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Reglungsanlage einer Dampfkraftanlage für Fahrzeuge Die Erfindung
bezieht sich auf eine Reglungsanlage einer Dampfkraftanlage für Fahrzeuge, insbesondere
für Schiffe, welche mindestens einen Hochdruckdampferzeuger g eringenFlüssigkeitsinhalts,
mindestens einen Niederdruckdarnpfspeicher und mindestens eine Kraftmaschine besitzt,
und ist dadurch gekennzeichnet, daß durch Bedienung von Hand eines Reglungsorgans
gleichzeitig die Dampferzeugung des Hochdruckdampferzeugers durch Beeinflussung
der Feuerung und der Speisung und die Leistung der Kraftmaschine zueinander passend
eingestellt werden und daß in der Bereitschaftsstellung des Reglungsorgans die Wärme
des vom Hochdruckdampferzeuger erzeugten Dampfes in den Niederdruckdampfspeicher
geleitet ,wird.
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Die Erfindung hat zum Zweck, Schwankungen im Betrieb des Dampferzeugers
während der Ausführung von Steuerbewegungen eines Fahrzeuges, insbesondere eines
Schiffes, zu verhüten. Dieser Zweck wird erreicht, indem die Änderung der Feuerungsbeschickung
und der Speisemenge nicht erst bei Veränderung von Betriebsgrößen am Kessel erfolgt,
sondern schon dann, wenn eine Änderung im Betrieb der Maschine eingeleitet wird.
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Es sind Dampfanlagen bekannt, bei denen die Reglung einerseits der
Maschinenanlage und andererseits der Kesselanlage miteinander gekuppelt sind, so
daß beispielsweise die Reglung der Maschinenanlage bei Leistungsveränderungen auch
den Betrieb der Kesselanlage beeinflußt. Allein solche Vorrichtungen haben den Nachteil,
daß bei Einstellung einer Belastungsänderung an der Kraftmaschine erst (las Einsetzen
der Regelvorrichtungen erfolgen muß, ehe die Kesselanlage den veränderten Bedingungen
angepaßt wird. Dadurch, daß gemäß der Erfindung nicht bloß die Reglungsvorrichtungen
der Kraftmaschinenanlage und der Kesselanlage miteinander gekuppelt sind, sondern
die Steuereinrichtungen der Kraftmaschine gleich die Reglungseinrichtungen der Kesselanlage
beeinflussen, werden zeitliche Verzögerungen der Beeinflussung des Dampferzeugerbetriebs
vermieden, und Schwankungen im Betrieb, z. B. der Temperatur oder des Drucks, können
nicht mehr entstehen.
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Als Beispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung eine
Dampfantriebsanlage für Schiffe vereinfacht dargestellt.
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Die Anlage umfaßt einen Hochdruckdampferzeuger i, der nur einen kleinen
Flüssigkeitsinhalt besitzt, einen Niederdruckdampfspeicher z und eine Kraftmaschine
3, welche die Schraube .4 antreibt. Die Beeinflussung des Dampferzeugers und die
an der Maschine vorzunehmenden Steuerstellungen werden durch die Steuervorrichtung
5 beherrscht.
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Der Dampferzeuger i weist eine Rohranlage 6 auf, der das Arbeitstnittel
am einen
Ende 7 a's Speis.eflüssigkeit zugeführt und am anderen
Ende 8 als überhitzter Gebrauchsdampf entnommen wird. Die Befeuerung erfolgt durch
einen Brenner 9, dem durch die Leitung io Verbrennungsluft und durch die Leitung
i i der Brennstoff zugeleitet wird. Die bei der Verbrennung entstehenden Abgase
strömen durch die Leitung 12 an weitere Verbrauchsstellen oder unmittelbar ins Freie.
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Zur Reglung des Betriebes ist ein Regelorgan 13 am Brenner 9, ein
Speiseventil 14 in der Speiseleitung 15, ein Zusatzventil 16 in der Leitung 17 für
zusätzliche Speiseflüssigkeit und zwei Dampfventile 18 und i9 vorgesehen. jedes
der Regelorgane wird durch einen Hilfsmotor 2o, 21, 22, 23 und 24 gesteuert. Ein
Wärmefühler 25, welcher unter dem Einfluß des bereits teilweise schon überhitzten
Dampfes steht, beeinflußt über die Leitung 26 den Hilfsmotor 2o. Ein zweiter vom
Gebrauchsdampf beeinflußter Wärmefühler27 beeinflußt über die Leitung 28 das Zusatzventil
16. Bei ansteigender Temperatur wird die Brennstoffmenge verkleinert und die Zusatzmenge
vergrößert und umgekehrt bei sinkender Temperatur die Brennstoffmenge vergrößert
und die Zusatzmenge verkleinert. Die Hilfsmotoren 23 und 24 der Dampfventile 18
und i9 stehen unter dem Einfluß des am Austrittsende 8 herrschenden Dampfdrucks,
wobei der Dampf über die Leitungen 29 und 30 zu den Steuerorganen geleitet wird.
