DE170661C

DE170661C -

Info

Publication number: DE170661C
Application number: DE1904170661D
Authority: DE
Filing date: 1904-03-17
Anticipated expiration: 1924-03-18

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Erfindung bezweckt, Verfahren und Ausführungen anzugeben, bei welchen die Wärme von sonst unausgenutzt fortströmenden Heizgasen besser als bisher zur maschinellen Verwertung herangezogen wird, und zwar durch die an sich bekannte Einführung dieser Wärme als freie Wärme in die Expansionsperioden eines Dampfmotors in der Weise, daß das Druck- und Temperaturgefalle des Dampfes dem Temperaturgefälle der umspülenden Heizgase entspricht.

Die durch das Verfahren erstrebte größte maschinelle Ausnutzung der Kohlenwärme in Dampfmotoren kann nur unter bestimmten Bedingungen erfolgen; es muß

ι. ein großes Druckgefälle des Dampfes vorhanden sein,

2. ein unmittelbarer Zusammenbau von Kessel, Überhitzer und Dampfmotor vorliegen,

3. eine möglichst hohe Ausnutzung der Heizgase zur Verdampfung im Kessel eintreten und daran anschließend

4. eine vielstufige, durch kälter werdende Heizgase und kälteren Dampf außerordentlich wirksame Nachüberhitzung und •vielstufige Expansionsausnutzung des Dampfes vorhanden sein, und

5. muß eine Gefährdung der gußeisernen Motorteile durch hohe Temperatur der Heizgase ausgeschlossen sein.

Diesen Anforderungen kann ein liegender

Röhrenkessel mit Rauchkammerüberhitzer vollkommen nachkommen. Bei einem derartigen Kessel kann durch die Überhitzer-

bauart eine gute Verteilung und Ausnutzung der Heizgase sowohl für die Siederohre als auch für den Überhitzer erreicht werden, wofür zweckmäßige Ausführungen bekannt sind.

Diese fünf Bedingungen sind bei den bekannten Vorrichtungen teilweise, doch nicht in ihrer Gesamtheit erfüllt, da nach dieser Erfindung auch die sonst unausgenutzt abgehenden Heizgase ausgenutzt werden.

Gemäß der Erfindung erfolgt das abwechselnde Zuführen von, Wärme durch Nachüberhitzung und das Entziehen der Wärme durch Expansion überall in der Weise, daß das Druck- und Temperaturgefälle des Dampfes dem Temperaturgefälle der umspülenden Heizgase entspricht. Die Überhitzer sind den die Dampfarbeit übertragenden Maschinenteilen unmittelbar angegliedert, und zwar gruppenweise in einer Reihenfolge. Die wärmsten Heizgase sind zur Umspülung der Überhitzer und Maschinenteile bestimmt, welche Dampf von höchstem Druck und Temperatur enthalten (erste. Stufe). Diesen sind Teile (die zweite Stufe) angegliedert, welche etwas kälteren Dampf von geringerer Spannung und etwas kältere Heizgase enthalten. Die weiterfolgenden Glieder der Gesamtanordnung kennzeichnen sich immer durch die kälteren Heizgase und den entsprechend kälteren Dampf von niederer Spannung.

Dieses Verfahren ist am zweckmäßigsten für hochgespannten Dampf sowie vielfache Überhitzung und Expansion des Dampfes.

