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Kraftmaschinenanlage. Die Erfindung behandelt eine Verbesserung der
Anordnung nach Patent 425 543, bei welcher in der Dampfkreislaufleitung, in der
Hochdruckdampfleitung wie auch in der Niederdruc dampfleitung einer Anlage nach
Patent 361 7¢q. Flüssigkeitswärmespeicher vorgesehen sind. Ein solche Kraftmaschinenanlage
besteht bekanntlich aus einer Dampfmaschine, welche die Arbeit abgibt, und einem
Kompressor, welcher den zwischen Kompressor und Dampfmaschine im Kreise umlaufenden
Dampf verdichtet, wobei der Kompressor durch ,einen Verbrennungsmotor angetrieben
wird. Der als Energieträger dienende Dampf strömt nach seiner Entspannung in der
Dampfmaschine (Kolbendampfmaschine oder Dampfturbine) und nach Kühlung in dem z.
B. als Flüssgkeitswärmespeicher ausgebildeten Kühler in der Niederdruckleitung zu
dem Kompressor. Dort wird er auf den hohen Gebrauchsdruck verdichtet, mit dem er
wieder der Dampfmaschine zufließt. Bei der Verdichtung im Kompressor wird der Dampf
bei normalem Arbeitsgang mäßig überhitzt.
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Die Flüssigkeitswärm.espeicher in den Umlaufleitungen sollen dazu
dienen, Schwankungen im Kraftbedarf der Dampfmaschine nach Möglichkeit auszugleichen
und unschädlich zu machen, wozu der Dieselmotor allein wegen seiner beschränkten
Regelfähigkeit nicht ge.
nügend Wandelungsfähigkeit besitzt. Zweckmäßig
ist es, der Dampfmaschine hoch überhitzten Dampf zuzuführen, und nach der Erfindung
geschieht das durch Malinahmen und Mittel, die die besondere Zuführung von Überhitzungswärme,
nämlich durch Fremdbeheizung,entbehrlich machen.
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Wenn in die Hochdruckstufe der Dampfkreislaufleitung, also zwischen
Kompressor und Arbeitszylinder, ein Flüssigkeitswärmespeicher unmittelbar eingebaut
wird, läßt sich das angedeutete Ziel nicht ohne weiteres erreichen und begegnet
gewissen Schwierigkeiten. Wird nämlich Dampf in den Flüssigkeitsvärmespeicher geleitet,
so kann das geschehen, indem der Dampf entweder unter oder über dein Flüssigkeitsspiegel
des Speichers eingeführt wird. Im ersteren Falle, bei Einführung des Dampfes in
-die Speicherflüssigkeit hinein, gibt der überhitzte Dampf, dessen Temperatur höher
ist als diejenige der Flüssigkeit, seine fberhitzungswärme in die Fliissigkeit ab,
so daß er den Speicher als Sattdampf verläßt, was nicht erwünscht ist. Im letzteren
Falle, wenn der überhitzte Dampf über den Flüssigkeitsspiegel eintritt, findet der
Wärmeaustausch zwischen Dampf und Flüssigkeit nur in geringem Maße an der Oberfläche
statt. Der Dampf wird zwar den Speicher als Heißdampf verlassen, aber der Speicher
verliert dann auch einen wesentlichen Vorteil der Flüssigkeitsspeicher, nämlich
die Fähigkeit, Wärme in größerer Menge aufspeichern zu können.
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Deshalb wird nach der Erfindung der Flüssigkeitswärmespeicher im Nebe;nechluß
zu der - ununterbrochen durchgeführten Hochdruckleitung angeordnet. Der Wärmespeicher
wird mit der Hauptdampfleituüg -durch ein Dampfzuleitungsrohr, das in die Speicherflüssigkeit
einmündet, und durch ein Dampfabführungsrohr, das aus. seinem Dampfraum zur Hauptleitung
führt, in Verbindung gesetzt. In den beiden Verbindungsleitungen sind Schaltorgane
angeordnet, die es gestatten, den Wärmespeichergänzlich von d:ex Hauptdampfleitung
abzuschließen. Es kann aber weiter das eine Schaltorgan geschlossen, das andere
geöffnet werden und umgekehrt. Die damit erreichten Wirkungen, gegebenenfalls in
Verbindung mit einer ,ähnlichen Anordnung des Flüssigkeitswä.rmespeich:ers in der
Niederdruckleitung, ermöglichen es, der Dampfmaschine aus der Hochdruckleitung immer
hoch überhitzten Dampf und dem Kompressor aus der Niederdruckleitung genügend abgekühlten
Dampf zuzuführen.
