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Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Dampferzeugung, deren besondere
Vorteile überall dort zur Geltung kommen, wo der Dampf als Treibmittel dient und
nicht die Erzeugung chemisch reinen Wasserdampfes Bedingung ist. In diesem Sinne
sind auch die in den nachfolgenden Ausführungen verwendeten Ausdrücke »Dampf-« bzw.
»Treibmittelerzeugung« zu verstehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dampf-Erzeugungsanlage
mit möglichst kleinem Raumbedarf zu erstellen, die in der Lage ist, bei kürzester
Anfahrzeit zu nicht genau vorherbestimmbaren Zeitpunkten möglichst große Mengen
an Treibmitteln von Naß- bis zu hohen Heißdampftemperaturen während relativ kurzer
Betriebszeiten zu erzeugen, wobei die Betriebskosten eine untergeordnete Rolle spielen,
die Anschaffungskosten jedoch möglichst niedrig liegen.
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Derartige Aufgaben treten z. B. beim Betrieb von Absaugeanlagen für
Höhenprüfstände und Vakuumanlagen der Verfahrenstechnik sowie gewissen großen Turboantrieben
auf.
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Da eine Dampf-Erzeugungsanlage mit den geforderten Eigenschaften nicht
nach der bisher üblichen klassischen Methode der »Trennung von Feuer und Wasser«
und nur mit hochenergetischen Treibstoffen betrieben werden kann, sind außer einem
automatischen Steuerungssystem sowohl beim Anfahren und Abschalten besondere Sicherheitsvorrichtungen
mit Rücksicht auf die Möglichkeit eines Bedienungsfehlers oder eventuell auftretender
Störungen gefordert.
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Die erfindungsgemäße Dampf-Erzeugungsanlage, bei der den in einer
oder mehreren parallelgeschalteten Flüssigkeits-Raketen-Brennkammern aus hochenergetischen
Kraftstoffen erzeugten Brenngasen Wasser in vorbestimmten Mengen eingespritzt wird,
ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung von Schwingungen das zu verdampfende
Wasser in einer durch eine Einziehung der Brennkammer an ihrem Ende bewirkten Zone
geringeren Strömungsquerschnitts der Brenngase mit entsprechend erhöhter Unterschallgeschwindigkeit
durch in regelmäßiger Teilung angeordnete Löcher mit angepaßter Geschwindigkeit'
und unter angepaßtem Winkel radial zur Längsachse der Brennkammer eingespritzt und
durch eine an die Brennkammer anschließende, zu einem Verdampfungsraum auslaufende
Querschnittserweiterung eine Verwirbelung des Gemisches erzielt wird, wobei der
Verdampfungsraum so bemessen ist, daß eine mittlere Verweilzeit von etwa 0,05 Sekunden
eingehalten wird, und daß etwa 10"/" des zu verdampfenden Wassers bereits im unteren
Teil der Brennkammer oberhalb der Einschnürung über regelm@ißig verteilte Löcher
so gegen einen an der Innenwand angebrachten Ring gespritzt wird, daß <<n
der Innenwand ein zusammenhängender dünner Wasserfilm entsteht.
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Die vollprogrammierte Treibmittel-Erzeugungsanlage gemäß der Erfindung
erreicht in weniger als 5 Sekunden ihre volle Leistung, und unter den vorgesehenen
Sicherheitsvorkehrungen wird jeder neue Schritt des automatischen Anfahrens über
eine Vorstufe bis zur vollen Leistung durch eine oder mehrere Rückmeldungen der
einwandfreien Funktion aus dem vorangegangenen Schritt ausgelöst, wobei Druckstöße
vermieden werden.
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Die Anlage erfordert einen sehr geringen Platzbedarf, bezogen auf
ihre Leistung. Als Beispiel sei eine komplette mit den benötigten Treibstoffen versehene
Anlage erwähnt, die bei 3 x 6 m#' Grundfläche und 6 m Höhe 40 t Treibmittel von
21 kp/cmz und 250°C erzeugen kann, d. h. zum Beispiel 30 kg/sec - 22 min oder 3
kg; sec - 330 min usw. Durch Dosierung der Wasser- zu den Treibstoffmengen läßt
sich für jede Leistung jede Temperatur des Dampf-Gas-Gemisches von Naßdampf- bis
zu hohen Heißdampftemperaturen einstellen.
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Es ist bereits eine Dampf-Gas-Erzeugungsanlage auf der Basis einer
mit flüssigem Brennstoff betriebenen Brennkammer, welche einen Brennstoff und einen
Wasserkreis aufweist, bekannt, wobei den in der Brennkammer erzeugten Brenngasen
zusätzlich Wasser in vorbestimmten Mengen eingespritzt wird und wobei der Brennkammer
ein zusätzlicher Verdampfungsraum zugeschaltet wird, in dem die restlose Verdampfung
des eingespritzten Wassers erfolgt. Ferner ist auch ein Dampferzeuger mit Wassereinspritzung
vorgeschlagen worden, bei dem Wasserstoff und Sauerstoff als Kraftstoff verwendet
wird. Die die erfindungsgemäße Anlage kennzeichnenden Eigenschaften, kleinster Raumbedarf,
geringe Herstellungs- bzw. Anschaffungskosten und kürzeste Anfahr- und Abschaltzeiten
können mit den bisher bekannten Dampferzeugern nicht erreicht werden.
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Die erfindungsgemäße Anlage kann leicht transportabel ausgeführt werden.
Bei Voraussetzung eines nicht zu häufigen und relativ kurzzeitigen Betriebs ist
sie ab etwa 2 kg/sec Treibmittelerzeugung infolge sehr geringer Investitionskosten
trotz der durch die Verwendung des Oxydators erhöhten Betriebsstoffkosten rentabler
als die bisher bekannten Dampferzeuger ohne oder mit Speicherung des erzeugten Dampfes.
