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Vorrichtung zum Regeln des Betriebes von Dampferzeugern, insbesondere
für Fahrzeuge und Beheizung mit festen Brennstoffen Die Erfindung bezieht sich auf
eine Vorrichtung zum selbsttätigen Regeln des Betriebes von Dampferzeugern,
insbesondere für Fahrzeuge und die Beheizung mit festen Brennstoffen.
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Es ist bekannt, die selbsttätige Regelung von Dampferzeuge'rn, vor
allem von Dampferzeugern auf Fahrzeugen, durch eine Abdampfturbine zu bewirken.
Diese arbeitet mit gleichbleibendem Düsenquerschnitt, so daß das verarbeitete Druckgefälle
verhältnisgleich zur Dampfmenge wird und damit auch, wenigstens in einem bestimmten
Bereich, sich die Drehzahl verhältnisgleich mit derDampfmenge ändert. Da nun diese
übereinstimmung infolge des veränderlichen Wirkungsgrades der meist mit Aktionsbeschauflung
versehenen Abdampfturbine im ganzen Regelbereich nur eine annähernde sein kann,
schalten bekannte Ausführungen in den Antrieb an irgendeiner Stelle noch eine Aussetzerregelung
ein, die meist elektrisch gesteuert wird und bei Ölfeuerung eine hinreichend genaue
Anpassung der durchschnittlichen Feuerungsleistung an den Dampfbedart der Hauptmaschine-ermöglicht.
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Bei Fendrungen für feste Brennstoffe ist damit eine ausreichende Anpassung
der Wärmeentwicklung der Feuerung an die geforderte Dampflie*ferung nur beim Inkaufnehmen
beträchtlicher Unzuträglichkeiten zu erreichen. Insbesondere bei kleinenTeillasten,
wie sie im städtischen Straßenverkehr, aber auch im Betrieb industrieller Werke
und öffentlicher Stromerzeugungsanlagen in großem Umfang vorkommen, würde ein häufiges
Schwanken zwischen Vollast und Leerlaufbetrieb die Folge sein. Bei Rostfeuerungen
entwickeln sich dann aus der Kohle während des Leerlaufs in größerer Menge Schwelgase
und Kohlenoxyd, was wegen der Rauchbelästigung, der Explosionsgefahr und der Giftigkeit
vermieden werden muß, ganz abgesehen von dem wirtschaftlichen Verlust durch das
Entweichen solcher unverbrannter Gase. Daher strebt die Erfindung danach, die Übertragung
der Drehzahlabhängigkeit der Abdampfturbine von der Dampfmenge auf die Hilfsmaschinen,
wie Speisepumpe, Unterwindgebläse, Saugzuglüfter, Kondensatorlüfter oder Kühlwasserpumpe,
so zu ermöglichen, daß eine stetige und auch der Beeinflussung durch die Zustandsgrößen
Druck und Temperatur und durch die Dampfinenge stetig folgende Regelung sichergestellt
ist.-Dabei wird von dem ebenfallg bekannten elektrischen Einzelantrieb für die Hilfsmaschinen,
bei dem man die Möglichkeit hat, durch Änderung der den Einzelmotoren aufgedrückten
Spannung die gewünschte Gleichhaltung von Druck und Temperatur des Dampfes zu er-.
zielen, Gebrauch gemacht. .
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Gegenstand der Erfindung ist also eine Regelung, die die günstigen
Eigenschaften des elektrischen Einzelantriebs und des Antriebs durch Abdarnpfturbiiie
gemeinsam zur Geltung
bringen soll, dergestalt, daß die Spannung
im Netz der elektrischen Einzelantriebe in Abhängigkeit von der Dampfmenge verändeit
wird. Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, von einer Abdampfturbine
mit gleichbleibendem Düsenquerschnitt einen durch eine Batierie gleichbleibender
Spannung freinderregten Gleichstromerzeuger anzutreiben, der den Strom für den elektrischen
Einzelagtrieb der Hilfsmaschinen im üblichen Betrieb liefert. Bei einer solchen
Anlage ändert sich die Klemmspannung verhältnis-,leich zur Drehzahl, also auch zu
der die Turbine durchströmenden Abdampfmenge. Der von tliesem Stromerzeuger gelieferte
Strom wird den Einzelantriebsmotoren unter Zwischenschaltung von Widerständen 7ugeführt,
die eine Beeinflussung durch die Zustandsgrößen oder die Dampfmenge ermöglichen.
