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Verfahren zur Regelung des Zustandes eines in Kraftmaschinenanlagen mit Unterspeicher und Wiederverdichtung in geschlossenem Kreislauf geführten gas-oder dampfförmigen Treibmittels und Vorrichtungen zu seiner Durchführung.
Durch die geschlossene Führung des Treibmittels in Kraftmaschinenanlagen mit dampf-oder gasförmigem Treibmittel mit Wiederverdichtung nach der Arbeitsleistung ist ein Kreisprozess im thermo- dynamischen Sinne noch nicht gegeben. Durch die im System sich abspielenden, verhältnismässig bekannten
Vorgänge, wie Arbeitsprozesse des Verdichters und der Arbeitsmaschine, Wärme- und Druckverluste, Undichtheiten usw., sind die Zustände aneinandergereiht, sie führen aber dazu, dass der Zustand des in die Unterstufe (Niederdruckteil) aus der Arbeitsmaschine ruckkehrenden Treibmittels von demjenigen bei Beginn der Vorgänge, also vor Eintritt in den Verdichter, verschieden ist, u.
zw. in veränderlichem
Masse, je nach Belastung des Kreises und Einstellung der Maschinen in demselben.
Die derart eintretende Verschiebung des Anfangszustandes hat gemäss obigem eine allgemeine
Verschiebung der Zustände im ganzen Kreise zur Folge, wodurch nicht nur die Beherrschung der Vorgänge schwieriger wird, sondern auch die Gefahr besteht, dass die schliessliche Stabilisierung erst bei Verhältnissen eintreten würde, welche einen brauchbaren praktischen Betrieb überhaupt ausschliessen.
In der Zeichnung ist in Fig. 1 ein solcher Kreislauf schematisch dargestellt. Es bezeichnen dabei 1 den Niederdruckbehälter. : 3 die Saugleitung des Verdichters, J den Verdichter,- die Antriebsmaschine desselben, 5 die Druckleitung, 6 den Hochdruckbehälter. 7 die Arbeitsmaschine des Kreises, welche die Arbeit nach aussen abgibt, und 8 die Rückleitung in den Niederdruckbehälter.
In bekannter Weise können auch Speicher oder Kessel in den Kreislauf oder parallel zu demselben geschaltet sein oder die Behälter 1 und 6 als solche ausgebildet werden.
Ist nun beispielsweise in 8 der Wärmeinhalt des rüekkehrendcn Stoffes niedriger als beim Eintritt in 2, so verschieben sich in- ? und dadurch auch im ganzen Kreise die Zustände nach unten. Es sinken also die Drücke, dadurch auch die vom Verdichter angesogenen Mengen und die Leistungsfähigkeit des Kreislaufes als Übertragung. Tritt schliesslich noch Eisbildung mit den bekannten Nachteilen bzw. Kondensation mit dem damit verbundenen rapiden Druckabfall ein, so geht die Leistungsfähigkeit sehr stark zurück. Umgekehrt führt ein gesteigerter Wärmeinhalt des rückkehrenden Stoffes allmählich zu Druck-und Temperatursteigerungen, also Überlastung des Verdichters bzw. zum Versagen der Schmierung in demselben und in der Arbeitsmaschine.
Es erscheint also geboten, die Zustände des ganzen Kreises dadurch zu regeln, dass man die Zustände an einer Stelle stabilisiert bzw. zwischen bestimmte Grenzen einschränkt.
Zweck der Erfindung ist, Anordnungen und Ausführungsformen anzugeben, durch welche in weitgehend selbsttätiger Weise die Stabilisierung des Zustandsverlaufes erreicht werden kann, wobei als Ort des Eingriffes der Niederdruckbehälter gewählt wird.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass man die Wärmekapazität des Niederdruckspeichers im Kreislauf zur Regelung heranzieht, indem durch eine regelbare Spaltung des Gesamtstromes in zwei Teilströme, welche mit dem Niederdruckspeicher in verschiedenem Wärmeaustausch stehen, die gewünschte Regelbarkeit der Zustandseinstellung erzielt wird.
In der Zeichnung ist ein Beispiel eines solchen Behälters in Fig. 2 dargestellt. Fig. 3 zeigt den Längsschnitt und Fig. 4 den Querschnitt einer Einzelheit. In der Ausführungsform Fig. 2 bezeichnet /den zweckmässig mit Wasser gefiillten Niederdrufkbehälter oder Speicher, der durch eine geeignete
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Feuerung 9 mit Abzug10 durch fremden Brennstoff oder durch die Auspuffgase, wenn die Antriebsmaschine 4 in Fig, 1 eine Verbrennungskraftmaschine ist, auf Druck und entsprechende Temperatur gebracht wird. Ausserdem wird der Behälter durch ein Rohrbündel n (zugänglich durch die Köpfe 12 und 13) durchsetzt.
Das aus der Arbeitsmaschine 7 durch das Rohr 8 rüokkehrende Treibmittel wird an der Gabelung 16 in zwei Teilströme getrennt. Der eine geht durch die Leitung M, über den Entöler 27 und das Rück- schlagventil20 in das Verteilerrohr 17, das den Teilstrom, fein verteilt, mit dem Inhalte des Behälters
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An der Gabelungsstelle 16 ist ein Verteilerorgan (Ventil, Hahn oder Schieber) angebracht, durch das das gegenseitige Verhältnis der beiden Teilströme geändert werden kann. Im allgemeinen wird die
Regelung der Zweigleitung 15 genügen, da bei ganz offener Stellung des Verteilers 16 der weitaus grössere
Teilstrom, infolge des viel geringeren Widerstandes dieser Abzweigung, durch diesen Weg geht.
Dabei ist die Selbstregelung des Systems eine sehr weitgehende und den Anforderungen des Betriebes gerade entsprechende. Ist z. B. der Kreis stark belastet, sind also grosse Mengen im Umlauf, so wird der
Verteiler auf die gewünschte Stromspaltung eingestellt. Bei abnehmenden Mengen sinkt die Geschwindig- keit, also auch der Widerstand des Verteilers, so dass eine verhältnismässig grössere Menge durch das
Rohrsystem geht.
Der Verteiler 16 kann auch zwangläufig mit der oder durch die Füllung oder die Drehzahl der
Arbeitsmaschine 7 beeinflusst werden.
Beim Betriebe derartiger Anlagen tritt auch der Fall ein, dass im Rohr 8 (Rückleitung) der Druck niedriger ist als im Niederdruckbehälter 1, beispielsweise, wenn die Dehnung in der Arbeitsmaschine 7 zu tief geht, wenn grössere Undichtheiten vorhanden sind oder wenn Gegendruckbremsung vorgenommen wird. Die offene Leitung 18, 19, 11, 15 gibt dabei die Möglichkeit des Druckausgleiches mit dem Nieder- druekbehälter durch Umkehrung der Stromrichtung, also vom Behälter in die Rohrleitung 8. Dagegen muss verhindert werden, dass der Wasserinhalt des Behälters auf dem Wege 17, 16, 14 in die Rohrleitung bzw. zur Maschine 7 gelange. Zu diesem Zwecke wird in diesen Leitungszweig das Rückschlagventil 20 eingebaut.
Eine andere Sicherung ist durch das Rückschlagventil 21 gegeben, das als besonders empfind- liches, ausgeglichenes Organ gebaut wird und schon auf minimale Druckdifferenzen und Strömungs- drücke anspricht. Solange der Strom die Richtung nach dem Behälter hat, schliesst dieses Ventil (Klappe), um im Falle der umgekehrten Druckwirkung zu öffnen und so den Dampfraum des Behälters mit der
Rohrleitung zu verbinden. Bei Unterdruck in der Leitung 8 tritt also auf dem Wege 22, 21, 16, 14 Dampf zu und das trägere Wasser verharrt im Rohre 17.
