CH98149A - Thermal power plant with recovery of waste heat. - Google Patents

Thermal power plant with recovery of waste heat.

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CH98149A
CH98149A CH98149DA CH98149A CH 98149 A CH98149 A CH 98149A CH 98149D A CH98149D A CH 98149DA CH 98149 A CH98149 A CH 98149A
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thermal power
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Kagi Emil
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Kagi Emil
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D13/00Control of linear speed; Control of angular speed; Control of acceleration or deceleration, e.g. of a prime mover
    • G05D13/64Compensating the speed difference between engines meshing by a differential gearing or the speed difference between a controlling shaft and a controlled shaft

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Automation & Control Theory (AREA)
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Description

  

      Wärmekraftanlage    mit Verwertung der Abwärme.    Die vorliegende Erfindung betrifft eine       Wärmekraftanlage,    mit Verwertung der Ab  wärme, bei welcher die     Wärmekraftmaschine     in Abhängigkeit von der Menge der benötig  ten Abwärme betrieben wird.

   Die Erfindung  besteht darin, dass die die Abwärme liefernde  Maschine mit einem     Schwungracl    ausge  rüstet ist, dessen     Kraftaufspeicherungsver-          mögen    dazu ausreicht, die während den Be  triebsperioden mit grosser Wärmeabgabe und  kleinem Kraftbedarf von der Wärmekraft  maschine zu viel geleistete Arbeit aufzuneh  men, um sie während den Betriebsperioden  mit geringem Wärmebedarf und grossem Kraft  bedarf     additionell    zur     Wärmekraftmaschinen-          leistung    wieder abgeben zu können.

   Das  Schwungrad kann durch ein Getriebe mit  veränderlichem Übersetzungsverhältnis in  kraftübertragender Verbindung mit der     Wär-          mekraftmaschine    stehen, zum Zweck, die       Wärmekraftmaschine    mit konstanter Umlauf  geschwindigkeit zu betreiben. Das Schwung  rad kann auch durch ein Getriebe mit ver  änderlichem Übersetzungsverhältnis in kraft  übertragender Verbindung mit anzutreibenden  Arbeitsmaschinen stehen, zum Zweck, die    Arbeitsmaschinen mit konstanter Geschwin  digkeit antreiben zu können.

   Die Verände  rung des Übersetzungsverhältnisses kann da  bei selbsttätig mit Hilfe eines Geschwindig  keitsreglers erfolgen, welcher seinerseits von  einem solchen     Umlauforgan    der Anlage aus  angetrieben wird, dessen Umlaufgeschwindig  keit konstant zu halten ist.  



  Zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungs  gegenstandes, und zwar zwei Dampfkraftan  lagen, sind auf der Zeichnung dargestellt.  



  a ist der Zylinder, b die Kurbelwelle, c  das übliche auf die Kurbelwelle     äufgekeilte     Schwungrad einer Dämpfmaschine, deren Ab  dampf an eine nicht gezeichnete Abdampf  verwertungsanlage abgegeben und deren Fül  lung unabhängig vom Kraftbedarf, dem je  weiligen Bedarf an Abdampf entsprechend  eingestellt wird. d ist die     Antriebwelle    einer  oder mehrerer nicht gezeichneter Arbeits  maschinen, deren Kraftbedarf in keinem Ab  hängigkeitsverhältnis zum     Abdampfbedarf     steht.

   e ist ein weiteres besonders schweres  Schwungrad, f<I>g</I>     lt    ein an sich bekanntes,  aus zwei konischen Trommeln und einem  auf den Trommeln verschiebbaren Riemen be-      stehendes     Kraftübertragungsgetriebe,    dessen  Übersetzungsverhältnis durch Verschieben des  Riemens verändert werden kann. i ist ein  mit Hilfe der konischen Räder     k    angetriebe  ner     Fliehkraftregler,    dessen Muffe     in    durch  den bei     7a    gelagerten zweiarmigen Hebel o mit  der zur Verstellung des Riemens dienenden  Riemengabel     _p    verbunden ist.

   Bei dem in       Fig.    1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel  wird sowohl das Schwungrad e, wie auch  der Regler und die Welle d - letztere mit  Hilfe des Riemens     q    - unmittelbar von der  Kurbelwelle angetrieben. In der gezeichneten  Stellung des Riemens     g    wird an die Welle  d gerade so viel Kraft abgegeben, als von der  Dampfmaschine erzeugt wird. Das ganze  System befindet sich also im Beharrungszu  stand, d. h. die     Umlaufsgeschwindigkeit    aller  rotierenden Teile ist eine gleichförmige.