Die zu diesem Zweck gewählte Schaltung ist folgende: Der im Dampferzeuger i erzeugte
und überhitzte Dampf wird in der Hauptmaschine, im besonderen in der Fahrzeugdampfinaschine
2 bis zu ein= wenig über der Kondensatorspannung liegenden Gegendruck entspannt.
E#r strömt dann durch die Rohr-! leitung 3 einer Abdainpfturbine 4 zu, die
an beliebiger, für den Betrieb zweckmäßiger Stelle angeordnet sein kann. Bei festen,
unveränderlichen Düsenquerschnitten dieser Abdampfturbine und gleichbleibender Kondensatorspannung
stellt sich dann der Druck vor den Düsen der Abdainpfturbine so ein, daß das adiabatische
Wärmegefälle in den Turbinendüsen dem Quadrat der Dampftnenge und die Ausströn-1ungsgeschwindigkeit
des Dampfes aus den Turbinendüsen der Dampfmenge selbst verhältnisgleich wird. Daher
wird auch die Umdrehungszahl der Abdainpfturbine verhältnisgleich zur Dampfmenge.
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Treibt man nun von der Turbine 4 aus mit unmittelbarer Kupplung oder
über ein Rädergetriebe unveränderlicher Übersetzung einen Gleichstromerzeug#r
5 an, dessen Erregerwicklung von einer gleichbleibenden Spannung, z. B. einer
Batterie 6, aus gespeist wird, so wird die Spannung an den Klemmen von
5
unmittelbar verhältnisgleich zur Drehzahl der Abdampfturbine und daher auch
zu der diese durchströmenden Dampfmenge. Dasselbe kann auch erreicht werden, wenn
an Stelle des fremderte"ten Elektromagneten ein Dauermagnet als Feldmagnet des Gleichstromerzeugers
5 verwendet wird.
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Zum Aufladen der Batterie dient ein zweiter Gleichstromerzehger
7, der in der von den Lichtmaschinen für Kraftfahrzeuge her bekannten Weise
entweder, wie in der Zeichnung dargestellt, von der Hauptdampfmaschine oder einer
Zwischenwelle des Antriebs, oder auch von der Abdampfturbine 4 angetrieben wird.
Die Spannung an den Klemmen dieses Stromerzeugers 7 wird durch einen Regler
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gleichbleibend und etwas höher als die Batteriespannung gehalten.
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Der Strom vom Stromerzeuger 5 wird nun verwendet, um die Hilfsmaschinen
(Speisepumpe 9, Untergewindgebläse i o, Saugzuggebläse i i und Kühlwasserpumpe
oder Kondensatorgebläse 12) durch die fremderregten Gleichstrommotoren
13, 14t 15, 16 mit oder ohne Zahnradgetriebe anzutreiben. Infolge
der Fremderregung durch die gleichbleibende Batteriespannung ist die, Drehzahl dieser
Motoren und der mit unveränderlicher Übersetzung damit gekuppelten Hilfsmaschinen
streng verhältnisgleich zu der den Läufern dieser Motoren 13, 14, IS, 16 zugeführten
Klemmenspannung des Strornerzeugers*5 und daher auch zu der durch die Hauptmaschine
2 und die Abdampfturbine4 strömenden Dampfmenge. Da bei allen diesen Hilfsmaschinen,
die als Kreiselrad- oder als Kolbemnaschinen ausgeführt sein künnen, 7iiiiiindest
in einem weiten Bereich beiderseits der Regeldrehzahl die Fördermenge fast genau
verhältnisgleich der Drehzahl ist, werden die dem Dampferzeuger zugeführten Mengen
an- Speisewasser, Verbrennungsluft und die abgeführte Abgasmenge, sowie die dem
Kondensator zugeführte Kühlwasser- oder Kühlluftinenge ebenfalls verhältnisgleich
zu der vom Dampterzeuger erzeugten Dampfinenge. Dies ist der Ztistaand, der bei
gleichbleibendem Wirkungsgrad, Brennstoffheizwert, Speisewasser-, Dampf- und Kühlwasser-
oder Kühlluftzustand von der Regelung eingehalten werden soll.
