DE587521C - Dampfheizung, insbesondere fuer Heizungen von Eisenbahnzuegen, mittels Abdampf - Google Patents

Description

Für Heizungen, insbesondere solche für Eisenbahnzüge, benötigt man bekanntlich! Dampf von verhältnismäßig niedriger Spannung, ζ. B. 4 bis 6 atü. Zur Erzeugung des Heizdampfes verwendet man nur selten einen besonderen Dampferzeuger; in der Regel wird der Heizdampf, 'einer größeren, für andere Zwecke vorhandenen Hochdruckkesselanlage unter Anwendung des nicht umkehrbaren, also unwirtschaftlichen Vorgangs der Drosselung !entnommen. Beträgt z. B. der Druck in der Kesselanlage 16 atü und der Betriebsdruck der Heizung 4 atü, so gehen durch die Drosselung theoretisch 22,600 mkg an mechanischer Energie für jedes Kilogramm Heizdampf verloren. Das z. B. ist der Fall bei der Heizung von Eisenbannzügen, wo der erforderliche Heizdampf von 2 bis 4 atü aus Kesseldampf von 12 bis 16 atü durch Drosselung gewonnen wird.

Bei stationären Anlagen, z. B. Fabrikanlagen, ist man zur Vermeidung des genannten Energieverlustes dazu übergegangen, den Heizdampf einer Dampfmaschine oder Turbine durch Anzapfung zu entnehmen, man läßt also den hochgespannten Frischdampf zunächst in einer Kraftmaschine Arbeit leisten und entnimmt ihn in dem Augenblick, in dem er siel·, auf die gewünschte Heizdampfspannung entspannt hat. Abgesehen davon, daß dieses Verfahren nicht überall anwendbar ist, hat es den Nachteil, daß für die Heizung nur der !entspannte Frischdampf, verwendet wird, die Mitbenutzung von Abdampf sehr niedriger Spannung für die Heizung ist bei diesem Verfahren nicht möglich.

Es ist der Zweck der Erfindung, eine Einrichtung zu schaffen, die es insbesondere für Eisenbahnzüge gestattet, die Heizung wenigstens teilweise mit Abdampf von der Lokomotivmaschine zu betreiben. Im Gegensatz zu einer bekannten Einrichtung dieser Art, wobei die notwendige Verdichtung des Dampfes durch Erhöhung des Gegendruckes in den Lokomotivzylindern, also unter Preisgabe eines erheblichen Teiles der Lokomotivleistung erreicht wird, besteht das Wesen der Erfindung darin, daß der Betriebsdampf für die Heizung aus einem Dampfgemisch gebildet wird, welches aus Frischdampf "und einem Teil des in der Lokomotivmaschine verbrauchten Abdampfes besteht und zur Verdichtung des Abdampfes auf die Heizdampfspannung durch den Frischdampf ein Strahlapparat verwendet wird. .

Bei flüchtiger Betrachtung des Problems könnte man zu der Ansicht gelangen, daß es siel· nur um geringe Abdampfmengen handeln könne, welche der Lokomotivmaschine entnommen werden dürfen, weil der Abdampf von Lokomotiven unter Anwendung eines Blasrohres zur Feueranfachung verwendet wird und ferner die wichtige Aufgabe hat, die Feueranfachung, also die Kesselleistung, nach Maßgabe der Maschinenleistung bis zu gewissem Grade selbsttätig zu regeln. Außer-

dem wird in der Regel auch noch ein kleiner Teil des Abdampfes zur Speisewasservorwärmung verwendet. Die Regelung der Kesselleistung durch Blasrohrwirkung erfolgt aber bekanntlich lediglich in Abhängigkeit von der Maschinenleistung und bei Lokomotiven mit veränderlichem Blasrohr außerdem vom Blasrohrquerschnitt. Für die Kesselleistung sind jedoch auch noch andere Faktoren in ίο hohem Maße mitbestimmend, z. B. die Art des jeweils verwendeten Brennstoffes; die Heizflächenbeanspruchung und die Tatsache, daß der Lokomotivkessel, z. B. bei Beförderung von Personenzügen mit dichter Haltestellenfolge, in hohem Maße aussetzend arbeitet. Auch bleibt zu berücksichtigen, daß sich durch Veränderung des Blasrohres hinsichtlich seiner Höhenlage in der Rauchkammer oder durch Einrichtungen, welche die Richtung des am Blasrohr austretenden Abdampfes beeinflussen, die Wirkung des Blasrohres auf die Feuerung regeln läßt, ohne den Gegendruck in den Lokomotivzylinder nennenswert zu erhöhen. Weiter kommt hinzu, daß der Dampf- bzw. Wärmebedarf der Heizung in hohem Maße schwankt, und zwar in Abhängigkeit von der Außentemperatur, der Länge des Zuges, der Bauart der Heizung und der Wagen und schließlich von der Geschwindigkeit der Züge.

