Verfahren zur Ausnutzung von Irraft und Wärme von Dampf. Nach der in der Fachwelt herrschenden Meinung nimmt man an, dass aus der dem Dampf innewohnenden Energie bei den bis her im Gebrauch befindlichen Maschinen bezw. Betriebsverfahren, vom vrirtschaft- lichen Standpunkt aus betrachtet, das Höch ste in bezug auf die Kraftleistung heraus geholt ist. Man ist allgemein der Ansicht, dass es sich nicht lohnt, eine Dampfspannung von mehr als 20 Atm. beim Betriebe von Dampfmaschinen zu verwenden, weil der durch eine Erhöhung der angegebenen Span nung sich ergebende Gewinn die Mehrkosten für die Maschinen- und Kesselanlage nicht aufwiegt.
Der Nutzbarmachung der Abwärme von Gegendruckdampfmaschinen sind unter den heutigen Verhältnissen ebenfalls gewisse Grenzen gesetzt, da man den Gegendruck nicht zu hoch -±#Tählen kann, weil sonst die Maschine in bezug auf die Kraftleistung zu unwirtschaftlich arbeitet. Die Erhöhung der Temperatur der Abwärme durch Zusatz von Frischdampf oder durch Zwischendampfent- nahme ist teuer und hat besonders bei der Zwischendampfentnahme umständliche Re geleinrichtungen zur Voraussetzung.
Der -unmittelbaren Ausnutzung der Wärme des Dampfes sind daher ebenfalls bestimmte Grenzen gesetzt, deren Überschreiten bisher nur auf Kosten der Wirtschaftlichkeit mög lich ist. Auf Grund der bisherigen Ergeb nisse der Praxis war daher die Ansicht be rechtigt, die Entwicklung der Ausnutzung des Dampfes als abgeschlossen zu betrachten.
Mehrjährige Forschungen und Versuche der Erfinderin in bezug auf die Ausnut zungsmöglichkeit der Energie des Damp fes haben nun ergeben, dass die herrschende Ansicht wohl für Kondensationsmaschinen zutrifft, für Gegendruckmaschinen aber auf einem Irrtnm beruht.
Der Dampfverbrauch einer Gegendruck maschine bei höheren als den bisher üblichen (bis 2(? Atmosphären) Anfangsspannungen ändert sich nämlich nach folgendem entdeck ten Gesetz: Die Zunahme des Dampfverbrauches einer Gegendruckdampfmaschine, bezogen auf - die Leistungseinheit (Pferdekraft/Stunde) ist r=:
,imlich bei den für die Praxis in Betracht kommenden Gegendrücken bis etwa 10 bis 13 Atm.abs. von einer gewissen Anfangsspannung des Frischdampfes an nur noch in konstantem cder nahezu konstantem Verhältnis der Zu nahme des Gegendruckes proportional, und dieses Verhältnis wird bei weiter zunehmen den Dampfspannungen immer geringer. Diese Erscheinung zeigt sich erst bei Dampfspan nungen, die mindestens etwa 30 Atm. betra gen, und stellt sich sowohl bei Heissdampf, r.-ie bei i@; assdampf ein.
Das unerwartete Verhalten des Dampfes bei höheren Dampfspannungen und Gegen drücken liess weitere überraschende Ergeb nisse nicht ausgeschlossen erscheinen, und bei Fortführung der erwähnten Arbeiten ent stand der Erfindungsgedanke: Kraft und Wärme von Dampf durch ein Verfahren aus zunutzen, bei dem als Ausgangserzeugnis hochgespannter Dampf von der angegebenen Eigenschaft einerseits zu einer bisher über haupt nicht erreichbaren Kraftausnutzung mittelst einer geeigneten Kraftmaschine, an derseits zu grösstmöglichster Wärmeausnut zung durch Wahl eines entsprechend hohen Gegendruckes verwendet wird.