Es sei ζ. B. die Temperatur des Kesseldampfes bei 20 Atm. etwa 212⁰ C. Die Heizgase, welche noch wirkungsvoll· für eine Überhitzung dieses Dampfes sein sollen, wurden mit etwa 300⁰ C. aus dem ersten Überhitzerraum entweichen müssen. Nach vorliegendem Verfahren sollen nun diese nutzlos abgehenden Heizgase nach und nach verwertet und ein großer Teil der Wärme in freie Dampfwärme bezw. mechanische Arbeit umgesetzt werden. Für die letzte Stufe kann die Dampfspannung im Überhitzer etwa 0,8 Atm. und die Anfangswärme des eintretenden Dampfes etwa 93 ° C. betragen. Bei dieser geringen Temperatur können die Heizgase bis etwa 150⁰ C. ausgenutzt werden. In der Überführung dieser Wärme nur in freie Dampfwärme liegt ein besonderer Vorteil, da dieselbe beinahe vollständig in Arbeit verwandelt werden kann, während sonst bei der Dampferzeugung und ersten Überhitzung der größte Teil der Kohlenwärme bei reinen Dampfmotoren in gebundene Wärme verwandelt und nutzlos in die Luft oder aus dem Kondensator mit dem warmen Abfluß wasser entweicht.

Das Verfahren wird um so vorteilhafter, je höher der Kesseldruck ist und dementsprechend mehr Uberhitzungs- und Expansionsstufen vorhanden sind. Die ausführbare Grenze wird durch die in einem Kessel zu erzielende höchste Dampfspannung bedingt.

Tn der Zeichnung ist ein Dampfmotor zur Ausführung des Verfahrens in mehreren Ausführungsbeispielen veranschaulicht.

Fig. ι und 2 zeigen eine Anordnung für liegende Kolbendampfmaschinen.

Der aus dem Kessel 1 kommende Dampf tritt durch das Rohr 2 in den ersten Uberhitzer 3, welcher durch die exzentrische Lage und spiralförmige Rohrwindung ein gleichmäßiges Verteilen der Heizgase bewirkt, durchstreicht diesen im Gegenstrom zu den Heizgasen und tritt durch das Rohr 4 in den Hochdruckzylinder 5. Nachdem der Dampf in diesem Zylinder Arbeit geleistet hat, wird er durch Rohr 6 zum zweiten Überhitzer 7 geleitet und tritt neu überhitzt durch Rohr 8 in den Mitteldruckzylinder 9. Aus diesem Zylinder 9 tritt der Dampf durch Rohr 10 in den Überhitzer 11 und von hier durch das Rohr 12 in den Niederdruckzylinder 13, aus welchem er schließlich nach vollständiger Ausnutzung ine Freie oder zum Kondensator übergeführt wird.

Die aus den Siederöhren kommenden Heizgase durchstreichen gleichmäßig geführt den Überhitzer 3, berühren den Zylinder 5, dann Überhitzer 7 und Zylinder 9 und schließlich

Überhitzer' 11 und Zylinder 13 und entweichen vollständig ausgenutzt aus dem Schornstein. Bei entsprechend hohem Kesseldruck kann natürlich eine entsprechende Anzahl Stufen mehr angegliedert werden. Statt der unteren Lage der Dampfzylinder kann auch eine seitliche Lage derselben vorhanden sein. Der punktiert gezeichnete Geradführungsanschluß 14 deutet an, daß die Kurbelwelle bezw. Maschine auch an dem Niederdruckzylinder'13 in entgegengesetzter Riehtung angeschlossen sein kann.

Fig. 3 und 4 stellt eine Ausführungsform für Dampfturbinen dar. Der Dampf durchströmt entsprechend wie in Fig. 1 und 2 den Überhitzer 16, Turbinenstufe 17, Überhitzer 18, Turbinenstufe 19, teilt sich dann bei 20 und 21 in zwei Ströme, welche durch die beiden Teile des Überhitzers 22 gehen und sich bei 23 und 24 wieder vereinigen. Der Dampf geht dann durch Turbinenstufe 25, von hier aus in die Kammer 26 des Überhitzers 27, dann durch die Uberhitzerrohre desselben und vereinigt sich in der Kammer 28, um schließlich, nachdem in der Turbinenstufe 29 das letzte Arbeitsvermögen des Dampfes abgegeben ist, durch 30 in die freie Luft oder den Kondensator zu entweichen.

Bei dieser Ausführungsform ist die enge Angliederung der Turbine an den Überhitzer ein wesentliches Merkmal, und sind die für die Führung und gleichmäßige Verteilung der Heizgase notwendigen Einrichtungen des Überhitzers getroffen.