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Die Förderung der Treibstoffe (Oxydator, Zündbrennstoff, Brennstoff)
und des Wassers kann sowohl mit Druckgas (bevorzugt trockene Druckluft) wie durch
Pumpen erfolgen, und zwar in beliebiger Kombination entsprechend wirtschaftlichen,
betrieblichen und technischen Gesichtspunkten. Es können pneumatische Ventile mit
elektromagnetischer Ansteuerung und elektromagnetische Ventile verwendet werden.
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Das Hochfahren der Anlage auf volle Leistung erfolgt in einigen Sekunden,
das Abschalten in weniger als 1 Sekunde. Bei der Wahl von 99"/"iger HN03 als Oxydator
ist es möglich, die betriebsbereite Anlage längere Zeit in Bereitstellung zu halten.
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Als Brennstoffe für die Verbrennung in der/den Raketenbrennkammern
sind normale, preiswerte Kohlenwasserstoffe geeignet. Bei der Wahl von 99"/"iger
HNO, als Oxydator hat sich ein Gemisch von 75 bis 50 Volumprozent Dieselkraftstoff
oder leichtem Heizöl mit 25 bis 50 Volumprozent Terpentinöl als für eine ruhige
Verbrennung geeignet und wirtschaftlich erwiesen. Die Verbrennung erfolgt im stöchiometrischen
Mischungsverhältnis, um möglichst heiße und saubere neutrale Brenngase zu erzielen.
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Das zu verdampfende Wasser braucht auch bei starkem Kalkgehalt nicht
aufbereitet zu werden. Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken wird das eingespritzte
Wasser zuvor zur Kühlung der Wände des Raketenbrennkammerraumes oder eines Teiles
des Verdampfungsraumes verwendet.
Die Anlage kann mit der weiter
unten beschriebenen automatischen Programmsteuerung durch Fernbedienung mehrfach
angefahren und abgeschaltet werden, so lange, bis die aufgefüllten Treibstoffe erschöpft
sind.
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Im Institut für Chemische Raketenantriebe des Erfinders sind seit
Ende 1964 die oben beschriebenen, dort entwickelten Treibmittel-Erzeugungsanlagen
verschieden großer Leistung (etwa 10 t/h, 30 t/h und etwa 120 t/h) erfolgreich in
Betrieb. Mit ihnen wurden während verhältnismäßig kurzdauernder Betriebszeiten weit
über 350 t Dampf-Gas-Gemische erzeugt (Normalzustand 21 kp/cm2, 250°C).
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Die Erfindung soll nun an Hand der A b b. I näher erläutert werden.
Hier ist die erfindungsgemäße Dampf-Erzeugungsanlage schematisch im Schnitt dargestellt,
wobei im Interesse der besseren Ubersichtlichkeit die Behälter für die Betriebsstoffe
fortgelassen und nur die Zuleitungen angedeutet sind.
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Die Ansteuerung der Anlage kann teil- oder vollprogrammiert ausgeführt
werden. Die Vollprogrammierung bietet eine größere Sicherheit und auch bei Anfahren
der Anlage reproduzierbare Verhältnisse. Ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße
vollprogrammierte Steuerung der Anlage ist in der A b b. 2 dargestellt.
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Die Betriebsstoffzufuhr ist durch die Symbole 17 bis 20 (s.
A b b. 1) angedeutet, und zwar 17 für den Zündbrennstoff (z. B. Furfurylalkohol),
18 für den Brennstoff (normale Kohlenwasserstoffe), 19 für den Oxydator
(z. B. 99%ige HN03) und 20 für Wasser (nicht aufbereitet).
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In der schematischen Darstellung in A b b. 1 ist es offengelassen,
ob die Förderung der Flüssigkeiten durch Druckgas oder durch Pumpen erfolgt.
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Vor Betriebsbeginn werden alle Leitungen der betankten Anlage bis
zu den Ventilen 3 (Oxydator), 4 (Zündbrennstoff], 5 und 9 (Wasser) und
8 (Brennstoff) gefüllt.
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Bei Betriebsbeginn werden zunächst die Sicherheitsventile 1 (Bypaß
Oxydator) und 2 (Zündbrennstoff) geöffnet. Danach werden die Leitungen bis zu den
Ventilen 3 (Oxydator), 4 (Zündbrennstoff), 7 (Brennstoff), 5 und 9 (Wasser) unter
Druck gesetzt. Zur Zündung und zum Erreichen einer Vorstufe von etwa '/4 bis '/3
der vollen Leistung werden die Ventile 4 (Zündbrennstoff), 3 (Oxydator) und 5 (Wasser)
geöffnet. Zündbrennstoff und Oxydator werden in vorbestimmten Mengen über das Einspritzsystem
10 in die Brennkammer 11 eingespritzt, wo sie miteinander hypergol
brennen. Dem für die Vorstufe erforderlichen Wasser wird der Weg in den Kühlmantel
zwischen Brennkammer 11 und Außenmantel 12 freigegeben. Das die Wandung
der Brennkammer kühlende und dabei erwärmte Wasser wird zum überwiegenden Teil nach
Passieren des geteilten Füllstückes 13 in der Zone 14, die sich durch
geringeren Strömungsquerschnitt und entsprechend erhöhte Unterschallgeschwindigkeit
der Brenngase auszeichnet, in die heißen ausgebrannten Brenngase eingespritzt. Ein
geringer Anteil des Wassers (etwa 10"/(,) wird bereits oberhalb der Einschnürung
im zylindrischen Teil der Brennkammer 11 gegen einen an der Innenwand der
Brennkammer angebrachten Ring 21 gespritzt, und zwar derart, daß ein dünner zusammenhängender
Wasserfilm an der Innenwand der Brennkammer entsteht, der auf seinem weiteren Weg
ebenfalls verdampft wird und an der anschließenden Durchmischung teilnimmt. Damit
werden ohne Leistungseinbuße die Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit des
Kühlspaltes herabgesetzt und die Betriebssicherheit verbessert. Der sich aufbauende
Vorstufendruck wird zur Weiterschaltung in die Hauptstufe benutzt.