   Sinkt  der Kraftbedarf unter den von der Dampf  maschine abgegebenen Betrag herunter, oder  übersteigt die von der     Maschine    abgegebene  Energie, zum Beispiel infolge einer Zunahme  des     Abdampfverbrauches,    den augenblicklich  benötigten Betrag, so erfährt das ganze Sy  stem zunächst eine kleine Beschleunigung.

    Dadurch wird die Fliehkraft der     Regler-          schwunggewichte    vergrössert, der Riemen g  wird vom Regler nach der Seite der Dampf  maschine verschoben, das Übersetzungsver  hältnis des Getriebes<I>f g</I>     h    also vergrössert  und das Schwungrad e weiter beschleunigt,  bis es den von der Dampfmaschine geliefer  ten     Arbeitsüberschuss    aufgenommen hat, wor  auf das ganze System wieder mit gleich  förmigerGeschwindigkeitweiterläuft.

   Wächst  hierauf der Kraftbedarf der Arbeitsmaschinen  über den von der Dampfmaschine abgegebe  nen Betrag, oder sinkt die von der Dampf  maschine gelieferte Energie, infolge geringen       Abdampfverbrauches,    unter den von den Ar  beitsmaschinen gerade benötigten Betrag, so  erfährt das System zunächst eine Verzöge  rung.

   Die Fliehkraft der Schwunggewichte  nimmt ab, der Riemen g wird unter dem  Einfluss der     Reglerfeder    in der andern Rich  tung verschoben, das Übersetzungsverhältnis  des Getriebes<I>f</I>     g   <I>h</I> also verkleinert, bis das    Schwungrad e durch Verzögerung seiner Be  wegung so viel Energie an das System zurück  gegeben hat, als erforderlich ist, um zusam  men mit der von der Maschine gelieferten  Energie den von den Arbeitsmaschinen be  nötigten Gesamtbetrag auszumachen.

   Eine  nicht gezeichnete Zusatzregulierung ändert  die Füllung der Dampfmaschine     zuweilen     erst dann, wenn die Schwungmassen nach  Aufnahme     bezw.    Abgabe vorn ausserordentlich  grossen Energiemengen entweder an ihrer  obern oder untern zulässigen Grenze die Um  laufsgeschwindigkeit angelangt sind.  



  Bei dem in     Fig.    2 gezeigten Ausführungs  beispiel ist die Dampfmaschine- durch das       Stirnradgetriebe    r     s    mit dem Schwungrad e  gekuppelt. Die Antriebswelle d wird von  der Welle des Schwungrades e aus durch  das Getriebe<I>f</I>     g        lt    angetrieben, und der Re  gler     i    erhält seinen Antrieb von der Welle d.

    Die Wirkungsweise dieser Anlage unter  scheidet sich von derjenigen nach     Fig.    1 nur  dadurch, dass auch das Schwungrad c, zwecks  Unterstützung des Schwungrades e,     zu)-    Auf  speicherung und Wiedergabe der von der  Dampfmaschine zeitweise gelieferten Kraft  überschüsse herangezogen wird, da sich eine       Umlaufsgeschwindigkeit,    infolge des festen  Übersetzungsverhältnisses des     Stirnradgetrie-          bes,    in gleichem Verhältnis ändert, wie die  jenige des Schwungrades e. An Stelle des  gezeichneten Getriebes kann auch irgend ein  anderes Getriebe mit veränderlichem Über  setzungsverhältnis, z. B. ein solches mit hy  draulischer, pneumatischer oder elektrischer  Kraftübertragung Verwendung finden.

   Endlich  kann die     Massnahme    nach der Erfindung auch  für andere     Wärmekraftmaschinen    als Dampf  maschinen, und zwar insbesondere für     Ver-          brennungskraftmaschinen    mit Verwertung der  Abgase, angewendet werden. Die Dampf  maschine kann auch in festem Übersetzungs  verhältnis mit dem Schwungrad e und einem  Gleichstromgenerator gekuppelt sein, dessen  Geschwindigkeit infolge des festen Über  setzungsverhältnisses sich proportional zu der  jenigen des Schwungrades verändert, wobei  die Netzspannung des vom Generator er-      zeugten Gleichstromes mit     Hilfe    eines auto  matischen Spannungsreglers, trotz veränder  licher Geschwindigkeit des Generators kon  stant gehalten wird.



