DE288341C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

Vr 288341 KLASSE 14/*. GRUPPE \.

des Kesseldampfes.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 20. Januar 1915 ab.

Es ist schon vorgeschlagen worden, Dampf, welcher bereits gearbeitet hat, nochmals zu verdichten und dadurch auf höhere Spannung und Temperatur zu bringen.

Der Erfindungsgegenstand besitzt einen.abwechselnd als Expansionszylinder und Kompressor arbeitenden Hilfszylinder und verwendet denselben in neuartiger Weise dazu, Kesseldampf, welcher noch nicht gearbeitet

ίο hat, durch Kompression auf höhere Temperatur zu bringen, durch denselben im Heizraum einer Dampfmaschine eine dauernd höhere Temperatur zu erzielen als der Arbeitsdampf besitzt und gleichzeitig einem beliebigen Teil des Kesseldampfes eine Nachüberhitzung zu geben, wobei im Bedarfsfall dem Hilfszylinder Dampf von unter Arbeitsleistung herabgeminderter Spannung entnommen wird, um in an sich bekannter Weise für Heiz- und Kochzwecke oder Betrieb von Hilfsmaschinen zu dienen.

In den Zylinder einer Heißdampfmaschine soll der Dampf bekanntlich nicht mit mehr als etwa 275° C eintreten, weil sonst die Gefahr der ölzersetzung vorliegt. Bei einem Zylinder mit strömender Deckelheizung durch den Zuleitungsdampf kann wohl eine Wärmeverminderung um etwa 50° C vom Eintritt in die Maschine bis in das Zylinderinnere angenommen werden, und hat der Dampf vor der Maschine 325° C, so wird derselbe, je nach Länge der Leitung, dem Kessel mit etwa 350 bis 400 ° C oder mehr entnommen werden müssen. Nun ist es bekannt, daß, wenn die Überhitzungsflächen der Dampf erzeugungs- bzw. Überhitzungsanlage für eine normale Beanspruchung der Dampfmaschine berechnet sind, dann bei plötzlicher Kraftüberlastung der Maschine eine Überschreitung der zulässigen Überhitzung eintritt, welche nur durch umstandliehe Vorrichtungen geregelt werden kann, welche die Anlage nicht unwesentlich verteuern und eine beständige Beaufsichtigung erfordern. Es ist auch bekannt, welche Gefahr für die Überhitzer selbst entsteht, wenn zeitweise der Betrieb unterbrochen werden muß, wie es bei Lokomotiven, Schiffsmaschinen, Fördermaschinen u. dgl. der Fall ist.

Die neue Vorrichtung soll diese Übelstände durch folgende Maßnahmen vermeiden:

Man begnüge sich damit, den Dampf in der Erzeugungsanlage nur so weit zu überhitzen, daß in der Zuleitung zur Maschine kein Niederschlag eintritt und der Dampf bei Normalarbeit mit nur wenigen (z. B. 50) Grad Überhitzung in den Dampfzylinder einströmt und erzeuge die Wärme für die weitere Überhitzung und die strömende Heizung durch mechanische Nachverdichtüng von aus der Zuleitung entnommenem Dampf in einem besonderen Kompressorzylinder bzw. durch eine Seite des Dampfzylinders oder eine besondere Abstufung des Dampfkolbens der Maschine. Man ist dann in der Lage, in den Heizräumen dauernd und gleichmäßig eine Temperatur zu halten, welche entsprechend höher ist als die des vorbeistreichenden Arbeitsdampfes. Das Arbeitsäquivalent für die sonst im Kessel auf-

