DE95394C - - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, Verfahrensweisen und Einrichtungen anzugeben, mit deren Hülfe die seit einem halben Jahrhundert gestellte Aufgabe praktisch gelöst werden kann, Heifsdampf von jeder in einer Ueberhitzungsanlage erreichbaren Temperatur und von beliebiger Spannung anstandslos in den Cylindern auch doppelt wirkender und mehrstufiger Dampfmaschinen wie gleich hoch gespannten gesättigten Wasserdampf zu verwenden, jedoch unter Steigerung der wirthschaftlichen Ausnutzung des Dampfarbeitsvermögens über die bisherige Ausnutzungsmöglichkeit gesättigter Dämpfe hinaus und ohne Schaden für die Schleifflächen der Cylinder.

Die allgemeinen Gesichtspunkte, nach welchen das Bekannte auf dem Gebiet der Anwendung gesättigten und überhitzten Dampfes hierbei verbessert werden soll sowohl hinsichtlich des beabsichtigten Zieles wie der zur Erreichung desselben angewendeten neuen Verfahrensweisen und Einrichtungen, sollen bei der Neuheit des Grundgedankens zum leichteren Verständnifs der Eigenart und der umfassenden Bedeutung der vorliegenden Erfindung nachstehend zunächst entwickelt werden.

Bei den heutigen allerbesten Verbunddampfmaschinen beträgt die indicirte Dampfarbeit in den Cylindern gegenüber der nach dem Temperaturgefälle theoretisch möglichen nur 70 bis 80 pCt., also im Mittel 75 pCt.

Von dem Temperaturgefälle, welches z. B. einer absoluten Spannung von 10 Atm. co i8o°, bei Anwendung von Condensation und Annahme einer Temperatur von rund 6o° im Condensator entspricht, also

180 60 ='l2O°,

kann demnach bisher höchstens eine Dampfarbeit, welche etwa 90⁰ entsprechen würde, nutzbar gemacht werden. In der Mehrzahl der Fälle ist die Ausnutzung noch weit geringer.

Gäbe es nun ein Mittel, die theoretische Dampfarbeit, d. h. also die ganze Dampfarbeit ohne Niederschläge praktisch auszunutzen, so könnte man schon mit der Hälfte obiger Spannung, nämlich mit 5 Atm. absoluter Spannung, ein Temperaturgefälle von 90° erhalten, denn 5 Atm. absoluter Spannung entsprechen einer Temperatur von co 150⁰. Das Temperaturgefälle ist demnach

150 — 60 = 90⁰.

Bei höheren Spannungen wird der Unterschied zwischen der theoretisch möglichen und der im besten Falle bisher erreichten Ausnutzung der Dampfarbeit noch gröfser.

Bei 15 Atm. ist das Temperaturgefälle
co 200 — 60 = 140⁰.

Zur Wirkung kommen höchstens 75 pCt., also 105⁰.

Einem Temperaturgefälle von 105 ° entspricht aber bereits eine absolute Spannung von 7 Atm., denn

co 165 — 60 = 105⁰.

In einer dreifachen Verbunddampfmaschine mit

Condensation kann demnach gesättigter Dampf von 15 Atm. Spannung, auf das Temperaturgefälle bezogen, nicht mehr leisten, wie Dampf von 7 Atm. in einer zweifachen Verbundmaschine mit Condensation leisten würde, wenn es gelingen könnte, sich der theoretisch möglichen Dampfarbeit praktisch zu nähern.

Unter dieser Voraussetzung kann sogar das Arbeitsvermögen eines gesättigten Dampfes von 25 Atm. Spannung, dessen Temperaturgefälle bereits eine viercylindrige Maschine nöthig macht, wirthschaftlich gegenüber gestellt werden dem Arbeitsvermögen von Dampf von 11 Atm. absoluter Spannung in einer zweicylindrigen Verbunddampfmaschine.

Die Ursachen dieser unvollkommenen Ausnutzung des Dampfarbeitsvermögens sind die grofsen Wärmeverluste durch die Niederschläge im Innern des Dampfcylinders.

Mit den bisherigen Mitteln zur Herabziehung dieser Niederschläge des gesättigten Dampfes ist man trotz Anwendung des Dampfmantels und der Erbauung von drei- und vierfachen Verbunddampfmaschinen unter Heizung des Aufnehmers an der Grenze des praktisch Möglichen angelangt.

Diese und ähnliche Betrachtungen und Forschungen, sowie die Gewifsheit, dafs eine wesentliche Weiterentwickelung der Dampfmaschine auf dem bisher allgemein verfolgten Wege unmöglich ist, führten den Erfinder schon vor vielen Jahren wieder zu Versuchen mit überhitztem Dampf zurück, obgleich die Anwendung hochüberhitzter Dämpfe seit längerer Zeit wegen der grofsen Schwierigkeiten der Erzeugung, Anwendung und Ausführung aufgegeben war.

