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Mischvorwärmeranlage, insbesondere für Lokomotiven Die Erfindung betrifft
eine Mischvorwärmeranlage mit Kalt- und Heißwasserpumpe, von denen die erstgenannte
eine größere Fördermenge hat als die letztgenannte, und mit einem in der Rücklaufleitung
des Mischvorwärmers zwischen dem Mischvorwärmer und der Kaltwasserpumpe angeordneten
Speicher, insbesondere für Lokomotiven.
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Bei den bekannten Nlischvorwä rmeranlagen dieser Art erfolgt nach
dem Gesetz der kommunizierenden Gefäße die Wasserentnahme aus dem Speicher und gleichzeitig
aus dem Kaltwasserkasten abhängig von der Größe der in den Kessel eingespeisten
Wassermenge, d. h. bei einer großen in den Kessel einzuspeisenden Wassermenge wird
eine größere Menge aus dem Kaltwasserkasten und bei einer geringeren in den Kessel
einzuspeisenden Wassermenge weniger Wasser aus dem Kaltwasserkasten entnommen. In
abdampfarmer Zeit wird ein Absinken der Speisewassertemperatur dadurch eintreten,
daß von der Kaltwasserpumpe vorwiegend Kaltwasser aus dem Kaltwasserkasten entnommen
wird. Hat z. B. die Kaltwasserpumpe nur eine geringe Mehrförderung gegenüber der
Heißwasserpumpe, so bestellt in abdampfarmer Zeit sogar die Gefahr des Kaltspeisens,
weil praktisch nur Kaltwasser aus dem Kaltwasserkasten entnommen wird. Um diesen
Übelstand zu vermeiden, ist es bekannt, in abdampfarmer Zeit die Zufuhr aus der
Kaltwasserleitung abzusperren, so daß bei unterbrochenem Kaltwasserzufluß nur Warmwasser
aus dem Speicher entnommen wird. Diese Ausführung hat aber den Nachteil, daß bei
abgesperrtem Kaltwasserzntluß der Kaltwasserpumpe ausschließlich
heißes
Wasser zuläuft und bei Verwendung eines nach dem Prinzip der Dampfstrahlpumpe arbeitenden
Strahlapparates als Kaltwasserpumpe bei hoch aufgeladenem Speicher keine Möglichkeit
besteht, das Treibmittel der Strahlpumpe, also den Abdampf, zu kondensieren und
somit die Strahlpumpe abreißt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für jede Art der Kaltwasserförderung
das Einspritzen in Mischvorwärmer sicherzustellen, um der Heißwasserpumpe stets
warmes,Wasser zur Kesselspeisung zur Verfügung zu stellen. Dies wird erfindungsgemäß
dadurch erreicht, daß vor der Vereinigung der vom Speicher ausgehenden Rücklaufleitung
mit der das Kaltwasser zuführenden Leitung in der Kaltwasserzuführungsleitung eine
Drosseleinrichtung angeordnet ist, die bei geschlossenem Regler den Zufluß von Kaltwasser
zur Kaltwasserpumpe nicht vollständig absperren kann. Damit wird der wesentliche
Vorteil erreicht, daß bei Verwendung einer Strahlpumpe als Kaltwasserpumpe neben
einer Sicherheit gegen Abschlagen der Strahlpumpe ein wärmewirtschaftlicher Gewinn
insofern erzielt wird, als die Wärmemenge des für die Wasserförderung aufgewendeten
Speisepumpenabdampfes noch ausgenutzt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist der,
daß eine Vergrößerung der Speisewassermenge über den Inhalt des Speichers hinaus
erzielt wird. Dabei wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß sowohl von der Kaltwasserpumpe
als auch von der Heißwasserpumpe Abdampf anfällt, der durch seinen Niederschlag
zu einer weiteren Erwärmung des in den Kessel eingespeisten Wassers beiträgt.- Diese
Erwärmung kann im eigentlichen Mischvorwärmer durch Einführung des Pumpenabdampfes
in diesen Vorwärmer oder durch unmittelbare Berührung des Abdampfes mit dem Speisewasser,
z. B. bei der Ausbildung der Pumpe als Strahlapparat, in der Pumpe selbst erfolgen.