gewendete Überhitzungswärme wird dann in I einer möglichst vollkommenen Maschine erzeugt und der dazu nötige Dampf der entlasteten, mäßig beanspruchten, also besseren Kesselanlage entnommen. Man kann wohl annehmen, daß ζ. Β. bei einem Lokomotivkessel, dessen Heizrohre durch Überhitzerrohre verengt sind, der Wirkungsgrad oft nur 50 Prozent beträgt; ähnlich dürfte es sich bei überangestrengten Lokomobil- und Schiffskesseln verhalten, während man von einem guten Dampfkessel im Mittel einen Wirkungsgrad von 70 Prozent verlangen muß. Der Kompressorzylinder soll bei der Hubumkehr als Expansionszylinder wirken, also Kraft abgeben, so daß nur der Unterschied zwischen der Verdichtungsarbeit und der zurückgegebenen Kraft tatsächlich aufzuwenden ist. ! Dieser zusätzliche Kompressor dient zur i Nachüberhitzung des Kesseldampfes und zur | Entnahme von Abdampf für Heiz- und Kochzwecke und dem Antrieb von Hilfsmaschinen. j Ein Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 1 j und 2 dargestellt. j

In Fig. ι ist eine Einzylindermaschine, ζ. Β. Gleichstromdampfmaschine, so gedacht, daß die linke Seite α als Dampfzylinder arbeitet, die rechte Seite dagegen von etwa halber Größe der wirksamen Kolbenfläche als Wärme-Übertrager C. Dampfmaschine und Übertrager arbeiten für sich einfachwirkend, ergänzen sich jedoch in der Wirkung zu einer doppeltwirkenden Maschine.

Fig. 2 stellt die Druckverhältnisse im Zylinder C dar. Die Verdichtungslinie 1-2 wird einer Uberhitzungsadiabate entsprechen. 2-3 ist die nach dem Heizraum B und dem Überhitzer B' (in der Dampfzuleitung L) ausgeschobene überhitzte Dampfmenge von der Spannung ft', 3-4 das zurücktretende Dampfvolumen, welches entsprechend der in B B' erfolgten Abkühlung kleiner ist. Beide Strecken verhalten sich wie die absoluten Temperaturen (bei Punkt 2 und 4). Die Punkte 2, 3 und 4 fallen in eine horizontale Linie, wenn der Druck in B B' unveränderlich ist, was genau nur bei Anwendung eines Druckausgleichers erreicht werden könnte, ft ist die Spannung der Dampfzuleitung L, ft" die Spannung im Diagrammpunkt 1, welche zweckdienlich mit der Spannung der Heizleitung H gleich gewählt wird, obwohl dazwischen im Bedarfsfall auch ein Druckminderventil eingeschaltet werden kann. In dem Raum B B' wird immer überhitzter Dampf von hoher Spannung vorhanden sein. Würde man nur diesen Dampf nach C zurücktreten lassen, so müßte die Expansionslinie (bei Ausschluß von Wärmezufuhr) wieder eine Adiabate sein, z. B. die punktierte Linie 4-5" (Fig. 2). Da man hier unnötige Abkühlung vermeiden und möglichst auf einer Linie, welche sich der Isotherme nähert, von 4 nach ι gelangen will, so wird man durch eine Verbindungsleitung (M in Fig. 1) von L nach C unter Vermittlung eines Regelorganes IV so viel Dampf nachströmen lassen, daß die schraffierte Fläche 1-2-4-5-6-1, welche den Arbeitsaufwand für die Dampfüberhitzung von B B' darstellt, ein Minimum wird. Dieser zusätzliche Dampf, welcher das Gewicht des Wärmeträgers vermehrt, wird mit verdichtet, also überhitzt, und durch ein Sicherheitsventil S, welches hier beispielsweise in B' angeordnet ist und zugleich zur Regelung der Spannung und somit der Temperatur im Heizraum dient, nach der Zuleitung L zurückgedrückt. Der Wärmeträger (Dampf) von C hat die Aufgabe, den Zylindermantel B kräftig auszuheizen, dann in B' den vorbeiströmenden Leitungsdampf zu überhitzen und außerdem den Zusatzdampf, der durch die Leitung M tritt, zu überhitzen und dem Leitungsdampf wieder beizumengen.