Die bisherigen bei den Arbeiten erreichten Fortschritte beziehen sich wesentlich auf die Verbesserung der Verfahrensweisen zur praktischen Erzeugung von hoch überhitztem Wasserdampf und auf eine anstandslose und erfolgreiche Anwendung des hoch überhitzten Dampfes in einfach wirkenden Dampfmaschinen.

Die Grenze des auf diesem Gebiet Erreichten ist gegenwärtig die von Prof. Schröter in München in der Zeitschrift des Vereins Deutscher Ingenieure, Bd. XXXIX, 1895, beschriebene Verbundheifsdampfmaschinenanlage des - Erfinders. Das höchste Ziel war nun noch, die praktisch vollkommene und anstandslose Ausnutzung des Arbeitsvermögens hoch überhitzter und hoch gespannter Dämpfe in den Arbeitscylindern von doppelt wirkenden zweistufigen und besonders dreistufigen Dampfmaschinen in ,einfacher Weise zu ermöglichen.

Zur Erreichung dieses Zieles bedarf es nun der eigenartigen Regelung der Eintrittstemperatur des überhitzten Dampfes, deren Besonderheit sich jeweilig nach der Gattung der Maschine richten wird, stets aber in bestimmter Abhängigkeit vom Füllungsgrade im Dampfcylinder geschehen mufs, und zwar ist als Grundverfahren zu betrachten, dafs die Eintrittstemperatur des überhitzten Dampfes entsprechend dem jeweiligen Füllungsgrade in der Weise geregelt wird, dafs der gröfste Theil der bei jedem Kolbenhube möglichen Dampfarbeit trocken, ein Arbeitsrest dagegen durch Expansion von gesättigtem Dampf geleistet werden mufs, also die für die betreffenden Cylinderverhältnisse gröfstzulässige Trockenarbeit bei jedem Füllungsgrad erreicht wird, demnach der Theil des Kolbenweges, auf dem die günstigste Trockenarbeit erfolgt, trotz Wechsels der Füllungsgrade unverändert bleiben kann.

Dieser einfache ErOndungsgedanke und das durch ihn gedeckte Grundverfahren umschliefsen nun eine Anzahl ebenso einfacher Verfahrensabarten und Einrichtungen, welche sich zwanglos dem jeweiligen Arbeitsvorgang bei allen Arten von Dampfmaschinen anpassen lassen.

Zum leichteren Verständnifs des bisher Gesagten und zur klaren Erkenntnifs der grundlegenden Bedeutung des neuen Regelungsverfahrens sollen zunächst die in Betracht kommenden Anfangstemperaturen für einige Füllungsgrade durch nachstehende Beispiele so angenommen werden, dafs völlige Trockenarbeit in der ersten Hälfte des Kolbenhubes bleiben mufs.

Gesättigter Wasserdampf von 10 Atm. absoluter Eintrittsspannung erleidet bei einer Cylinderfüllung von 30 pCt. und Expansionsarbeit bis zur Hälfte des Kolbenlaufes einen Spannungsabfall bis auf 6 Atm.

Das Temperaturgefälle ist hierbei
co 180 ■— 159 = 2i°.

Sollen nun bei dieser Cylinderfüllung von 30 pCt. alle Niederschläge bis zur Hälfte des Kolbenhubes sicher vermieden werden, dann ist der Dampf (je nach dem Cylinderdurchmesser) um etwa das Vierfache des Temperaturgefälles zu überhitzen; damit werden wenigstens bis zur Hälfte des Kolbenhubes keine Niederschläge bleiben.

Die Eintrittstemperatur überhitzten Dampfes von 10 Atm. absoluter Eintrittsspannung wird demnach sein müssen:

Für 30 pCt. Füllung

co i8o° 4-4-21 = 264°.

Bei einer Füllung von nur 20 pCt. ergiebt sich hiernach ein Spannungsabfall des gesättigten Dampfes bis zur Hälfte des Kolbenhubes von 10 bis auf 4 Atm. und daraus ein Temperaturgefälle von

co i8o°— 144= 36⁰.

Demnach mufs die Eintrittstemperatur überhitzten Dampfes von 10 Atm. absoluter Ein trittsspannung sein:

Für 20 pCt. Füllung

CSD 180 + 4 · 36 = 324⁰.

Für 15 pCt. Füllung endlich tritt bis zur Hälfte des Kolbenlaufes ein Spannungsabfall gesättigten Dampfes von ι ο bis auf 3 Atm. ein.

Diesem Spannungsabfall entspricht ein Temperaturgefälle von

CX) 180 — 134 = 46 °,

und diesem eine Eintrittstemperatur überhitzten Dampfes für 15 pCt. Füllung von

00 180 + 4 · 46 = 364⁰.

Aus diesen wenigen Zahlenbeispielen ergiebt sich nun bereits, wie hochwichtig die Regelung der Anfangstemperatur des überhitzten Dampfes, auf die Cylinderfüllung bezogen, ist. Gleichzeitig wird aus den Beispielen klar, dafs schon wenig unter einer Füllung von 15 pCt. praktisch die.unterste FUllungsgrenze für die Ausnutzung von hoch überhitztem Dampf liegen mufs, weil wesentlich höhere Eintrittstemperaturen dauernd nicht zu erreichen sind und mit der Abnahme des Füllungsgrades die Eintrittstemperatur stark steigen mufs, wenn Niederschläge in der ersten Cylinderhälfte vermieden werden sollen.