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Bei nicht programmgemäßem Verlauf schaltet ein Zeitrelais 23 die Anlage
ab.
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Zum Weiterschalten in die Hauptstufe (volle Leistung) werden zunächst
Ventil 8 (Brennstoff), dann die Sicherheitsventile 6 (Oxydator), 7 (Brennstoff)
und das Ventil 9 (Wasser) geöffnet.
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Das Ventil 4 (Zündbrennstoff), die Sicherheitsventile 2 (Zündbrennstoff)
und 1 (Bypaß Oxydator) werden geschlossen. Die Anlage erreicht ihre volle Leistung
bei Verbrennung von normalen preiswerten Kohlenwasserstoffen. Die insgesamt zum
Anfahren bis zur vollen Leistung benötigte Zeit beträgt einige Sekunden (etwa 5
Sekunden).
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Bei nicht programmgemäßem Weiterschalten in die Hauptstufe (volle
Leistung) schaltet ein Zeitrelais 24 die Anlage ab.
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Die Treibstoffe werden in vorbestimmten Mengen und in stöchiometrischem
Mischungsverhältnis in die Brennkammer 11 mittels des Einspritzsystems
10
eingespritzt, um möglichst neutrale Brenngase zu erhalten. Der Verbrennungswirkungsgrad
hängt hauptsächlich von der Ausbildung des Einspritzsystems 10 und der Größe
des Verbrennungsraumes der Brennkammer 11 ab. Etwa 98"/o können erreicht
werden.
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Der überwiegende Teil des zu verdampfenden Wassers wird erst in die
durchreagierten Brenngase eingespritzt, und zwar in einer durch eine Einziehung
der Brennkammer bewirkten Zone 14 erhöhter Unterschallgeschwindigkeit und
verringertem Strömungsquerschnitts der Brenngase. Die Einspritzung erfolgt dort
zur Vermeidung von Schwingungen in der Brennkammer durch regelmäßig angeordnete
Löcher in radialer Richtung mit einer der Gasgeschwindigkeit angepaßten Geschwindigkeit
und unter einem angepaßten Winkel zur Längsachse der Brennkammer 11. Durch
eine nachfolgende Querschnittserweiterung zum Verdampfungsraum 15 wird eine
Verwirbelung von Brenngasen und Wasser bzw. Wasserdampf erzielt. Die Bemessung des
Verdampfungsraumes 15 sichert den praktisch vollständigen Temperaturausgleich
des Dampf-Gas-Gemisches. Eine mittlere Verweilzeit von etwa 0,05 Sekunden hat sich
als ausreichend erwiesen.
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Im engsten Querschnitt der Treibdüse 16 erreicht das Dampf-Gas-Gemisch
(Treibmittel) Schallgeschwindigkeit. Durch Abstimmung der Wassermenge zur Menge
der Treibstoffe (Oxydator und Brennstoff) kann die Gemischtemperatur von Naßdampf-
bis zu hohen Heißdampftemperaturen eingestellt werden.
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Entsprechend dem stöchiometrischen Mischungsverhältnis der Treibstoffe
und dem hohen Verbrennungswirkungsgrad ist das entstehende Dampf-Gas-Gemisch weitgehend
sauber und neutral. Die Brenngase sind also integrierender Bestandteil des erzeugten
Treibmittels.
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Bei jedem Abschalten der Anlage, gewollt bei Beendigung des Betriebes
oder automatisch beim eventuellen Auftreten einer Störung bzw. durch die eingebauten
Zeitrelais 23 und 24 bei nicht programmgemäßen
Verlauf
des Anfahrens, werden die geöffneten Ventile geschlossen. Dabei werden Druckstöße
in den Leitungen durch eine geregelte Schließfolge vermieden.
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Durch Druckgas (bevorzugt trockene Druckluft) werden die zwischen
den Ventilen 3 (Oxydator), 4 (Zündbrennstoff) sowie 8 (Brennstoff)
und dem Einspritzsystem 10 (einschließlich der in diesem selbst vorhandenen)
beim Abschalten befindlichen Treibstoffe in die noch mit heißen Brenngasen gefüllte
Brennkammer 11 geblasen, wo sie miteinander reagieren. Das Anblasen wird
nach einer einstellbaren Zeit durch ein Zeitrelais 25 abgeschaltet. Während des
Ausblasens wird ein Ventil 22 geöffnet gehalten, das bei einer normalerweise (hier
aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeichneten) vorhandenen waagerechten Strecke
vor der Treibdüse das Ablassen von nachgelaufenem oder einkondensiertem Wasser ermöglicht.
Das Ventil 22 wird über das Zeitrelais 25 wieder geschlossen. Danach kann die Anlage,
sofern noch Treibstoffe in den Tanks vorhanden sind, wieder angefahren werden.
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Im folgenden wird die praktische Ausführung einer erprobten Steuerung
für eine erfindungsgemäße Dampf-Erzeugungsanlage hoher Leistung mit sehr kurzer
Anfahrzeit an Hand des in A b b. 2 dargestellten Stromlaufplanes erläutert. Dabei
werden die Treibstoffe (Oxydator, Zündbrennstoff und Brennstoff) durch trockene
Druckluft, das Wasser durch eine Pumpe gefördert: Zur besseren Übersicht und im
Interesse eines schnelleren Auffindens der einzelnen Schaltsymbole ist der Stromlaufplan
in einzelne Felder aufgeteilt, die im Text hinter den einzelnen Bezugsziffern in
Klammern angegeben sind, z. B. (F2), (F5) usw.
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Die im Stromlaufplan (A b b. 2) dargestellte Steuerung stellt nur
ein Ausführungsbeispiel für eine vollprogrammierte Dampf-Erzeugungsanlage gemäß
der Erfindung dar. Bei dem Entwurf dieser Steuerung stand die Sicherheit und Zuverlässigkeit
im Betrieb und vor allem auch die Vermeidung von Bedienungsfehlern während der Ingang-
bzw. Außerbetriebsetzung der Anlage im Vordergrund. Es sind verschiedene Variationen
in der Relaisanordnung für die Betätigung der Ventile und die Signalisierung bzw.
Rückmeldevorrichtungen denkbar, vor allem ist eine Vereinfachung und Kombination
von Hand-und automatischer Steuerung möglich.
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Die Beschreibung ist in der Form einer Bedienungs- bzw. Betriebsanleitung
gehalten und soll als solche die umfangreichen Sicherungsvorkehrungen illustrieren.
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Zum Betanken der Behälter muß der Schlüsselschalter SS
1 betätigt werden. Taste »Betanken Ein« (F2 bedeutet Feld 2 im Stromlaufplan)
wird gedrückt. Schütz e5 (F5) zieht an. Lampe leuchtet auf, was bedeutet, daß Batteriespannung
vorhanden ist. Über einen Haltekontakt von Schütz c5 (F2) wird die Taste »Betanken
Ein« überbrückt.
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1. Betanken mit Zündbrennstoff zum Anfahren (z. B. Furfurylalkohol)
Rastertaste »Betanken Zündbrennstoff« (Furfurylalkohol) (F20) wird gedrückt. Relais
d30 (F21) zieht an. Der Umschaltkontakt d30 (F20) legt Ventil 2.5 an Spannung. Elektromagnetische
Ventile werden mit der Vorziffer »2.«, pneumatische Ventile mit der Vorziffer »0.«
bezeichnet.
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Ventil 2.5 steuert Ventil 0.9 auf. Über die eingebaute
Drucktaste im Ventil 0.9 sowie über den Umschaltkontakt d30 (F21) wird eine
Lampe im Blockschaltbild auf dem Bedienpult zum Aufleuchten gebracht.
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Nach Beendigung des Betankungsvorganges Zündbrennstoff (Furfurylalkohol)
wird die dazugehörige Rastertaste abermals gedrückt. Relais d30 wird stromlos und
fällt ab. Die Lampe im Blockschaltbild erlischt. Ventil 2.5 wird stromlos, und das
Ventil 0.9 schließt wieder.
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z. Betanken mit Brennstoff (normale Kohlenwasserstoffe, z. B. Dieselkraftstoff
oder leichtes Heizöl mit 25 Volumprozent Terpentinöl) Rastertaste »Betanken Brennstoff«
(F24) wird gedrückt. Relais d31 (F25) zieht an. Der Umschaltkontakt d31 (F24)
legt Ventil 2.14 an Spannung. Ventil 2.14 steuert Ventil 0.8 auf.
Die Lampe im Blockschaltbild wird über die Drucktaste von Ventil 0.8 sowie
dem Umschaltkontakt d31 (F25) zum Aufleuchten gebracht.
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Nach Beendigung des Betankungsvorganges Brennstoff wird die dazugehörige
Rastertaste abermals gedrückt. Relais d31 wird stromlos und fällt ab. Die Lampe
im Blockschaltbild erlischt. Ventil 2.14 wird stromlos, und das Ventil 0.8
schließt wieder.
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3. Betanken Oxydator (z. B. 99°/oige HN03) Rastertaste »Betanken Oxydator«
(F40) wird gedrückt. Relais d32 (F42) zieht an. Da sich, wenn es nicht geöffnet
wird, am Bypaßventi10.11 ein Luftpolster bildet, muß selbiges ebenfalls aufgesteuert
werden. Der Umschaltkontakt d32 (F22) legt Ventil 2.7 an Spannung.
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Ventil 2.7 steuert Ventil 0.11 auf. Die Lampe im Blockschaltbild
wird über die Drucktaste von Ventil 0.11 sowie dem Umschaltkontakt d32 (F23)
zum Aufleuchten gebracht.
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Ein weiterer Umschaltkontakt d32 (F40) legt gleichzeitig mit Ventil
2.7 das Ventil 2.8 an Spannung. Ventil 2.8 steuert Ventil
0.12 auf. Die Lampe im Blockschaltbild wird über die Drucktaste von Ventil
0.12 sowie dem Umschaltkontakt d32 (F42) zum Aufleuchten gebracht.
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Die Oxydatorbetankung kann nun beginnen.
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Die Säurestandanzeige in den Behältern erfolgt am Prüfstand sowie
am Bedienpult über Lampen (F5 bis F6), wobei aus Sicherheitsgründen die Lampen am
Prüfstand doppelt ausgelegt sind.
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Die Säurestandanzeige besteht aus drei Vorwarnungen sowie einem Überlauf-
bzw. automatischen Abschaltkontakt. Steigt der Säurespiegel bis zum Uberlaufkontakt,
d. h. bevor die Säure aus den Behältern austreten würde, zieht Relais d4 (F6) an
und bringt Relais d32 mit seinem Ruhekontakt d4 (F41) zum Abfall. Kontakt
d4 (F6) bringt eine Lampe zum Aufleuchten. ' Die beiden Ventile 2.7. und 2.8 werden
stromlos, und die Ventile 0.11 und 0.12 schließen wieder. Die beiden Lampen
im Blockschaltbild erlöschen.