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Auf der anliegenden schematischen Zeichnung ist die beispielsweise
als Kolbendampfmaschine angedeutete Dampfmaschine mit a bezeichnet. Der in der Dampfmaschine
a entspannte Dampf strömt von dieser durch die Leitung la zum Niederdruuckspeicher
1 oder durch den Kühler c/, der im Gegensatz zu der Anordnung des überhitzers auf
der Oberdruckstufe im Nabenschluß, zu dein Niederdruckspeicber angeordnet ist, und
dann zum Kompressor d, der durch den Motor,- angetrieben wird. Der verdichtete Dampf
fließt durch die Leitung t wieder der Dampfmaschine zu. Im Dreiwegehahn l der Hochdruckdampfleitung
zweigt die Zuleitung lt zum Speicheri ab. Vom Dampfraum des Speichers! führt die
Leitung k zur Hauptdampfleitung f zurück.
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Ein Absperrorgan L ist im Abzweigpunkt der Leitung h, ein ebensolches
mit ist im Abzweigpunz:te der Leitung k eingebaut. ia ist ein Ventil, durch
das die Leitung f nach der Dampfmaschine a hin abgesperrt werden kann. Werden die
Absperrorgane l und in so eingestellt, daß die Hauptdampfleitung (frei und die Leitungen
lt und k geschlossen sind, so ist der Speicher! ganz von der Leitung f abgetrennt,
und aller Dampf strömt vom Kompressor d unimittelbar zur Dampfmaschine
a.
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Werden durch das Absperrorgan in die Leitung k geschlossen
und die Leitung/ geöffnet und durch-das Absperrorgan 1 die Leitungen ft und f geöffnet,
so strömt Heißdampf in den Speicher i, solange in diesem Unterdruck gegenüber der
Leitung/ herrscht. Das ist z. B. der Fall, wenn die Dampfmaschine a weniger Dampf
braucht, als der Kompressor d liefert.
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Wird durch das Ventil m die Leitung k ge-
öffnet und durch das
Ventil l die Leitung h geschlossen, während in beiden Ventilen die Leitung/ offen
bleibt, so strömt Dampf aus dem Speicher i n'ac'h der Leitung/, wenn in dem Speicher
Überdruck gegenüber der Leiturig f herrscht. Dieser Fall tritt ein, wenn die Dampfmaschine
a mehr Dampf verbraucht, als der Kompressor d liefert; dann deckt also der Speicher
i den Mehrbedarf an Dampf.
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Wenn in dem letzteren Falle die aus dem Speicher gelieferte Dampfmenge
gegenüber der vom Kompressor d herkommenden groß ist, so würde die üb.erhitzurigstemperattu
des der Dampfmaschine a zuströmenden Dampfes unter das zulässige Maß heruntergedrÜckt
werden, da ja der Speicher an und für sich Naß%-dampf liefert. Um dies zu vermeiden,
wird, wie in dem Beispiel angedeutet, zwischen Dampfspeicher i und Hauptdampfleitüngf
in der Dampfabführun.gsleitung lz ein Ü'berhitzer o angeordnet.
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Diesem Überhitzer mu.ß Wärme zugeführt werden, was entweder durch
Fremdbeheizung geschehen kann, oder es muß die Beheizung durch die Abgase des Motors
bewirkt werden. Das erstere bringt die Notwendigkeit
der Anordnung
.einer besonderen Beheizungsanlage mit besonderem Brennstoff. Für den Erfolg der
Beheizung durch die Abgase ist Bedingung, daß zwischen der Temperatur der Abgase
des Verbrennungsmotors und der Temperatur des hochgespannten Dampfes cin genügend
großes Gefälle vorhanden ist.
