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mit einer Brennkraftmaschine vereinigte Zweidruckdampfkraftanlage
Die Erfindung betrifft eine Zweidruckkraftanlage, die mit einer Brennkraftmaschine
vereinigt und insbesondere für Schiffsantrieb bestimmt und geeignet ist. Diese Anlage
ist dabei eine solche, bei welcher die Kühlmantelwärme der Verbrennungszylinder
zur Erzeugung des Niederdruckdampfes ausgenutzt wird.
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Bei einer vereinigten Kraftanlage dieser Art zum Schiffsantrieb ergeben
sich für die Erzeugung des Niederdruckdampfes aus der Kühlmantelwärme der Verbrennungszylinder
und ebenso für die Überhitzung des Niederdruckdampfes Schwierigkeiten, wenn der
Niederdruckdampf aus den Kühlmänteln der Verbrennungszylinder unmittelbar aus dem
Speisewasser für die Dampfmaschinenanlage, d. h. also im Falle des Schiffsbetriebes
aus dem Kondenswasser der Kondensationsanlage, erzeugt wird. Bekanntlich muß immer
mit Undichtheiten am Kondensator und dem Eindringen von Seewasser in das Speisewasser
gerechnet werden, welches bei der starken Verdampfung in den Kühlmänteln der Brennkraftmaschine
in verhältnismäßig kurzer Zeit seine schädlichen Wirkungen äußern muß.
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Nun ist es bei Eindruckdampfanlagen zur Ausnutzung der Kühlmantelwärme
bereits bekannt, zur Vermeidung dieser Mängel den Betriebsdampf für die zusätzliche
Dampfturbine oder Kolbendampfmaschine nicht unmittelbar aus dem Kühlwasser, sondern
mittelbar durch ein mittels einer Pumpe in ständigem Kreislauf gehaltenes flüssiges
Heizmittel zu erzeugen. Mit der Vermeidung der genannten Mängel ist aber auch in
diesem Falle noch eine insofern beschränkte Ausnutzung der Kühlmantelwärme für die
Dampfkraftanlage verbunden, als nur die Flüssigkeitswärme, nicht aber die Verdampfungswärme
des flüssigen Heizmittels im Wärmeaustauscher ausgenutzt wird, wobei auch der Wärmeübergang
ein weniger günstiger ist als bei kondensierendem Heizdampf, und daß ferner die
Heißflüssigkeitspumpen bei den für eine Zweidruckdampfanlage in Frage kommenden
hohen Drücken oder Temperaturen Betriebsschwierigkeiten ergeben, wie sie gerade
im Schiffsbetrieb oder Lokomotivbetrieb möglichst zu vermeiden sind.
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Demgegenüber sind bei der Zweidruckdampfbrennkraftmaschinenanlage
gemäß der Erfindung folgende Kennzeichen vereinigt: Die Kühlmäntel der "Verbrennungszylinder
sind als Heizdampferzeuger ausgebildet, die mit in einem geschlossenen Kreislauf
umlaufendem Heizmittel arbeiten, und sind mit zwei Gruppen von Fallrohren versehen,
von denen die eine die in den Zylinderköpfen abgeschiedene Heizflüssigkeit und die
andere das Heizdampfkondensat aus den Heizvorrichtungen eines allen Verbrennungszylindern
gemeinsamen
Betriebsdampferzeugers in die Zylinderböden zurückführt. Der so durch den kondensierenden
Dampf des umlaufenden Heizmittels mittelbar erzeugte Betriebsdampf wird durch denselben
hochüberhitzten Frischdampf des Hochdruckkessels der Zweidruckanlage überhitzt,
der in bekannter Weise zur Zwischenüberhitzung des Abdampfes der Hochdruckstufe
der Dampfmaschine dient. Diese Ausbildung der Anlage hat den Vorteil, daß mit verhältnismäßig
kleiner Heizfläche wegen des günstigen Wärmeaustausches zwischen kondensierendem
Dampf und Wasser und dem günstigen Umlauf ohne Anwendung einer Pumpe in der Verdampfungsleitung
der Kühlmäntel durch diese Betriebsdampf von der Spannung des Mitteldruckdampfes,
15 bis 2o at, der Zweidruckdampfmaschinenanlage erzeugt werden und mit dem Abdampf
der Hochdruckstufe unter hoher Überhitzung gemischt werden kann.
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Die Zeichnung zeigt beispielsweise in Abb. i das Gesamtbild einer
Ausführungsform einer vereinigten Kraftanlage gemäß der Erfindung, während Abb.2
einen Querschnitt durch den Betriebsdampferzeuger der Niederdruckstufe im Längsschnitt
durch einen der Verbrennungszylinder zeigt. In Abb. i bezeichnet i den Hochdruckkessel
für die Hochdruckstufe der Dampfmaschine, der eine beliebige Bauart für unmittelbare
oder mittelbare Erzeugung des Hochdruckdampfes haben kann und nach dem Beispiel
ein Wasserrohrkessel ist. 2 ist der Hochdruckzylinder der Dampfmaschine. 3, q. und
5 sind die Mitteldruck- und Niederdruckzylinder derselben, und 6 sind die Verbrennungszylinder
der Brennkraftmaschine. Dampfmaschine und Brennkraftmaschine arbeiten in bekannter
Weise auf dieselbe Schiffsantriebswelle 7.
