-
Verfahren zum Betriebe von Zwangsumlaufschnellverdampfern für Fahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betriebe von Zwangsumlaufschnellverdampfern
für Fahrzeuge, die einen als Wärmespeicher dienenden Sammler für den Umwälzwasservorrat
haben und mit einer Feuerung ausgerüstet sind, bei der ein schnelles Anpassen der
durch den Brennstoff zugeführten Wärme an die Belastungsspitzen nicht möglich ist.
Insbesondere kommt eine mit stückigen Brennstoffen betriebene Rostfeuerung in Betracht.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf einen Schnellverdampfer für die Anwendung
des Verfahrens.
-
Die Erfindung bezweckt, ein Verfahren anzugeben und eine Anordnung
zu treffen, die es gestatten, aus einem Schnellverdampfer von geringstem Gewicht
vorübergehend, z. B. beim Anfahren, eine ,größtmögliche, gegebenenfalls ein Mehrfaches
der Dampferzeugung während des Regelbetriebes betragende Dampfmenge herauszuholen.
Die beim Anfahren benötigte große Dampfmenge wird gemäß der Erfindung in erster
Linie dadurch .aus? dem, abgesehen von den Wandstärken, für den Regelbetrieb ausgelegten
Verdampfer gewonnen, daß dieser in der vorhergehenden Dampfentnahmepaus,e wesentlich
über den Betriebsdruck, z. B. auf .das Doppelte dieses Druckes, .aufgeladen wird.
-
Es ist ein Schnellverdampfer von Fahrzeugen bekanntgeworden, der mit
Zwangsdurchlauf des Kesselwassers arbeiten und bei dem für das Anfahren. der Druck
auf das Doppelte des Betriebsdruckes gesteigert wird. Die bekannte Anlage ist wasserseitig
mit einem Speicherraum verbunden, in den das Kesselwasser bei dem steigenden Druck
gedrückt wird. Der Speicherraum soll verhindern, daß das im Kesselraum befindliche
Wasser bei der Drucksteigerung über das Sicherheitsventil der Speiseleitung in den
Speisewasserbehälter zurückgedrückt wird. Diese Anordnung, die nur eine Speisewassermengenspeicherung
ergibt, hat den Mangel, daß das in den Speicherraum bei der Drucksteigerung zurückgedrückte
Wasser verhältnismäßig kalt bleibt und daß bei der starken Dampfentnahme beine Anfahren
dieses kalte Wasser erst auf die Verdampfungstemperatur gebracht und verdampft werden
muß. Es steht daher bei diesen Anlagen z. B. für das Anfahren im Gegensatz zu der
Erfindung praktisch nur so viel Dampf zur Verfügung, wie durch die Wärmeabgabe der
Feuerung höchstens erzeugt werden kann.
-
Es sind ferner Fahrzeugschnellverdampfer bekannt, die mit Zwangsumlauf
des Kesselwassers arbeiten und bei denen eine Dampf bzw. Dampf-Wasser-Gemisch führende
Leitung des Schnellverdampfers mit einem unbeheizten, als Wärmespeicher dienenden
Sammler in Verbindung steht. Bei diesen Anlagen
soll der Druck,
.abgesehen von einer im Höchstfall 2o%igen Steigerung, gleichbleibend gehalten werden.
Infolgedessen kann das im Sammler befindliche Wasser auch nur auf die Verdampfungstemperaturdieses
nur wenig über dem Regeldruck liegenden Druckes gebracht werden. Bei hohem Dampfbedarf,
z. B. beim Anfahren, kann deshalb aus diesen Schnellverdampfern praktisch auch nur
diejenige Dampfmenge herausgeholt werden, die der Verdampfer durch Wärmeaufnahme
aus der Feuerung jeweils höchstens verdampfen kann.
-
Als bekannt vorausgesetzt sind überdies Kessel, die nach dem sog.
Gleitdruckverfahren arbeiten. Bei diesem Verfahren er= folgt eine Anpassung des
Kessels, an die Belastun,gsänderungen der Diampfkraftmaschine dadurch, daß einer
hohen Belastung der Kraftmaschine ein hoher Kesseldruck und einer geringen Belastung
der Kraftmaschine ein geringer Kesseldruck zugeordnet werden.
-
Nach der Erfindung soll gerade umgekehrt vorgegangen werden. Bei geringem
Dampfbedarf bzw. bei abgestellter Dampfentnahme, z. B. während der Haltepause des
Fahrzeuges, soll auf eine beträchtliche Drucksteigerung des Verdampfers hingewirkt
werden. Bei besonders großem Dampfbedarf, z. B. beim Anfahren, soll ein Sinken des
erhöhten Verdampferdruckes auf den Regeldruck stattfinden. Dabei tritt ein beträchtliches
Nachverdampfen aus dem in den Verdampferrohren und im Sammler befindlichen Kesselwasser
ein, das den zu dem erhöhten Druck gehörigen Wärmeinhalt angenommen hatte.
-
Falls noch eine weitergehende Speicherfähigkeit erwünscht ist, kann
ein zusätzlicher Speicherraum vorgesehen werden, der mit dem Sammler in Verbindung
steht und während des Aufladens zu diesem zuschaltbar ist. Diese Anordnung macht
die Dampferzeugungsanlage nach der Erfindung für die Verfeuerung stückiger Brennstoffe
besonders geeignet. Während des Bremsens und Haltens, z. B. auf den Bahnhöfen, wird
eine solche Feuerung gedrosselt oder gegebenenfalls ganz abgestellt. Die in dieser
Zeit aus dem Brennstoffbett frei werdende Wärme wird dazu verwendet, die Aufladung
des Dampferzeugers für das nachfolgende Anfahren zu bewirken.
-
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Schnellverdampfers
nach der Erfindung schematisch im mittleren Längsschnitt dargestellt.
-
An jedem Kopfende eines Dampftriebwagens i sind eine Dampferzeugungsanlage
2 und eine Antriebsmaschinenanlage 3 angeordnet. Die letztere ist in einem Drehgestell
4 untergebracht. Die Dampferzeugungsanlage 2 ist als Schnellverdampfer mit einem
selbsttätigen Vorschubrost 5 für stückige Brennstoffe ausgebildet. Zum Zuführen
des Brennstoffes dient ein vor Kopf des Verdampfers angeordneter Behälter 6. Die
Dampferzeugungsanlage besteht aus einem Verdampferteil 7, 8 und einem überhitzerteil9;
sie ist, abgesehen von den Wandstärken, für die Regelbelastung, d. h. für die Fahrt
auf der Strecke, ausgelegt. Der Verdampferteil zerfällt in ein Rohrsystem 7, das
in geringem Abstande von den Wandungen des Feuerraumes i o angeordnet ist und diese
kühlt, und in ein Bündel 8 von Rohrschlangen, die sich oberhalb des Feuerraumes
i o befinden. In der Strömungsrichtung der Feuergase vor dem Verdampferrohrbündel8
ist das Bündel 9 für die überhitzerrohre vorgesehen.. Am Austizttsende der Feuergase
aus dem Kessel i i ist ein Rauchgasventilator 12 angeordnet.
-
Zwischen der rückwärtigen Wand des Kessels und einer Trennwand 13
des Triebwagens i sind ein unbeheizter Sammler 14 und ein unbeheizter Speicherraum
15 untergebracht.
-
in den Sammler 14, dessen Inhalt etwa das 1,5- bis 2fache des Wasserinhaltes
der Verdampferrohre 7, 8 des Kessels i i beträgt, mündet die Druckleitung 16 der
Kesselspeisepumpe 17. Ein mit einem Überlauf versehenes Regelglied 18 bewirkt die
Innehaltung eines konstanten Wasserspiegels i 9 im Sammler 14. An den mit Flüssigkeit
gefüllten Teil des Sammlers 14 ist über eine Leitung 2o eine Umwälzpumpe 21 angeschlossen,
die mit dem Verdampferteil 7, 8 in Verbindung steht. Der Verdampferteil8 mündet
über eine Leitung 22 in den oberen Teil des Sammlers 14. Die Umwälzpumpe 21 ist
-so eingerichtet, daß sie einen Zwangsumlauf des Kesselwassers bewirkt; durch die
Leitung 22 gelangt also stets ein Dampfwasserge@misch in den Sammler 14. Von diesem
führt eine Leitung 23, nach dem Überhitzerteil9, dessen anderes Ende über eine Leitung
24 mit der Antriebsmaschinenanlage 3 in Verbindung steht. Von dem Regelglied i 8
führt noch eine Dampfleitung 25 nach.der Antriebsmaschine für die Kesselspeisepumpe
17.
-
Der untere und obere Teil des Sammlers 14 stehen über je eine durch
Hähne oder Veritile 26, 27 gegebenenfalls selbsttätig zu- und abschaltbare Leitung
28, 29 mit dem entsprechenden Teile des Speicherraumes 15 in Verbindung. Ferner
ist in die LeitunK 22 ein Dreiwegehahn 3o eingeschaltet, an dessen eine Seite eine
nach dem Speicherraum 15 führende Leitung 31 angeschlossen ist. Endlich ist in die
Leitung 24, welche den Antriebsmaschinen 3 den Dampf zuführt, ein Dreiwegehahn
32
eingeschaltet, dessen eine Seite mittels einer Leitung 33 an die Druckleitung 34
der Umwälzpumpe 2 t angeschlossen ist.
-
Die Antriebsmaschinenanlage 3 besteht aua gleichfalls für den Regelbetrieb
ausgelegten und nach dem Verbundprinzip arbeitenden Dampfmaschinen, von denen wenigstens
zwei Druckteile, z. B. sowohl der Hochdruckteil als auch der Niederdruckteil, zum
Anfahren des Fahrzeuges mit dem in der erläuterten Dampferzeugungsanlage erzeugten
Hochdruckfrischdampf gespeist werden, dessen Druck z. B. das Doppelte des Frischdampfdruckes
beim Regelbetrieb beträgt.
-
Soll der Wagen z. B. morgens in Betrieb genommen werden, so ist der
Speicherraum 15
abgeschaltet, damit der Wagen schnell fahrbereit ist. Ist
inzwischen die so groß geworden, z. B. weil der Wagen noch einige Minuten bis zu
seiner Abfahrt auf dem Bahnhof warten mußte, daß der Dampfdruck über denjenigen
beim Regelbetrieb beträchtlich steigt, so kann der Speicherraum 15 zugeschaltet
werden.
-
Während der Fahrt kann der Speicherraum 15 wieder abgeschaltet werden,
je nachdem es der Dampfverbrauch zweckmäßig erscheinen läßt,- und es arbeiten dann
die Dampferzeu,gungs-unddie Anfriebsmas.chinen= anlage - unter den für ihre Bemessung
nor. malen Verhältnissen.
-
Während des Bremsens 'und des anschließenden Haltens auf dem Bahnhof,
das etwa eine Zeit von einigen Minuten in Anspruch nimmt, werden die Dampfentnahme
und die Feueranfachung ganz oder teilweise abgestellt; die noch frei werdende Wärme
wird von der Dampferzeugungsanlage aufgenommen, diese also aufgeladen. Hierbei ist
der Speicherraum 15 zu der Anlage zugeschaltet. Die Wärmeaufnahme bei abgestellter
Dampfentnahme hat zur Folge, daß der Dampfdruck z. B. auf das Doppelte des Druckes
beim Regelbetrieb steigt und daß der Wärmeinhalt des in den Kesselrohren 7, 8, 9
sowie im Sammler 14 und Speicherraum 15 befindlichen Wassers auf den zu diesem
erhöhten Druck gehörigen Betrag erhöht wird. Um ein Durchbrennen der überhitzerrohre
9 zu vermeiden, ist dabei der Dreiwegehahn 32 so eingestellt, daß die Druckleitung
34 der Umwälzpumpe 2 i über die Leitungen 33 und 24 mit den überhitzerrohren 9 in
Verbindung steht, so daß durch die Leitung 23 ein Dampf-Wasser-Gemisch in den Sa
mmmler 14 gelangt. Das gleiche läßt sich auch dadurch erreichen, daß auf andere
Weise Wasser in die überhitz:errohre 9 eingespritzt, z. B. eingenebelt wird oder
daß laufend Dampf aus diesen Rohren für die Hilfsmaschinen oder andere Zwecke entnommen
wird.
-
Von der in dem Wasser des Kessels- z r und des Sammlers 14 sowie des
Speicherraumes 15 aufgespeicherten Wärme wird infolge der beim Anfahren durch
die starke Dampfentnahme eintretenden Absenkung des Dampfdruckes auf den Betriebsdruck
und infolge des damit verbundenen Nachverdampfens ein beträchtlicher Teil frei.
Die frei werdende Wärme reicht aus, um den für das kurzzeitige Anfahren erforderlichen
hohen Dampfbedarf zu decken, oder meistens ein Melufaches .des Regelbedarfes ist.
Die Zeit für das Aufladen ist wohl immer vorhanden, da jedem Anfahren eine, wenn
auch zeitlich auf ein Mindestmaß begrenzte Bremsung. und ein Halten vorausgehen
müssen, in welcher Zeit' die Dampfentnähme mindestens fast völlig unterbunden ist.