-
Hilfsmaschinensatz für Kraftanlagen von Fahrzeugen mit Schnellverdampfer
Die Erfindung befaßt sich mit der Lösung der Aufgabe, die Leistung für den Antrieb
der Hilfs!mas.chinen einer Kraftanlage von Fahrzeugen mit Schnellverdampfer, insbesondere
Zwangsumlaufverdampfer, dem Leistungsbedarf dieser Hilfsmaschinen anzupassen, wenn
die Antriebsmaschine eine ungeregelte Abdampfturbäne ist rund wenn sich unter den
anzutreibenden Hilfsmaschinen solche, z. B. Kesselspeisepumpe, befinden, deren Charakteristik
von derjenigen der Antriebsmaschine stark abweicht. Die Lösung besteht im wesentlichen
darin, daß die ungeregelte Abdampfmaschine für .denn Leistungsbedarf der Hilfsmaschinen
im Hauptbetriebsb:ereich ausreicht rund daß mindestens die Kesselmaschialen durch
eine fremde Energiequelle auf einer bestimmten untersten Drehzahl gehalten werden,
sobald der Leistungsbedarf der sämtlichen Hilfsmaschinen die Leistung der Abdampfmaschine
übersteigt. Diese Anordnung ist für Zwangsumlaufschnellverdampfer insofern von besonderer
Bedeutung, ,als auch bei Stillstand der Hauptantriebsmaschiane des Fahrzeuges ein
Weiterarbeiten der Umlaufpumpe gewährleistet ist, so d.aß eine Gefährdung des Verdampfers
wegen fehlenden Wasserumlaufs ausgeschlossen äst.
-
Es sind 'Hilfsmaschinensätze für Kraftanlagen von Fahrzeugen mit Schnellverdampfer
bekanntgeworden, bei denen eine ungeregelte Abd:ampfturbine die Feuerungsgebläse
und Brennstoffpumpe (Kesselhälfsmaschinen) der Anlage ,antreibt (Doble-Anlagen).
Bei diesen Anlagen hat die bis zu 15 %. von der Gesamtdampferzeugung verbrauchende
Kesselspeisepumpe einen besonderen Antrieb, und mit der Abdampfturbine ist mittels
einer überholkupplung ein Elektromotor verbunden, der nur bei Stillstand der Turbine,
z. B. beim Anlassen, die Kesselhilfsmasclünen über eine Magnetkupplung anzutreiben
vermag. Diese Anlagen arbeiten mit einer sog. Aussetzerregelung. Sobald die Dampferzeugung
den Dampfbedarf -um ein gewisses Maß übersteigt, werden nämlich die Kesselhilfsmaschinen
durch Ausschalten der Magnetkupplung stillgesetzt. ° Die Hilfsmaschinen werden durch
Einschalten der Magnetkupplung wieder in Gang gebracht, sobald der Dampfbedarf die
Dampferzeugung um ein gewisses Maß überschritten hat. Der für die Erfindung wesentliche
Gedanke, auch die mit einer von der Abdampfturbine abweichenden Drehzahlcharakteristik
arbeitenden Hilfsmaschinen, z. B. die Speisepumpe, von dieser ungeregelten Turbine
ohne Unterbrechung antreiben zu lassen, ist bei der bekannten Anlage nicht verwirklicht,
da dort ger Elektromotor nur zum Anlassen der Anlage, nicht aber zum Verbessern
der Drehzahlcharakteristik bei kleinen Dampfleistungen. oder -unterbrochener Dampfentnahme
benutzt wird. Bei dieser Anlage ist auch nicht die für dein Erfindungsgegenstand
eigentümliche Betriebsweise vorhanden, dal3
wenigstens die Kesselhilfsmaschinen
bei geringer Belastung mit der Drehzahl des elektrischen Hilfsmotors laufen müssen.
Der mit der bekannten Anlage verbundene Nachteil des stoßweisen Betriebes, der sich
durch die Aussetzerregelung ergibt, und der unwirtschaftliche gesonderte Antrieb
der Kesselspeisepumpe durch eine besondere Antriebsmaschine werden durch die Erfindung
vermieden.
-
Ein älteres Regelverfahren geht dahin, bei einem Dampferzeuger mit
Überdruckfeuerung, bei welcher der Druck in der Bremskammer durch einen Verdichter
aufrechterhalten und der Verdichter durch eine Gasturbine und einen die Gasturbine
unterstützenden Zu.satzinotor ,angetrieben wird, ;mit dem zum Ausgleich der fehlenden
Leistung vorgesehenen Zusatzmotor dem Gasturbinenantrieb jeweils eine ganz bestimmte,
@d. h. für jede Belastung eine ,andere Drehzahl ;aufzudrücken. Allein durch diese
Drehzahländerung wird nach dem älteren Verfahren geregelt. Im Falle der Erfindung
spielt dagegen rdie Frage der Drehzahl des Zusatzmotors für das bestimmungsgemäße
Arbeiten der Anlage keine Rolle; die Drehzahl des Hilfsmotors könnte bei den verschiedenen
Belastungen sogar konstant sein. Schon aus diesen Unterschieden ergibt sich, daß
es sich in den beiden Fällen um grundsätzlich verschiedene Vorschläge handelt.
-
Es ist ferner eine Dampfkraftanlage mit Schnellverdampfer für Fahrzeuge
bekanntgeworden, bei der sämtliche Hilfsmaschinen, also auch die Kesselspeisepumpe,
durch eine gemeinsame Fris,chdampfm,aschineangetrieben werden. Außerdem ist hier
ein Elektromotor als ergänzende I#raftquelle vorgesehen, der das Anlassen der Anlage
aus dein kalten Zustande ermöglicht. Der Antrieb durch eine Frischdampfmaschine
erfordert dieAnbringung einer umständlichen Regelvorrichtung. Diesen Nach. teil
vermeidet ,aber die Erfindung gerade dadurch, daß :sie von einer -ungeregelten Abd.ampfmaschine
als Antriebsrnaschide für den Hilfsmaschinensatz ausgeht. Darüber hinaus bringt
die Erfindung Iden Vorteil, daß Dampf. für den Antrieb :des Hilfsmaschinensatzes
verwertet werden kann, der bereits in der Antriebsmaschine des Fahrzeuges Arbeit
geleitet hat. Für die Lösung der Aufgabe, welche Maßnahmen. zu treffen sind, um
den Antrieb des Hilfsmaschinensatzes durch eine ungeregelte Abdampfturbine zu ermöglichen,
wenn er auch solche Maschinen umfaßt, deren Charakteristik von derjenigen der Abdampfmaschine
erheblich abweicht, vermag diese bekannte Anlage daher dein Vorbild zu sein.
-
Auf der Zeichnung sind :durch Abb. i und z zwei Ausführungsbeispiele
der Erfindung schematisch dargestellt. Die Abb. 3 und q. betreffen Schaubilder,
welche die Leistungsverhältnisse des Hilfsmaschinensatzes erläutern. @.
-
Bei dein Ausführungsbeispiel nach Abh. i ist der SchnellverdampferA
eines Fahrzeuges finit einer Feuerung irgendwelcher Art, z. B. einem Wanderrost
B, ausgerüstet .und besitzt einen Dampfsammler C. Von den Hilfsmaschinen sind der
Wanderrost B, das Saugzug2ebläse E, die Umwälzpumpe F für das Kesselwasser und die
Speisepumpe G zu einer Gruppe zusammengefaßt, die von einem Elektromotor H gemeinsam
angetrieben wird. Der Motor erhält seinen Strom über einen Regler J von einer Batterie
I,. Die zweite Gruppe der Hiffsmaschinen umfaßt hier nur den für den luftgekühlten
Kondensator L erforderlichen Lüfter i17, der mit einer Abdampf turbine N fest gekuppelt
ist, die ihren Betriebsdampf von der Hauptmaschine erhält. Beide Gruppen der Hilfsmaschinen
sind durch eine Überholkupplung O so verbunden, daß der Antrieb der ersten Gruppe
durch die Abdmnpfturbine N erfolgt, sobald ihre Drehzahl gleich der dieser Hilfsmaschinen
äst. Der Elektromotor H wird dann in bekannter Weise entweder von der Batterie K
abgeschaltet, oder er bleibt mit ihr zum Aufladen der Batterie in Verbindung. Es
ist zweiter eine Vorrichtung vorgesehen, der Abdampfturbine über eine Rohrleitung
ar Frischdampf zuzuführen, um den Motor H zu entlasten und damit die Batterie I(
zu schonen.
-
In manchen Fällen ist durch den Aufbau der Anlage die örtliche Verteilung
der beiden Hilfsmaschinengruppen derart bedingt, .daß eine mechanische Übertragung
,der Leistung nur durch verzw eigte, unübersichtliche Tranbmissionan möglich ist.
Dann ist es zweckmäßig, die Übertragung elektrisch vorzunehmen, indem.die Abdampfmaschine
neben den Kondensationshilfsmaschinen noch einen Stromerzeuger antreibt, der seine
Leistung auf einen oder mehrere ;die Kesselhilfsmas-chinen antreibenden Elektromotoren
überträgt.
-
Eine ,solche Anlage betrifft das in Abb. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel.
Die Abdampfturbine P ist mit dem Lüfter Q und außerdem noch mit einem Stromerzeuger
R fest gekuppelt. Der Stromerzeuger R ist so bemessen, daß bei der Drehzahl, bei
der sonst das mechanische Kuppeln erfolgt, die von ihm erzeugte Spannung gleich
der von der Batterie S an den Elektromotor T abgegebenen Spannung ist, so daß bei
entsprechender Schaltung durch den Regler U die Übernahme des Antriebs der Hilfsmaschinen
der ersten Gruppe auf die AbdampfturbincP unter Entlastung der Batterie S erfolgt.
-
In dem soeben erläuterten zweiten Ausführungsbeispiel ist für den
Antrieb der Hilfsmaschinen ein gemeinsamer Elektromotor T
vorgesehen.
Es können .aber .auch, wenn es die örtliche Verteilung der Hilfsmasclünen erfordert,
mehrere Elektromotoren verwendet werden, von. denen jeder einzelne wieder eine oder
mehrere Hilfsmaschinen antreibt.
-
Wenn die Gruppe der mit der Abdampfniaschin:e fest gekuppelten Hi1Esm:asehinen
aus mehreren örtlich getrennten Maschinen. besteht und eine mechanische Cbertragung
Schwierigkeiten macht, so kann zweckmäßig die Abdampfturbine in zwei oder nötigenfalls
mehrere in bezug auf den Dampfstrom parallel oder in Reihe geschaltete Teilturbinen
aufgelöst werden, von denen jede wieder eine einzige oder mehrere Hilfsmasclifnen
antreibt.
-
Schließlich besteht noch die Möglichkeit, mit der Abdampfturbine nur
den Stromerzeuger R mechanisch zu kuppeln. Um ein Durchgehen der Abdampfturbine
zu verhindern, ist dann die elektrische Übertragung auf die Antriebsmotoreai der
Kondensationshilfsmaschinen elektrisch unlösbar auszuführen. und die elektrische
Übertragung auf die übrigen Hilfsmaschinen so, daß über den Regler U die Kupplung
in der im zweiten Ausführungsbeispiel angegebenen Weise erfolgt.
-
Das Diagramm nach Abb.3 zeigt für die beiden Ausführungsbeispiele
den Leistungsbedarf 1V der Hilfsmaschinen in Abhängigkeit der vom Ktssel erzeugten
Dampfmenge D. Die Kurve b gibt den Leistungsbedarf der für den Kesselbetrieb erforderlichen
Hilfsmaschinengrüppe an, die Kurve a den Leistungsbedarf ,aller Hilfsmaschinen,
so daß der Ordinatenunterschied zwischen den Kurven a und b
den Leistungsbedarf
der Kondensationshilfs.-maschin:engruppe darstellt. Die Kurve e zeigt die Leistung
der :ungeregelten Abdampftu.rbine. Bei der Belastung Dl sind Bedarf und Lieferung
,gleich (Punkt a der Kurve), bei kleinerer Belastung des Daanpferzeuger's-ist gegenüber
dem Bedarf ein Leistungsunterschuß, bei größerer Belastung ein Leistungsüberschuß
vorhanden. Der Leistungsüberschuß kommt einer im ihrer Leistung zu reichlich bemessenen
Antriebsmaschinen gleich und hat nur den Ei:nfluß, daß die Anlage etwas unwirtschaftlich
arbeitet. Im Bereiche des Leistungsunterschusses aber ist eine Anlage nur mit einer
ungeregelten Abdampfturbine zum Antrieb aller Hilfsixiaschinen überhaupt nicht möglich.
Es wird deshalb in diesem Bereich der Antrieb der Hilfsmaschinen für den Kesselbetrieb
von dem Elektromotor übernommen, dessen Drehzahl gleich der Drehzahl des Hilfsmaschinensatzes
für. die Leistung bei der Belastung Dl ist. Die Leistung des in diesem Beispiel
mit gleichbleibender Drehzahl laufenden Elektromotors ist durch den Leistungsbedarf
13 der Kesselhilfsmaschinen in Dl bestimmt. Wie die Verteilung des Leistungsbedarfs
auf abdampfturbine und Elektromotor in Abhängigkeit der Verdampferl:eistung D _
erfolgt, zeigt das Diagramm Abb. 4., in dem .außerdem noch die Dr.ehzahlch,arakteristik
g1, g@, ,ä :j der Abdampfturbine eingezeichnet ist.
-
Die Drehzahl der mit dem Lüfter, z. B. NI, fest gekuppelten
Abdampfturbine N steigt fast geradlinig an (Teil g1 der Kurve). Da die Abdampfturbine
N für den Antrieb aller Hilfsmaschinen bemessen ist, isst vor dem Kuppeln mit dem
Elektromotor H ein Leistungsüberschuß der Abdampfturbne N vorhanden, so däß die
Drehzahl :des mit der Dampfturbine N fest ,gekuppelten Lüfters .rascher ansteigt,
als es die Kondensationsanlage erfordert, und die der Belastung Dl entsprechende
Drehzahl des Elektromotors H von der Turbine N schon bei der Belastung D2 erreicht
ist. Zwischen D2 und Dl tritt dann nach dem b°i der Belastung D2 erfolgten Kuppeln
der beiden Hilfsinaschinengruppen die Leistungsübernahme auf die Dampfturbine N
bei nahezu gleichbleibender Umdreliungsza:hl ,g22 ein. Nach völliger Entlastung
des Elektromotors H steigt die Drehzahl g3 weiter fast geradlinig, der Charakteristik
der Hilfsmaschinen entsprechend, an. Die Leistungsabgabe des Elektromotors H zeigt
die Kurve e1. Bis zur Belastung D° des Verdampfers gibt der Elektromotor H die ganze
Leistung für die KesselhilfsmaschinengruppeB,E,F,Gab; dannfindet von D= bis Dl die
Leistungs-überna.hme auf d;fe AbdampfturbineN statt, bis in D1 die völlige Entlastung
eingetreten ist. Die LeIstungsabgabe der Abdampfturbin:e N zeigt die Kurve,/,
die
his zur Belastung Dl ungefähr, bei höherer Belastung vollkommen mit der Kurve c
der Abb. i übereinstimmt.
-
Soll der zwischen,den Kurvena und e der Abb. 3 liegende Leistungsüberschuß
durch eine entsprechende Schaltung zum Aufladen, der Batterie verwendet werden,
so würde die Kurve e1 sinngemäß jenseits von Dl ihre Fortsetzung in e° finden, wobei
die negativen Leistungswerte eine Leistungsaufnahme bedeuten.