      Thermal power plant with recovery of waste heat. The present invention relates to a thermal power plant, with utilization of the heat from, in which the heat engine is operated depending on the amount of waste heat required.

   The invention consists in the fact that the machine delivering the waste heat is equipped with a Schwungracl, the power accumulation capacity of which is sufficient to absorb too much work done by the heat engine during the operating periods with a large heat output and small power requirement, to allow it during the operating periods with low heat demand and high power demand in addition to the heat engine power.

   The flywheel can be in a force-transmitting connection with the heat engine through a gear with a variable transmission ratio, for the purpose of operating the heat engine at a constant speed. The flywheel can also be in force-transmitting connection with the work machines to be driven by a transmission with a variable transmission ratio, for the purpose of being able to drive the work machines at a constant speed.

   The change in the transmission ratio can take place automatically with the help of a speed controller, which in turn is driven by such a circulating element of the system, whose Umlaufgeschwindig speed is to be kept constant.



  Two embodiments of the subject invention, namely two Dampfkraftan were, are shown in the drawing.



  a is the cylinder, b the crankshaft, c the usual flywheel of a steaming machine wedged onto the crankshaft, the steam from which is released to an exhaust steam recovery system (not shown) and whose filling is set independently of the power requirement, the respective exhaust steam requirement. d is the drive shaft of one or more non-illustrated work machines whose power requirement is not dependent on the exhaust steam requirement.

   e is another particularly heavy flywheel, f <I> g </I> lt a power transmission gear known per se, consisting of two conical drums and a belt that can be moved on the drums, the transmission ratio of which can be changed by moving the belt. i is a centrifugal governor driven with the help of the conical wheels k, the sleeve of which is connected by the two-armed lever o mounted at 7a to the belt fork _p serving to adjust the belt.

   In the embodiment illustrated in FIG. 1, both the flywheel e, as well as the controller and the shaft d - the latter with the aid of the belt q - are driven directly by the crankshaft. In the position shown for the belt g, just as much power is delivered to the shaft d as is generated by the steam engine. So the whole system is in a steady state, i.e. H. the speed of rotation of all rotating parts is uniform.

   If the power requirement drops below the amount released by the steam engine, or if the energy released by the machine exceeds the amount currently required, for example as a result of an increase in exhaust steam consumption, the whole system initially experiences a small acceleration.

    This increases the centrifugal force of the governor flyweights, the belt g is shifted by the governor to the side of the steam engine, the transmission ratio of the gearbox <I> fg </I> h is increased and the flywheel e accelerates further until it reaches the has absorbed the surplus of work supplied by the steam engine, whereupon the whole system continues to run at the same speed.

   If the power requirement of the work machines grows above the amount given by the steam engine, or if the energy supplied by the steam engine falls below the amount required by the work machines due to low exhaust steam consumption, the system initially experiences a delay.

   The centrifugal force of the flyweights decreases, the belt g is shifted in the other direction under the influence of the governor spring, the transmission ratio of the gearbox <I> f </I> g <I> h </I> is reduced until the flywheel e by delaying its movement has given back as much energy to the system as is necessary to determine the total amount required by the working machines together with the energy supplied by the machine.

   An additional regulation, not shown, changes the filling of the steam engine sometimes only when the centrifugal masses after recording BEZW. Delivery in front of extraordinarily large amounts of energy either at their upper or lower permissible limit the circulation speed has reached.



  In the embodiment shown in Fig. 2, the steam engine is coupled to the flywheel e through the spur gear r s. The drive shaft d is driven from the shaft of the flywheel e through the transmission <I> f </I> g lt, and the controller i receives its drive from the shaft d.

    The mode of operation of this system differs from that according to FIG. 1 only in that the flywheel c, in order to support the flywheel e, is used to store and reproduce the excess force temporarily supplied by the steam engine, since there is a rotational speed , as a result of the fixed gear ratio of the spur gear, changes in the same ratio as that of the flywheel e. In place of the transmission shown, any other transmission with variable transmission ratio, z. B. find one with hy draulic, pneumatic or electrical power transmission use.