Es ist somit nicht notwendig, der Kaltwasserpumpe heißes Wasser von ioo° zuzuführen,
da anderenfalls der Pumpenabdampf nicht mehr ausgenutzt werden könnte. Nimmt man
eine Wassererwärmung in der als Strahlapparat ausgebildeten KaltwasserpumFe um 5°
und eine Wassererwärmung im Mischvorwärmer durch den Abdampf der Heißwasserpumpe
um io° an, so genügt zum Speisen mit Wasser von ioo° eine Kaltwassertemperatur vor
dem Strahlapparat von 85°. Dazu reichen etwa 81°/o Wasser von ioo° aus dem Speicher
und 19°/a Wasser von 2o° aus dem Kaltwasserkasten aus. Somit wird ein gegebener
Wasserinhalt praktisch um 19°/o für die Speisung vergrößert, d. h. für eine Speisung
von iooo 1 ist nur ein Speicherinhalt von 8io 1 erforderlich.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung näher erläutert. Abb. i ist eine
Schemazeichnung eines Ausführungsbeispiels des Erfindungsgegenstands; Abb. 2 bis
5 veranschaulichen vier Schaubilder mit Schaltschemen.
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Wie Abb. i zeigt, führt vom Tenderwasserkasten i eine Leitung 2 zu
einem Sammeltopf 3, in den auf der entgegengesetzten Seite eine vom Speicher 4 kommende
Leitung 5 mündet und aus dem die erste Pumpe, nämlich ein gegen geringen Überdruck
fördernder Strahlapparat 6, über ein Leitungsstück das Wasser entnimmt. Zum Strahlapparat
6 führt eine vom Gruppenventil 8 ausgehende Frischdampfleitung 9 für den Treibdampf.
Vom Strahlapparat 6 geht eine Wasserleitung io aus, die zu einem Spritzrohr ii des
einstufigen Mischvorwärmers 12 führt. In dessen oberem Teil endet eine Leitung 13,
durch die dem Mischvorwärmer 12 der Abdampf der Antriebsmaschinen der Lokomotive
und gegebenenfalls der Hilfsmaschinen zugeführt wird. Vom Boden des Mischvorwärmers
12 geht eine Leitung 14 aus, durch die der zweiten als Kolbenspeisepumpe 15 ausgebildeten
Pumpe das heiße Wasser zugeleitet wird, die es über eine Druckleitung 16 zum Kesselspeiseventil
17 drückt. Für die Frischdampfzufuhr zur Speisepumpe 15 ist eine vom Gruppenventil
8 ausgehende Leitung 18 vorgesehen, während eine in die Abdampfleitung 13 mündende
Leitung i9 den Abdampf der Speisepumpe 15 abführt. Vom Vorwärmer 12, der durch eine
Öffnung 20 mit der Atmosphäre in Verbindung steht, führt eine Überlaufleitung 21
zum Speicher 4. Der Strahlapparat 6 ist so ausgelegt, daß er etwa 6 bis 15°/o mehr
fördert, als die Kolbenpumpe 15 maximal fördern kann.
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Bei der Bergfahrt von Dajnpflokomotiven wird durchweg die maximale
Fördermenge der Kolbenpumpe i5 gebraucht. Das Kondensat gelangt über die Überlaufleitung
21 in den Speicher 4. Der Strahlapparat 6 fördert daher auch bei der größten Anstrengung
der Bergfahrt noch zu einem Teil heißes Wasser in den Speicher 4. Dieser wird so
auch bei diesem Betriebszustand geladen, ist somit auf höchster Temperatur, wenn
dem Mischvorwärmer 12 bei geschlossenem Regler kein Maschinenabdampf zugeführt wird.
Bei der normalen Fahrt wird gewöhnlich nicht die maximale Fördermenge der Kolbenpumpe
15 gebraucht, so daß einschließlich io°/o Kondensat z. B. 4o bis 5o° /o heißes Wasser
über die Überlaufleitung 21 in den dem Vorwärmer 12 nachgeschalteten Speicher 4
gelangt. Bei der Fahrt im Gefälle oder während der Haltepausen, wenn kein Maschinenabdampf
anfällt, fördert der Strahlapparat 6 uneingeschränkt weiter, während die Kolbenpumpe
15 meistens geringfügig entnimmt. Das gefährliche Kaltspeisen ist aber dann nicht
zu befürchten, weil trotz fehlenden Maschinenabdampfes nahezu die gesamte vom Strahlapparat
6 geförderte Wassermenge dem heißen Speicher 4 entnommen werden kann, dem sie auch
wieder zugeführt wird. Die Anordnung des Speichers 4 zwischen Vorwärmer 12 und Strahlapparat
6 hat weiter zur Folge, daß der Speicher 4 beim erstmaligen Beginn des Speisens
schnell erwärmt wird.
