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Verfahren zur Sättigung von Drueiduft bei pneumatischer Kraftitubertragung.
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Luft enthält schon eine kleine Menge natürlichen Wasserdampfes. deren Veränderungen jedoch im Verhältnis zu den im Arbeitskreis vorgenommenen reichlichen Wasser- oder Dampfzusätzen hinreichend gering sind, um das Endmischungsverhältnis als praktisch beständig betrachten zu können.
Der erfindungsgemäss bevorzugte Zyklus weist zwei Kompression'-stufen auf, durch welche das Treibmittel auf den gewählten Endwert von Druck und Temperatur gebracht wird. Vor jeder dieser Verdichtungen wird eine bestimmte Wassermenge eingespritzt, wodurch die Temperatur herabgesetzt wird. Die eingespritzten Wassermengen sind entsprechend dem Wärmeinhalt des Treibmittels so eingestellt, dass sie restlos noch vor Eintritt in die Kompressionszylinder verdampft und von der Luft aufgenommen werden können.
Durch diesen Vorgang wird also vor den Verdichtungen eine Temperaturerniedrigung des Mittels erzielt, welche zur guten Wirkung der Luftverdichter beiträgt ; gleichzeitig wird die Kompression- wärme für die Verdampfung des eingespritzten Wassers nutzbar gemacht.
Der Zyklus mit zwei Kompressionsstufeu ist aber keine bindende Form, denn die Kompression kann auch einstufig oder in mehr als zwei Stufen erfolgen, wobei vor jeder derselben vorteilhaft Wasser zwecks Verdampfung eingespritzt wird.
Wie vorher angeführt, wird die Luft vorzugsweise am Anfange des Arbeitsvorganges auf eine
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treibenden Dieselmotors, wobei durch das Verhältnis zwischen Abgasmenge und der-zufolge der Leistungsveränderungen der Maschine auch in veränderlicher Menge-angesogenen Luft schon eine erste, natürliche Regelung der Vorwärmung vor sieh geht.
Da jedoch auch andere auf den oben angeführten Wärmeaustausch einwirkende Faktoren ver- änderlich sind, wie Temperatur und Menge der angesogenen Luft, sowie Temperatur und Menge der Abgase, so muss die angestrebte Beständigkeit der Temperatur der vorgewärmten Luft durch an sich bekannte thermostatische Einrichtungen genauer gesichert werden.
Als eine Lösung ist hiebei ein Frischlufteinlass, mit Regulierklappe oder Regulierventil versehen,
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luft-Einlassmenge durch den Thermostaten geregelt wird. Der Thermostat steht unter Beeinflussung der Temperatur der Luftmischung (aus der erwärmten und der zugesetzten Frischluft), u. xw. an einer
Stelle, an welcher sich die Vermischung dieser zwei Teilströme schon vollständig vollzogen hat.
Anstatt unmittelbar Aussenluft zu entnehmen, kann die zusätzliche Frischluft auch der durch die Kühler der Diesellokomotive hindurchstreichenden Luft entnommen werden.
Der Thermostat wirkt in dem Sinne, dass er die Regulierklappe öffnet und so einer grösseren Menge Frischluft Eintritt gestattet, wenn die Temperatur der Mischung zu steigen strebt. Durch den vermehrten Frischluftzusatz wird eine Senkung der Temperatur erzielt.
Nach einer andern Ausführungsform des Verfahrens wird durch den Thermostaten die Menge der durch den Luftvorwärmer streichenden Abgase verändert, wobei vermittels einer Regelklappe oder Regelventils ein Teil dieser Abgase gegebenenfalls unmittelbar in die Aussenluft abströmt, also ohne durch die Wärmeaustauschvorrichtung hindurchzustreichen.
Der Thermostat ist dann so angeordnet, dass er die Öffnung der Regelklappe des Freiauspuffes der Abgase öffnet, wenn die Temperatur der angewärmten Luft zu steigen strebt.
Natürlich können die beiden Arten zur Konstanthaltung der Erwärmungstemperatur der Luft auch gleichzeitig verwendet werden.
In gewissen Fällen, besonders wenn die Höhe der Abgastemperatur sehr veränderlich ist, kann die Lufterwärmung in einem durch die Abgase beheizten Wärmespeicher erfolgen, wodurch es möglich wird, die Luft auch während der Zeitabschnitte niedriger Auspufftemperatur auf eine hinreichende Temperatur zu erwärmen.
Auf welche Art immer die Lufttemperatur beständig gemacht sein mag, so erfolgt nach diesem Vorgang im Arbeitskreis die Einspritzung einer bestimmten Wassermenge, welche im bestimmten Verhältnis zur Luftmenge steht, da das eingespritzte Wasser durch den Wärmeinhalt der vorgewärmten Luft zur restlosen Verdampfung gebracht werden soll. Durch die Verdampfung sinkt die Lufttemperatur und da die Luftvorwärmungstemperatur konstant gehalten wurde und stets dieselbe Wassermenge pro Volumeneinheit der Luft eingespritzt wurde, so hat also auch die Endtemperatur stets denselben bestimmten, von den äusseren Bedingungen unabhängigen Wert.
In der ersten Kompressionsstufe wird nun die Mischung auf eine gleichfalls eindeutig bestimmte höhere, durch den Kompressionsgrad bedingte Temperatur gebracht.
Es erfolgt dann die zweite Wassereinspritzung, deren Menge wieder in festem Verhältnis zur Luftmenge steht, und die Verdampfung dieses Wasserzusatzes bringt die Temperatur wieder auf einen bestimmten Wert herab.
Durch die zweite Kompressionsstufe wird die Mischung dann dem Endzustande zugeführt, dessen Mischungsverhältnis, Druckund Temperatur auf Grund des v0fangefÜhrten gleichfalls bestimmte, von den äusseren Bedingungen unabhängige, beständige Werte annimmt.
Zahlenwerte für einen beispielsweise für Diesellokomotivbetrieb geeigneten Arbeitsprozesses werden weiter unten gegeben.
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Mischungsverhältnis, Druck und Temperatur (unabhängig von den Veränderungen der Maschinen- belastungen oder der äusseren Zustände), erhält man einen regelrechten Gang der Anlage.
Die Gesamtanlage zur Erzeugung der Mischung, d. h. die Gruppe Antriebsmotor und Kompressor, Vorwärmereinrichtung, Luftsättiger (Verdampfer des Einspritzwassers) und Wassereinspritzpumpen, arbeitet im vollkommenen Einklang, d. h. jeder Einzelteil wirkt immer unter gleichen Verhältnissen, die geeignet sind, eine Mischungsmenge mit bestimmtem Mischungsverhältnis und Temperatur zu liefern, die den jeweiligen Bedürfnissen der Arbeitszylinder entsprechen.
Von praktisch grosser Bedeutung ist auch, dass durch die Vorwärmung ein für den Wasserdampf aufnahmefähiger Anfangszustand geschaffen wird ; die Endmischung kann also verhältnismässig reich an Wasserdampf sein, während ohne Anwendung des Verfahrens, z. B. im Winterbetrieb mit sehr kalter Anfangsluft, nur viel geringere Dampfsättigungen der Luft und auch viel niedrigere Endtemperaturen vorhanden wären. Durch das Verfahren wird also nicht nur die Konstanz der Treibmittelcharakteristiken erreicht, sondern auch eine Beschaffenheit des Treibmittels, welche für die Kraft- übertragung besonders günstig ist.
Es ist natürlich auch möglich, den Endzustand der Mischung (insbesondere Temperatur und Mischungsverhältnis) nicht konstant zu halten. Durch das beschriebene Verfahren kann die Regelung auch so erfolgen, dass Temperatur und Mischungsverhältnis als Funktion der Temperatur der zugeführten Luft und der eingespritzten Wassermenge vorher festgelegt werden.
Wie beschrieben, wird vor den beiden KrmpreEsionsstufen flüs8iges Wasser eingespritzt, dessen Verdampfung die Temperatur der Mischung herabsetzt, aber es ist nach der Erfindung auch möglich, ausserdem noch Dampf zuzusetzen, der vorzugsweise, wenn auch nicht ausschliesslich, in einer durch die Abgase des Dieselmotors beheizten Vorrichtung erzeugt wird.
Im Falle der Verwendung auf Lokomotiven kann die erzeugte Luft-Dampf-Mischung auch zur Beheizung des Zuges benutzt werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung zur Durchführung des Erfindung. s- gegenstandes dargestellt.
In dieser Zeichnung stellt 1 den Dieselmotor, 2 den Lufvorwärmer und 3 den aus drei Zylindern (4 und 5 Niederdruckzylinder, 6 Hochdruckzylinder) bestehenden Luftkompressor dar, während 7 die von der Kompressorwelle angetriebenen Einspritzpumpen sind, welche das Wasser in die Sättigungskammern 8 und 9 befördern. 10 ist der Sammelbehälter für die Endmischung, welche von hier aus den Arbeitszylindern 19 zugeführt wird.
Nachstehend wird die Arbeitsweise der Einrichtung an Hand eines praktisch gewählten Arbeitskreises erläutert, die angeführten Zahlenwerte sind aber keinesfalls beschränkend.
Die Aussenluft wird durch die Luftfilter 11 hindurch in den Vorwärmer 2 gesaugt, der durch die Abgase des Antriebsmotors 1 beheizt wird. Die Abgase werden durch das Rohr 12 zugeführt, sie haben gegen 400 C Temperatur und erwärmen die Luft auf 1200 C oder mehr.
Wenn die aus der Heizvorrichtung 2 kommende Luft heisser ist als 120 , so wird eine gewisse Menge Frischluft zur Kühlung durch die Rohrleitung 13 zugeführt, gegebenenfalls vorher durch die
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Mischung nachher 1200 habe. Die Regelung besorgt eine thermostatische Vorrichtung 15 jeder geeigneten an sich bekannten Art, welche der Temperatur der Mischung bei 16 ausgesetzt ist, also an einer Stelle, an der die Mischung schon ganz vollendet ist, nachdem vorgewärmte Luft und Frischluftzusatz zwecks vollständiger Durchmischung vorher die Prallwände 17 und den Wirbler (Rührer) 18 passiert haben.
Die auf 120 C erwärmte Luft gelangt dann in die Vorsättigungskammer , in welche die Pumpe 7 feinzerstäubtes Wasser verhältnisgleich zur Luftmenge einspritzten, u. zw. in unserem Beispiel etwa 3% des Luftgewichtes, wodurch die Temperatur nach erfolgter Verdampfung auf 45 C herabgesetzt wird.
Die so mit Dampf geschwängerte Luft von 45 C wird in die Niederdruckzylinder 4 und 5 gesaugt und auf 4'7 Atm. abs. komprimiert, wodurch die Temperatur wieder auf etwa 2100 C steigt.
Die Luft-Dampf-Mischung wird nach dieser ersten Kompression in die Sättigungskammer 9 geführt, in welcher durch die Verdampfung des von den Pumpen eingespritztenWassers die Temperatur erniedrigt und der Dampfgehalt erhöht wird. Im behandelten Beispiel werden weitere 5% Wasser eingespritzt und die Temperatur sinkt auf 100 C.
Die gesättigte Mischung von 4'7 Atm. abs. 100 C wird vom Hochdruckzylinder angesogen und dort auf 16 Atm. abs. komprimiert, wodurch die Temperatur auf etwa 230 C steigt.
Diese Luft-Dampf-Mischung mit 8% Dampfgehalt zuzüglich der anfänglichen natürlichen Luftfeuchtigkeit gelangt in den Sammelbehälter 10 und von dort aus zu den Arbeitszylindern 19.
Selbstverständlich kann die Einrichtung im einzelnen Veränderungen erfahren, z. B. kann, wie schon erwähnt, die Lufterwärmung durch thermostatische Veränderung der in die Heizvorrichtung 2 eingelassenen Auspuffgase geregelt werden und ein Teil des vcn den Pumpen 7 geforderten Wassers kann durch geeignete Erzeuger in Dampf verwandelt werden, bevor es zu den Sättigungskammern 8
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und 9 gelangt. Unverändert bleibt aber grundsätzlich stets die vorgewählte Bestimmung des Endzustandes der Mischung durch Festlegung der Anfangszustände, der Verdichtungen und der Einspritzungen während des Arbeitsvorganges.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erzeugung eines Druckluft-Dampf-Gemisches als Treibmittel für pneumatische Kraftübertragung, insbesondere für Motorlokomotiven, bei welchem ein durch die Antriebskraftmaschine, vorzugsweise Verbrennungs-oder Dieselmotor, betätigter Luftkompressor Druckluft er- zeugt, welche im Laufe des Erzeugungsvorganges mit Wasserdampf angereichert wird, dadurch gekenn- zeichnet, dass zur Erzielung eines von den veränderlichen äusseren Bedingungen und von den Belastung, ;
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und Endtemperatur. an einer Stelle des Prozesses, jedoch stets vor einer Kompressionsstufe, vermittels einer regelbaren Heizvorrichtung eine vorher festgelegte Temperatur und durch eine anschliessende Wassereinspritzung zwecks Verdampfung ein vorher festgelegter Dampfgehalt eingestellt werden und dass die gesamte, während des ganzen Prozesses zwecks Verdampfung in die verschiedenen Sättigung- kammern eingespritzte Wassermenge in einem ebenfalls vorher festgelegten unveränderlichen Verhältnis zur Luftmenge steht.