Zur weiteren Betrachtung diene das in Fig. 1 dargestellte theoretische Arbeitsdiagramm.

Die punktirt gezeichnete Curve α b ist die Curve der specifischen Dampfmengen.

In Wirklichkeit mufs die Arbeitsleistung wegen der reichlichen Niederschläge gesättigten Dampfes im Cylinder, hauptsächlich während der Eintritts- und während der ersten Expansionsarbeit, weit hinter der idealen Linie a-b zurückbleiben, und die wirkliche Arbeitsleistung entspricht bei allerbesten Dampfmaschinen etwa der strichpunktirt gezeichneten Linie e-f.

Der Verlust durch die unvermeidlichen Niederschläge bis zur Hälfte des Kolbenlaufes wird demnach etwa durch das Curvenviereck ab cf e dargestellt, während das Curvendreieck adb die Zunahme des Dampfvolumens durch die Ueberhitzung andeutet und die ausgezogene Linie d-b die Begrenzungslinie für die wirkliche Dampfarbeit des bis zur Mitte des Kolbenlaufes überhitzten Dampfes angiebt.

Der Schnittpunkt b der Linien a-b und d-b ist nach dem Gesagten der sogen. Sättigungspunkt. Hier ist die Trockenarbeit beendet; der überhitzte Dampf ist in gesättigten Dampf umgewandelt und der Rest der Expansionsarbeit verläuft nach dem Gesetz für gesättigten Wasserdampf.

Bei näherer Betrachtung des Diagramms ist nun unschwer zu erkennen, däfs die in der zweiten Hälfte des Kolbenhubes noch zu leistende Expansionsarbeit gegenüber der bereits trocken geleisteten Volldrucks- und Expansionsarbeit nur sehr gering ist, und ferner, dafs selbst der Rest der Expansionsarbeit noch unter Vermeidung nennenswerther Niederschläge verlaufen mufs, weil der in der zweiten Cylinderhälfte entstehende gesättigte Dampf durch die verhältnifsmäfsig grofse Wärmeausstrahlung der rückwärs liegenden Cylinderwände stark nachgeheizt wird.

Die Niederschläge, die durch die gesättigte Expansion in dem zweiten Theil des Kolbenhubes resultiren, betragen etwa 4 pCt.

Ein derartig geringer Wassergehalt ist gegenüber der Gesammtdampfarbeit während des Kolbenhubes ohne Belang, dagegen für die Erhaltung der Schleifflächen von allergröfster Bedeutung.

Aus dem Gesagten läfst sich weiter entnehmen, dafs das neue Verfahren weitere Vortheile in sich bergen mufs. So bedarf es z. B. nur noch einer Vergröfserung der Länge der Cylinder und Kolbenkörper, um die bisher bei Anwendung von überhitztem Dampf oder hohen Dampfspannungen unvermeidlich scheinenden Uebelstände, als grolsen Schmiermittelverbrauch und die Gefährdung der Schleifflächen (und Stopfbuchsen), gänzlich zu beseitigen.

Fig. 2 zeigt zwei in einander gezeichnete Kolbendiagramme für überhitzten Dampf von 12 Atm. absoluter Eintrittsspannung und rund 330⁰ Eintrittstemperatur (naturgemäfs mufs die letztere gegen die theoretische wegen der Verluste durch die Cylinderwandungen etwas höher gewählt werden) für den Hochdruckcylinder einer zweistufigen Verbundmaschine bei 25 pCt. Cylinderfüllung.

Giebt man hierbei dem Kolbenkörper eine Länge gleich der Hälfte des Kolbenhubes, legt die Dichtungsringe, wie gezeichnet, in die Mitte und verlängert den Cylinder dementsprechend, so ergiebt sich Folgendes:

Bei Anwendung überhitzten Dampfes von rund 330⁰ Eintrittstemperatur und' 1.2 Atm. absoluter Spannung sinkt letztere bis zur Hälfte des Kolbenlaufes auf 6 Atm. Der Dampf ist von hier ab gesättigt und hat für· die »fortgesetzte Expansionsarbeit« in der zweiten Hälfte des Kolbenlaufes, entsprechend 6 Atm., eine Anfangstemperatur von rund i6o° und bei rund 2,5 Atm. Gegendruck am Ende des Hubes eine Endtemperatur von 128⁰.

Demnach ist die mittlere Temperatur in der zweiten Cylinderhälfte

(X)'i6o -j- 128

beim Hinweg des Kolbens.