Die Wärmebilanz der Heizung läßt sich somit erheblich verbessern, wenn man den für die Blasrohrwirkung nicht benötigten Abdampf dem Blasrohr entnimmt und unter Ausnutzung der durch ein ohnedies notwendiges Druckgefälle des Frischdampfes frei gewordenen Energie auf den Heizdampfdruck verdichtet. Der bisherige nicht umkehrbare Vorgang der Drosselung des Frischdampfes ist somit bei der Erfindung vermieden und an dessen Stelle ein umkehrbarer Vorgang eingeschaltet und zur Ausnutzung wertvoller Abdampfwärme für die Heizung verwendet worden. Auf diese Weise ist es bei Anwendimg des zur Energieausnutzung besonders vorteilhaften überhitzten Frischdampfes möglich, bis etwa 75 0/0 der für die Heizung benötigten Wärme durch Abdampf zu decken. Durch das bei der Energieumsetzung erfolgende Ansaugen des Abdampfes wird zugleich eine Verminderung des Gegendruckes in den Zylindern, also eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Lokomotivmaschine erreicht. Die Rostbeanspruchung kann somit niedriger gehalten oder dem Blasrohr mehr Abdampf als sonst für die Heizung entnommen werden.

Das für die Energieumsetzung· verwendete

Strahlgebläse ist deshalb zweckmäßig, weil derartige Gebläse keine umlaufenden, dem Verschleiß unterliegenden Teile haben und in genügend weiten Grenzen regelbar sind. Ein Ausführungsbeispiel eines solchen Strahlgebläses ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt

Abb. ι einen Strahlapparat mit einer Düse, Abb.2 einen solchen mit mehreren Düsen, Abb. 3 die Stirnänsicht nach A-B der Abb. 2. Durch die zur Expansionsdüse iß führende Rohrleitung/ wird der hochgespannte Frischdampf zugeführt, dessen potentielle Energie in der Expansionsdüse α in kinetische Energie umgesetzt wird. Der Frischdampf strömt demnach mit sehr hoher Geschwindigkeit in den Raum c und erzeugt in der Ringdüse b einen erheblichen Unterdruck. Somit entsteht auch für den durch den Stutzens zugeführten Abdampf mit Bezug auf den Räume? noch ein Druckgefälle, 'und es wird die diesem Druckgefälle entsprechende Energie ebenfalls· in kinetische Energie umgesetzt.

Eine derartige Wirkungsweise ist für Strahlgebläse allgemein bekannt. Bei dem erfindungsgemäß zur Anwendung kommenden Strahlgebläse werden die Düsenverhältnisse im Gegensatz zu den bisher bekannten Strahlgebläsen aber so abgestimmt, daß Frischdampf und Abdampf beim Eintritt in den Raum c gleichen oder annähernd gleichen Druck haben. Würde man, wie es bei einem bekannten Gebläse dieser Art der Fall ist, go nicht die Drucke, sondern die Geschwindigkeit beider Energieträger im Räume auszugleichen suchen, so wäre zwar eine gewisse Verbesserung des mechanischen Wirkungsr grades erreichbar, eine völlige Ausnutzung "95 des verfügbaren Druckgefälles des Frischdampfes aber nicht mehr möglich. Ist nämlich beim Eintritt in den Räume der Frischdampfdruck D_x größer als der Abdampfdruck D₂, so expandiert der Frischdampf in der Mischdüse noch weiter bis auf den D ruck D₂, und die durch die Nachexpansion frei gewordene Energie ist für die Abdampfförderung verloren. Ist D₁ kleiner als D₂, so gelangt der Frischdampf mit so hoher Feuchtigkeit in die Mischdüse, daß die Kondensationsverluste überwiegen und die Versorgung der Heizung mit einem trockenen Dampfgemisch nicht mehr erreichbar ist. Wenn man hingegen den Frischdampf in der no Expansionsdüse α bis auf den Druck expandieren läßt, den der Frischdampf vor der Abdampfdüse erzeugt, wird jede Nachexpansion des Frischdampfes im Räume vermieden, und die Mischung erfolgt zwar unter hohem Geschwindigkeitsunterschied, aber unter gleichem Druck.

