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Vorrichtung zum Vorwärmen von Speisewasser für Dampfkessel, insbesondere
Lokomotivkessel Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Vorwärmung von
Speisewasser für Dampfkessel, insbesondere Lokomotivkessel, wobei die Vorwärmung
in einer in der Saugleitung der Kesselspeisepumpen angeordneten Strahlpumpe erfolgt.
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Bei Vorwärmeeinrichtungen, welche in der Saugleitung von Kesselspeisepumpen
angeordnet sind, müssen Vorkehrungen getroffen werden, daß der Vorwärmer stets so
viel vorgewärmtes Wasser der Kesselspeisepumpe zur Verfügung stellt, wie diese jeweils
benötigt. Da die Förderleistung der Kesselspeisepumpen entsprechend den Erfordernissen
des Kesselbetriebs in der Regel in weiten Grenzen schwankt, muß auch der Vorwärmer
hinsichtlich der Wassermenge regelbar sein. Die Vorwärmeeinrichtung wird verhältnismäßig
einfach, wenn man die Temperatur des vorgewärmten Wassers so niedrig hält, daß die
Saugwirkung der Kesselspeisepumpe mit Sicherheit erhalten- bleibt. Dann regelt sich
die Kesselspeisepumpe den Wasserzufluß durch ihre Saugarbeit selbst. Derartige Einrichtungen
sind bekannt. Da die Temperatur des vorgewärmten Wassers bei diesen Einrichtungen
aber verhältnismäßig niedrig gehalten werden muß, ist ihr wärmewirtschaftlicher
Vorteilgering.
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Wenn die Vorw ärmung höher getrieben werden soll; müssen Vorrichtungen
verwendet werden, die das Speisewasser nicht nur vorwärmen, sondern auch bis in
die Kesselspeisepumpe fördern. Es ist bekannt, hierfür Strahlpumpen zu verwenden.
Bei der bekannten Einrichtung dieser Art wird, um die genannten Schwierigkeiten
hinsichtlich der Abstimmung der von der Strahlpumpe geförderten und der von der
Kesselspeisepumpe benötigten Wassermenge herabzumindern, zwischen Strahlpumpe und
Kesselspeisepumpe ein in der Regel als Schlammabscheider ausgebildeter größerer
Zwischenbehälter erforderlich, in welchen die Strahlpumpe das Wasser unter möglichst
hohem Druck fördert. Durch den Druck im Zwischenbehälter wird das Wasser der Kesselspeisepumpe
zugeführt. Um die für den Zwischenbehälter noch notwendige Druckregelung durchzuführen,
wird die Kesselspeisepumpe als Regelorgan ausgebildet. Die Kesselspeisung erfolgt
daher zwangsläufig. Letzteres hat die Preisgabe der für den Kesselbetrieb besonders
wichtigen Freiheit des Personals in der Kesselspeisung zur Folge. Die Kesselspeisung
kann nicht mehr, wie es für eine entsprechend dem günstigsten Kesselwirkungsgrad
durchgeführte Feuerführung notwendig wäre, vom Personal beliebig geregelt werden.
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Erfindungsgemäß ist die Einrichtung derart getroffen, daß die in die
Saugleitung der Kesselspeisepumpe geschaltete Strahlpumpe das hochvorgewärmte Wasser
unmittelbar in die Kesselspeisepumpe fördert und daß ihre Förderleistung durch Steuerung
der Abdampfzufuhr geregelt wird. Die Steuerung der Abdampfzufuhr regelt zugleich
den Geschwindigkeitszuwachs,
den das Wasser in der Mischdüse der
Strahlpumpe erfährt.. Der Geschwindigkeitszuwachs wird so bemessen, daß er mindestens
der Saugleistung der Kesselspeisepumpe entspricht.
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Durch die Regelung der Abdampfzuströmung läßt sich die Förderleistung
der Strahlpumpe mit dem jeweiligen Wasserbedarf der Kesselspeisepumpe in übereinstimmung
bringen.
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Die Einrichtung hat den Vorteil, daß die Regelung der Kesselspeisung
in der Hand des Personals bleibt und daher den Erfordernissen des Kesselbetriebs
entsprechend durchgeführt werden kann. Letzteres ist besonders für den Lokomotivbetrieb
von Bedeutung, wo der Lokomotivkessel, z. B. bei der Beförderung von Personenzügen,
in hohem Maße Belastungsschwankungen ausgesetzt ist.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Einrichtung eine Vorwärmung
des Speisewassers bis ztir Abdampftemperatur ermöglicht und daß die Förderung dieses
hochvorgewärmten Wassers zur Kesselspeisepumpe ohne die Zwischenschaltung gewichtsvermehrender
und teurer Sondereinrichtungen ermöglicht wird.