Das Mittel, durch das dieser Erfindungsgedanke verwirk licht wird, besteht in der Anwendung eines Betriebsverfahrens bei Gegendruckmaschinen, derart, dass als Ausgangserzeugnis dieses Verfahrens Dampf von der entdeckten Eigen schaft genommen wird, also Dampf von einer ,lnfangsspannung, deren unterste Grenze bei etwa 30 Atm. liegt. Eine Maschine mit solch einem Anfangsdruck von etwa. 30 Alm. besitzt gegenüber einer Maschine mit 15 Atm. i\@nfangsdruck eine um wenigstens 25 v. H. grössere Kraftleistung.
Je nach der Höhe des .nfangsdruekes kann ein mindestens vier- bis zwölffacher Expansionsgrad angewendet werden. Unter Expansionsgrad wird (las Druckverhältnis von Anfangs- und Gregen- druck verstanden; dabei gehört der grössere Expansionsgrad zu den niedrigeren, der klei- nere zu den höheren Gegendrücken. Die Er findung ist sowohl für Sattdampf, vdo für Heissdampf anwendbar.
Selbstverständlich ist die Wahl der Füllung bei den angegebe nen Expansionsgraden auf die erzielbare Lei stung ebenfalls von Einfluss; als Voraus setzung gilt natürlich, dass man die bekann ten Regeln der Dampfausnutzung befolgt und einen wirtschaftlichen Füllungsgrad an wendet; dein nur dann ist der volle Erfolg verbürgt. Die eintretende Steigerung der Leistung ist mit wachsendem Anfangs- und Gegendruck grösser, als eigentlich theoretisch zu erwarten ist.
Der thermische -#Virlzungs- grad der obern Stufen von Kolbendampf maschinen ist nämlich bei den hohen in Be tracht kommenden Dampfdrüeken nach ein- ge-henden praktischen Versuchen der An- melderin erheblich günstiger als bei den bis her üblichen Dampfdrücken von 12 bis höch stens 20 Atm.; er wächst mit der Höhe des Dampfdruckes.
Die Erklärung dafür ist in dem bisher nicht bekannten Umstande zu suchen, dass hierbei die Drosselverluste an teilig geringer sind, und die schädlichen Flä chen der Arbeitszylinder infolge des spezi fisch schwereren Dampfes in viel günstigerem Verhältnis zum arbeitenden Dampfgewicht stehen als sonst. Dieser Vorteil geht so weit, dass man selbst bei hohem Expansionsgrade in einer Arbeitsstufe mit der Frischdampf überhitzung nicht so hoch zu gehen braucht als jetzt, wodurch die Betriebssicherheit v er Crössert #vird. Die einzige Möglichkeit, aus Dampf von weniger als 20 Alm. Anfangs druck die grösstmögliche Leistung herauszu holen, besteht in der Anwendung sehr hoher Dampfüberhitzung von 400 und darüber.
Bei einem Gegendruek von 3 bis 4 Alm. abs. ist der Abdampf aber noch überhitzt. In diesem Zustande ist es unmöglich, das vom Dampf mitgerissene Öl aus ihm zu beseitigen. Die ITeizfliichen der @U < i.rmeverr@ertungs- anlage werden daher bei Beheizung mit sol chem ölhaltigen Dampfe stark verschmutzt und in ihrer Wirkung ungünstig beeinflusst.
Verwendet man jedoch Frischdampf von we sentlich höherem Druck und selbst der glei- chen Temperatur, so ist der Abdampf mei- tens schon etwas feucht. Das Schmieröl lässt sich dann aus ihm leicht durch Dampf- entöler ausscheiden; auch ist in diesem Falle bereits die volle Heizwirkung des in die Wärmeverwertungsanlage eintretenden Damp fes vorhanden. Tritt dagegen der Abdampf überhitzt in die Heizanlage, so wird der die Überhitzungswärme abführende Teil der Heizflächen schlecht ausgenutzt, da die Wärmeabgabe des überhitzten Dampfes be kanntlich nur gering ist.
Die Abmessungen der Arbeitszylinder fallen ausserdem bei einer nach der Erfindung arbeitenden Kolben dampfmaschine für die gleiche Leistung klei ner aus als bisher. Der Gestängedruck und überhaupt das ganze Maschinengewicht, auf gleiche Leistung bezogen, sind eher kleiner als grösser wie bei Maschinen mit den bisher üblichen Dampfdrücken, da man am Ende der Expansion einen grösseren Spannungs abfall anwenden kann, ohne wie sonst grosse Verluste in Kauf nehmen zu müssen.
