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Verfahren zur Carnotisierung von Dampfkreisprozessen Unter Carnotisierung
des Dampfkreisprozesses versteht man bekanntlich die Angleichung an den Carnot-Prozess
mit dem Wirkungsgrad (Ql-Q2) : Qi = (TI- T2) : Ti, wobei Q1
die zugeführte, Q2 die abgeführte Wärme und Tl die höchste, T2 die tiefste Temperatur
des Prozesses ist.
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Beim Dampfkreisprozess ist die tiefste Temperatur T2 von der Temperatur
des Kühlwassers für den Kondensator i abhängig. Dagegen hängt die Temperatur T,
im Sinne einer Carnotisierung von verschiedenen Umständen ab. Wird die Wärme nicht
wie beim Carnot-Prozeß nur bei einer Höchsttemperatur T, zugeführt, sondern wie
üblich innerhalb eines Temperaturbereiches (Verdampfung, Überhitzung und zudem Speisewasservorwärmung),
so gilt eine mittlere Wärmezufuhrtemperatur T. < Ti. Für den Wirkungsgrad
gilt nun 7/ _ (Tm - T2) : T..
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Das Verhältnis T., : T, kann als Grad der Carnotisierung bezeichnet
werden. Bei vollständiger Carnotisierung wird T., = Ti, so daß die Zwischenbeziehung
27 = (Tm - T2) : T. übergeht in 77 = (T, - T2)
: TI. Damit beim Carnot-Prozeß das Arbeitsmedium einen Kreislauf durchführen
kann, muß es danach zwischen Wärmezufuhr und -abfuhr von T, auf T2 bzw. von T2 auf
T, gebracht werden. Wenn ein Prozeß dem Carnot-Prozeß an Wirkungsgrad gleichkommen,
wenn er also als carnotisiert angesprochen werden soll, so müssen diese beiden Temperaturänderungen
des Mediums ohne jede Einwirkung von außen durch inneren Energieumlauf gedeckt werden.
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Dieser innere Umlauf geschieht im eigentlichen Carnot-Prozeß durch
mechanische Übertragung, indem bei isentroper Expansion innere Energie sich in Arbeit
verwandelt, die auf mechanischem Wege zur Kompression des Arbeitsmittels dient,
wobei sie sich wieder in innere Energie umwandelt.
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Beim Ericson-Prozeß findet dieser innere Umlauf in Form von Wärme
statt, die in einem vollkommenen Gegenstromwärmeübertrager ohne jedes mechanische
Hilfsmittel umgesetzt wird. Dieser Prozeß hat denselben Wirkungsgrad wie der Carnot-Prozeß.
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Es ist also der zur Durchführung einer vollen Carnotisierung notwendige
innere Umlauf von Energie sowohl auf mechanischem Wege als durch Wärmeübertragung
möglich. Man kann selbstverständlich eine volle Carnotisierung auch dadurch erreichen,
daß der innere Umlauf teils als mechanische Energie, teils in Form von Wärme stattfindet.
Wird nur ein Teil dieses inneren Umlaufes in sich gedeckt, ein Teil an Wärme aber
von außen zugeführt, so hat man es mit einem Carnotisierungsgrad kleiner als 1 zu
tun, und die mittlere Temperatur Tm bezeichnet die obere Temperatur des Carnot-Prozesses,
der denselben Wirkungsgrad hat wie der teilweise carnotisieite Prozeß.
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Bei den Betrachtungen über eine Carnotisierung des Dampfkreisprozesses
ist von den einzelnen Phasen der Wärmezufuhr, wie Vorwärmung, Verdampfung und Überhitzung,
auszugehen. Hieraus geht hervor, daß die Carnotisierung, bezogen auf den ganzen
Prozeß, unvollkommen und vollkommen sein kann, je nachdem wie viele Phasen des Prozesses
in die Carnotisierung ganz oder auch teilweise einbezogen werden. Der Grad der Carnotisierung
ist hiervon abhängig.
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Ein bekanntes Verfahren zu einer begrenzten Carnotisierung der Vorwärmung
ist die Regenerativ-Speisewasservorwärmung. Hier wird teilweise expandierter Dampf
verschiedenen Druckstufen der Turbine entnommen und den Vorwärmstufen zugeführt.
Kreisprozesse mit Camotisierung der Verdampfung unterscheiden sich von den beschriebenen
dadurch, daß nicht die ganze Menge des Arbeitsmediums seinen Aggregatzustand zwischen
flüssig und gasförmig ändert, sondern stets nur ein Teil. Der andere Teil bleibt
immer dampf- bzw. gasförmig. Es ist aus diesem Grunde auch keine Lösung der Aufgabe
möglich ohne die Anwendung eines Verdichters.
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Das folgend beschriebene Verfahren dient zur Carnotisierung von Vorwärmung,
Verdampfung und eines Teiles der Überhitzung.
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Das Ts-Diagramm der Abb. 1 zeigt den zu carnotisierenden Kreisprozeß
(I) a d e g h i t m n. Wenn die Vorwärmung von a bis o' durch eine Regenerativ-Vorwärmung
carnotisiert wird, so geht der Prozeß über in a' o'
d
e g 1a i l in n. Ohne eine letzte ZGvischenüberhitzung wird der Prozeß
dargestellt durch a' o' d e g k i n'. Diesem Kreisprozeß ist
ein zweiter Kreisprozeß (II) überlagert, mit dem Verlauf o p i k.
Dieser Prozeß verläuft nur im Überhitzungsgebiet, also ohne Änderung des Aggregatzustandes
des Arbeitsmediums. Entlang den Strecken h i und i k sind die Zustandsgrößen
und Zustandsänderungen dieselben wie beim zu carnotisierenden Prozeß. Auf diesen
Strecken können beide Prozesse mithin zusammengeleitet werden. Die Abwärme des Kreisprozesses
(II) wird dazu benutzt, im Kreisprozeß (I) die Vorwärmung von o' bis d, die
Verdampfung beim Druck p, von d bis e
und die Überhitzung von e bis f durchzuführen.
Hierzu muß die Dampfmenge GI, im Kreisprozeß (II) sich zur Dampfmenge GI im Kreisprozeß
(I) verhalten wie Gji : GI = (2 - 4) : (6 - 8). Bei entsprechend geändertem Entropiemaßstab,
jedoch bei gleichem Temperaturmaßstab, geht der Prozeß (II) o p
i k über in den Kreisprozeß o' p 'i' k' der Abb. 1. Zeichnerisch
entspricht die Anordnung der vorgesehenen Wärmeübertragung. Entlang o' d wird die
Wärme zur Vorwärmung bis zur Verdampfungstemperatur bei dem Druck P, übertragen.
Dieses geschieht im Gegenstrom. Die Übertragung der Wärme 3 d k'4 von Prozeß
(II) auf den Prozeß (I) erfolgt mit einer Entropiezunahme 4 s, da die Verdampfungs-
und Überhitzungswärme 3 d e f 5
gleich der Wärmemenge 3 d k'4 ist.
Von f bis g und von l_ bis m wird Überhitzungswärme in je einem
besonderen Überhitzer zugeführt, während die Überhitzungen von P' bis
i' und 1a bis i gemeinsam in einem Überhitzer erfolgen, da die Dampfdrücke
gleich sind und diese beiden Abschnitte der Prozesse (II) und (I) zusammengeführt
werden.
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Der Kreisprozeß (I) vollzieht sich zwischen den Drücken @1 und Po,
bei dem die Kondensation geschieht. Der Kreisprozeß (II) arbeitet mit den Drücken
p2 und p3. Expansion i' bis k' und Verdichtung o' bis P' haben das Druckverhältnis
P2: p3.
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Während Abb. 1 im Ts-Diagramm gemäß der Erfindung eine Carnotisierung
für das unterkritische Druckgebiet zeigt, ist in der Abb. 2 dasselbe Verfahren dargestellt
für Dampfdrücke, die beliebig hoch über dem kritischen Druck liegen können. Analog
ist hier der Prozeß (I) a' m d e f g i k L und der Prozeß
(II) m 3a g h., der entsprechend dem umlaufenden Dampfmengenverhältnis
GII : GI = (2 - 4) : (6 - 8) übergeht in ne' n' g' h' bei im selben Verhältnis
geändertem Entropiemaßstab. Von Kreisprozeß (II) wird von 1ä bis na' die Wärmemenge
2 m' lt' 4 möglichst im Gegenstrom an den Kreisprozeß (I) abgegeben.