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In den Abb. i und 2 ist die Anordnung von Strahlpumpen zu den Kesselspeisepumpen
als Ausführungsbeispiel dargestellt. Abb. i zeigt die Strahlpumpe b in Verbindung
mit einer Strahlpumpe a als Kesselspeisepumpe und Abb. 2 in Verbindung mit einer
Kolbenpumpe f.
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Zur Regelung der Abdampfzuströmung ist in der Abdampfleitung an zweckmäßiger
Stelle ein Regulierorgan, z. B. Drosselventil, Drosselklappe, Schieber o. dgl.,
oder innerhalb der Abdampfdüse eine besondere Reguliernadel angeordnet. Die Betätigung
des Regulierorgans erfolgt von Hand oder auch selbsttätig.
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Als Mittel zur Herbeiführung eines selbsttätigen Regulierorgans wird
ein in den Strom des vorgewärmten Wassers eingeschalteter Dehnungskörper verwendet,
der in bekannter Weise über ein Gestänge auf das Regulierorgan wirkt. Derartige
Antriebsmittel für Steuerorgane sind bereits mit der Wirkung bekannt, daß sie das
vorgewärmte Wasser auf gleicher Temperatur halten. Bei der vorliegenden Erfindung
wirkt das Antriebsmittel hingegen derart, daß sich bei Änderung irgendeines Betriebszustandes
der Kesselspeiseeinrichtung, die dem neuen Betriebszustand entsprechende Temperatur
des vorgewärmten Wassers, wie nachstehend noch näher erläutert wird, selbsttätig
einstellt.
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Die Reguliereinrichtung sei so eingestellt, daß bei den Betriebsverhältnissen,
welche die größte Leistung der Strahlphmpe b erfordern, so viel Abdampf zuströmt,
daß diese Leistung mindestens aufgebracht wird.
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Ändert sich nun z. B. die Förderhöhe dadurch, daß der Speisewasserbehälter
aufgefüllt wird, oder die Fördermenge dadurch, daß die Fördermenge der regelbaren
Kesselspeisepumpe f herabgemindert wird, oder beides zugleich eintritt, so ist die
Förderleistung der Strahlpumpe b, die noch dem früheren Betriebszustand entspricht,
zu hoch. Es erfolgt daher augenblicklich eine Überheizung des Wassers, d. h. seine
Temperatur entspricht nicht mehr der jetzt erforderlichen Förderleistung. Dies hat
zur Folge, daß das in der Abdampfleitung angeordnete Regulierorgan unter demEinfluß
desDehnungskörpers betätigt wird und die Abdampfzuströmung so weit herabmindert,
bis die für den neuen Betriebszustand erforderliche Förderleistung der Strahlpumpe
b und die entsprechende Wassertemperatur erreicht sind. Tritt nach Erreichung des
neuen Beharrungszustandes eine Änderung der Betriebsverhältnisse in entgegengesetzter
Richtung ein, z. B. dadurch, daß der Abdampf geringer wird, so wird auch die Förderleistung
der Strahlpumpe b und die Temperatur des vorgewärmten Wassers entsprechend niedriger.
Durch die hierbei erfolgte Abkühlung des Dehnungs= körpers -wird nunmehr das Regulierorgan
in der Abdampfleitung mehr geöffnet, und es kommt erst zur Ruhe, wenn der den neuen
Betriebsverhältnissen entsprechende Beharrungszustand hinsichtlich der Förderleistung
und Wassertemperatur wieder erreicht ist. Die Abdampfzuströmung wird somit in Abhängigkeit
von der Temperatur des vorgewärmten Wassers derart geregelt, daß dem Heißwasser
stets ein mindestens der Saugleistung der Kesselspeisepumpe entsprechender Geschwindigkeitszuwachs
erteilt wird.
