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Österreichische PATENTSCHRIFT Nr. 17615.
JACOB HEINRICH MISSONG IN HÖCHST A. MAIN.
Verfahren zur Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades der Dampfmaschinen.
Durch die deutsche Patentschrift Nr. 99352 ist ein Verfahren zur Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades bekannt geworden, weiches darin besteht, den Abdampf ohne Anwendung eines besonderen Kondensators durch den Dampfkolben selbst in den Kessel zurückzudrücken. Wenn man nun das Volumen des bis auf die Anfangsspannung komprimierten Abdampfes nach der Kompression durch Überhitzung vergrössert und während der Kode- pression durch Einspritzung in den Zylinder so stark abgekühlt. hat.
dass derselbe am Ende derselben trocken oder sehr schwach gesättigt ist, so würde die gewonnene Arbeit gleich sein jener, welche bei den heutigen Dampfmaschinen durch die Volumenvergrösserung des Dampfes hei Überhitzung gewonnen wird, wenn davon abgesehen wird, dass durch die Einspritzung das während der Kompression im Zylinder eingeschlossene Dampfgewicht vermehrt wird.
Da jedoch die eingespritzte flüssigkeit bei der Kompression des Dampfes vor dem
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Durch Offenhalten der Auslassorgane beim Kolbenrückgang, u. zw. nur so lange, bis so viel Dampf entwichen ist, als durch die Einspritzung entsteht, kannman die Kompressionsarbeit vermindern bezw. die mittlere indizierte Spannung und damit auch den thermischenWirkungsgraderhöhen.
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Die Fig. 1, 2 und 8 der Zeichnung zeigen beispielsweise eine Ausführungsform der neuen Maschine mit einem Zylinder in liegender Anordnung. a sind die Dampfeinlassventile, welche wie bei den Ventilmaschinen gesteuert werden.
Die Ventile al (Fig. 2) sind selbsttätige Ventilo, durch welche der komprimierte Abdampf mittels des Kolbens durch einen Dampfsammler mit kräftig wirkendem Dephlegmator (Ölabscheider) in den Überhitzer gedrückt wird. Die Ventile a2 sind gesteuerte Ventile, durch welche so viel Abdampf vor der Kompression desselben hinausgelassen wird, als durch die Flüssigkeitseinspritzung gebildet wird. b ist eine Zerstäubungsvorrichtung (Körtingsche Streudüso, Fig. 2) mit Schraubengang, durch welche die durch die kupferne Rohrleitung c unter Überdruck zugeführte Flüssigkeit während der Kompression (vom Beginn des Kolbenrückganges bis etwa zum halben Hube) in den Zylinder eingespritzt wird.
Statt einer Streudüsn können auch zwei (an jedem Zylinderende eine) verwendet werden, so dass während des ganzes Kolbenhubes Flüssigkeit eingespritzt werden kann.
Der Arbeitsprozess der neuen Maschine ist folgender : Hochgespannter und hoch- überhitzter Dampf, welcher in dem Überhitzer bezw. in einem mit demselben verbundenen kleinen Dampfkessel erzeugt wird, tritt durch die Ventile a in den Arbeitszylinder d und treibt den Kolben a3 bis an das andere Zylinderende. Beim Kolbenrückgange wird der Dampf vor dem Kolben durch Einspritzung abgekühlt, bis auf die Anfangsspannung kom- primiert und dann durch Ventil al durch einen mit einem Ölabscheider versehenen Dampfsammler in den Überhitzer gedrückt ; nach der Überhitzung gelangt derselbe wieder zn erneuter Arbeitsleistung in der vorstehend beschriebenen Weise in den Arbeitszylinder d.
Heim Kolbenrückgange werden die Auslassventile a2 so lange geöffnet, bis die durch die Flüssigkeitseinspritzung entstehende Dampfmenge entwichen ist.