Für den Hin- und Rücklauf in dieser zweiten Cylinderhälfte gestaltet sich die mittlere Tem-

peratur bei einer Rücklauftemperatur von ι 28 ° -■-

Da nun im Mittel die Temperatur von a¹ bis b^l, Fig. 2 (bis zum Beginn der Expansion hat sich der Dampf um 00 30° abgekühlt)

j_=ai,_oo

für den Hinlauf, 128⁰ aber für den Rücklauf beträgt, so ist die Mitteltemperatur für. einen Kolbenweg, welcher der Linie a^l-b^l entspricht,

cvd 230 +128 _ ₀

Dieser Kolbenweg beträgt nach dem vorliegenden Beispiel ¹/_i des Kolbenhubes beim Hinweg und ¹J^ desselben beim Rückgang, so dafs der Kolben die Hälfte seines Hubes bei einer mittleren Temperatur von 179⁰ durchläuft. --"

Hieraus folgt eine Mitteltemperatur für die Cylinderwände auf der ganzen Länge des Kolbenhubes von

Durch diese Beispiele ist dargethan, dafs bei richtiger Regelung der Eintrittstemperatur bei allen Füllungsgraden und bei entsprechender Verlängerung des Kolbens alle Anstände bezüglich Erhaltung der Schleifflächen völlig ausgeschlossen sind, d. h. man selbst bei hohen Ueberhitzungen alle schädlichen Einflüsse beseitigen kann.

Bei kleineren Füllungen werden die mittleren Temperaturen für den Hin- und Rücklauf noch geringer, obgleich nach den oben angeführten Beispielen die Eintrittstemperatur mit der Abnahme der Füllung sehr stark ,steigt. Unter allen Umständen bewahrt also der Dampf in der Zone für die Expansion von gesättigtem Dampf seine natürliche Schmierfähigkeit, so dafs ein gröfserer Schmiermittelverbrauch nicht eintreten kann. Beim Raummangel, oder wenn man sich mit einer Trockenarbeit von 40 pCt. des Kolbenhubes begnügt, wird man, wie das Diagramm erkennen läfst, die Länge des Kolbenkörpers auch auf 30 pCt. des Kolbenweges bemessen können, ohne dafs die Mitteltemperatur zu grofs wird. ·

Man erkennt aus dem Gesagten klar, dafs die höchste Ausnutzung des Arbeitsvermögens von hoch überhitztem Dampf erreicht werden kann unter Einhaltung einer niedrigen Mitteltemperatur für die Cylinderwandungen, welche Temperatur noch unter derjenigen für gesättigten Dampf gleicher Spannung bei Anwendung von Dampfmänteln bleiben mufs. Darin also besteht der Erfindungsgedanke, dafs eine Regelung der Eintrittstemperatur nach dem Füllungsgrade erfolgt, welcher derart bestimmt wird, dafs die Trockenarbeit des Dampfes ungefähr bis zur Mitte des Kolbenlaufes oder etwas über denselben hinaus anhalten mufs, und dafs die Kolbenlänge eine solche sein mufs, dafs die Kolbenringe einen wesentlichen Theil in der "Sättigungszone des Cylinders arbeiten.

Wird bei Anwendung dieser grundlegenden Regelung der Eintrittstemperatur nach dem Füllungsgrad diese dahingehend bestimmt, dafs die Trockenarbeit des Dampfes beträchtlich über die Mitte des Kolbenlaufes vorhalten soll, so mufs die Eintrittstemperatur unnöthig stark erhöht werden, die anstandslose Anwendung der überhitzten Dämpfe wird erschwert, eine nennenswerthe Zunahme der Ausnutzung des Dampfarbeitsvermögens wird jedoch nicht erreicht.

Wird dagegen bei Anwendung des neuen Verfahrens die Eintrittstemperatur s.o bestimmt, dafs die Trockenarbeit des Dampfes schon beträchtlich vor der Mitte des Kolbenlaufes aufhört, so mufs die Ausnutzung des Dampfarbeitsvermögens ohne Noth stark herabgezogen werden, weil die verhältnifsmäfsig gröfsten Niederschläge in der ersten Hälfte des Kolbenweges eintreten.

Im Allgemeinen wird man die Ueberhitzung bei der Erzeugung des überhitzten Dampfes so hoch halten, wie dies die Ueberhitzungsanlage mit völliger Sicherheit zuläfst. Der Arbeitsdampf wird daher gewöhnlich Temperaturen von 250 bis 380 ° besitzen, welche nach Vorstehendem völlig, genügen, um auch bei sehr geringen Füllungen, bis unter 15 pCt. herab, noch Trockenarbeit bis zur Mitte des Kolbenweges hervorzubringen.

Für jede gröfsere Füllung ist dann ein Ueberschufs von Ueberhitzungswärme vorhanden, welcher in mannigfacher Weise nutzbar gemacht werden kann.

Bei Dampfmaschinen mit einstufiger Expansion liegt es am nächsten, zur Regelung der Eintrittstemperatur, entsprechend dem wechselnden Füllungsgrade, dem zu hoch überhitzten Dampf kühleren nassen Dampf zuzuführen. . Es kann aber auch der jeweilige Ueberschufs von Ueberhitzungswärme zur Vorwärmung von Speisewasser oder anderweitig nutzbringend abgegeben werden.

Die Einrichtungen zur Anwendung des neuen Verfahrens und seiner Abarten können gleichfalls je nach der Art der Maschinenanlage sehr verschieden sein. Die Regelung kann von Hand geschehen oder selbstthätig eingerichtet werden.