Die Ventile sind so eingestellt, daß zunächst das Ventil 18 geöffnet wird, und erst
wenn bei voller Öffnung des Ventils 18 der Druck weiter ansteigt, wird auch das
Ventil i9 geöffnet.
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Der Dampf strömt durch die Leitung 31 in die Turbine 3 und wird hier
auf den Kondensatordruck unter Arbeitsabgabe entspannt. Gegebenenfalls kann ein
Teil des Dampfes schon einer Zwischenstufe der Kraftmaschine entnommen und durch
die Leitung 32 fortgeführt werden. Der vollständig entspannte Dampf strömt durch
die Leitung 33 in den Kondensator 34. Das Kondensat wird durch die Leitung 35, durch
die Kondensatpumpe 36 in den Speisebehälter 37 gefördert und dann von neuem mittels
der Speisepumpe 38 durch die Speiseleitung 15 wieder in den Dampferzeuger zur weiteren
Verdampfung eingeführt.
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Der durch die Leitung 39 unmittelbar aus dem Dampferzeuger anfallende
Dampf strömt durch die Leitung 4o in den Wärmeaustauscher 41. Das dabei entstehende
Kondensat oder Gemisch aus Kondensat und Dampf strömt durch die Leitung 42 weiter
in den Kondensator 34.
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Aus einem Behälter 43 saugt eine Pumpe 4.4 Flüssigkeit an und fördert
sie durch die Leitung 45 in den Wä rmeaustauscher 41 und weiter in vorgewärmtem
Zustand durch die Leitung 46 in den Speicher 2.
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Die Entladung des Speichers erfolgt durch die Leitung 5o, aus welcher
der Dampf über die Leitung 32 zur Erhöhung der Leistung der Kraftmaschine 3 zugeführt
werden kann. Gegebenenfalls kann dieLeistungsvermehrung dadurch noch erhöht werden,
daß der Dampfspeicher 2, durch besondere Feuerungen 65 beheizt, zur Dampferzeugung
herangezogen wird. Ein anderer Teil des gespeicherten Dampfes wird über die Leitung
46' den Kraftmaschinen 47 und 48 der Speisepumpen für den Hochdruckdampferzeuger
i und dem Niederdruckspeicher 2 zugeleitet. Aus den Hilfskraftmaschinen 47 und 48
strömt der Dampf in einen Vorwärmer 49, aus welchem das Kondensat in 'den Behälter
43 gelangt. Weitere nichtgezeichnete Hilfskraftmaschinen können den zum Antrieb
erforderlichen Dampf ebenfalls aus dem Speicher 2 erhalten.
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Zur Steuerung des Dampferzeugers und zur Ausführung der Steuerbewegungen
kann die Steuervorrichtung 5 durch zwei Handräder 51 und 52 beeinflußt werden. :Mittels
des Handrades 51 wird über die Steuerleitungen 53, 54 und 55 der Betrieb des Dampferzeugers
beeinflußt und- mittels des Handrades 52 zunächst über die Leitungen 56 und 57 die
Kraftmaschine auf die gewünschte Fahrleistung eingestellt und gleichzeitig über
die Leitungen 53 bis 55 der Betrieb des Dampferzeugers der für die Kraftmaschine
eingestellten Leistung selbsttätig angepaßt. Sowohl die durch das Handrad 51 für
den Dampferzeuger als auch die durch das Handrad 5-2 für die Kraftmaschine eingestellte
Leistung können mit Hilfe der Zeiger 58 und 59 an den =Marken 6o und 61 abgelesen
werden. Ein weiterer Zeiger 62 dient zur Überwachung, ob mittels der Steuervorrichtung
der Betrieb des Dampferzeugers der an der Maschine verlangten Fahrleistung angepaßt
ist. Über die Leitung 57 wird mit Hilfe des Hilfsmotors 63 das in die Leitung 32
eingeschaltete Ventil 64 in der Weise beeinflußt, daß während des Betriebes eine
bestimmte Menge Dampf aus dem Niederdruckspeicher 2 in die Kraftmaschine 3 strömt,
um die im Hochdruckkreislauf des Arbeitsmittels entstehenden Verluste zu ersetzen
oder in gewissen Fällen eine Entnahme von Dampf aus der Kraftmaschine 3 herbeizuführen.