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Der Betankungsvorgang Oxydator ist beendet. Die Rastertaste »Betanken
Oxydatom muß nun wieder gedrückt werden, und zwar ob automatisch oder vorzeitig
abgeschaltet wurde.
Nach Beendigung sämtlicher Betankungsvorgänge
ist die Taste »Betankung Aus« (F5) zu drücken. Schütz c-5 (F5) fällt ab. Die Lampe,
welche die vorhandene Batteriespannung anzeigte, erlischt. Relais d4 wird stromlos
und fällt ab. Die Lampe erlischt. Der Schlüssel zum Schlüsselschalter 1 ist abzuziehen.
Der Betankungskreis ist wieder stromlos.
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1-, ",Alte nun nochmals kontrolliert werden, ob sich ;amtliche Rastertasten
in Ruhestellung befinden. @'um Betanfiungsvorgang sowie zum Fahrvorgang .;. r.len
verschiedene Schlüssel verwendet, die sich an einem gemeinsamen Ring befinden, so
daß eine doppelte Eia@k-haltung ausgeschlossen ist. 4. Betrieb >clilüsselsclsalter
SS2 wird betätigt und entriegelt dadurch den Hauptschalter. Nach Einschaltung des
Hauptschalters zeigt das eingebaute Voltmeter die vorhandene Batteriespannung an.
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Relais d 2 und d 3 (beide F5 a) ziehen an, wenn
die Säurebehälter betankt sind. Die Bezeichnungen ccl und u2 (F5a) bedeuten Abschaltkontakt
Oxydatortank 1 und 2.
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Uber die beiden Kontakte d2 (F4) und d3 (F5)
leuchten zwei Lampen
im senkrechten Lampenstreifen auf. Die beiden Kontakte d2 und d3 (beide F8) schließen.
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Bedingt durch die Bauart der Zeitrelais müssen diese vorerregt werden,
d. h., sie werden sofort nach Einschalten des Hauptschalters an Spannung gelegt,
Zeitrelais ZR1 (F33), ZR2 (F46), ZR3 (F48).
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Ebenfalls zieht Relais d5 (F12) sofort an. Kontakt d5 (F18)
schließt.
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Ist die für den Betrieb benötigte Druckluft vorhanden, so schließt
das Kontaktmanometer p Luft (F8) und bringt eine Lampe zum Aufleuchten.
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Nach Aufleuchten der drei beschriebenen Lampen kann nun die Wasserpumpe
eingeschaltet werden. Taste »Pumpe Ein« wird gedrückt. Relais E2 (Schaltbild Wasserpumpensteuerung)
steuert die Stern-Dreieck-Kombination.
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Kontakt e2 bringt die Rückmeldelampe, daß die Pumpe angesteuert wurde,
zum Aufleuchten (F3). Relais E2 hält sich über die beiden Kontakte d27 (F2) und
d29 (F3) sowie über seinen eigenen Kontakt.
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Die Lampe, welche den vorhandenen Wasserpumpendruck anzeigt, leuchtet
auf, und zwar über Kontakt d26 (F11 Lemme 142). Das Kontaktmanometer p H20
(F8) für den Pumpendruck maß aus Sicherheitsgründen hoch eingestellt werden. Nach
Umschaltung auf die Hauptstufe wird der Kontakt d26 (F 11)
geöffnet. Sollte der Pumpendruck dann nicht seinen vorgewählten Wert erreichen,
wird die Anlage automatisch abgeschaltet.
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Bei »Brennschluß« ziehen die beiden Relais d27 (F50) und d29 (F56)
an und unterbrechen den Haltestromkreis von Relais E2. Bei »Brennschluß ohne Entlüftung«
kann die Pumpe über Kontakt d29 (F3) wieder nach Ablauf der Aasblasezeit eingeschaltet
werden.
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Taste »Ein« wird gedrückt. Schütz cl (F8) zieht über die Kontakte
d2, d3, d26 bzw. d2, d3, p H20, p Luft an, und hält sich über seinen
eigenen Kontakt cl (F7). Kontakt cl (5a) schaltet den Betankungskreis aus
Sicherheitsgründen nochmals ab. Kontakt c 1 (F14) legt Spannung an das Entlüftungsventil
2.9, das die Ventile 0.2, 0.3, 0.4 zusteuert.
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Uber die Drucktaste im Ventil 0.2 zieht Relais d7 an, über die Drucktaste
im Ventil 0.3 Relais d8 und über die Drucktaste im Ventil 0.4 das Relais
dS_ Die Rückmeldelampen von Ventil 0.2 für Brennstoff, 0.3 für Furfurylalkohol
und 0.4 für Oxydator leuchten im Blockschaltbild auf. Die Entlüftungsventile
der Behälter sind nun geschlossen. Die drei Kontakte der Relais d7, d8 und
d9 (F15) bringen den Schütz c 2 (F 15) über Kontakt c 1 (F
15) zum Anzug. Schütz e2 hält sich über seinen eigenen Kontakt
(F16) und überbrückt somit die Rückmeldung der drei Entlüftungsventile. Es
könnte sonst der Fall eintreten, daß durch Erschütterung oder sonstige Einflüsse
ein Relaiskontakt öffnet.
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Kontakt e2 (F1) bringt Relais dl zum Anzug, welches sich bis zur Abschaltung
des Hauptschalters über seinen eigenen Kontakt (F2) selbst hält.
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Kontakt c2 (F15) bringt über den Ruhekontakt e3 (F 18) das
Trennventil 2.10 zum Ansprechen. Das Trennventil 2.10 öffnete Ventil
0.5. Ventil 0.5 bringt über seine eingebaute Drucktaste Relais d10
zum Anzug. Lampe im Blockschaltbild leuchtet auf. Relais d10 hält sich über
seinen eigenen Kontakt d10
(F 19).