Die Mischung unter hohem Geschwindigkeitsunterschied hat für die Heizung den erheblichen Vorteil, daß durch den Zusammenprall der einzelnen Frisch- und Abdampfteilchen noch Energie in Form von Wärme

gewonnen wird, die in hohem Maße zur Trocknung des Gemisches mit beiträgt. Auf diese Weise wird dem Einfrieren der Heizleitungen an Eisenbahnzügen in hohem Maße entgegengewirkt. Am Ende des Raumes c ist in bekannter Weise die Mischung beider Energieträger unter Ausgleich der Geschwindigkeiten erfolgt. Die Mischung strömt nunmehr mit der entsprechenden resultierenden Geschwindigkeit in den Diffusor D, wo ihr Geschwindigkeit .entzogen wird, die in einer entsprechenden Druckzunahme ihr Äquivalent findet. Das Verhältnis der Dampfgewichte und der Druck am Ende des Diffusorsfi? läßt sich durch Formgebung und Bemessung der Düsen a, b beliebig festlegen bzw. veränderlich gestalten und wird somit in Abhängigkeit von den verschiedenen Dampfzuständen die wirtschaftlichste Mischung bestimmt. Der Appa-

ao rat ist nicht hur für Heizungen, sondern auch für Kochanlagen, Vorwärmer u. dgl. mit Vorteil zu verwenden. Wo es lediglich darauf ankommt, möglichst große Wärmemengen in der Zeiteinheit zuzuführen, kann man gegebenenfalls auf den Diffusor^ verzichten und das Gemisch unmittelbar von der Düsec aus verwenden.

Dem Strahlgebläse, soweit es bisher beschrieben wurde, entströmt an Diffusor d in der Zeiteinheit eine bestimmte Menge Dampf von bestimmtem Druck. Da aber der Dampfverbrauch der Heizungen, wie bereits erwähnt wurde, nicht konstant ist, der Frisch- und Abdampfzustand veränderlich sind, und ferner besonders für Eisenbahnzüge die Forderung auf beliebige Veränderung' des Gemischdruckes unterhalb des überhaupt erreichbaren Höchstdruckes gestellt wird, sind besondere Regelvorrichtungen vorgesehen.

Ein Ausführungsbeispiel hierzu ist in Abb. 2 gezeigt. Die Expansionsdüse α ist hier in mehrere Düsen«_x, ö₂, ff₃ usw. unterteilt (:s. auch Abb. 3), welche ringförmig· um die Regelnadel η angeordnet sind und wahlweise durch hand- oder kraftbetätigte Schieber oder Ventile in an sich bekannter Weise mit 'einem hochgespannten Energieträger gespeist werden können. Das Gehäuse der Expansionsdüsen ist in der Deckelführung λ: und die Regelnadel η im Gehäuse der Expansionsdüsen verschiebbar angeordnet. Sowohl die Verschiebung der Expansionsidüsen als auch die der Regelnadel/z ist von Hand oder auch durch mechanischen Antrieb, z. B. einen Fliehkraftregler, in Abhängigkeit von der Masse und dem Druck des Energieträgers am Ende der Düsen? möglich.

Mit den beschriebenen Einrichtungen ist jede gewünschte Regelung der Vorrichtung ausführbar. Es kann z. B. durch Verschiebung der Expansions düsen der Austrittsquerschnitt der Ringdüse & durch den niedrig gespannten Energieträger verändert, ferner durch Einschaltung einer oder mehrerer Expansionsdüsen die Menge des die Expansionsdüsen durchströmenden hochgespannten Energieträgers behebig verändert und somit auf die wirtschaftlichste Zusammensetzung des die Düse c durchströmenden Gemisches geregelt werden. Die Regelnadel η ermög-Echt es, die Querschnittsverhältnisse der Düsen c und el zu verändern, wodurch im. Verein mit der bereits beschriebenen Regelung der Expansionsdüsen auch die Druckverhältnisse in der Düse d verändert werden können.

Für die Energieumsetzung kann auch ein geeignetes Turbogebläse, welches auf der Antriebsseite Frischdampf entspannt und auf der angetriebenen Seite Abdampf ansaugt und auf den Heizdampfdruck verdichtet, verwendet werden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Dampfheizung, insbesondere für Heizungen von Ei&enbahnzügen, mittels Abdampf, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsdampf ein Dampfgemisch ist, welches aus Frischdampf und einem Teil des in der Lokomotivmaschine verbrauchten, durch den Frischdampf in einem Strahlapparat (c) auf einen höheren Druck verdichteten Dampfes besteht.

2. Dampfheizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischungsverhältnis des Dampfgemisches sowie dessen Druck an der Austrittsstelle des Strahlapparates (c) durch Veränderung der Düsenquerschnitte oder auch durch Unterteilung des Zuströmquerschnittes des Frischdampfes in mehrere wahlweise ein- und ausschaltbare Düsen (/Z₁, a_2> a$...) regelbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen