Falle den Vorwärmer fortgesetzt weiter speist. Sobald der Heisswasserubersehuss der Abteilung 12 durch die Pumpe 6 gänzlich angesaugt ist, saugt die Saugkammer 89 aufs neue kaltes Wasser an ;
sollte sie sich entwässert haben, so ist die Entwässerungsperiode in jedem Falle sehr kurz, und es ist sehr leicht, die vollständige Entleerung des Vorwärmers durch die Heisswasserpumpe (die dadurch eintreten könnte, dass die Kaltwasserpumpe 6 die Speisung des Vorwärmers momentan unterbricht) während dieser kurzen Entwässerungsperioden der Kammer 89 zu verhindern, indem man der Abteilung 90 (Fig. 8) des Vorwärmers, welche
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einen Sammelbehälter bildet und von der die Einlassleitung 9 der Heisswasserpumpe abzweigt, ein geneigendes Ausmass gibt.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Mschvorwärmer zur Warmwasserspeisung von Lokomotivkesseln u. dgl., bei welchem eine geschlossene Mischkammer mittels einer hydraulischen Verbindung mit einer Verteilungskammer verbunden ist, die mit der Aussenluft durch Entgasungsöffnungen in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass
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unter Druck enthalten kann, b) die hydraulische Verbindung (8) so ausgebildet ist, dass das darin enthaltene Wasser durch den in der Mischkammer vorhandenen Druck aus der hydraulischen Verbindung periodisch heraus- gedruckt wird, wobei die Mischkammer immer nur eine geringe Warmwassermenge enthält und e) am Boden des den Warmwasserüberschuss aufnehmenden Teiles (12) der Verteilungskammer (2) ein U-Rohr oder eine gleichwirkende Vorrichtung (15, 27) mündet,
welche die Wasserriberschussableitung ohne Dampfverlust gestattet.