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Die Anpassung des Betriebes des Dampferzeugers an die gewünschte Fahrleistung
der Kraftmaschine kann dadurch erfolgen, daß mittels der Handräder 5 i und 52 aufeinander
abgestimmte Kurvenscheiben verschoben werden, welche gemäß einem vorgeschriebenen
Verlauf die einzelnen Steuerorgane der Dampferzeuger- und der Kraftmaschinenanlage
einstellen. - Damit können noch Verkoppelungen
einzelner Steuerorgane
oder Verriegelungen einzelner oder mehrerer Steuerorgane verbunden sein, in der
Weise, daß keine betriebsgefährdenden Verstellungen einzelner Organe durchgeführt
werden können. Die Übertragung der Steuerbewegungen kann mit mechanischen, elektrischen,
flüssigen oder Luftmitteln erfolgen. Insbesondere können bei Anwendung flüssiger
Übertragungsmittel einzelneZwischensteuerorgane eingeschaltet werden, mit deren
Hilfe die Steuerung in eine bestimmte Abhängigkeit vom Steuerverlauf gebracht werden
kann, beispielsweise so, daß die Steuerorgane verhältnisgleich zu den Veränderungen
bestimmter Betriebseigenschaften oder auch zur Geschwindigkeit der Veränderungen
einer Betriebseigenschaft verstellt werden. Es kann auch eine Vorrichtung eingeschaltet
sein, mit deren Hilfe verschiedene Steuerwerte miteinander vereinigt auf ein einzelnes
Steuerorgan wirken können. Mit Hilfe der selbsttätigen Empfängervorrichtungen an
der Dampferzeuger- und Kraftma'schinenanlage (beispielsweise Temperaturdruckempfänger,
Geschwindigkeits- und Leistungsregler usw.) werden die von derSteuervorrichtung5
an den Regelvorrichtungen eingestellten Werte in der Weise nachberichtigt, daß der
Dampfzustand entweder unveränderlich bleibt oder nach einem vorgeschriebenen Programm
verläuft.
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Die Kraftmaschine 3 wird vorteilhaft, als Turbine ausgebildet, mit
einem Teil für die Fahrt in der einen Richtung und einem anderen Teil für die Fahrt
in der anderen Richtung ausgestattet. Es kann aber auch eine Trennung der beiden
Teile in der Weise erfolgen, daß ein Gehäuse für die eine Fahrrichtung und das andere
Gehäuse für die andere Fahrrichtung dient. Außerdem können aber auch urnsteuerbare
Maschinen, beispielsweise Kolbendampfmaschinen, verwendet werden. Dabei wird die
Umsteuerungsvorrichtung ebenfalls durch die Steuervorrichtung 5 beeinflußt. Sind
für die beiden Fahrrichtungen zwei verschiedene Maschinenteile vorhanden, so ist
auch die den Dampf in die Kraftrnaschine leitende Regelvorrichtung in einer Weise
auszubilden, daß entweder nur der einen oder nur der anderen Maschine Betriebsdampf
zugeführt wird. Nebenbei kann aber zur Warmhaltung des nicht in Betrieb befindlichen
Teils diesem auch eine bestimmte Menge Anwärrndarnpf beständig oder unterbrochen
zugeleitet werden.
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Während Zeiten, in denen das Schiff, beispielsweise im Hafen, für
eine Fahrt bereitsteht, wird der Dampferzeuger i schwach beheizt, wobei er eine
der Befeuerung angemessene Menge Speiseflüssigkeit zugeführt erhält. Der Dampf strörnt
dann, durch das Ventil r9 gesteuert, über die Leitungen 39 und .Io in den Wärmeaustauscher
.I1, so daß seine Wärme auf das durch die Leitungen 45 und .46 in den Niederdruckspeicher
strömende Arbeitsmittel übertragen wird. Aus dem Niederdruckspeicher 2 werden dann
alle Hilfsmaschinen und anderen Dampfverbrauchsstellen mit Dampf versorgt. Zur Unterstützung
der Dampferzeugung können, wenn notwendig, die Feuerungen 65 in Betrieb gehalten
werden. Die während der Bereitschaftsstellung zu erzeugende Dampfmenge wird mittels
des Handrades 5 1 und mit Hilfe des Ventils 14 für die Speisemenge, des Organs
13 für die Wärmemenge und des Organs i9 für den Durchtritt des Dampfes eingestellt.