   Finally, the measure according to the invention can also be used for heat engines other than steam engines, in particular for internal combustion engines that utilize the exhaust gases. The steam engine can also be coupled in a fixed transmission ratio with the flywheel e and a direct current generator, the speed of which changes proportionally to that of the flywheel as a result of the fixed transmission ratio, with the mains voltage of the direct current generated by the generator using an automatic Voltage regulator, is kept constant despite the changing speed of the generator.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Wärmekraftanlage mit Verwertung der Abwärme, bei welcher die Wärmehraftma- schine in Abhängigkeit von der Menge der benötigten Abwärme betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die die Abwärme lie fernde Maschine mit einem Schwungrad ausge rüstet ist, dessen Kraftaufspeicherungsver- mögen dazu ausreicht, die während den Be triebsperioden mit grosser Wärmeabgabe und kleinem Kraftbedarf von der Wärmekraft maschine zu viel geleistete Arbeit aufzuneh men, PATENT CLAIM: Thermal power plant with utilization of waste heat, in which the thermal power machine is operated depending on the amount of waste heat required, characterized in that the machine delivering the waste heat is equipped with a flywheel whose power storage capacity is sufficient for the to take up too much work during the operating periods with high heat output and low power requirements from the heat engine, um sie während den Betriebsperioden mit geringem Wärmebedarf und grossem Kraftbedarf additionell zur Wärmekraftma- schinenleistung wieder abgeben zu können. UNTERANSPRüCHE : . <B>1.</B> Wärmekraftanlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwung rad durch ein Getriebe mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis in kraftübertragen der Verbindung mit der Wärmekraftma- schine steht, zum Zweck, die Wärinekraft- maschine mitsamt der anzutreibenden Ma schine mit konstanter Umlaufgeschwindig keit betreiben zu können. 2. in order to be able to release it again during the operating periods with low heat demand and high power demand in addition to the heat engine output. SUBCLAIMS:. <B> 1. </B> Thermal power plant according to patent claim, characterized in that the flywheel is connected to the thermal power machine by means of a transmission with a variable transmission ratio in power transmission, for the purpose of including the heat power machine and the machine to be driven to be able to operate constant Umlaufgeschwindig speed. 2. Wärmekraftanlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwung rad durch ein Getriebe mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis in kraftübertragen der Verbindung mit anzutreibenden Arbeits- inaschinen steht, zum Zweck, die Arbeits maschine allein mit konstanter Geschwin digkeit betreiben zu können. 3. Wärmekraftanlage nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verände rung des Übersetzungsverhältnisses selbst tätig mit Hilfe eines Geschwindigkeits reglers erfolgt, welcher seinerseits von einem solchen Umlauforgan der Anlage aus ange trieben wird, dessen Umlaufgeschwindig keit konstant zu halten ist. 4. Thermal power plant according to patent claim, characterized in that the flywheel is in force-transferring connection with driven work machines through a gear with variable transmission ratio, for the purpose of being able to operate the work machine alone at constant speed. 3. Thermal power plant according to dependent claim 1, characterized in that the change in the transmission ratio itself takes place actively with the help of a speed controller, which in turn is driven by such a circulating element of the system, whose Umlaufgeschwindig speed is to be kept constant. 4th Wärmekraftanlage nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verände rung des Übersetzungsverhältnisses selbst tätig mit Hilfe eines seinen Antrieb von einer Arbeitsmaschine aus erhaltenden Ge schwindigkeitsreglers erfolgt. 5. Wärmekraftanlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme kraftmaschine in festem Übersetzungsver hältnis mit dem Schwungrad und einem Gleichstromgenerator gekuppelt ist, dessen Geschwindigkeit infolge des festen Überset- zungsverhältnissesproportionalzu derjenigen des Schwungrades veränderlich ist, wobei die Netzspannung des vom Generator er zeugten Gleichstromes mit Hilfe eines auto matischen Spannungsreglers, trotz veränder licher Geschwindigkeit des Generators, konstant gehalten wird. Thermal power plant according to dependent claim 2, characterized in that the change in the transmission ratio takes place actively with the aid of a speed controller which receives its drive from a work machine. 5. Thermal power plant according to claim, characterized in that the heat engine is coupled in a fixed transmission ratio with the flywheel and a direct current generator, the speed of which is proportional to that of the flywheel due to the fixed transmission ratio, the mains voltage of the direct current generated by the generator With the help of an automatic voltage regulator, this is kept constant despite the changing speed of the generator.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4936154A (en) * 1989-07-21 1990-06-26 Hamlin Fred A Squared circle transmission

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4936154A (en) * 1989-07-21 1990-06-26 Hamlin Fred A Squared circle transmission

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