Der Zusatzdampf soll hier auch als Abdampf für Nebenzwecke (Heiz- und Kochzwecke, für Betrieb von Hilfsmaschinen u. dgl.) dienen, und ist in Fig. 2 das zugehörige Diagramm (i-i'-2'-3-4'-5'-6'-i) gestrichelt eingezeichnet. Von ι bis 1/ ist der Zylinder C mit dem Heizraum für Abdampfverwertung (H in Fig. 1) verbunden und schiebt den

■ Dampf von der Spannung ft" aus. Bei 1'

■ schließt das Heizorgan I'; i'-2' sind die Verdichtung, 2'-3 der Ausschub nach B B' und 3-4' das Zurücksaugen. Nun expandiert der j Dampf bis 5' und wird durch das Regelventil IV der Leitung M, welches direkt durch einen Druckregler bekannter Art des Heizraumes H (nicht gezeichnet) betätigt wird, ^: so viel Zusatzdampf gegeben, daß die Dia-ί grammlinie 5'-6'-I (Fig. 2) zustande kommt. Zwischen dem ausgezogenen und dem gestrichelten Linienzug sind verschiedene Fälle j für wechselnden Abdampfverbrauch möglich.

Beachtenswert ist, daß bei dem gestrichelten Linienzug sich eine größere positive Arbeitsfläche ergibt, welche den Arbeitszylinder a in seiner Leistung unterstützt. Der von der Dampfzuleitung entnommene Dampf leistet demnach im höheren Druckgefälle Nutzarbeit und wird in der wirtschaftlichsten Weise als Abdampf verwertet. Es ist klar, daß man bei großem Bedarf von Abdampf den Zylinder C unabhängig vom Arbeitszylinder α (ζ. Β. in Tandemanordnung an derselben Kolbenstange oder auch mit unabhängigem Antrieb) anordnen und beliebig groß bemessen bzw. dessen Inhalt regeln kann.

In Fig. ι sind am Kolben c Hohlräume c¹ und c² und am vorderen Zylinderdeckel der Heizraum c³ eingezeichnet, welche auf Wunsch durch. Rückschlagventile (nicht gezeichnet),

welche nur nach den Heizräumen hin öffnen, so mit dem Kompressorzylinder C verbunden werden können, daß die höchste Spannung im Zylinder C sich dauernd in den Räumen c¹, c² und c³ einstellt.

Es sei noch erwähnt, daß man auch einen Teil des Heizdampfes von B durch- ein besonderes gesteuertes Organ (nicht gezeichnet) direkt nach α während der Zylinderfüllung

ίο (bzw. zu Anfang der Expansion) kann eintreten lassen, was den Vorteil hat, daß das Einlaßventil ν geschont wird und besser dicht hält. Läßt man dieses Organ für Zusatzdampf "bei großen Zylinderfüllungen mehr oder weniger geschlossen, so regelt dies zugleich die Überhitzung.

Braucht man vorübergehend nur Abdampf und keine Kraft, so wird der Geschwindigkeitsregler der Dampfmaschine a die Füllung auf Null herabsetzen, die Dampfleitung M absperren und gleichzeitig ein Druckminderventil bekannter Art (nicht gezeichnet) öffnen, welches den benötigten Abdampf direkt von L nach H strömen läßt.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Vorrichtung für Zylinderheizung von Dampfmaschinen und Überhitzung des Kesseldampfes, dadurch gekennzeichnet, daß in einem abwechselnd als Kompressor und Expansionszylinder wirkenden Hilfszylinder (C) Kesseldampf noch weiter verdichtet und dadurch im Zylinderheizraum

   (B) einer Dampfmaschine (a) bzw. einem Überhitzer (B') der Zuleitung (L) dauernd eine höhere Temperatur erzeugt wird, als der vorbeistreichende Arbeitsdampf besitzt, und daß im Bedarfsfall dem Hilfszylinder

   (C) Dampf von unter Arbeitsleistung herabgeminderter Spannung entnommen wird, um in an sich bekannter Weise für Heiz- und Kochzwecke, Betrieb von Hilfsmaschinen u. dgl. zu dienen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.