Bei Lokomotiven kann es schon genügen, je nach der Auslage der Steuerung die Regelvorrichtung des Ueberhitzers von Hand der-

artig zu bethätigen, dafs die Eintrittstemperatur im Sinne des neuen Verfahrens dem Füllungsgrad entsprechend geregelt und derartig bestimmt wird, dafs etwa bis zur Mitte des Kolbenweges Trockenarbeit erfolgt. Auch bei vielen anderen Dampfmaschinen, bei welchen entweder der Wechsel der Beanspruchung sehr gering ist oder welche längere Zeit mit demselben Füllungsgrad arbeiten, läfst sich die Regelung der Eintrittstemperatur des überhitzten Dampfes nach dem neuen Verfahren von Hand bewirken. Im Allgemeinen wird es hier aber sein wie mit den Steuerungen der Expansionsdampfmaschinen, welche in bisher nicht erkannter Weise zu ergänzen das neue Verfahren berufen ist. Die verschiedenen Einrichtungen zur Ausführung des Verfahrens werden desto gröfseren Werth erlangen, je präciser sie selbsttätig, entsprechend den wechselnden Füllungsgraden, die Eintrittstemperatur des überhitzten Dampfes zu regeln vermögen.

Für die Bethätigung der selbsttätigen Regelung stehen bei einer Dampfmaschine die verschiedenartigsten Bauglieder zur Verfügung. Am nächsten liegen alle Steuerungstheile und solche anderen Theile, z. B. der Regulator, welche mit der Veränderung des Füllungsgrades ihre Lage ändern.

Aber auch die Dampfeintrittsleistung, in welcher je nach dem Füllungsgrade Druckschwankungen eintreten, kann zur selbsttätigen Regelung der Eintrittstemperatur dienen, z. B. indem etwa diese Druckschwankungen benutzt werden, um die Oeffnung einer Nebenleitung, durch welche kälterer Dampf zugeführt wird, entsprechend dem Verfahren zu verändern.

In Fig. 3 ist eine Einrichtung zur Ausführung des neuen Verfahrens dargestellt, bei welcher der Regulator auf eine Einlafsvorrichtung g wirkt, die in ein Rohr h eingeschaltet ist, welches nassen Dampf aus dem Kessel dem überhitzten Arbeitsdampf zumischen kann.

Wächst die Füllung im Dampfcylinder, so wird die Einlafsvorrichtung mehr geöffnet und es strömt entsprechend mehr kalter Dampf durch, und die Eintrittstemperatur des Arbeitsdampfes wird herabgezogen. Verringert sich die Füllung, so wird die Drosselklappe entsprechend geschlossen.

Abhängig von den Druckschwankungen im Einströmungsrohr ist die Einrichtung nach Fig. 4. Hier besitzt das Nebenrohr h ein selbstthä'tiges Ventil i, wie es in der Fig. 5 im Querschnitt dargestellt ist.

Das eigentliche Ventil z'¹ hängt in einer Feder i², welche so gespannt ist, dafs der gegenüber dem Druck im Einströmungsrohr etwas gröfsere Kesseldruck allein das Ventil nicht zu öffnen vermag. Sinkt jedoch der Druck im Einströmungsrohr infolge gröfserer Füllung ein wenig, so öffnet sich das Ventil entsprechend und kalter Dampf kann sich dem Arbeitsdampf zumischen.

Es giebt noch andere Wege, z. B. Einrichtungen zur selbstthätigen Abgabe von jeweilig überschüssiger Ueberhitzungswärme an irgend welche Heizkörper, doch sind diese aufser einer Aufnehmerheizung nicht dargestellt worden. Es wird genügen, einige der näher liegenden Einrichtungen kurz anzuführen.

Man kann z. B. das Dampfeintrittsrohr gabeln, die Abzweigung irgend welcher Heizkörper umspülen und dann zum Eintrittsrohr zurückkehren lassen. Wird dann die Oeffnung der Abzweigung von einem selbstthätigen, vom Füllungsgrade der Maschine abhängigen Ventil beherrscht, so kann eine dem Verfahren entsprechende Regelung der Eintrittstemperatur des Arbeitsdampfes ebenso leicht bewirkt werden, wie bei den dargestellten Einrichtungen.

Anstatt die Menge des abgezweigten, zur Abgabe von Wärme bestimmten, überhitzten Dampfes selbsttätig zu regeln, kann die vom Füllungsgrad abhängige Regelvorrichtung auch Heizflächen ein- und ausschalten, welche mit einem Theil des Arbeitsdampfes oder mit dem ganzen Strom desselben in ein- und ausschaltbarer Verbindung stehen.

