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Verfahren für Dampfkraftanlagen zur Ermöglichung einer Zustandsänderung
des Kesseldampfs. Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren für Dampfkraftanlagen,
zu dem Zwecke, eine Zustandsänderung des Kesseldampfes vor Eintritt in die Dampfmaschine
unabhängig von den im Kessel selbst herrschenden Dampfverhältnissen herbeiführen
zu können, ohne hierzu energieverzehrende Einrichtungen (Drosselung) anwenden zu
müssen. Die Erfindung kennzeichnet sich im wesentlichen dadurch, daß in die Dampfleitung
zwischen der Dampfmaschinensteuerung und dem Kessel - vor oder hinter dem
Überhitzer - eine den Dampfdurchlaß nur periodisch freigebende Steuervorrichtung
eingeschaltet ist. je nach der mehr oder weniger 25 schnellen Aufeinanderfolge dieser
Perioden wird die Menge des in einer gegebenen Zeiteinheit
in die
Leitung übergehenden Kesselctampfes mehr oder weniger eingeschränkt und dadurch
der Zustand (Volumen, Temperatur, Spannung) des die Leitung erfüllenden und in die
Dampfmaschine eintretenden Dampfes gegenüber dem Zustand des im Kessel befindlichen
Dampfes entsprechend geändert.
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Diese Steuervorrichtung besteht in einem in die Leitung eingeschalteten,
abwechselnd mit dem Kesselraum und der Leitung in Verbindung gebrachten (nachfolgend
»Steuerkammer« bezeichneten) Raum.
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Diese Steuerung der beiderseitigen Verbindungen der Steuerkammer hat
zur Folge, daß bei jedem Steuervorgang stets nur eine dem Rauminhalt der Steuerkammer
entsprechende abgeschlossene Mengge dts aus dem Kessel strömenden Dampfes in die
Maschinenleitung übergehen kann und daß die letztere nach dem Kessel zu ständig
abgeschlossen ist.
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Der in die Maschinenleitung übergegangene Kesseldampf steht infolgedessen
mit dem Kesselraum oder der Siedeflüssigkeit in keiner Verbindung mehr und erhält
dadurch die Eigenschaft eines Gases, auf das in bezug auf seine Zustandsänderungen
die Gesetze von Gay-Lussac und Boyle zutreffen.
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Zunächst ist es hierdurch möglich, die Spannung des Dampfes unabhängig
von der Kesselspannung ohne Drosselung beliebig herabzusetzen, wobei der Spannungsverlust
durch Volumenvergrößerung ausgeglichen wird.
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Die vom Dampfkessel in die Leitung übergehende Dampfmenge kann durch
veränderliche Einstellung des Steuerkammerraums oder durch Änderung der Schnelliglzeit
des Steuerungswechsels geregelt werden. Diese Regelung kann mit bekannten technischen
Mitteln selbsttätig in Abhängigkeit von dem in der Leitung herrschenden Dampfdruck
bewirkt werden.
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Das neue Verfahren bietet die Möglichkeit, die bisher im allgemeinen
üblichen, nur für verhältnismäßig niedrigen Gebrauchsdruck geeigneten Dampfmaschinenanlagen
ohne weiteres mit Dampf erzeugern höheren Drucks (auch mit den neueren Hochdruck-Dampferzeugern)
in Verbindung zu bringen und damit die wärmewirtschaftlichen Vorzüge dieser Dampferzeuger
allgemein nutzbar zu machen.
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Die Größe des Unterschiedes zwischen der Kesselspannung und der Gebrauchsspannung
ist hierbei ohne Belang, da. sich durch die beschriebene Beeinflussung dtr in einer
gegebenen Zeiteinheit aus dem Kessel in die Maschinenleitung übergehenden Dampfmenge
die Sparmungsumwandlung in jedem Ausmaß erreichen läßt. Diese Erzeugung von Dampf
höherer Spannung als der Gebrauchsspannung macht den Kessel. gleichzeitig zu einem
Wärmespeicher, dessen Wirkung um so größer ist, je höher die Kesselspannung
gegenüber dem Gebrauchsdruck ist.
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Sinkt infolge vermehrten Dampfverbrauchs die Spannung in der Leitung
unter den erforderlichen Gebrauchsdruck, so bedarf es nur einer größeren Einstellung
des Steuerkammerraumes oder einer Beschleunigung des Steuerungswechsels, um durch
die dadurch erzielte Steigerung der in einer gegebenen Zeiteinheit in die Leitung
übergehenden Dampfmenge den Leitungsdruck sofort wieder auf die Gebrauchshöhe zu
bringen.
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Die Gebrauchsspannung kann daher auch bei stärkerem Dampfverbrauch
so# lange auf voller Höhe erhalten werden, als der Kesseldruck noch darüber hinausgeht.
Das neue Verfahren eignet sich daher auch besonders zur Anwendung bei solchen Dampfanlagen,
die einen stark schwankenden Dampfbedarf zu decken haben.
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Auch hinsichtlich der Überhitzung des Dampfes führt die Erfindung
zu neuen und vorteilhaften Wirkungen.