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Weitere Einzelheiten über die Wirkungsweise und Vorzüge des Erfindungsgegenstands
ergeben sich aus den Schaubildern von Abb. 2 bis 5. In deren linken Teilen sind
die Speisetemperaturen t bzw. Wärmeinhalte i in Abhängigkeit von der eingespeisten
Wassermenge Q und in deren rechten Teilen die Schaltschemen für die zugehörige Vorwärmeranlage
dargestellt.
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Bei der Mischvorwärmeranlage 3T L" ohne Speicher nach Abb. 2, für
Oberflächenvorwärmer ohne Speicher gilt dasselbe, steigt bei Beginn der Speisung
unter Maschinenabdampf (Punkt .A) die Speisetemperatur
sehr schnell
auf die Endtemperatur an und bleibt auf dieser Höhe, bis der Regler geschlossen
und damit die Abdampfzufuhr unterbrochen wird (Punkt E). Dann fällt die Speisetemperatur
ebenso plötzlich auf den ursprünglichen Wert ab.
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Wenn dem Mischvorwärmer:111'gemäß Abb.3 ein Speicher S nachgeschaltet
ist, was z. B. durch Zusammenfassung von Speicher und Vorwärmer erfolgen kann, steigt
die Speisetemperatur allmählich nach Art einer Ehpönentialfunktion auf den höchsten
Wert an. Wird jetzt bei geschlossenem Regler (Punkt E) gespeist, sankt infolge der
im Speicherinhalt angesammelten Wärme die Speisetemperatur nur allmählich bis zu
der noch zugelassenen Speisetemperatur (z. B. 5o", gestrichelt in Abb. 2 bis 5)
ab. Der Wärmeverlust 1' beim Speisen unter Maschinenabdampf, der durch die in Abb.
3 von links oben nach rechts unten geschraffte hläche angedeutet ist, wird durch
die von links unten nach rechts oben geschraffte Fläche G nach dem Abstellen des
Reglers wiedergewonnen.
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Abb.:I erläutert den Fall, daß der Speicher S in dem Leitungsstück
zwischen der ersten Pumpe P1 und (lern Mischvorwärmer 31Y' angeordnet ist. Hier
verhält sich der Temperaturverlauf während des Speisens mit Maschinenabdampf wie
bei Abb.2, weil zwischen (lern Einspritzrohr de; Vorwärmers und der Leitung zur
zweiten Pumpe P2 kein Speicher vorhanden ist. Wird hier bei geschlossenem Regler
weiter gespeist, so wird die Speisetemperatur je nach der Höhe der beim Abstellen
des Reglers im Speicher vorhandenen Temperatur nach den gestrichelten Linien
a, b oder c absinken. Die Temperatur sinkt gemäß der Linie a verhältnisriräßig
schnell, wenn die Speichertemperatur gering ist. Sie ist es dann, wenn dem Abstellen
des Reglers ein starkes Speisen voraufging, durch das 2l3 der von der ersten Pumpe
geförderten Kaltwassermenge in den Kessel gespeist wurden, so daß nur r/, für den
Wasserumlauf und die Aufladung des Speichers bleibt. Dieser Fall tritt verhältnismäßig
häufig ein, wenn bei starkem Feuer kurz vor dem Einlaufen in einen Bahnhof noch
stark gespeist wurde. In der kalten Jahreszeit ergeben sich dann Speichertemperaturen,
die unter der zulässigen Speisetemperatur liegen. Die Speisetemperatur sinkt z.
B. gemäß der Linie c verhältnismäßig langsam, wenn der Speicher vor dem Abstellen
des Reglers warm war. Das war er dann, wenn für das Speisen von dervon der ersten
Pumpe geförderten Kaltwassermenge nur ein sehr geringer Teil gebraucht wurde, so
daß ein verhältnismäßig großer Anteil dieser Fördermenge dem Vorwärmer im heißen
"Zustand wieder zugeführt wurde.
