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Verfahren zum Ausgleich der wechselnden Temperaturen des überhitzten Treibmittels für Kraftmaschinen.
Die Erfindung bezieht sich auf die Regelung der Erhitzung der durch ein überhitztes Treibmittel betriebenen Kraftmaschinen, wie z. B. Dampf-oder Gasmaschinen.
Der schnelle Temperaturwechsel in der Zufuhr des überhitzten Treibmittels zu derartigen Kraftmaschinen hat aussergewöhnliche Beanspruchungen gewisser Metallteile der Kraftmaschine zur Folge, welche durch den Wechsel der örtlichen Temperaturverhältnisse in der Kraftmaschine verursacht werden. Besonders ist dieses der Fall beim Hochdruck-bezw. Einlassteil der Kraftmaschine, wo diese Beanspruchungen nicht selten eine nachteilige Veränderung und sogar den Bruch der Metallteile herbeiführen können. So z. B. kann eine durch hochüberhitzten Dampf oder Gas betriebene Maschine oder Turbine leicht dadurch zerstört werden, dass der überhitzte Dampf in sie beim Anlassen eingelassen wird, d. h. ehe sie genügend angewärmt worden ist.
Die Erfindung betrifft nun eine Anordnung bezw. Einrichtung zu schaffen, durch welche die Temperatur des überhitzten Treibmittels derart geregelt werden kann, dass ein plötzlicher Wechsel in der Temperatur des der Kraftmaschine zugefübrten Treibmittels und damit eine übermässige Beanspruchung der Maschinenteile ausgeschlossen ist, selbst wenn das Zufuhrventil ohne Bedachtsamkeit betätigt werden sollte.
Die Erfindung besteht in der Anordnung einer Wärmeaufspeichervorrichtung zwischen der Zufuhr bezw. Abgabe des überhitzten Treibmittels und der diese Treibmittel empfangenden
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Eintritt in die Maschine verursachte Abstufung des Temperaturwechsels derart herabzumindern, dass die Maschinenteile, welche in Berührung mit dem Treibmittel kommen, vor plötzlichen Temperaturänderungen geschützt und übermässige örtliche Temperaturunterschiede ausgeschlossen werden.
Diese Anordnung bezw. Einrichtung ist anwendbar entweder nur beim Anlassen der Maschine, lediglich um zu verhindern, dass das heisse Treibmittel mit hoher Temperatur in die Maschine eintritt, ehe letztere ordentlich angewärmt worden ist, oder man kann dieselbe dazu verwenden, um ein zeitliches Zurückbleiben bezw. eine Verzögerung der Temperaturänderungen während der ganzen Dauer der Zufuhr des Treibmittels zur Maschine herbeizuführen.
In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 die Gesamtanordnung einer Turbinenanlage nach der Erfindung, Fig. 2 ist ein senkrechter Schnitt nach der Linie der Fig. 3 und Fig. 3 ein teilweiser nach der Linie B-B der Fig. 2 geschnittener Grundriss eines der Erfindung gemäss verwendeten Wärmespeichers, während Fig. 4 eine Abänderung der in der Fig. 2 dargestellten Vorrichtung veranschaulicht. Die Fig. 5 und 6 zeigen in schematischer Weise weitere Ausführungsarten von verwendbaren Wärmespeichern.
Zur Ausführung der Erfindung wird nach der in Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Ausführungform zwischen dem Einlassventil a und der Kraftmaschine b (als Turbine dargestellt) ein Metallzylinder c angeordnet, welcher mit Metall oder anderem Material von hoher spezifischer Wärme, wie Ziegel oder Stein in mässig kleiner Verteilung gefüllt ist. Nach den Fig. 2 und 3 ist dieses Metall in Gestalt von Stangen d eingefüllt. Es können aber andere Formen verwendet werden, wie gewellte Rohre, gerippte Stäbe, Metallklumpen und dergl., welche dem hindurchgehenden
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Dampf eine grosse Fläche bieten, wobei das den Wärmespeicher ausfüllende Material beliebige Gestaltung haben kann ; wesentlich ist nur, dass die Masse dieses Materials in einem grossen Verhältnis zur Masse des Materials der zu schützenden Kraftmaschine stehen muss.
Fig. 4 zeigt eine Abänderung des Wärmespeichers, bei der die Stäbe bezw. Rohre in Bündeln parallel zu einander oder parallel hintereinander geschaltet in einem oder mehreren Gehäusen angeordnet sind.
Die Wirkungsweise der mit Zufuhr von überhitztem Dampf arbeitenden Vorrichtung ist folgende :
Beim Offnen des Einlassventils am Auslass des Überhitzers geht der Dampf in den Wärmespeicher über, wo er einen grossen Teil seiner Wärme dem Material in demselben abgibt. Dadurch wird die Temperatur des Dampfes sehr vermindert und es findet geringe Kondensation statt.
Die durch das Metall des Wärmespeichers stattfindende Aufnahme der Wärme wird einen ansehnlichen Zeitraum in Anspruch nehmen, ehe irgend welcher über den GraNd der Sättigung erhitzter Dampf in die Turbine überhaupt eintreten kann. Während dieses Zeitraumes wird aber die Kraftmaschine allmählich angewärmt werden, derart, dass wenn der überhitzte Dampf endlich in die Maschine eintritt, keine plötzliche örtliche Erhitzung und Ausdehnung stattfinden wird.
Durch diese Einrichtung wird also nicht nur die Turbine vor irgendwelcher plötzlichen Temperaturerhöhung des Triebmittels geschützt, sondern durch entsprechende Bemessung der Menge des Metalles oder der anderen Wärme aufspeichernden Masse ist es möglich, das Mass dieser Temperaturänderung während des Betriebes der Kraftmaschine zu beschränken.