Entsprechende Absperrventile (wie 23 in Fig. 2) ermöglichen die Abtrennung des Behälters, insbesondere während der Anheizperiode, um eine vorzeitige Füllung der Leitungen mit Dampf zu ver- hindern.
Durch Ventil oder Schieber 24 kann die Arbeitsmaschine auf freien Auspuff geschaltet werden, was eine Erhöhung des arbeitenden Druckgefälles, also auch der abgegebenen Arbeit bedeutet. Um die Mitentladung des Niederdruckbehälters zu verhindern, muss dabei entweder Organ 24 den nach dem Behälter 1 führenden Teil des Rohres 8 abschliessen oder so mit dem Umschaltorgan 16 verbunden oder verriegelt sein, dass dasselbe diese Absperrung besorgt. Eine besondere Lösung stellt Fig. 3 dar, in welcher das Verteilerorgan 16 mit dem Auspuffventil 24 zusammengebaut ist, wobei das Öffnen des Auspuffes erst dann erfolgen kann, wenn die beiden nach dem Behälter führenden Leitungen 14 und 15 schon abgeschlossen sind.
In der Figur ist der Verteiler als Drehschieber dargestellt, das Auspufforgan dagegen als ganz dicht abschliessender und zu diesem Zwecke in einem andern Teil des Gehäuses eingepasster
Hahn, der natürlich auch durch ein Ventil ersetzt werden kann.
Es stellen in Fig. 2 die Teile 25 bzw. 26 Überhitzer dar, welche gegebenenfalls durch die Auspuffgase der z. B. als Verbrennungskraftmaschine gedachten Antriebsmaschine 4 in Fig. 1 beheizt werden können. Dieser Anordnung kann in besonderen Fällen eine grössere Bedeutung zukommen. Beispiels- weise, wenn das Treibmittel Wasserdampf ist. Das Rohrsystem 11 verhindert, dass die Überhitzung des durch Rohr 8 rückkehrenden Dampfes zu hoch bleibt. Eine geringe Überhitzung, welche nach dem Wärmeaustausch mit dem Behälter noch übrig bleibt, ist dagegen für den Prozess und den Verdichter vorteilhaft. Ist dagegen der rückkehrende Dampf nass, so wird infolge der Temperaturgleichheit mit dem
Inhalte des Speichers kein Wärmeaustausch stattfinden.
Die vorgeschalteten Überhitzer (es genügt unter Umständen nur einer) sorgen dann für die erwünschte Trocknung. Die Überhitzung kann auch
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hinter dem Behälter, also im Teil 2 (Fig. 1 und 2), erfolgen oder allenfalls dadurch, dass man die Leitung 8 oder 15 oder 2 durch den wärmeren Hochdruckbehälter oder Speicher (6 in Fig. 1) führt bzw. von dessen
Inhalt umspülen lässt.
Statt eines Verteilers 16 in Fig. 2 können auch getrennte Organe in den Zweigleitungen vorhanden und entsprechend miteinander verriegelt sein.
Der in dem grossen Niederdruckbehälter 1 auf dem Wege des Wärmeaustausches entstandene
Dampfüberschuss kann abgeblasen oder zu Hilfszwecken bzw. bei besonderer Schaltung der dazu dienliche
Niederdruckmaschine zur Ergänzung der eigentlichen Arbeitsitbertragung verwendet werden. Eine allenfalls notwendige Wärmezufuhr an den Behälter kann durch die vorgesehene Beheizung 9 und 10 in Fig. 2 erfolgen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Regelung des Zustandes eines in Kraftmaschinenanlagen mit Unterspeicher und Wiederverdichtung in geschlossenem Kreislauf geführten gas-oder dampfförmigen Treibmittels, dadurch gekennzeichnet, dass der Treibmittelstrom geteilt wird, wobei ein Teil durch den Behälterinhalt des Unterspeichers, der andere Teil durch einen in diesen Behälterinhalt versenkten und vorzugsweise als Röhrenbündel ausgebildeten Oberflächenwärmeaustauscher fliesst und sich die beiden Teilströme hinter dem Behälter wieder vereinigen.