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Die beschriebene Regelung der Förderleistung der Strahlpumpe über
die Wassertemperatur ergibt somit den großen weiteren Vorteil, daß das Personal
die Kesselspeisung allein durch Regelung der Kesselspeisepumpe beliebig zu regulieren
vermag und daß es nicht mehr notwendig ist, zugleich mit der Kesselspeisepumpe auch
die Strahlpumpe noch besonders zu regeln. Das Personal gibt mit der Regelung der
Kesselspeisepumpe gleichzeitig den Impuls zur selbsttätigen entsprechenden Regelung
der Strahlpumpe.
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Da bei Strahlpumpen die Wassertemperatur bekanntlich um so höher wird,
je größer die Förderleistung ist, und es sich bei Einrichtungen der vorliegenden
Erfindung vielfach um verhältnismäßig kleine Förderleistungen handelt, könnte man
zu der Ansicht gelangen, daß bei Verwendung von Strahlpumpen üblicher Bauart nur
eine entsprechend
niedrige Vorwärmung erreichbar sei. Weiterhin
müßte bei Verwendung von Strahlpumpen üblicher Bauart befürchtet werden, daß - die
geringe Wassergeschwindigkeit in der Verbindungsleitung zwischen einer solchen Strahlpumpe
und der Kesselspeisepumpe dem hochvorgewärmten Wasser in dieser Leitung genügend
Zeit läßt, teilweise zu verdampfen, und daß mehr oder weniger Dampf in die Kesselspeisepumpe
gelangt und auf diese Weise ihre Wasserförderung erheblich gemindert oder unterbunden
wird.
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Diese Schwierigkeiten werden durch die erfindungsgemäß vorgesehene,
in den Abb. z und 2 dargestellte Strahlpumpe vermieden. Wie ersichtlich, besteht
die Strahlpumpe b aus der Abdampfdüse e und der sich in Richtung des Wasserdurchflusses
verjüngenden Mischdüse d, welche durch eine Verbindungsleitung e unmittelbar mit
der Kesselspeisepumpe verbunden ist. Bei dieser Strahlpumpe b wird das Speisewasser
in der Mischdüse d auf möglichst hohe Geschwindigkeit gebracht und somit eine so
hohe Wassertemperatur erzielt, wie sie bei der gegebenen Temperatur des Abdampfes
überhaupt erreichbar ist. Weiterhin wird das vorgewärmte Wasser mit dieser hohen
Geschwindigkeit zur Kesselspeisepumpe gefördert. Hierdurch wird erreicht, daß die
Verdampfungsoberfläche, also der Querschnitt der Verbindungsleitung zwischen Strahlpumpe
und Kesselspeisepumpe, gering ausfällt und die zur Verdampfung eines oder mehrerer
Wasserteilchen notwendige Zeit nicht mehr zur Verfügung steht. Durch die hohe Wassergeschwindigkeit
in der Förderleitung wird daher selbst eine teilweise Verdampfung des Speisewassers
sicher vermieden.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Speisewasser infolge seiner
hohen Geschwindigkeit, mit der es in die Kesselspeisepumpe strömt, auch im Zylinder
dieser Pumpe das Aufkommen eines Verdampfungsraumes nicht zuläßt, sich vielmehr
beim Eintritt in die Kesselspeisepumpe verdichtet und auf diese Weise auch zur Verbesserung
ihres Wirkungsgrades mit beiträgt.
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Der Querschnitt der Verbindungsleitung zwischen Strahlpurnpe und Kesselspeisepumpe
sowie die Düsenverhältnisse -der Strahlpumpe sind für eine gegebene Leistung der
Kesselspeisepumpe berechenbar. Bei Verwendung der Einrichtung in Verbindung mit
einer Strahlptimpe als Kesselspeisepumpe ist die hohe Geschwindigkeit des zuströmenden
Wassers ebenfalls von Vorteil, weil dadurch die Stoßverluste bei der Mischung von
Wasser und Frischdampf und der Frist-,hdampfverbrauch erheblich herabgemindert werden.
Selbstverständlich sind in diesem Falle die Verhältnisse bei der in die Saugleitung
der Kesselspeisepumpe geschalteten Strahlpumpe derart abzustimmen, daß die in der
Kesselspeisepumpe von Frischdampf zu übertragende Arbeit vom Wasser noch aufgenommen
werden kann.
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Bei Kesselspeiseeinrichtungen, deren Betriebsverhältnisse sich nur
wenig oder gar nicht ändern, kann die Strahlpumpe b auch ohne die Einrichtungen
zur Steuerung der Abdampfzuströmung verwendet werden.