In Fig. 5 bis 7 ist eine Anordnung zur Ausführung des Verfahrens für stehende Maschinen, Schiffsmaschinen usw. in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt. Da bei derartigen Maschinen die Lage der Dampfzylinder zu der Röhren- bezw. Schiffskesselhöhe etwas hoch ist, so daß die zusammenhängende Lage der wagerechten Überhitzer mit den Dampfzylindern nicht gut erreichbar ist, so sind zwei Anordnungen der Überhitzer (s. Fig. 5 und 7), welche der höheren Zylinderlage Rechnung tragen, getroffen. In beiden Fällen ist der erste Überhitzer 31, sowie in Fig. 5 auch der zweite und dritte Überhitzer 32, 33 ansteigend angeordnet. Eine gute Verteilung der Heizgase sowohl für die Siederöhren wie für den Überhitzer erfolgt, wie bekannt, durch die exzentrische Lage und Anordnung der Spiralen.

In Fig. 7 sollen nach und nach die Heizgase von der wagerechten oder schrägen Richtung gleichmäßig verteilt in eine senkrecht aufsteigende Richtung übergeführt werden. Zu diesem Zweck ist der Überhitzer 32 so angeordnet, daß er einen einem rechtwinkligen Dreieck entsprechenden Platz einnimmt, j und die Verbindungsrohre der beiden Kammern sind nach der Grundlinie dieses Dreiecks auseinandergezogen.

Es ist ferner, in beiden Fällen ein direkter Anschluß der Zylinder an die Überhitzer, sowie Druck- und Temperaturfolge des Dampfes ' und der Heizgase nach dem beschriebenen Verfahren vorhanden. Der Überhitzer 31 steht durch 34 mit dem Hochdruckzylinder 35, dieser durch 36 mit dem Überhitzer 32, durch Rohr 37 mit Zylinder 38, Rohr 39, Überhitzer 33, Rohr 40, Zylinder 41 in Verbindung.

Eine wirkungsvolle Anwendung des Verfahrens ist noch bei der bekannten Ausnutzung der Hochdruckstufen mittels Kolbendampfmaschinen und der Niederdruckstufen durch Dampfturbinen möglich.

Wurden z. B. bei Fig. 1 und 2 Überhitzer 3, Hochdruckzylinder 5, Überhitzer 7 und Mitteldruckzylinder 9 oben oder seitlich gelegt und dann auf der unteren oder gegenüberliegenden Seite von Fig. 3 und 4 Überhitzer 22, Turbinenstufe 25, Überhitzer 27 und Turbinenstufe 29 angegliedert, so wäre für etwa 20 Atm. Kesseldruck eine sehr günstige Ausnutzung der Heizgase vorhanden.

Letztere Ausführung hat namentlich dann hervorragende Bedeutung, wenn Transmissionsbetrieb und Dynamobetrieb getrennt immer während gleichzeitig gebraucht werden. Der Transmissionsbetrieb würde von der Kolbenmaschine und die Dynamomaschine von der Dampfturbine direkt getrieben werden.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zur Ausnutzung der Nachüberhitzungswärme des Dampfes in Dampfmotoren aller Art. mit hohem Druckgefälle, liegenden Röhrenkesseln und Rauchkammerüberhitzern, die mit den Räumen zur Energieumsetzung des Dampfes unmittelbar verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das abwechselnde Zuführen von Wärme zum Dampf durch Nachüberhitzung und das Entziehen der Wärme durch Expansion in der Weise erfolgt, daß das Druck- und Temperaturgefälle des Dampfes dem Temperaturgefälle der umspülenden Heizgase entspricht.

2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Räume zur Überhitzung und Räume zur Energieumsetzung des Dampfes vom Kessel aus hintereinander in der natürlichen, dem Gefälle entsprechenden Stufenfolge angeordnet sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.