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Kontakt d10 (F20) schließt den Stromkreis über Kontakt d26 (F20) für
das Ventil 2.5 (Sicherheitsventil Furfurylalkohol). Ventil 2.5 steuert Ventil
0.9
auf. Ventil 0.9 bringt über seine Drucktaste Relais d11 zum Anzug.
Lampe im Blockschaltbild leuchtet auf.
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Gleichzeitig mit Ventil 2.5 wird Ventil 2.7 (Bypaßventil Oxydator
(F22)) über Kontakt d10 (F22) sowie Kontakt d26 (F22) an Spannung gelegt. Ventil
2.7 steuert Ventil 0.11 auf. Ventil 0.11 bringt Relais d12
über
seine Drucktaste zum Anzug. Lampe im Blockschaltbild leuchtet auf.
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Schütz e4 zieht über die Relaiskontakte von dl, d11 und d12 (alle
F26) an und hält sich selbst über seinen eigenen Kontakt c4 (d27) und überbrückt
aus Sicherheitsgründen die Kontakte dl, d11 und d12 (alle F26).
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Kontakt e4 (F26) schließt den Stromkreis für das Vorstufenventil
2.21 sowie idr die Lampe im Blockschaltbild. _ Nun werden sämtliche Behälter
unter Druck gesetzt.
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Kontakt e4 (F28), welcher aus Rückstromgründen eingebaut ist, schließt
ebenfalls. Der Druck in den Behältern steigt an. Ein eingebautes Kontaktmanometer
p Brennstofftank schließt bei seinem vorgewählten Wert. Danach ziehen die beiden
Relais d14
und d15 (F29) gleichzeitig an. Sie halten sich über den Kontakt
d14 (F29) selbst.
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Zeitrelais ZRl (F33), welches auf 7 Sekunden eingestellt ist, wird
über Kontakt d14 (F34) zum Ablaufen gebracht.
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Uber Kontakt d14 (F32) wird der Stromkreis für das Wassersteuerventil2.12
geschlossen. Ventil 2.12 steuert Ventil 0.131 auf. Dieses bringt Relais d19 (F32)
über seine Drucktaste zum Anzug. Gleichzeitig leuchtet die Lampe im Blockschaltbild
auf. Kontakt d15 (F30) legt Spannung über Kontakt d26 (F30) an das Furfurylalkoholsteuerventil2.11.
Ventil 2.11 steuert die beiden Ventile 0.15 und 0.15 1 auf. Ventil
0.15 bringt über seine Drucktaste Relais d 16 zum Anzug. Ventil
0.15 1 schließt den Stromkreis für Relais d17. Beide Rückmeldelampen
im Blockschaltbild leuchten auf.
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Kontakt d15 (F31) steuert das Oxydatorsteuerventil
2.1 an der Brennkammer über einen Druckknopf
auf. Ventil
2.1 öffnet das Oxydatorventil 0.16. Dieses betätigt zwei Drucktasten.
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Die erste Drucktaste (F31) öffnet den Stromkreis für sein Steuerventil
2.1. Dieses wird dadurch entlüftet, so daß bei Brennschluß ein rasches Schließen
gewährleistet ist.
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Die zweite Drucktaste legt Spannung an Relais d18. Die Rückmeldelampe
im Blockschaltbild leuchtet auf.
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Nach erfolgter Zündung in der Brennkammer entsteht dort ein Brennkammerdruck.
Das Kontaktmanometer ppi (F35) schließt nach seinem vorgewählten Wert.
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Relais d21 zieht nun über Kontaktmanometer ppi, Kontakt
d19, Kontakt d18, Kontakt d16 (alle F35) oder Kontakt d17 (F36)
an.
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Die Kontakter116 (F35) und d17 (F36) sind parallel geschaltet, da
es zur Zündung ausreichen würde, wenn nur ein Furfurylalkoholventi10.15 oder 0.15
I öffnen würde.
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Kontakt d21 (F37) ist der Haltekontakt für Relais d21 (F35). Er überbrückt
die Ventile 0.15, 0.15 I, 0.16, 0.131 sowie das Kontaktmanometer ppi.
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Sind nun noch keine 7 Sekunden nach dem Anzug von Relais d
14 vergangen, so wird das Zeitrelais ZR 1 von dem Kontakt d21 (F3) abgeschaltet,
d. h., die Vorstufe ist fehlerfrei durchgelaufen.
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Sollte irgendeine Rückmeldung fehlen, so kann Relais d21
(F35) nicht anziehen, und das Zeitrelais ZR 1 schaltet automatisch die Anlage
über Kontakt zrl und Kontakt d21 (F16) ab. Die Funktion ist genau dieselbe wie bei
dem später beschriebenen »Brennschluß ohne Entlüftung«.
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Kontakt d21 (F47) läßt das Zeitrelais ZR2, welches auf 10 Sekunden
eingestellt ist, ablaufen. Kontakt d21 (F43) schließt den Stromkreis für das Brennstoffsteuerventil
2.2. Ventil 2.2 steuert Ventil 0.14 und Ventil 0.141 auf.
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Ventil 0.14 schließt den Stromkreis über seine Drucktaste für Relais
d24, das sich über seinen Kontakt d24 (F44) selbst hält.
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Ventil 0.14I legt Spannung über seinen Druckknopf an Relais
d25, das sich ebenfalls über seinen eigenen Kontakt d25 (F45) selbst
hält. Im Blockschaltbild leüchten die beiden Lampen auf.
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Kontakt d24 und Kontakt d25 (beide F24) schließen den Stromkreis für
das Brennstoffsicherheitsventil 2.14. Ventil 2.14 steuert Ventil 0.8 auf.