Eine weitere Art der Zumischung läfst sich durch den in Fig. 6 gezeichneten Steuerungskolbenschieber bewerkstelligen. Kanal k bildet die Zuströmung für den überhitzten Dampf, während I den Einlafskanal für gesättigten — also den kälteren — Dampf darstellt. Letztgenannter Kanal bleibt bei kleinen Füllungen geschlossen, nur bei gröfseren Füllungen öffnet sich derselbe mehr oder weniger (je nach dem Grade der Füllung). Voraussetzung für diese Anordnung ist also, dafs der gezeichnete Vertheilungsschieber, welcher auch als Flachschieber ausgebildet sein kann, durch Verbindung mit einem Achsenregulator oder einer Coulissensteuerung auch gleichzeitig Expansionsorgan bildet.

Das. in dem Vorangegangenen beschriebene Verfahren gewährt die gröfsten Vortheile dann, wenn es bei Benutzung höherer Dampfspannungen in Verbundmaschinen oder Mehrstufenmaschinen angewendet wird, und zwar so, dafs die für den Füllungsgrad im Hochdruckcylinder überschüssige Ueberhitzungswärme dem Heizdampf vor seinem Eintritt in den Hochdruckcylinder durch Ueberhitzung des Aufnehmerdampfes entzogen und dadurch zur Regelung der Dampfeintrittstemperatur in den folgenden Arbeitscylinder nutzbar gemacht wird.

Geschieht die Regelung der Eintrittstemperatur auf diese Weise, also durch Vertheilung der Ueberhitzungswärme des verfügbaren Dampfes auf mehrere Cylinder, dann kann das Temperaturgefälle eines Dampfes von 12 Atm. absoluter Spannung und darüber, für dessen

Ausnutzung auf nur 75 pCt. des theoretischen Arbeitsvermögens bei gesättigtem Dampf schon eine dreistufige Verbundmaschine nöthig ist, in einer Verbundmaschine mit zwei Cylindern ohne nennenswerthe Niederschläge und bei verhältnifsmäfsig sehr geringen Eintrittstemperaturen des überhitzten Dampfes ausgeführt werden.

Der wirthschaftliche Erfolg ist hierbei gleich demjenigen, welcher bei dem bisher üblichen Verfahren der Dampfvertheilung unter Anwendung von gesättigtem Dampf nur bei Spannungen von etwa 25 Atm. in einer viercylindrigen Verbundmaschine erreicht werden konnte.

Der Erfolg beruht darauf, dafs bei dem bisherigen Verfahren der Dampfvertheilung unter Anwendung von gesättigtem Wasserdampf ein Temperaturgefälle von nur etwa 40° in einem Cylinder ohne allzu grofse Niederschlagsverluste nutzbar zu machen ist, während bei Regelung der Eintrittstemperatur des hoch überhitzten Dampfes nach diesem Verfahren ein Gesammtgefälle von 70 ° und darüber noch anstandslos und unter völliger Ausnutzung der Dampfarbeit in einem Cylinder verwerthet werden kann, ohne dafs dabei zu hohe Eintrittstemperaturen nöthig sind. Die Temperaturen bleiben vielmehr (bei Ueberhitzung des Eintrittsdampfes derart, dafs die Ueberhitzung ungefähr nur bis zur Mitte des Kolbenlaufes oder etwas darüber vorhält) so gering, dafs die Erhaltung der Schleifflächen und Stopfbuchsen bei Anwendung von gesättigtem Dampf von 25 Atm. bereits wesentlich schwieriger sich gestaltet, wie diejenige bei überhitztem Dampf von 12 Atm. nach dem neuen Verfahren.

DasgesammteTemperaturgefälle eines Dampfes von 25 Atm. absoluter Spannung ist

225 — 60 = 165⁰.

Auf jeden der vier Cylinder kommen daher OD 41⁰.

Für den ersten Cylinder ergiebt sich deshalb ein Gefälle von 225 — 184⁰ entsprechend den Spannungen 25 ·— 11 Atm.

Die mittlere Temperatur der Cylinderwände ist dabei 00 198⁰, während diese für eine wirtschaftlich gleichwerthige zweistufige Heifsdampfmaschine bei 25 pCt. Füllung nur 157,5° in den von den Kolbenringen durchlaufenen Cylinderwandungen beträgt. Hierbei mufs die Spannungsdifferenz bei Anwendung von Heifsdampf geringer ausfallen, so dafs ein geringeres Anpressen der Kolbendichtungsringe eintreten kann.

Es steht im vorliegenden Beispiel einer Spannungsdifferenz von 25 — 11 = 14 eine Differenz von 12 —■ 2,5 = 9,5 Atm. gegenüber.

Noch grölser werden die Vortheile dieses Verfahrens, wenn dasselbe bei höheren Dampfspannungen (von 20 und mehr Atm.), für welche bei gesättigtem Dampf bereits eine vierfache Verbundmaschine nöthig wird, für Dreifach-Heifsdampfverbundmaschinen zur Anwendung gelangt.

Während das Temperaturgefälle für die Cylinder einer zweistufigen Verbundmaschine bei 12 Atm. absoluter Spannung noch co 64° beträgt, stellt sich dasselbe für jeden Cylinder einer Dreifachverbundmaschine bei 20 Atm. absoluter Spannung nur auf 00 51⁰.