Eine weitere Verringerung der Anlagekosten der Maschinenanlage ist dadurch möglich, dass die Kolbengeschwindigkeiten bezw. Umdre hungszahlen mit Rücksicht auf die kleinen bewegten Gestängemassen uad auf die zum Beschleunigen der Gestängemassen zur Ver fügung stehenden Dampfdrücke höher ge wählt werden können als wie bisher. Die auf diese Weise erzielbaren Ersparnisse sind so bedeutend, dass damit die höheren Anlage kosten der Kesselanlage zum grossen Teil ,nett gemacht werden können.
Die Maschine kann zwei- und mehrstufig sein; in vielen Fällen wird man bereits mit einstufiger Ar beitsweise auskommen, so dass die Bauart der Maschine sehr einfach ausfällt.
In den beigegebenen Schaubildern Fig. 1 und 2 stellen die ausgezogenen Linien die Dampfverbrauchszahlen für die Pferdestärke/ Stunde bei verschiedenen Dampfdrücken und Gegendrücken dar. Fig. 1 ist für Sattdampf. Fig. 2 für Heissdampf von 400' gültig. Die Gegendrücke sind als Abszissen, die Dampf verbrauchszahlen als Ordinaten aufgetragen.
Die ausgezogenen -Kurven für 15, 20 und 25 Atmosphären Dampfdruck zeigen bei den in der Praxis für Heizzwecke erforderlichen Gegendrücken von 2 Atm. abs. an die Tat-, sache, dass mit zunehmendem Gegendruck das Verhältnis des Dampfverbrauches zum Gegendruck grösser wird. Für einen Dampf druck von etwa 30 Alm. ist der geltende Linienzug für die in der Praxis in Betracht kommenden Gegendrücke eine in einem spit zen Winkel zur Abszissenachse geneigte Ge rade. Das Verhältnis zwischen Dampfver brauch und Gegendruck ist also hier kon stant.
Bei noch höheren Dampfspannungen wird die Zunahme des Dampfverbrauches auch bei abnehmendem Expansionsgrade etwas geringer, als dem Anwachsen _ des Ge gendruckes entspricht. Die Übergangsgrenze zwischen dem bisher benutzten und dem neu erforschten Gebiet liegt, wie deutlich erkenn bar, zwischen 25 und 30 Atm. Die punktier ten Kurven in den Fig. 1 und 2 geben die Mehrleistungen in Prozenten an, welche sich bei den verschiedenen Anfangs- und Gegen drücken gegenüber einer Maschine mit 15 Atm. Anfangsdruck erzielen lassen.
Auch hieraus sind deutlich die mit wachsenden Anfangs- und Gegendrücken eintretenden Vorteile erkennbar. Erhöht man zum Bei spiel, wie aus Fig. 2 ersichtlich, bei dem -viel fach in der Praxis üblichen Gegendruck von 4 Atm. abs. entsprechend einer Temperatur von 142,8', den Anfangsdruck von 15 auf 30 Alm., so vermindert sich der Dampfver brauch für die Pferdestärke/Stunde von 9,75 kg auf 6,58 kg, also um 32,5 v. H. Aus dem gleichen Dampfgewicht kann man dem nach eine Mehrleistung von 48 v. H. heraus holen. Steigert man bei dem gleichen Gegen druck den Frischdampfdruck auf 60 Atm., so geht der Dampfverbrauch für die Pferde stärke/Stunde auf 4,9 kg zurück.
Die Dampf ersparnis für die Pferdestärke/Stunde er rechnet sich hiernach zu 4,85 kg, gleich etwa 50 v. H., oder die Mehrleistung beträgt an nähernd 100 v. H.
Beträgt der Gegendruck 7 Atm. abs., was auch noch häufig vorkommt, so ist der Dampfverbrauch für die Pferdestärke/Stunde bei 15 Atm. Anfangsdruck und 400' Dampf temperatur 16,1 kg, bei 30 Atm. 8,78 kg und bei 60 Atni. nur noch 5,95 kg. Die Mehr leistungen folgen aus diesen Zahlen zu 83,4 bezw. 171 v. H.