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Ändert sich nun eine der gleichzuhaltenden Größen zufällig oder infolge
einer Änderung des Betriebszustandes, z. B. der Dampfentnahme, so ist die Regelung
imstande, auf folgende Weise die anderen Größen durch Änderung der Drehzahl der
betreffenden Antriebsmotoren nachzuregeln: Zu diesem Zweck sind in die Erregerstronikreise
der Gleichstrommotoren 13, 14, 15, 16 veränderliche Widerstände
17, 18, Ig, 2o eingebaut. Schwächung der Erregung erhöht die Drehzahl, Erhöhung
der Erregerspannung vermindert sie. Statt dessen können auch Widerstände im Ankerstromkreis
verwendet werden; deren Wirkung ist entgegengesetzt: eine Schwächung des Ankerstroms
hat eine Drehzahlverminderung zur Folge.
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Die verschiedenen Widerstände werden von den verschiedenen Regelvorrichtungen
beeinflußt. Z. B. kann der Dampfdruck auf die Speisepumpe einwirken, indem ein federbelasteter
Kolben oder eine Membrane durch steigenden Dampfdruck so verschoben wird,
daß
der mit ihm gekuppelte Widerstand 17 im Sinn der Förderung einer kleineren Speisewassermenge
verschoben wird, also einer Erhöhung der Erregerspannung. Entsprechend kann man,
wie in der Zeichnung angedeutet, die Heißdampftemperatur auf die Feuerungsgebläse
io und i i durch die Widerstände 18 und ig, den Druck im Kondensator:25 auf die
Kühlwasser- oder Kühlluftförderung 12 durch den Widerstand:2o einwirken lassen.
Doch sind auch andere Anordnungen möglich, wie auch einzelne Hilfsmaschinen wegfallen
oder ungeregelt bleiben können. Endlich besteht die Möglichkeit, für Anlagen, die
einer besonders feinfühligen Druck- und Temperaturregelung'bedürfen, die Druck-
und Temperaturfühler durch Verbindungshebel so zu kuppeln, daß eine bestimmte Abhängigkeit
der beiden Werte voneinander eingehalten wird.
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Für den Fall, daß man eine oder die andere der geregelten Größen willkürlich
zu verändern wünscht, wie dies z. B. beim übergang auf eine Kohle von anderem Heizwert
erforderlich ist, vvird in jedem willkürlich zu beeinflussenden Stromkreis noch
ein weiterer Widerstand 2,1 bis 24 eingebaut, der vorn Schaltbrett. aus von Hand
verändert werden .kann.
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Zur Inbetriebsetzung der Feuerung bei stillstehender Hauptdampfmaschine
:2 und Abdarnpfturbine 4 ist es erforderlich, für kurze Zeit auch die Ankerstromkreise
der Gleichstrommotoren 13, 14, 15 und 16 mit Batteriestrom versorgen zu können.
Diesem Zweck dient ein Hilfsscha-Iter 26, durch den die Anlcer der für* die
Inbetriebsetzung gebrauchten Motoren mit der Batterie verbunden werden können.