Die Anfangstemperatur beträgt bei zweistufiger Expansion und bei 25 pCt. Cylinderfüllung für 12 Atm. absoluter Spannung co 330⁰ und bei dreistufiger Expansion und 20 Atm. nur co 300⁰.

Ein Resultat wie das vorliegende, d. h. vollkommene Ausnutzung des Arbeitsvermögens eines Dampfes von 20 bis 25 Atm. Spannung in einer dreistufigen Verbunddampfmaschine bei einer Eintrittstemperatur von nur 300° im Hochdruckcylinder würde vor Angabe dieses neuen Verfahrens als unmöglich angesehen worden sein.

Da man gegenwärtig überhitzten Dampf von 380⁰ anstandslos erzeugen kann, so lassen sich im ersten Falle co 50⁰, im zweiten aber sogar 80 ° für die durch das Verfahren bedingte Ueberhitzung des Aufnehmerdampfes verwenden.

Bei gröfseren Cylinderfüllungen (etwa 33 bis 40 pCt.), wie man dieselben für Dreifachverbunddampfmaschinen mit stark wechselnder Beanspruchung im Hochdruckcylinder öfter anwenden wird, werden die Eintrittstemperaturen noch wesentlich geringer, und es stehen für die Regelung der Ueberhitzungswä-rme durch Vertheilung so grofse Wärmemengen zur Verfügung, dafs auch bei stark wechselnder Belastung der Maschine die entsprechend wechselnde Ueberhitzung des Aufnehmerdampfes noch bewirkt werden kann.

Der Umstand, dafs bei Anwendung. des Verfahrens durch Vertheilung der Ueberhitzungswärme in Dreifachverbundmaschinen bei mittleren und gröfseren Füllungsgraden verhältnifsmäfsig schwache Ueberhitzungen des Dampfes schon genügen, um eine fast vollkommene Ausnutzung des Dampfarbeitsvermögens anstandslos zu erreichen, ist natürlich auch für grofse Dampfmaschinen mit unveränderlicher Cylinderfüllung von Bedeutung.

Bei der grofsen Anzahl von Kesseln, welche z. B. für starke, dreifach wirkende Schiffsmaschinenanlagen nöthig werden, wird die Wartung der zahlreichen Ueberhitzer für hohe Ueberhitzungsgrade schwierig. Man kann nun aber sehr leicht durch angemessene gröfsere Füllungsgrade ohne nennenswerthe Einbufse an Arbeitsvermögen zu so geringen Eintrittstemperaturen gelangen, dafs die Erzeugung des hierzu nöthigen überhitzten Dampfes stets leicht

und sicher erfolgen mufs. Sollte hierbei der jeweilige Ueberschufs der Uerhitzungswärme für die dem neuen Verfahren angemessene Ueberhitzung des Aufnehmerdampfes nicht ausreichen, so wird sich in solchen Fällen durch einen speciell für den Aufnehmer angeordneten Ueberhitzer die richtige Eintrittstemperatur für den folgenden Arbeitscylinder leicht erreichen lassen.

Bei Maschinen mit Füllungswechsel, und zwar solchen von zwei- und mehrstufiger Expansion wird jedoch ein genügender Ueberschufs von Ueberhitzungswärme über die nöthige Eintrittstemperatur im Hochdruckcylinder und die Verwendung dieses Ueberschusses zur Ueberhitzung des Aufnehmerdampfes stets den Vorzug verdienen.

In Fig. 7 ist eine Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens dargestellt.

Der hoch überhitzte Arbeitsdampf tritt über dem Schieberkasten in ein Rohr in ein, in welchem eine Drosselvorrichtung η von dem Regulator oder einem anderen, von dem Füllungsgrade im Hochdruckcylinder abhängigen Baugliede von Hand oder selbsttätig gesteuert wird. Oberhalb der Drosselklappe η zweigt ein Rohr ο ab, das unten in den Raum p* des zum Ueberhitzer ausgebildeten Aufnehmers oder Verbinders pp¹ einmündet.

Dieser Verbinder ist rechts an das Austrittsrohr r für den Hochdruckcylinder, links an das Eintrittsrohr s für den Niederdruckcylinder angeschlossen und bildet ein Gefä'fs, welches vom Boden bis nahe zur Decke mit einer Scheidewand t ausgerüstet ist, die jedoch von einer Rohrwand w durchbrochen wird, welche dicht über dem Boden des Gefäfses sich befindet. Hierdurch entstehen unterhalb der Rohrwand zwei kleine Räume p²j?³, von denen der erstere bereits oben erwähnt worden ist.

Von dem Theil der Rohrwand über p'² gehen nun eine grofse Anzahl Röhren aufwärts, füllen den Gefäfsraum über der Rohrwand auf . der . linken Seite der Scheidewand t, biegen über dieser um und gehen auf der rechten Seite der Scheidewand nach unten, indem sie hier im rechten Theil der Rohrwand in den Raump³ einmünden. Von p^a führt ein Rohr χ ab und mündet unterhalb des Drosselventil η in das Rohr m.