Eine Ausführungsart besteht darin, dass der Dampf durch eine Anzahl kleiner Röhren in paralleler Schaltung geführt wird und diese Röhren in eine Flüssigkeit von grosser spezifischer
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getaucht werden.
Die Fig. 5 und 6 stellen weitere Ausführungsarten in schematischer Weise dar. Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführung besteht die Vorrichtung aus einem Gehäuse c mit flachen Trögen t, auf welche Stücke d eines geeigneten Materiales gelegt sind und über welche eine genügende Menge Wasser vermittels eines gelöcherten Rohres z gespritzt oder auf andere Weise unter Druck vergossen wird. Diese Wasserzufuhr wird durch einen Schwimmerf geregelt, welcher ein Wasser- einlassventil v betätigt. In der Wasserleitung ist ein zweites Ventil a ; vorgesehen, welches mit dem Dampfeinlassventil auf geeignete Weise verbunden ist, z. B. vermittels einer Stange, welche mit einer in das auf der Spindel des Dampfeinlassventils aufgesetzte Getriebe p eingreifenden
Verzahnung w ausgerüstet ist.
Diese Stange r ist mit dem Betätigungshebel des Wasserventils x verbunden. Bei geschlossenem Dampfeinlassventil ist das Wasserventil x offen, wobei Wasser auf die mit Material gefüllten Tröge im Gehäuse o gespritzt wird, bis der Schwimmer in die Höhe steigt und das Ventil v geschlossen wird.
Bei geöffnetem Dampfzufuhrventil ist das Wasserventil x geschlossen und der eintretende
Dampf verdampft das in den Trögen verbleibende Wasser. Wird das Dampfzufuhrventil wieder geschlossen, so fliesst Wasser hinein, bis der Zufluss durch den Schwimmer abgestellt wird, worauf die Vorrichtung zu einem erneuten Anlassen bereit ist.
Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführung wird der Dampf durch einen Raum c geleitet, weicher eine beschränkte Menge Wasser oder andere geeignete Flüssigkeit enthält, bezw. welchem eine solche Menge zugeführt wird. Bei seinem Wege durch den Raum c wird der Dampf gezwungen, durch das Wasser oder andere Flüssigkeit hindurch oder in Berührung mit dem Wasser oder der anderen Flüssigkeit zu fliessen, und zwar z. B. vermittels der gelöcherten Röhre p, welche in das Wasser oder die andere Flüssigkeit eintaucht.
Auf diese Weise wird der Durchfluss des überhitzten Dampfes verhindert, bis das in dem
Raum c befindliche Wasser verdampft worden ist, wobei seine Temperatur mittlerweile unterhalb des Sättigungspunktes gehalten wird.
Es können selbsttätige Mittel zur Regulierung des Wasserzuflusses vorgesehen werden, derart, dass der Wasserzufluss nach einiger Zeit abgestellt wird, und das in dem Raum verbleibende
Wasser durch den eintretenden Heissdampf oder andere eintretende heisse Flüssigkeit in dem
Raum verdampft werden kann. Es können auch weiters selbsttätige Mittel vorgesehen werden, um den Wasserzufluss wieder einzuleiten, wenn die Temperatur des Dampfes über einen bestimmten
Grad steigen sollte.
Der Raum c (Fig. 6) enthält einen abgegrenzten Teil d, aus welchem der Dampf durch die gelöcherten Röhren p in das Wasser eintritt, ehe er zum Ausgangsrohr m gelangt, wobei die Ab- lenkungsplatte b das Hinüberreissen des Wassers nach der Kraftmaschine verhindert. Die selbst- tätigen Mittel können einbegreifen : einen Schwimmerf, welcher ein Ventil x betätigt und einen I Thermostat t im Ausgangsrohr m, welcher ein in das Wasserzuflussrohr eingesetztes Ventil v kontrolliert. Letzteres Ventil kann ein Schieberventil sein.
Der Thermostat t wird so eingestellt, dass, solange er kalt bleibt, das Ventil c auch offen bleibt, während bei normaler Überhitzung das Ventil 11 auch offen bleibt, während bei normaler Überhitzunc das Ventil"geschlossen ist
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Eine weitere Temperaturerhöhung wird das Ventil v wieder öffnen, wodurch das Wasser einfliessen kann, bis der Wasserzuflss durch den Schwimmer f, der das Venti ! x schliesst, ab- gestellt wird, oder dadurch, dass der Thermostat t bis zu dem Grad abgekühlt ist, bei dem er das Ventil v schliesst. In dieser Ausführung wirkt die Vorrichtung nicht nur als Sicherheits- anlassvorrichtung, sondern auch als ein Wärmeregler während des Ganges der Kraftmaschine.
Der allen diesen Vorrichtungen zugrunde liegende Gedanke ist derselbe und kann kurz als "Wärmebuffervorrichtung" für den überhitzten Dampf bezeichnet werden, nämlich eine Vorrichtung, welche ein grosses zeitliches Zurückbleiben bezw. eine Verzögerung oder ein Ver-
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stande bringt.
Aus obigem ist ersichtlich, dass diese Wärmebuffervorrichtungen angewendet werden können, um ein zeitliches Zurückbleiben bezw. Verschieben der Temperaturänderungen zu bewerkstelligen, seien letztere oberhalb oder unterhalb der normalen Temperatur.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Ausgleich der wechselnden Temperaturen des überhitzten Treibmittels für Kraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zufuhrleitung vor der Kraftmaschine ein Wärmespeicher eingeschaltet ist, dessen Masse in einem grossen Verhältnis zu der Metallmasse der Kraftmaschine steht.