Solche ungeahnte Ergebnisse lassen es dringend geboten erscheinen, allen irgendwie für Heizzwecke erforderlichen Dampf nur als Abdampf einer nach der Er findung arbeitenden Dampfmaschinenanlage zu verwenden, auch dann, wenn der zu gehörige Betrieb nicht in der Lage ist, die erzielbare Leistung selbst zu verwerten. Bei den neuzeitlichen Kraftübertragungsverhält- nissen wird es immer möglich sein, die über schüssige, auf keine andere Weise,. selbst nicht mit Hilfe der Wasserkraft, billiger er zeugbare Arbeit anderweitig abzusetzen.
Die, zur Zeit geltende Anschauung, dass, wie schon einleitend bemerkt, der hoch gespannte Dampf von 20 Atm. keinen wirt- Schaftlichen Vorteil bringt, ist in seinem Verhalten bei Kondensationsmaschinen be- #11ründet, und alle auf die Einführung hoch gespannten Dampfes gerichteten Bestrebun gen be\vegten sich nur in dieser Richtung. Die Erklärung hierfür wird aus folgender Betrachtung verständlich. Bei hoher Luft leere von 96 v.
H. ist zum Beispiel das Ar- beitsvermögen des Dampfes zwischen 4 Atm. rJbs. und der Kondensatorspannunggrösser als zwischen 60 Atm. und 4 Am. Auf das ganze ZVärmegefälle verteilt, ist der Gewinn bei einer solchen Kondensationsmaschine aus die- i#em Grunde und mit Rücksicht auf den nie drigeren thermischen Gesamtwirkungsgrad bei einer Drucksteigerung von 15 auf 60 Atm. nur etwa 12 v. H.
Neben den Vorteilen, die aus der neuen Arbeitsweise der Maschine entstehen, ergibt sich aber durch vorliegende Erfindung noch eine Verbesserung der Abwärmeverwertun . Es ist ein bekanntes Gesetz, dass nur<I>die</I> Wärme für technische Z,x,ecke von Nutzen ist, -#velche bei möglichst hoher Temperatur zur Verfügung steht. Dieses Gesetz gilt na türlich auch für die Abwärmeverwertung, und die Leistung einer Heiz-, Verdampf- oder Trockenanlage ist demgemäss um so grö sser, je höher die Temperatur des Heizmit- tels ist.
In vielen Fällen, in denen bisher eine hohe Ausnutzung der unmittelbaren Wärme des Dampfes für Heizzwecke stattfand, war dies nur möglich, dass man auf eine grö ssere Ausnutzung seiner. mittelbaren Wärme, nämlich der Kraft, verzichtete und die Ma schine gewissermassen hauptsächlich als Dros selorgan wirken liess. In andern Fällen hatte man bisher, um möglichst wirtschaftlich zu arbeiten und doch Ileizdampf von höherer Temperatur zu haben, Zwischendampfent- nahme angewendet. :Diese Arbeitsweise kann aber nur dann Anwendung finden, wenn höchstens 50 bis 60 v.
H. des der Maschine zugeführten Dampfes für Heizzwecke nötig ist; denn für die nächstfolgende Arbeitsstufe muss zur Verhütung des Trockenlaufens des Arbeitszylinders bei schwacher Belastung noch Arbeitsdampf übrig bleiben. Der eine Teil des Abdampfes geht also wie bei vollem Kondensationsbetrieb im Kühlwasser des Kondensators verloren. Die Bauart einer Ma schine mit Zwsichendampfentnahme ist ausser dem recht verwickelt.
Es sind in einem sol chen Falle schon bei 10 Atm. Anfangsdruck mindestens zwei Arbeitsstufen mit verwik- kelten Regeleinrichtungen zur Verstellung der Steuerungen und eine Kondensations anlage, sowie die umständliche Beschaffung von grossen Kühlwassermengen oder eine Rüchkühlanlage erforderlich.
Bezieht man den Dampfverbrauch einer zweistufigen Kolbenmaschine mit Zwischen dampfentnahme bei 15 Atm. Anfangsdruck. 400 Frischdampftemperatur und bei 50 v. H. Zwischendampfentnahme und einer Zwischen dampfspannung von 5 Atm. abs. und einem Kondensatordruck von 0,08 bis 0,1 Atm. auf die abgegebene Gesamtleistung, so lässt sieh unter diesen Verhältnissen höchstenfalls ein Dampfverbrauch von 6 kg für eine Pferde- stärke./Stunde erzielen.
Für eine Hoehdruck- kolbendampfmaschine mit Abwärmeverwer- tung bei einem Gegendruck von ebenfalls 5 Atm. ist mit etwa 40 bis 50 Atm. Frisch- dampfdritcl: das gleiche bezw. noch ein gün- tiigeres Ergebnis zu erhalten. Dabei steht der gesamte Abdampf für Wärmeverwertung zur Verfügung.
Selbst, wenn, nicht aller Daiupf für Heizzwecke verwertet werden könnte, besteht doch die Möglichkeit, diesen ;ibdampfteil unter dem vollen Gegendruck und bei noch verhältnismässig hoher Tempe ratur mit viel -weniger Kühlwasser nieder zuschlagen und die im Kondensat des Ab dampfes befindliche Wärme mit der dem Gegendruck entsprechenden Temperatur, we nigstens für die Kesselspeisung, zurückzu gewinnen. Damit ist aber noch ein beachtens werter Wärmerüclgev@inn verbunden. Auch kann man den überschüssigen Abdampf zur Erzeugung kesselsteinfreien Zusatzspeisewas sers benutzen..
Unter Berücksichtigung die ser Vorteile ist eine nach dem neuen Ver fahren arbeitende Gegendruckmaschine wirt schaftlicher als eine Maschine mit Zwischen dampfentnahme und dem üblichen Dampf druck.
Durch die durch das neue Verfahren er möglichte freie Wahl des Frischdampf- und Gegendruckes der Maschine hat man es in der Hand, die Leistungsfähigkeit einer vor handenen -#Ä'ärmev erwertungsanlage zu er höhen oder eine neue Anlage zu vereinfachen und zu verbilligen.
Wollte man bis jetzt einen bestimmten Heiz-, Trocken- oder Ver- dampfungsprozess bei einem Frischdampf druck von 15 bis 20 Atm. durchführen, für welchen eine bestimmte Kraftleistung und eine gewisse Wärmemenge erforderlich ist, so musste man, um die zur Durchführung er forderliche Kraft zu gewinnen, oft mit einerri niedrigen Gegendruck von zum Beispiel 2 Atm. abs. arbeiten. Dadurch litt aber auch die Wärmeabgabe; denn man war an die dem Druck von 2 Atm. entsprechende Temperatur von 120' auch dann gebunden, wenn das zu behandelnde Gut höhere Erhitzungen ver tragen konnte..
Das machte unnötig grosse Heizflächen in den zugehörigen Apparaten, lange Eindampfungs- oder Trockenzeiten und meistens auch die Anwendung von Luftleere in der Wärmeverwertungsanlage notwendig. Nach der trfindung kann man den Heiz druck auf zum Beispiel 5 Atm. erhöhen, die Heiztemperatur also auf<B>151'</B> bringen und auch ohne Anwendung von Luftleere, zu de ren Erzeugung sonst eine Kondensations anlage erforderlich war, Mehrkörper-, Ver dampf- oder Trockenapparate benutzen und die Leistungsfähigkeit der Wärmeverwer- tungsanlage erhöhen.
Ein Frischdampfdruck von 35 bis 40 Atm. reicht bereits in einem solchen Falle aus, um die gleiche Arbeit aus demselben Dampfgewicht abgeben zu können. Durch Anwendung eines Dampfdruckes von zum Beispiel 60 Atm. wird dann schon ein Überschuss an Arbeit erreicht, der an irgend einer Stelle auf geeignete Weise, zum Bei spiel in Form von elektrischer Energie; ab gegeben werden kann. Der Votrte(il, den Gegendruck der Ma schine nicht so peinlich genau festlegen zu müssen, bietet auch noch andere wesentliche Vorzüge.
Man kann zum Beispiel einen Teil des Abdampfes für eine Wärmeverwertungs- anlage direkt benutzen und den Überschuss des Abdampfes in einem Wärmespeicher auf speichern, um ihn zu einem Zeitpunkt, , in welchem die Kesselanlage bezw. die Maschine nicht im Betriebe ist, zur Verfügung zu haben.
Durch die Erhöhung des Gegen druckes von zum Beispiel 3 bis 4 Atm. abs. bis auf 10 Atm. ist man jetzt in der Lage, den Wärmespeicher auf verhältnismässig ho hen Druck aufzuladen, ohne an Leistung zu verlieren, was bei einer Maschine mit dem üblichen Frischdampfdruck selbst bei An ivendung grösster Füllung gänzlich ausge schlossen ist. Der Wärmespeicher kann also hier mit wesentlich kleinerem Inhalt aus geführt werden.
Das neue Verfahren ist anwendbar in allen gewerblichen und industriellen Anlagen, wel che Dampf für Heizzwecke nötig haben, zum Beispiel in chemischen Fabriken, Zucker fabriken, Papierfabriken, Färbereien, Appre- turanstalten, Brikettfabriken, Torftrocken anstalten usw. Zweckmässig werden diese, wie schon angedeutet, mit Elektrizitätswerken verbunden, damit sie ihre überschüssige Kraft an benachbarte, nur Kraft erfordernde Werke oder an Elektrizitätsnetze abgeben können.
In Fig. 3 der beiliegenden Zeichnung sind für einen Gegendruck von 5 Atm. abs. und für einen Anfangsdruck von 15 bezw. 60 Atm. und 400' Frischdampftemperatur zum leichteren Verständnis nochmals die ein zelnen für Kraftausnutzung und Wärme- v e.rwertung in Betracht kommenden Wärme beträge eingetragen.
Die punktierten Linien gelten für 15 Atm., die ausgezogenen für 60 Atm. Die Gegendrücke sind als Abszis sen, die in einem Kilogramm enthaltene Wärme als Ordinaten aufgezeichnet. Der zwischen den obern Linien dargestellte Z'i'ärmebetra" x wird in indizierte Arbeit umgesetzt; der Betrag y steht als verwert bare Abwärme zur Verfügung, während z die im Kondensat des Abdampfes enthaltene Flüssigkeitswärme anzeigt. Der Unterschied in dem Betrag x bei gewöhnlichem Dampf druck und bei hochgespanntem Dampf zeigt, inwieweit die neue Betriebsweise der bisher bekannten überlegen ist.
Können zum Bei spiel bei dem angegebenen Gegendruck und bei 15 Atm. Frischdampfdruck nur 55 WE aus 1 kg Dampf in Arbeit umgesetzt werden, so wächst dieser Betrag bei 60 Atm. auf <B>1220</B> \VE für 1 kg. Er ist also 2,18 mal so gross.
Im zweiten Falle steht allerdings nicht mehr für Jedes Kilogramm die gleiche Ab wärme von 778=55-151 - 572 WE zur Verfügung, sondern nur 770.-120-151 = 499 WE für ein Kilogramm; sie ist also um 12,8 v. H. geringer. Wenn dieselbe Ab wärme wie bei 15 Atm. zur Verfügung stehen soll, so muss man die Frischdampfmenge um 15 v. H. erhöhen. Auf die gleiche Abdampf wärme bezogen, steigt die indizierte Leistung der Maschine dadurch auf über das zweiund einhalbfache; sie wächst also bei Abwärme verwertung durch die neue Betriebsweise selbst bei dem verhältnismässig niedrigen Gegendrucke von 5 Atm. abs. zu einer un geahnten Höhe.
Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die Angabe der Mittel zur bestmöglichen Ausnutzung des Dampfes, son dern sie zeigt im Nachfolgenden auch VV ege und Einrichtungen, mittelst welcher Leistung und erforderlicher Heizdampfbedarf in Ein klang gebracht werden können.