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Abb. 5 veranschaulicht die Temperaturverhältnisse für den Fall, daß
der Speicher in der Rücklaufleitung des Mischvorwärmers zwischen dem Mischvorwärmer
und der Kaltwasserpumpe angeordnet ist. Diese Anordnung vereinigt die Vorzüge der
Speisung ohne Speicher gemäß Abb. 2 (schnelles Warmwerden) mit den Vorzügen der
Speisung mit Speicher gemäß Abb. 3 (langsamer Temperaturabfall nach dem Abstellen
des Reglers), vermeidet aber die Nachteile beider, weil der Vorwärmer im Nebenschluß
zum Speisestrom liegt.
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Auch dann, wenn also z. B. vor dem Einlaufen in einen Bahnhof bei
starkem Feuer stark gespeist wurde, sinkt beim Erfindungsgegenstand die Temperatur
im Speicher nur allmählich nach der Linie d von Abb. 5 ab. Die Speisetemperatur
wird dabei durch ein in die Speiseleitung 16 eingebautes Thermometer überwacht.
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Um bei abgesperrtem Regler den ungehinderten Zulauf des Kaltwassers
aus dem Tenderwasserkasten r zu verhindern und die Speisetemperatur auf der größten
Höhe zu belassen, wird vorgeschlagen, in der Verbindungsleitung 2 vom Tenderwasserkasten
i zur ersten Pumpe (Strahlapparat 6), und zwar vor dem Eintritt der Leitung 2 in
den Mischkasten 3, eine Drosseleinrichtung 22 z. B. in Gestalt einer schwenkbaren
Klappe anzuordnen, die bei geschlossenem Regler den Zufluß von Kaltwasser zur Kaltwasserpumpe
nicht vollständig absperren kann. Vorteilhaft ist die nicht dargestellte Betätigungseinrichtung
für die Drosseleinrichtung 22 mit der gleichfalls nicht dargestellten Betätigungseinrichtung
für den Regler derart gekoppelt, daß bei geschlossenem Regler der Kaltwasserzulauf
gedrosselt ist, und umgekehrt. In einfacher Weise läßt sich das dadurch verwirklichen,
daß vorn nicht dargestellten Schieberkasten eine Verbindungsleitung zu einem Stellkolben
führt, der auf die Drosseleinrichtung 22 gegen Federdruck wirkt. Dann wird bei geöffnetem
Regler infolge des Schieberkastendruckes die Drosseleinrichtung 22 selbsttätig vollkommen
geöffnet; sie wird geschlossen, wenn der Regler geschlossen und der Dampfdruck im
Schieberkasten abgefallen ist. Durch ein Handrad am Stellkolben läßt sich die Klappe
der Drosseleinrichtung 22 jederzeit von Hand öffnen und schließen.
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Die Speisetemperatur kann dann nach geschlossenem Regler durch die
Drosseleinrichtung 22 auf fast der größten Höhe gehalten werden, wenn die Drosseleinrichtung
22 nahezu vollständig, beispielsweise bi, auf 15 bis 2o°/0, abgesperrt wird (Kurve
e, strichpunktiert in Abb.5). Ein vollständiges Absperren wäre nicht ratsam, weil
die Speisewasservorwärmung infolge des dem Strahlapparat 6 zugeführten Frischdampfes
(etwa 5') und infolge des Abdampfes der zweiten Pumpe 15 (etwa io°) zum Verdampfen
eines Teiles des Speisewassers im Mischvorwärmer 12 führen würde. Im Falle der Absperrung
der Drosseleinrichtung 22 ist man für eine gewisse von der Größe des Speichers :4
abhängige Zeit, z. B. für 3 bis 5 Minuten, von der minutlichen Speiseleistung der
zweiten Pumpe 15 unabhängig. Die Verschiedenheit der minutlichen Speiseleistung
hat nämlich sonst zur Folge, daß die Zeit, innerhalb deren die im Speicher .1 vorhandene
Heißwassermenge verbraucht wird, bei hoher minutlicher Leistung kleiner wird.