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In der Niederdruckleitung muß im allgemeinen Wärme abgeführt, d. h.
der Dampf gekühlt werden. Dazu kann der Niederdrwckspeicher herangezogen werden.
Aber auch die Umgeliu.ngsleitung p muß, wenn sie unter Abschaltung des Speichers
allein zur Führung des Dampfes von der Dampfmaschine zum Kompressor oder gleichzeitig
mit dem Speicher dazu benutzt wird, befähigt sein, als Kühler zu wirken.
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Die Kühlung in der Niederdruckleitung und gegebenenfalls in der Umlaufleitung
ist erforderlich, weil die Wirkungsgrade des Kompressors d und der Dampfmaschine
a, kleiner sind als L. Die von der Dieselmaschine auf den Kompressor übertragene
Leistung tritt an der Dampfmaschine nicht vollständig wieder in die Erscheinung.
Es geht in ihr mechanische Energie verloren, die aber nicht wirklich verschwinden
kann, sondern in eine andere Form übergegangen ist, nämlich in Reibungs-und Wirbelungswärme,
und vom Dampf aufgenommen ist. Diese in den Dampf übergegangene Wärmemenge ist erfahrungsgemäß
größer als die durch Strahlung entw eichende Wärmemenge, und deshalb muß Vorsorge
getroffen werden, daß sie an einer Stelle des Kreislaufs, des Dampfes, zweckmäßig
im 'Niederdruckteil, wieder angeführt 'werden kann, sei es, daß die Umlaufleitung
p allein oder in Nebenschaltung zum Niederdruckspeicher zur Zuführung des Dampfeis
von der Dampfmaschine a zum Kompressor d benutzt wird. Zu dem Zweck
hat die Umgehungsleitung die Ausbildung als Kühler erhalten, beispielsweise in Form
einer Rohrschlange g. auf die die Außenluft als Kühlmittel wirkt.
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Bei der Expansion von überhitztem Dampf nähert sich der Dampfzustand
mehr und mehr der Sättigungsgrenze, unter Umständen kann letztere sogar überschritten
werden, so daß der Abdampf der Dampfmaschine a feucht sein kann, auch wenn der zugeführte
Dampf etwas überhitzt war.
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Falls bei starker Überlast an der Dampfmaschine a, also großer Dampfentnahme
aus dem Hochdruckspeicher i oder nach längerem Stillstand der Anlage, das Temperaturgefälle
zwischen den Abgasen der Dieselmaschine e und dem aus dein Hochdruckspeicher i entnommenen
Dampf nicht ausreicht, um letzterem den für Erzielung eines trockenen oder mindestens
angenähert trockenem Abdampfes erforderlichen Überhitzungsgrad zu geben, so werden,
falls der Abdampf nur mäßig feucht ist, im Niederdruckteil r1 und r= so eingestellt,
daß von dem Abdampf der Dampfmaschine a nur der Teil zum Niederdruckspeicher c fließt,
der gespeichert werden muß, während der Rest durch die Leitung p mit dem Kühler
g zum Kompressor strömt. Gleichzeitig wird der Kühler g von der Außenluft abgeschlossen,
so daß der Dampf, soweit er nicht im Niederdruckspeicher c gespeichert wird, ungekühlt
vom Kompressor d angesaugt wird.
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Auf diese Weise wird erreicht, daß auch bei mangelhafter überhi:tzung
des Arbeitsdampfes der Dampfmaschine a .der Kompressor d stets trockenen oder höchstens
mäßig feuchten Dampf erhält. Das *ist erforderlich, weil aus stark nassem Dampf
sich leicht Wasser abscheidet, das im Kompressor unter Umständen Wasserschläge erzeugen
würde, die dann ihrerseits dien Kompressor beschädigen könnten. Ist der Abdampf
der Daanpfmaschine a sehr feucht, so wird die im allgemeinen als Kühler wirkende
Rohrschlange q nicht nur von der kühlenden Außenluft abgeschlossen, sondern dieselbe
wird sogar, z. B. durch die Abgase der Dieselmaschine e, beheizt und so der Kühler
g vorübergehend in einen Dampftrockner umgewandelt.