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Die Auspuffgase der Verbrennungszylinder gehen durch eine Leitung
8 nach einem Speisewasservorwärmer 9, den sie bei io verlassen, um unmittelbar oder
durch einen Verbrennungsluftvorwärmer des Hochdruckkessels abzuziehen. Das Speisewasser
wird dem Vorwärmer 9 bei 13 zugeführt. Gemäß der Erfindung sind die Kühlmäntel der
Verbrennungszylinder, wie Abb. 2 zeigt, als Dampferzeuger von Heizdampf für die
mittelbare Erzeugung des Niederdruckdampfes ausgebildet. Die Wandung des Verbrennungszylinders
12 bildet die Heizfläche für das Kühlmittel des Mantels, und der obere Zylinderdeckel
14 enthält den Dampfraum für den Heizdampf, in den dieser aus dem Mantelraum durch
Einsetzrohre i i gelangt. Das sich in diesem abscheidende Wasser strömt durch Fallrohre
15 in den unteren Zylinderboden 16 zurück, während der entwickelte Heizdampf durch
ein Steigrohr 17 in den nach dem Beispiel schlangenförmigen Heizkörper i8 gelangt,
welcher im Wasserraum des sämtlichen Verbrennungszylindern gemeinsamen Betriebsdampfbehälters
i9 liegt. Während der Beheizung des Betriebskesselwasser s kondensiert der Heizdampf
und gelangt durch ein Fallrohr 2o gleichfalls in den unteren Zylinderboden 16 zurück.
Der in dem Behälter i9 erzeugte \Tiederdruckbetriebsdampf gelangt durch eine Leitung
30 in einen überhitzer 21. Der im Hochdruckkessel i erzeugte Betriebsdampf
wird in dem Überhitzer 22 dieses Kessels hochüberhitzt und wird in der Hauptsache
durch eine Leitung 23 dem Hochdruckzylinder 2 der Dampfmaschine zugeführt. Ein Teil
des hochüberhitzten Hochdruckdampfes geht durch eine Zweigleitung 24 in die Heizschlange
des Überhitzers 21, um nach Abgabe seiner Überhitzungs- und des größten Teiles seiner
Verdampfungs-wärme durch diese Leitung 24 in den Kondensator 25 der Dampfmaschine
zu gelangen. In diesen Überhitzer 21 für den aus der Leitung 30 kommenden
Niederdruckfrischdampf wird auch durch Leitung 26 der Abdampf des Hochdruckzylinders
2 geführt und mischt sich mit dem I@iederdruckfrischdampf, um wieder überhitzt durch
eine Leitung 27 in den ersten Mitteldruckzylinder der Dampfmaschine zu gehen. Vorteilhaft
ist ein Teil des hochüberhitzten Hochdruckdampfes mittels einer Leitung 28 noch
durch die Heizschlange eines zweiten Zwischenüberhitzers 29 geführt, um den Zwischendampf
vor dem letzten Niederdruckzylinder 5 der Dampfmaschine zu überhitzen. Die Speisung
des Hochdruckkessels i kann entweder unmittelbar aus dem Speisewasservorwärmer 9
erfolgen oder aus dem Betriebskesselbehälter i9, in welchem Falle der Hochdruckkessel
höher vorgewärmtes Speisewasser erhält und das gesamte vorgewärmte Speisewasser
durch deri Behälter i9 geht. Die nicht dargestellte Ladepumpe der Brennkraftmaschine
kann entweder von der Hauptwelle aus angetrieben werden oder durch eine dem letzten
Niederdruckzylinder der Dampfmaschine nachgeschaltete Abdampfturbine. Eine solche
vereinigte Dampf- und Brennkraftanlage kann mit Vorteil in der Weise betrieben werden,
daß in dem Hochdruckkessel Hochspannungsdampf von etwa 6o bis 8o at für die Hochdruckstufe
der Dampfmaschine erzeugt wird und in den Kühlmänteln der Verbrennungszylinder Heizdampf
von etwa 25 bis 3o at, der durch die mittelbare Beheizung Niederdruckdampf von etwa
15 bis 2o at für die erste Mitteldruckstufe der Dampfmaschine liefert. Im Hochdruckzylinder
der Dampfmaschine wird der Dampf auf den Druck des Niederdruckfrischdampfes entspannt,
und das Gemisch beider erhält eire
hohe Überhitzung durch den auf
q.50° und darüber hochüberhitzten Frischdampf aus dem Überhitzer des Hochdruckkessels.
Eine solche Anlage ergibt einen außerordentlich hohen thermischen Wirkungsgrad bei
erhöhter Sicherheit gegen eine Verminderung der Leistung und Betriebsstörungen infolge
von Undichtheit des Kondensators und von Mitreißen von Wasserteilchen in den Niederdruckdampfüberhitzer.