Die Leistung der Dainpfkraftmaschinen wird jetzt bekanntlich in der Weise geregelt, dass man entweder die Füllung verstellt, oder die Füllung beibehält und den Frischdampf druck herunterdrosselt. Wenn nun bei einer Dampfkraftanlage der vorher beschriebenen bekannten Art die in einem bestimmten Zeit. Punkt gebrauchte Leistung deT Maschine kleiner ist, als der verlangten Abdampf menge entspricht, muss durch eine besondere Druckreduziereinrichtung direkter Kessel dampf der Abdampfv erw ertungsanlage zu gesetzt werden.
Versagt diese Einrichtung, insbesondere bei hohem Frischdampfdruck, so besteht die Gefahr, dass der volle Kessel druck in die Abdampfverwertungsanlage tritt und eine E=xplosion derselben herbei führt.
Diese Schwierigkeiten können unter Er reichung noch anderer unerwarteter Vorteile bei dem vorliegenden Verfahren dadurch be seitigt werden, dass das Arbeitsvermögen des Dampfes durch Erhöhung des Gegendruckes der Maschine verringert und der Dampfver brauch, auf die Leistungseinheit bezogen, so weit heraufgesetzt wird, dass die verlangte Ab dampfmenge geliefert werden kann. Dadurch ist es ausgeschlossen, dass Kesseldampf direkt in die Wärmeverwertungsanlage treten kann, da. der Dampf erst auf alle Fälle durch die 33la- schine gehen muss.
Ausserdem besteht die Möglichkeit, auch den Heizdruck und damit die Temperatur des Heizdampfes in weiten Grenzen zu ändern, wäs besonders wichtig ist, wenn das in der Wärmeverwertungsanlage zu behandelnde Gut verschiedenen Temperaturen ausgesetzt werden muss.
Der durch dieses neue Regelverfahren sich zeitweilig ergebende höhere Gegendruck kann insofern noch zweck mässig verwertet werden, als durch den höher gespannten Abdampf das Kesselspeisewasser in einem Abdampfvorwärmer bis auf die dem erhöhten Üegendruck entsprechende Tem peratur vorgewärmt werden kann. Im Gegen satz zu dem neuen Regelverfahren ergibt sich beim Vermindern der Leistung in der be kannten Weise durch Füllungsänderung oder Frischdampfdrosselung der. Nachteil, dass da durch die Zylinderwände der Maschine aus gekühlt werden.
Bei Erhöhung der Leistung auf den ursprünglichen Betrag werden diese dann wieder aufgeheizt, wodurch naturgemäss Niederschlagsverluste an den schädlichen Flächen der Arbeitszylinder entstehen. Ge schieht jedoch die Leistungsregelung durch Änderung der Austrittsspannung der 1VIa- schine, so kann bei gleichem Frischdampf druck die Füllung unverändert bleiben.
Die Mitteltemperatur der schädlichen Flächen, die von der Frischdampf- und Abdampf temperatur abhängt, wird bei der gleichen Frischdampftemperatur trotz der kleineren Leistung höher als bei der Leistung, für wel- ehe die Maschine bestimmt ist, so dass plötz liche Belastungsänderungen eintreten können, ohne dass damit erhöhte Verluste durch Wärmeaustausch an den Zylinderwandungen entstehen können.
Dieser Vorteil kommt be sonders bei Nassdampfbetrieb dort zur Gel tung, wo oft stärkere Belastungsschwankun gen vorkommen, wie zum Beispiel in Zellstoff fabriken bei mechanischer Aufbereitung des später in der Wärmeverwertungsanlage zu zerkochenden Holzes.
Die Einrichtungen zur Änderung des Gegendruckes können von verschiedener Bauart sein. Da mit ihnen die Leistung ge regelt werden soll, ist es bei Maschinen, welche mit gleichbleibender Umdrehungszahl betrieben werden müssen, notwendig, dass sie unter dem Einfluss eines Geschwindigkeits reglers stehen und von diesem direkt oder indirekt betätigt werden.
