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Kraftmaschinenanlage.
Bekanntlich gibt die Veränderbarkeit der Leistung, die Einfachheit der Geschwindigkeitsregelung und die Umkehrbarkeit der Drehrichtung der Dampfmaschine den Vorrang gegenüber irgendeiner ändern Kraftmaschine, besonders bei allen Anwendungen (wie Zugförderung auf Schienen und Strassen, Lasthebung, Seefahrt, Walzwerkbetrieb), bei welchen Lsistungsänderungen und rasche Umkehrung häufig geschehen und in Fällen, in denen die durch die Kraftmaschine entwickelten Drehmomente in umgekehrtem Verhältnis zur Geschwindigkeit stehen sollen.
Hingegen ist die Dampfmaschine, besonders in den Fällen, in denen es unmöglich ist. mit Kondensation zu arbeiten (wie bei Lokomotiven, Walzwerken), nicht die wirtschaftliche Kraftquelle, weil der Abdampf den weitaus grössten Teil der Wärme mit sich nimmt, die für die Dampferzeugung im Kessel aufgewendet werden muss.
Es ist eine bekannte Tatsache, dass in einer Auspuffmaschine der gesamte thermische Wirkungsgrad 5% nicht übersteigt. Ausserdem sind die Dampfkessel sehr schwer und verursachen grosse Unterhaltung-
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verlangt wird, grossen Drücken und hohen Temperaturen gewachsen sein müssen.
Anderseits haben die Verbrennungskraftmaschinen, welche thermische Wirkungsgrade über
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kehrung der Drehrichtung und für Geschwindigkeitsänderung'en wenig geeignet zu sein, wenn sie nicht mit Wechselgetrieben und Reibkupplungen, die auch den Leerlauf erlauben, versehen sind. Wenn nun auch die Anwendung von Wechselgetrieben hinsichtlich Abmessungen, Gewicht und Betriebssicherheit bei Motorwagen mit beschränkter Leistung leicht durchführbar ist, so ist sie schwierig, sobald es sich um die grossen Leistungen der Lokomotiven, Schiffs-. Förder-und Walzwerkmaschinen handelt.
Das Problem, die Vorteile der beiden Typen, d. h. die Ökonomie der Verbrennungskraftmaschinen und die Elastizität der Dampfmaschinen. zu vereinigen, ist Gegenstand der Erfindung und ist dadurch gelöst. dass der Dampf als Mittel zur Übertragung der Energie von einer Verbrennungskraftmaschine auf eine Dampfmaschine benutzt wird. An Stelle des Dampfes kann gegebenenfalls auch ein anderes gasförmiges Mittel benutzt werden, das in einer der Dampfmaschine gleichgebauten Kraftmaschine zur Wirkung kommt. Die Energieübertragung erfolgt in der Weise, dass die zugeführte mechanische Energie zur Kompression des in beständigem Kreislauf durch die Dampfmaschine gehenden Dampfes benutzt wird.
Es ist bei Dampfmasehinenanlagen bekannt, einen Teil des im Kessel erzeugten Dampfes zum Antrieb einer Kompressormaschine zu benutzen, um mit deren Hilfe den übrigen der Kraftmaschine zugeführten Teil des Dampfes auf höhere Spannung zu bringen. Auch ist schon vorgeschlagen worden, den Auspuffdampf einer Kolbenmaschine teilweise oder ganz einer Dampfturbine zuzuführen zwecks Antriebes eines Kompressors, mittels dessen der übrige Auspuffdampf bzw. eine gewisse einer Zwischenstufe entnommenen Dampfmenge beständig auf den für die Speisung der Kolbenmaschine erforderlichen Anfangsdruck zurückkomprimiert wird.
Bei diesen Anlagen handelt es sich jedoch um reine Dampfkraftbetriebe. bei denen die Verbrennungswärme des Heizmittels ausschliesslich zur Dampferzeugung benutzt wird und dauernd ein der abgegebenen mechanischen Leistung entsprechender Dampfverbrauch stattfindet.
Von den bekannten Anlagen unterscheidet sich der Erfindungsgegenstand dadurch, dass als Antriebsmaschine eine leicht umsteuerbare Dampfmaschine verwendet wird, während der Antrieb des
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Kompressors für den zu verdichtenden Abdampf durch einen nicht oder weniger leicht umsteuerbaren, aber wirtschaftlicher als eine Dampfmaschine arbeitenden Motor erfolgt. Als Motor dieser Art kommt in erster Linie eine Verbrennungskraftmaschine in Betracht, des ferneren eine Wasserkraftmasehine oder irgendeine Kraftanlage, deren Leistung elektrisch oder hydraulisch übertragen werden kann.
Der Erfindungsgegenstand bietet den Vorteil. dass dem Kreisprozess des Dampfes, ausser zum Anlassen und zum Ausgleich der durch Undichtigkeit entstehenden Dampfverluste, kein Frischdampf für die Arbeitsleistung selbst aus der Kesselanlage zugeführt zu werden braucht. Letztere kann daher, da sie nur zum Anlassen und für die gekennzeichneten Dampfverlustü benötigt wird, sehr klein ausgeführt werden.
Die Zeichnung veranschaulicht in schematischer Darstellung eine nach der Erfindung arbeitende Anlage. in welcher A die Dampfmaschine, Bein Sammelgefäss für den Unterdruckdampf, 0 ein solches für den Hochdruckdampf, D den Dampfkompressor, E die Verbrennungskraftmaschine und F einen kleinen Dampfkessel darstellt.