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die aufgewendete Arbeit beim Kolbenrückgange dar, wenn durch die Ventile a2 so viel Dampf vor der Kompression entweicht, als durch die gesamte Flüssigkeitseinspritzung (in den Zylinder und Dampfsammler) gebildet wird. Durch die senkrecht schraffierte Fläche der Fig. 4 wird daher die Arbeit dargestellt, welche gewonnen wird, wenn so viel Dampf weniger komprimiert wird, als durch die Einspritzung in die Dampfsammler und den Überhitzer gebildet wird, also vor der Kompression durch die Ventile a2 hinausgelassen wird.
Mit der beschriebenen Arbeitsweise ! ässt sich eine hohe mittlere indizierte Spannung und eine sehr grosse Kolbengeschwindigkeit erreichen. Da ferner infolge der Abkühlung des Dampfes vor dem Kolben durch Flüssigkeitseinspritzung auch bei sehr hohen Überhitzer- temperaturen die Verwendung doppeltwirkender Zylinder zulässig ist, so ergeben sich ausserordentlich kleine Zylinderdimensionen.
Dadurch sowie infolge der Kompression bis zur Anfangsspannung vor beendetem Kolbenhub verringern sich die Abkühlungsverluste bedeutend, wozu insbesonders noch folgender Umstand beiträgt :
Da die Kompression kurz nach Beginn des Kolbenhubes eingeleitet wird, so braucht der schädliche Raum nur so gross zu sein, dass der Kolben nicht an die Zylinderdeckel stösst, und die Wärmemenge, welche der Frischdampf auf den bis auf die Anfangsspannung komprimierten trockenen Dampf im schädlichen Raum abgibt, ist daher sehr klein ;
da auch bis zum Beginn der Kompression nur ganz minimale Mengen Dampf aus dem Raume vor dem Kolben hinausgelassen werden, so ist die Temperatur des Dampfes vor dem Kolben erhcDich höher, wie bei den gewöhnlichen Dampfmaschinen und mithin das Temperatur- grfällp der Zylinderwände entsprechend niedriger.
Da der Dampf vor beendetem Kolbenhube bis auf die Anfangsspannung und bis zum trockengesättigten Zustande komprimiert wird, so trifft der frisch eingelassene Dampf trockene Zylinderwände an und die Initialkondensatinn fällt daher weg ; die Wärme, welche von den Zylinderwänden der gewöhnlichen Dampfmaschinen an den Auspuffdampf abgegeben und so verloren wird, wird erspart, weil der Dampf vor dem Kolben durch Kompression desselben bis auf die Anfangsspannung wieder gewonnen wird ; auch der von der Dampflässigkeit des Kolbens herrüllrende Verlust fällt weg.
Durch die höhere Temperatur des Dampfes vor dem Kolben und das dadurch sich ergebende geringe Gefälle zwischen den Temperaturen der Zylinderwände und des Dampfes wird der Kooffizient (der Expausionskurve kleiner und dadurch die mittlere indizierte Spannung grösser. Diese wird erhöht durch grössere Füllungen. höhere Dampfspannungen, höhere Uberhitzertemperaturen, stärkerer Abkühlung des Dampfes vor und während der Kompressin und vor allem durch das Hinauslassen von Abdampf vor dessen Kompression aus dem Zylinder.
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spritzwassermenge und die Auslassorgane, welche soviel Abdampf vor der Kompression desselben hinauslassen, als durch die Einspritzung gebildet wird und die Überhitzertemperatur bewirkt.
Selbst wenn auch der Überdruck der gepressten Einspritzflüssigkeit auf gleicher Höhe gehalten wird (Akkumulatorenbetrieb), so wird es bei wechselnder Expansionsendspannung doch zweckmässig sein, die Einspritzwassermenge durch einen besonderen Regulator zu regeln. Für die Einspritzung darf nur vollständig reine Flüssigkeit verwendet werden.