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Soll das Schiff die Fahrt aufnehmen, so wird mittels des Handrades
52 über die Leitung 56 das Ventil 18 so weit geöffnet, als der gewünschten Anfahrleistung
entspricht. Solange diese Anfahrleistung die Leistung, welche bereits durch das
Handrad 51 für den Dampferzeuger eingestellt ist, noch nicht übersteigt, wird an
der für den Dampferzeuger eingestellten Steuerung nichts geändert. Steigt dann die
Leistung welche für die Kraftmaschine 3 eingestellt wird, über die für den Dampferzeuger
eingestellte Leistung, wird durch die Steuervorrichtung 5 selbsttätig mittels der
Leitungen 53 und 5.4 die Leistung des Dampferzeugers so stark erhöht, daß der Turbine
die für die verlangte Leistung notwendige Dampfmenge zugeführt wird. Gegebenenfalls
kann dabei die Befeuerung des Niederdruckdampferzeugers kleiner sein als bei der
Bereitschaftsstellung, in der Weise, daß die notwendigen Veränderungen der Dampfleistung
in der Hauptsache dem Dampferzeuger i übertragen werden. Für bestimmte Fälle aber,
in denen eine besonders große Anpassung des Fahrbetriebs erwünscht erscheint, kann
der Niederdruckspeicher 2 auch zur raschen Veränderung der Fahrleistung mit herangezogen
werden. Bei Verminderung der Leistung der Kraftmaschine durch Zurückdrehen des Handrades
52 wird die Leistung des Dampferzeugers ebenfalls entsprechend vermindert. Sinkt
die Marschleistung unter die durch das Handrad 51 eingestellte Leistung für die
Bereitschaftsstellung, so wird der Betrieb des Dampferzeugers nicht mehr weiter
verändert, sondern die Wärme des überschüssigen Dampfs auf das Arbeitsrnittel für
den Niederdruckspeicher übertragen.
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Die Art des Hochdruckdampferzeugers hat auf die Erfindung keinen Einfluß.
Ganz besonders vorteilhaft ist sie indessen bei der Anwendung auf solche Antriebsanlagen,
bei denen das Arbeitsmittel in einer Rohranlage bei Zwangdurchfluß verdampft wird.
Als Dampfspeicher können selbstverständlich auch
unbeheizte Kessel
verwendet werden. Auch der zwischen dem Hochdruckkreislauf und dem Niederdruckkreislauf
eingeschaltete Wärmeaustauscher kann in bestimmten Fällen weggelassen und der Hochdruckdampf
unmittelbar in den Niederdruckspeicher eingeführt werden. Die Reglungsarten können
in ihrer besonderen Ausführung den Kesselarten angepaßt sein. Es können beispielsweise
Druckreglungen vorhanden sein, welche die Feuerung oder die Speiseflüssigkeit beeinflussen.
Besonders bei Abscheidern oder kleineren Trommeln können - Vorrichtungen vorhanden
sein, welche die Regelorgane in Abhängigkeit von einem Wasserinhalt oder einem Wasserstand
steuern. .Weiter können die Regelorgane durch die Temperatur des Dampfes oder die
Leistung der Kraftmaschine oder bestimmte Dampfgeschwindigkeiten oder ähnliche Betriebsgrößen
beeinflußt werden.
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Der Steuerstand für die Anlage kann beliebig angeordnet sein. Damit
im Zusammenhang ergibt sich der Vorteil der Erfindung, daß die Überwachung und Beherrschung
der ganzen, sowohl die Dampferzeuger- als auch die Kraftmaschinenanlage einschließenden
Antriebsanlage an einer Stelle vereinigt sind, die entweder im Maschinenraum oder
in einem Befehlsraum oder in der Nähe des Fahrzeugsteuerstandes angeordnet sein
kann. Die Ausführung der Marschbefehle wird dadurch vereinfacht und die Betriebssicherheit
erhöht.