Die Verbrennungskraftmaschine E treibt den Dampfkompressor D, welcher aus dem Niederdruckgefäss B den Abdampf der Dampfmaschine A ansaugt und ihn in das Hochdruckgefäss C drückt, von welchem der Dampf der Dampfmaschine A vonneuem zuströmt und sie betreibt. wie wenn er von einem Dampfkessel kommen würde. Der kleine Kessel F dient dazu, die vier im Kreise durchlaufenen Teile der Anlage, nämlich Dampfmaschine A, Niederdruckbehälter B, Kompressor D. Hochdruckbehälter C und deren Verbindungsrohre im voraus mit Dampf zu füllen und hat ausserdem den Zweck, die Dampfverluste in den Stopfbüchsen usw. zu ersetzen. Der Kessel kann mit irgendeinem Brennstoff oder auch zweckmässig mit den Auspuffgasen der Verbrennungskraftmaschine E geheizt werden.
Auf diese Weise wird die von der Verbrennungskraftmaschine entwickelte Energie in dem vom Kompressor verdichteten Dampf aufgespeichert und durch deiiselbendamp ! an dieDampfmasehine übertragen. Es geht ferner die Wärme, die der Dampf beim Austritt aus der Dampfmaschine noch besitzt, nicht durch Abgabe an die Atmosphäre oder an den Kondensator verloren, sondern bleibt in dem Wärmeprozess erhalten. Um den Dampf wieder arbeitsfähig zu machen, genügt es, eine entsprechende Kompressionarbeit auszuüben.
Es ist klar. dass die für die Verdichtung eines Kilogramms Dampf in dem Kompressor notwendige infizierte Arbeit gleich sein würde der während der Expansion in der Dampfmaschine entwickelten indizierten Arbeit. Das Verhältnis zwischen den zwei erwähnten indizierten Arbeiten könnte daher gleich 1 gesetzt werden.
Der effektive Wirkungsgrad der Übertragung oder das Verhältnis zwischen den zwei effektiven Arbeiten, der vom Kompressor verbrauchten bzw. von der Verbrennungskraftmaschine geleisteten und der von der Dampfmaschine entwickelten bzw. den Lokomotivrädern oder den Schiffsschrauben zugeführten Arbeit, dieser Wirkungsgrad wurde von der Güte der mechanischen Konstruktion der beiden Maschinen, Kompressor und Dampfmaschine, abhängen.
Selbstredend können die Druckverluste zwischen den beiden erwähnten Maschinen, die der Einfachheit halber gleich Null gesetzt werden, nie gänzlich vermieden werden, wie auch in jedem andern Energieübertragungssystem.
Diese Verluste können nun auf das geringste Mass beschränkt werden, indem man sich bemüht. nicht nur die Rohr-. Ventil-und Steuerungswiderstände, sondern auch die Kompressionsarbeit, welche der Dampf im Kompressor aufnimmt, gegenüber der Expansionsarbeit, die derselbe Dampf in der Dampf- maschine entwickeln wird, nach Möglichkeit zu vermindern. Daher ist es vorteilhaft, den Niederdruckbehälter B etwas abzukühlen, um beim Kompressoreintritt den spezifischen Gehalt an Dampf (wenn nass) oder seine Temperatur (wenn überhitzt) und somit'in beiden Fällen sein spezifisches Volumen zu verringern.
Ebenso ist es zweckmässig, den Hochdruckbehälter C etwas zu erwärmen, um beim Dampfmaschineneintritt den spezifischen Gehalt an Dampf (wenn nass) oder seine Temperatur (wenn überhitzt und somit in beiden Fällen sein spezifisches Volumen zu vergrössern.
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vermehrt und die dem Kompressor zuzuführende Arbeit verringert. Dieser Erfolg ist leicht erreichbar. durch Abkühlung des Niederdruckbehälters mit Luft (ähnlich wie bei AutoIl1obilradiatoren) oder mit Wasser und durch Erwärmung des Hochdruckbehälters mit den Auspuffgasen der Verbrennungskraftmaschine oder durch Heizung mit irgendeinem Brennstoff.
Auf Lokomotiven und Schiffen können die Verbrennungskraftmaschine, der Kompressor und die Behälter an Stelle der nun überflüssigen Kessel installiert werden und auf Schiffen können auch die Kondensatoren sowie die Luft-und Zirkulationspumpen abgeschafft werden.
Selbstverständlich ist diese Energieübertragung vermittels Dampfes mit allen Dampfmaschinenarten (Kolbenmaschinen oder Turbinen) ausführbar. Ebenso kann die Dampfverdichtung durch einen Kolben-oder Turbokompressor bewirkt und für den Antrieb des Kompressors anstatt der Verbrennungskraftmasehine gegebenenfalls irgendein anderer, genügend wirtschaftlicher Motor, wie z. B. eine elektrische oder hydraulische Maschine, verwendet werden.-
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Auf nach diesem System umgebauten Lokomotiven können für den Dampfkompressorantrieb elektrische, u. zw. einphasige Asynchrormotoren mit unmittelbarer Zuführung der Fahrdrahtspannung, also ohne Transformatoren, Anwendung finden.
Schliesslich können bei Fördermaschinen, die sich in der Nähe von Wassergefällen befinden, für den Dampfkompressorantrieb hydraulische Motoren benutzt werden.