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Bekanntlich ist der Wert der Überhitzung ein um so höherer,
je größer der überhitzungsunterschied ist, d.h. eine je niedrigere
Spannung bzw. Temperatur der in den Überhitzer eintretende Dampf besitzt.
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Die nach dem neuen Verfahren erfolgende Umwandlung des mit hoher Spannung
und entsprechend hoher Temperatur erzeugten Dampfes in solchen niederer Spannung
und Temperatur bedeutet daher in dieser Hinsicht einen wesentlichen Fortschritt.
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Weiter führt die Gaseigenschaft des aus der Steuerkammer in die Maschinenleitung
tr - Anordnung der, gelangenden Dampfes Steuerkammer zwischen Kessel und
überhitzer vorausgesetzt - zu der im Dampfkesselbetriebe neuen Wirkung, -daß
die Überhitzung gleichzeitig eine verhältnismäßig sehr beträchtliche Drucksteigerung
zur Folge hat.
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Dieser Drucksteigerung entsprechend verringert sich die zur Erzielung
des gewünschten niedrigeren Gebrauchsdrucks durch die Steuerkaminer j eweilig
freizugebende Dampfmenge noch weiter, d. h. die Drucksteigerung setzt sich
in Dampfersparnis um.
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Wird die Steuerkammer- - oder eine zweite gleichartige Steuerkammer
- zwischen Überhitzer- und' Maschine angeordnet, so führt die Erfindung zu.
dem weiteren erheblichen Vorteil, daß man mit der überhitzung- weit über- die- für-
die Maschine selbst zulässige- Grenze gehen- und dadurch den Wert der Überhitzung
in. höherem Maße zur Geltung bringen kann.
Die für die Maschine
notwendige Herabsetzung dieser zu hohen - ebenfalls mit entsprechender Drucksteigerung
verbundenen -
Überhitzung erfolgt in gleicher Weise wie beschrieben durch
die vorerwähnte Steuerkammer, d. h. durch entsprechende Beschränkung der
zum Durchgang freigegebenen Dampfmenge wird eine Volumenvergrößerung des aus der
Steuerkammer in die Leitung übergehenden Dampfes bewirkt und dadurch die Oberhitzung
und Spannung auf die für die Maschine geeigneten Verhältnisse zurückgeführt.
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Die überschüssige Überhitzung wirkt sich also auch hier in einer Dampfersparnis
aus. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwischen Kessel
und Uberhitzer in die Dampfleitung eingeschalteter Steuerkammer veranschaulicht.
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Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt die Anwendung des neuen
Verfahrens bei einem Siederohrkessel zur Erzeugung von Hochdruckdampf.
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Die Anordnung der Steuerkammer a ist so gedacht, daß die Siederohre
b des Kessels gruppenweise zusammengefaßt sind und je-
der dieser Gruppen
eine Steuerkammer zugeordnet ist, welche einerseits mit dem jeder Röhrengruppe zugehörigen
Oberkessel e,
andererseits mit der Rohrschlange d des Überhitzers-in
Verbindung steht. Diese beiden Verbindungen werden durch den von einem nicht gezeichneten
Antrieb hin und her bewegten Steuerschiebere, der einen nach heiden Seiten Durchlaß
bietenden Zylinder darstellt, derart gesteuert, daß bei öffnung der einen Verbindung
die andere bereits geschlossen ist.
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ln der gezeichneten Stellung hält der Steuerschieber e die Verbindung
nach dem Kessel geöffnet, diejenige nach dem Überliitzer geschlossen. Der Zylinderraum
a ist daher von dem hochgespannten Kesseldampf erfüllt.
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Bei der nun folgenden Linksbewegung schließt der Steuerschieber e
zunächst die Verbindung mit dem Kessel c und öffnet darauf die Verbindung mit dem
Überhitzer d.
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Der im Zylinderrauma befindliche, durch diesen Vorgang von seiner
Kessel- oder Flüssigkeitsbasis getrennte (hochgespannte) Kesseldampf tritt nunmehr
- erfindungsgemäß unter Volumenvergrößerung und entsprechender Spannungsverminderung
in die Leitung d über.
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Derselbe Vorgang wiederholt sich bei je-
dem Hin- und Hergang
des Steuerschiebers e: Durch schnellere Auf einanderfolge der Steuerperioden,
d. h. durch Erhöhung der Antriebsgeschwindigkeit des Steuerschiebers, kann
daher die Menge des in einer gegebenen Zeiteinheit in die Dampfmaschinenleitung
gelangenden - hochgespannten - Kesseldamp,-fes vergrößert, durch Verringerung
der Antriebsgeschwindigkeit verkleinert werden.
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Die Antriebsgeschwindigkeit des Steuerschiebers e bietet damit ein
Mittel, die Spannung des in der Dampfmaschinenleitung befindlicheii und in die Maschine
gelangenden Dampfes zu regeln.
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Diese Regelung läßt sich, wie schon erwähnt wurde, mit bekannten Mitteln
auch selbsttätig in -Abhängigkeit von dem in der Dampfleitung herrschenden Druck
bewirken.