Bei der vorliegenden neuen Dampfmaschine treten alle Übelstände, welche sich sonst bei hohen Temperaturen und Faltungen ergeben, nicht auf, wenn der Dampf bei Beginn und während der Kompression so stark abgekühlt wird, dass fUr die Kompressionskurve
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Wenn der Dampf während der Kompression über den ganzen Hub gesättigt ist, so können selbst bei sehr hohen Überl1itzertemperaturen und grossen Füllungen doppeltwirkende Zylinder verwendet werden. Fahrt man die Maschine beispielsweise als Zweifachexpansionsmaschine aus, so geschieht dies in der Weise, dass man den Dampf bei einmaligem Durchgang durch die Maschine ein-oder zweimal überhitzt, den Niederdruck- zylinder mit fixer oder veränderlicher Füllung arbeiten und entweder den Hochdruckzylinder oder den Niederdruckzylinder den Dampf bis auf die Anfangsspannung loomprimieren lässt. Wenn der Hochdruckzylinder den Dampf bis auf die Anfangsspannung komprimiert, so arbeitet der Niederdruckzylinder mit dem durch die Einspritzung entstehenden, durch die Ventile a2 entweichenden Dampf.
Lässt man den Niederdruckzylinder, wenn er den Dampf bis auf die Anfangsspannung komprimiert, mit vom Regulator ver- änderlicher Füllung arbeiten, so ist es zweckmässig, die Steuerung und Reguliervorrichtung so auszuführen, dass das Verhältnis der Füllungen des Hoch- und Niederdruckzylidners stets gleich ist.
Um ein regelmässiges Arbeiten einer Zweifaèhexpansionsmasclline mit Zwischenüberhitzung zu ermöglichen, ist es von Vorteil, den Niederdruckzylinder, wenn er den Dampf bis auf die Anfangsspannung komprimiert, bei einem Hube die gleiche Gewichtsmenge Dampf ansaugen zu lassen, welche dem Hochdruckzylinder zuströmt bezw. aus demselben
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kann der Prozess in einer Zweifachexpansionsmaschine, bei welcher der Niederdruckzylinder den Kompressionszylinder bildet, auch in der Weise durchgeführt werden, dass der Dampf nur vor dem Eintritt in den Hochdruckzylinder überhitzt wird und die Einspritzung in den Niederdruckzylinder bezw.
in einen im geeigneten Moment mit demselben in Verbindung gesetzten Kondensator erfolgt und der Dampf bei dem Kolbenrückgange des Niederdruckzylinders bis auf die Anfangsspannung komprimiert wird. Diese Art des Prozesses kann mit Vorteil dann durchgeführt werden, wenn man bei einem direkt geheizten Überhitzer möglichst stark gesättigten Dampf überhitzen will.
Die Regulierung der der jeweiligen Belastung der Maschine entsprechend einzuspritzenden Flüssigkeitsmenge in den Zylinder erfolgt durch das Ventil o (Fig. 2) mit konischem oder geradem, gegen Zerstörung geschützten Sitz (Heylandt-Ventil), welches durch die runde Stange p, den um den festen Drehzapfen t'sich drehenden Hebel s mit Friktionsrolle t, Feder it und verstellbarem Gewicht v geschlossen und durch die auf der parallei zur Maschinenachse liegenden Steuerwelle w sitzende unrunde Scheibe x bei Beginn des Kolbenrückganges (Kompression) geöffnet und so lange offen gehalten wird, bis die erforderliche Flüssigkeitsmengo eingespritzt ist.
Die Steuerscheibe x ist mittelst Nut und Feder gegen Verdrehung auf der Welle w gesichert und in achsialer Richtung auf derselben verschiebbar. Der Daumen y der Steuorscheibe x ist, wie aus dem Grundriss (Fig. 3) derselben ersichtlich, in der Längsrichtung der Steuerwelle tp keilartig gestaltet, und zwar derart, dass die linke Längsseite desselben zur Wellenachse parallel ist, wodurch das Ventil o stets bei gleicher Kolbenstellung bei Beginn des Hubes geöffnet wird, während die rechte Längsseite des keilartigen Daumens gegen die Zylinder-bezw. Steuerwellenachse geneigt ist, wodurch das Ventil je nach der Längsstellung von a : früher oder später ge-
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