Im untersten Theil der Scheidewand t verbindet ein kleines Loch t¹ die Räume p¹ undjj³ mit einander, damit das auch in p¹ besonders im Anfang nicht gänzlich vermeidbare Niederschlagswasser mit dem in p^a sich sammelnden gemeinsam abziehen kann.

Die Abzweigung ο und die Heizfläche der Ueberhitzerröhren im Verbinder pp¹ ist so bemessen, dafs für eine bestimmte Temperatur des eintretenden überhitzten Dampfes und für den bestimmten kleinsten Füllungsgrad,, im Hochdruckcylinder die von der ganz geöffneten Drosselklappe nicht beeinflufste Strömung des Arbeitsdampfes durch m und die nachfolgende Mischung beider Zweigströme unterhalb der Drosselklappe η genügt, um sowohl die Eintrittstemperatur für den Hochdruckcylinder wie diejenige für den Niederdruckcylinder dem Verfahren gemäfs zu regeln und zu bestimmen.

Wird der Füllungsgrad vergröfsert, dann schliefst sich die Drosselklappe η entsprechend und es mischt sich eine geringere Menge des hoch überhitzten Dampfes innerhalb der Drosselklappe nunmehr mit einer gröfseren Menge des von χ kommenden kühleren Dampfes, wodurch die Veränderlichkeit der Eintrittstemperaturen entsprechend den Anforderungen gesteigert werden kann.

Der dem Hochdruckcylinder entströmende Arbeitsdampf trifft im Gehäuse des Verbinders zunächst auf den kühlsten Theil der Ueberhitzerröhren , strömt dem in ihnen fliefsenden Heifsdampf entgegen, biegt über die Scheidewand t links nach unten um, überhitzt sich mehr und mehr und verläfst den Ueberhitzer durch das Rohr s, um nunmehr im Niederdruckcylinder ν in. Bezug auf Trockenarbeit, ähnlich wie vorher im Hochdruckcylinder, zu wirken.

Claims (5)

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren, überhitzten Dampf in den Cylindern aller Arten von Dampfmaschinen anstandslos anzuwenden und das Arbeitsvermögen des Dampfes auszunutzen, dadurch gekennzeichnet, dafs die Eintrittstemperatur des überhitzten Dampfes entsprechend dem jeweiligen Füllungsgrade in der Weise geregelt wird, dafs die für die betreffenden Cylinderverhältnisse gröfste zulässigeTrockenarbeit bei jedem Füllungsgrade erreicht wird, demnach der Theil des Kolbenweges, auf dem die günstigste Trockenarbeit geleistet wird, trotz Wechsels der Füllungsgrade unverändert bleiben kann.

2. Eine Ausführungsart des Verfahrens nach Anspruch i, bestimmt für Verbund- und Mehrstufenmaschinen und dadurch gekennzeichnet, dafs die für den Füllungsgrad im Hochdruckcylinder überschüssige Ueberhitzungswärme dem Heifsdampf vor seinem Eintritt in den Hochdruckcylinder durch Ueberhitzung des Aufnehmerdampfes entzogen und dadurch zur Regelung der Dampfeintrittstemperatur in dem folgenden Arbeitscylinder nutzbar gemacht wird.

3. Eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, vorwiegend für Dampfmaschinen mit zeitweilig unverändert bleibender Cylinderfüllung (Lokomotiven und ähnliche Dampfmaschinen), darin bestehend, dafs der Ueberhitzer selbst mit einer von Hand einstellbaren oder von der Steuerung

abhängigen oder durch Druck- oder Temperaturunterschiede beeinflufsten Regelvorrichtung ausgerüstet ist, die für jede Füllungsstufe die Eintrittstemperatur des überhitzten Dampfes bestimmt.

4. Eine Einrichtung zur selbstthätigen Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, vorwiegend für Maschinen mit einstufiger Dampfausdehnung, bestehend in einer vom Regulator oder von der Steuerung abhängigen Regelvorrichtung oder in einem durch Druckunterschiede gesteuerten Ventil, wodurch dem hoch überhitzten Arbeitsdampf kälterer Dampf in dem Mafse zugemischt wird, wie es die Veränderung der Eintrittstemperatur entsprechend dem jeweiligen Füllungsgrade verlangt (Fig. 3 bis 6).

5. Eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend in einer wie bei Anspruch 3 oder 4 eingerichteten Regelvorrichtung, die dem hoch überhitzten Arbeitsdampf durch Vorwärmung des Kesselspeisewassers und ähnliche nützliche Verwendung in dem Mafse Wärme entzieht, wie es die Veränderung der Eintrittstemperatur entsprechend dem jeweiligen Füllungsgrade verlangt.
Eine Einrichtung zur selbstthätigen Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 2, bestehend in einem Ueberhitzer für den Aufnehmerdampf, der so eingerichtet ist, dafs der Abdampf des Hochdruckcylinders durch einen vom Dampfeintrittsrohr abgezweigten Strom hoch überhitzten Dampfes überhitzt, der Eintrittsdampf für den Hochdruckcylinder dagegen von dem zurückkehrenden Nebenstrom entsprechend dem Füllungsgrade abgekühlt wird (Fig. 7).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.