Die eingebaute Drucktaste im Ventil 0.8 bringt Relais d13 zum
Anzug, welches sich über Kontakt d13
(F25) selbst hält. Die Rückmeldelampe
leuchtet im Blockschaltbild auf.
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Gleichzeitig mit dem Brennstoffsicherheitsventil 2.14 wird
das Oxydatorhauptsicherheitsventil 2.8 über Kontakt d24 und Kontakt d25 (F40)
an Spannung gelegt. Ventil 2.8 steuert Ventil 0.12 auf. Ventil 0.12 bringt
über seinen eingebauten Druckknopf Relais d23 zum Anzug. Relais d23 hält sich über
seinen eigenen Kontakt d2.'3 (F42).
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Sofort mit Brennstoffsicherheitsventil und Oxydatorhauptsicherheitsventil
wird der Stromkreis für das zweite Wassersteuerventil 2.24 (F32a) über Kontakt
d24 (F32a) geschlossen. Ventil 2.24 steuert Ventil 0.13 auf.
Ventil 0.13 schließt den Stromkreis über seinen eingebauten Druckknopf für
das Relais d20. Die Rückmeldelampe im Blockschaltbild leuchtet auf.
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Die beiden Kontakte d13 und d23 (beide F38) schließen den Stromkreis
für die beiden Hauptstufensteuerventile 2.3 und 2.20. Ventil 2.20 steuert Ventil
0.17 auf. Ventil 0.17 legt über seine eingebaute Drucktaste das Relais
c122 an Spannung. Relais d22
5 hält sich über seinen eigenen Kontakt
d22 (F39). Rückmeldelampe im Blockschaltbild leuchtet auf. Relais d26 (F47) zieht
über die seit Anlauf des Zeitrelais ZR2 beschriebenen Relais bzw. deren Kontakte
an. Der Stromkreis für Relais d26 wird wie ,o folgt geschlossen: Kontakt d20, Kontakt
d22, Kontakt d13, Kontakt d25, Kontakt d24, Kontakt d23 (alle F47). Relais d26 hält
sich über seinen eigenen Kontakt d26 (F48) und überbrückt sämtliche soeben
beschriebenen Kontakte.
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,5 Zieht das Relais durch Ausbleiben einer Rückmeldung nicht an, so
schaltet das Zeitrelais ZR 2 die Anlage nach seiner vorgewählten Zeit genau wie
Zeitrelais ZR 1 automatisch ab. Kontakt ZR 2 und Kontakt d26 (beide F17)
lösen die Abschaltung aus 2o (s. Brennschluß ohne Entlüftung). Sind jedoch sämtliche
Rückmeldungen vorhanden, schaltet Kontakt d26 (F46) das Zeitrelais ZR 2 ab.
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Mit dem Anzug von Relais d26 (F47) wird das Furfurylalkoholventil
2.11 (F30) stromlos. Die beiden z5 Ventile 0.15 und 0.151 schließen. Relais
d16 und Relais d17 fallen ab. Die beiden Rückmeldungen im Blockschaltbild
erlöschen.
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Kontakt d26 (F11) öffnet und hebt die Überbrückung der beiden Kontaktmanometer
p Luft und 30 p H20 auf.
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Kontakt d26 (F22) schaltet das Bypaßventil 2.7 ab. Ventil
2.7 schließt dadurch Ventil 0.11. Relais d12 fällt ab. Lampe im Blockschaltbild
erlischt.
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Das Oxydatoranfahrventil und die Furfurylalko-35 holventile sind nun
wieder geschlossen. Die Anlage ist in Ordnung und läuft nun mit voller Leistung.
5. Brennschluß ohne Entlüftung Stellt- sich beim Betrieb der Anlage heraus, daß
4o der Betrieb kurzzeitig unterbrochen werden soll, wird die Taste »Brennschlttß
ohne Entlüftung« gedrückt (F18). Diese Taste ermöglicht ein Wiederanfahren nach
Ablauf der Ausblasezeit. Sämtliche Behälter bleiben unter Druck stehen. Dieselbe
Funk-.t5 tion wie diese Taste haben auch die Zeitrelais ZR 1 und ZR2. Der Kontakt
rrl (F16) und der Kontakt zr2 (F17) liegen parallel zur Taste »Brennschluß ohne
r-ntlüftung<<.
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Nach Drücken der Taste zieht Schütz c3 (F18) an. 5o Er hält sich über
Kontakt d5 (F18), Kontakt c3 (F 15) und Kontakt c 1 (F 15). Kontakt c3 (F9) überbrückt
das Kontaktmanometer p H20, damit kein Brennschluß der Gesamtanlage erfolgen kann.
Kontakt e3 (F18) öffnet und schließt dadurch sämtliche 55 bereits beschriebenen
Ventile, mit Ausnahme von Entlüftungsventi12.9--0.2, 0.3 und 0.4. Die Relais d10
bis d26 und Schütz c4 werden stromlos.
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Kontakt e3 (F52) bringt Relais d27 zum
Anzug. Kontakt d27 (F55) schließt und steuert das Ventil 6,o 2.25
auf. Ventil 2.25 steuert das Oxydatorventil 0.16 I zu. Über die eingebaute
Drucktaste im Ventil 0.16
leuchtet eine Lampe im Blockschaltbild auf.
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Die Ausblaseventile 2.22 für Oxydator und 2.23 für Furfurylalkohol
und Brennstoff öffnen, und die 6.5 Brennkammer wird ausgeblasen. Lampe im
Blockschaltbild leuchtet auf.
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Das Entwässerungsventil 2.26 öffnet und steuert das Ventil
0.18 auf. Lampe im senkrechten Lampenstreifen
erleuchtet.
Das Entwässerungsventil läßt das sich im Krümmer bildende Wasser auslaufen, damit
er beim nächsten Versuch frei von Flüssigkeit ist.