Im Nachfolgenden wird ein Beispiel einer derartigen Gegendruck-Regelvorrichtung an einer Ventil-Kolbendampfmaschine beschrie ben. Hinter den Auslassventilen des Arbeits zylinders wird ein grösserer Behälter (Auf nehmer) angeordnet, in welchen der Abdampf eintritt. In die Abflussleitung dieses Behäl ters vjird ein Drosselorgan eingeschaltet, das von einem Geschwindigkeitsregler, je nach der verlangten Leistung, eingestellt wird. Der Behälter hat den Zweck, die perio disch erfolgenden Dampfstösse derart auszu gleichen, dass die Schwankungen des Gegen druckes vor dem Drosselorgan nur noch ge ring sind.
Der Dampfzutritt zur Maschine wird in an sieh bekannter Weise unter den Einfluss des Heizdruckes gesetzt, und zwar wird zum Beispiel die Füllung von den Schwankungen des Heizdruckes durch einen Druckregler direkt oder mit Hilfe eines Servomotors verstellt oder der Frischdampf wird gedrosselt. Wird mehr Heizdampf ver langt, als die Maschine bei der vorhandenen Füllung abzugeben vermag, so wird die Dampfzufuhr zur Maschine zum Beispiel die Füllung durch den Druckregler vergrössert.
Es sind nun folgende Fälle denkbar, deren Wirkung aus den in beiliegender Zeichnung dargestellten Indikatordiagrammen Fig. 4 bis ? ersichtlich ist. Die Maschine soll in der Regel beispielsweise mit einem Frischdampfdruck von 60 Atm. und einem Gegendruck von 5 Atm. abs. arbeiten. Ein für diese Verhältnisse brauchbares Diagramm einer - einstufigen Hochdruekkolbenmaschine zeigt Fig. 4.
1. Soll die Leistung- verkleinert werden, die Abdampfmenge aber unverändert blei ben, so wird durch einen Geschwindigkeits regler der Gegendruck so weit erhöht, bis die verlangte Leistung vorhanden ist. Die Fül lung bleibt hier unverändert. Aus Diagramm Fig. 5 sind die Veränderungen der Druckver hältnisse ersichtlich. Es ist hier angenommen, dass der Gegendruck auf zum Beispiel 10 Atm. gesteigert worden ist.
2. Wird die gleiche Leistung verlangt und soll die Reizdampfmenge vergrössert werden, dann wird durch einen Druckregler die Fül lung vergrössert, gleichzeitig durch einen Geschwindigkeitsregler der Gegendruck er höht. In Diagramm Fig. 6 ist in der punk tierten Füllungs- und Expansionslinie dieser Fall dargestellt. 3.
Soll die Leistung und die I-Ieizdampf- menge erhöht werden, so kann entweder nur die Füllung vergrössert werden, wenn der Be darf an Abdampf gleichmässig mit der Lei stung zunimmt, oder auch der Gegendruck muss erhöht werden, wenn die verlangte Ab dampfmenge grösser ist, als der Leistung ent spricht (siehe ausgezogenes Diagramm Fig. 6).
4. Bleibt der Heizdampfbedarf ünver- iindert und ist dagegen eine Vergrösserung der Leistung nur in gewissen Grenzen not- tvendig, wobei die Temperatur des Heiz mittels geringer sein kann, so wird der Gegen druck herabgesetzt, wie Fig. 7 zeigt.
In Fig. 8 ist schematisch als Beispiel eine einstufige Kolbenmaschine für die Aus übung des neuen Regelverfahrens dargestellt. d ist der Dampfzylinder mit Ein- und Aus lassventilen<I>a</I> bezw. <I>b,</I> B ein Aufnehmer für den Abdampf, C eine Drosselklappe, D ein Geschwindigkeitsregler, welcher das Drossel organ C betätigt. E stellt ein Druckreduzier- ventil in der Abdampfleitung h' dar, wel ches selbsttätig den Druck in der Wärme verwertungsanlage auf der gewünschten Höhe hält und Frischdampf zusetzt, wenn der Heizdruck zu niedrig wird.
Die Einlass- ventile a stehen unter dem Einfluss eines Druckreglers, der vom Heizdampfdruck be tätigt wird.