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Kontakt d27 (F49) läßt das Zeitrelais ZR3 mit seiner vorgewählten
Zeit von 5 Minuten ablaufen. Relais d29 (F56) zieht an. Kontakt
d27 (F2) und Kontakt d29 (F3) öffnen, was eine Abschaltung der Wasserpumpe
zur Folge hat.
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Relais d14 (F29) ist durch einen Kondensator abfallverzögert, was
zur Folge hat, daß das Wasserventil 0.13I mit 4 Sekunden Verzögerung erst schließt.
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Die Dioden an den Relais d11, d12, d13 und d23 verhindern,
daß die Relais durch Rückstrom anziehen. Die Diode am Relais d14 (F29) wird
benötigt, damit sich der Kondensator nur am Relais d14 entlädt. Nach Ablauf der
Ausblasezeit öffnet der Kontakt zr3 (F56). Die Ventile 2.22, 2.23 und 2.26 werden
stromlos. Das Entwässerungsventil 0.18
schließt ebenfalls. Die beiden Lampen
»Entwässerung« und »Ausblasen« erlöschen.
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Relais d29 fällt ab und gibt den Pumpenkreis zur Wiedereinschaltung
frei. 6. Wiederanfahren nach Brennschluß ohne Entlüftung Die Anlage ist so verriegelt,
daß ein Betrieb unmöglich ist, wenn die Wasserpumpe nicht angesteuert wurde.
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Wird die Taste »Ein« gedrückt, fällt Relais d5
(F12) ab, und
zwar so lange, wie die Taste gedrückt wird.
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Kontakt 115 (F18) unterbricht den Haltestromkreis für Schütz
c3.
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Kontakt e3 (F9) öffnet die Überbrückung des Kontaktmanometers
p H20.
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Sollte bis jetzt das Kontaktmanometer p H20 nicht angesprochen haben,
d. h., der vorgewählte Pumpendruck ist nicht vorhanden, oder die Pumpe wurde zum
zweiten Mal nicht angesteuert, so kommt automatisch »Brennschluß der Gesamtanlage«.
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Ist der Pumpendruck genügend hoch, so steuert Kontakt e3 (F18)
den zuvor geschilderten Versuchsablauf.
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Kontakt r3 (F52) öffnet wieder. Relais 127 (F50) fällt ab.
7. Brennschluß der Gesamtanlage Soll die ganze Anlage abgeschaltet, d. h. auch die
Behälter entlüftet werden, so wird die Taste »Brenn- So schluß der Gesamtanlage«
gedrückt (F8 und F12). Die Drucktaste unterbricht den Haltestromkreis des Schützen
r l (F8). Schütz r 1 fällt ab und öffnet seinen Kontakt r1 (F14).
Kontakt cl (F50) schließt den Stromkreis von Relais d27 über Kontakt cll
51
(F50) sowie über Kontakt d6 (F51).
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Relais 116 zieht an und hält sich über seinen eigenen Kontakt (F13)
selbst. B. Brennschluß durch Abschaltautomatik Sinkt der Säurespiegel unter einen
der beiden Kosttakte u1 oder u2, so fällt Relais d2 oder d3 (beide F5u) ab.
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Der Haltestromkreis für Schütz c 1 wird durch Kontakt (l2 oder
c13 (beide F8) unterbrochen, so entsteht dieselbe Lage, als ob die Taste
»Brennschluß der Gesamtanlage« gedrückt würde.
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Gleiches gilt bei Ausfall der Netzspannung, d. h. Ausfall der Pumpe.
Das Kontaktmanometer p H20 (F8) würde dann ebenfalls den Haltestromkreis von Schütz
c 1 unterbrechen. Sollte aus irgendwelchen Gründen das Wasser wegbleiben,
so schaltet ebenfalls das Kontaktmanometer ab, da dann ja der Wasserpumpendruck
sinkt. Ebenfalls in die Abschaltautomatik einbegriffen ist das Kontaktmanometer
p Luft. Es unterbricht bei zu wenig Steuerdruckluft den Haltestromkreis von Schütz
cl (F8). Das Kontaktmanometer ist jedoch so hoch eingestellt, daß die Druckluft
für die Ausblasezeit noch ausreicht.
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Bevor man mit dem Betankungsvorgang beginnt, ist es ratsam, alle Ventile
der Gesamtanlage auf ihre Funktion zu prüfen.
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Zunächst werden der Schlüssel- und der Hauptschalter betätigt. Das
Voltmeter zeigt Spannung an. Danach wird die Taste »Ventile auf Funktion prüfen«
(F53) gedrückt. Relais d28 (F53) zieht an und hält sich über seinen eigenen Kontakt
d28 (F54). Kontakt d28 (F54) legt Spannung an die Rückmeldelampe. Die Taste hat
die Aufgabe, das Kontaktmanometer p H20 sowie die beiden Kontakte
d2
und d3 (F8) zu überbrücken, da weder betankt ist noch die Wasserpumpe
läuft. Kontakt d28 (F10) schließt diese Funktionen kurz. Danach kann, wie bereits
beschrieben, der Programmablauf geprüft werden.
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Da es vorkommen kann, daß kurz vor Betrieb nochmals ausgeblasen werden
soll, ist dafür Relais d6 (F13) eingebaut. Die Taste »Brennschluß der Gesamtanlage<<
wird gedrückt.
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Relais d6 (F13) zieht an und hält sich über seinen eigenen Kontakt
d 6 (F13). Kontakt d 6 (F51) bringt Relais <t27 zum Anzug,
das die Ausblaseventile steuert.
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Wird die volle Ausblasezeit nicht abgewartet, so kann bereits zuvor
mittels Hauptschalter abgeschaltet werden.