Hier erscheint sie als Wärmemenge 2 na' d 5, wobei eine Entropiezunahme A
s auftritt. Diese ist geringer als bei dem Beispiel der Abb. 1. Demgemäß wird also
bei Erhöhung des Druckes P, die Wärmeübertragung vom Prozeß (II) zum Prozeß (I)
günstiger. Die Wärmezufuhr erfolgt über n' bis `', d bis e, f bis g und
i bis k, wobei auch hier n' bis g' und f bis gemeinsam geführt werden,
da die Drücke gleich sind. Die Wärmeabfuhr geschieht entlang der Kondensationsstrecke
l bis a'. Wie im Beispiel nach Abb. 1 sind auch hier die Druckgrenzen für den Prozeß
(I) P, und f", während der Prozeß (II) zwischen den Drücken P2 und p3 arbeitet.
Mithin haben Expansion g' bis h' und Verdichtung m' bis n' das Druckverhältnis p2
: p3.
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Wird die letzte Zwischenüberhitzung vermieden, so verläuft in Abb.
1 der letzte Abschnitt des Prozesses von i nach n' (Expansion) und von n'
nach a' (Kondensation). Entsprechend ist dieser Abschnitt in Abb.2 g bis L' (Expansion)
und l' bis a' (Kondensation). Es ist bekannt, mit Anzapfdampf, der
wiederverdichtet wird, Vorwärmung und Verdampfung vorzunehmen. In allen diesen bekannten
Verfahren wird der erzeugte Dampf direkt vor oder/' und hinter der Verdichtung dem
Prozeß zugeführt. Ferner wird die Verdichtung mittels eines Turbokompressors vorgenommen,
dessen Arbeitsleistung von der Hauptturbine abgezweigt wird.
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Im Gegensatz hierzu wird im vorliegenden Fall ein so hoher Druck P,
gewählt, daß durch die Expansion auf den Druck P2 (s. Abb. 1 und 2) eine Leistung
erzielt wird, die den Leistungsbedarf der Verdichtung des Anzapfdampfes vom Druck
P, auf den Druck p, deckt. Der Eintrittsdruck an der Kraftmaschine ist p.-Die Regenerativ-Vorwärmung
geschieht bei diesem Verfahren in bekannter `'eise durch Anzapfungen an der Hauptturbine
und/oder einer Vorwärmturbine, wobei die ihr zugeführte Dampfmenge vor der Verdichtung
dem Umlaufdampf entnommen wird, so daß vorher Wärme zur weiteren Vorwärmung, Verdampfung
und Überhitzung des Kondensates abgegeben wurde. Die Vorwärmung erfolgt also mit
geringster Entropiezunahme mittels Sattdampf infolge des Fehlens von Überhitzungswärme.
Es sind also bei dieser Anordnung keine der sonst üblichen Einrichtungen, wie Enthitzer
usw., erforderlich.
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Das erfinderische Neue der Erfindung besteht darin, daß zwei Gasmengen
unterschiedlicher thermodynamischer Zustände in Düsen auf gleiche überkritische
Geschwindigkeiten gebracht werden, dann in dem Raum hinter den Düsen ein Druckausgleich
quer zur Strömungsrichtung erfolgt, wobei der Ausgleichraum in Richtung der Strömung
eine solche Querschnittsänderung nach einem kleinen Endwert hin aufweist, daß die
Ausgleicharbeit in Druck umgewandelt wird, die axiale Geschwindigkeit der Gasmengen
von Anfang bis Ende des Ausgleichraumes konstant bleibt und die kinetische Energie
der Gesamtgasmengen erst in nachges#_,halteten Diffusoren die fehlende Druckdifferenz
bis zum gewünschten mittleren Druck liefert.
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Wie bei manchen Fällen der Technik, so ist auch im vorliegenden zur
Carnotisierung des Dampfkreisprozesses die Aufgabe gegeben, zwei Gasmengen verschiedenen
Druckes und eventuell auch verschiedener Temperatur möglichst ohne Entropiezunahme
auf einen gemeinsamen mittleren Druck ß"Z und gegebenenfalls auch auf eine mittlere
Temperatur t, zu bringen.
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Das bekannteste Verfahren ist die Verwendung eines Turboverdichters,
bei dem p, der Eintrittsdruck und P2 der Austrittsdruck der Turbine sowie p3 der
Eintrittsdruck und f., der Austrittsdruck des Verdichters ist. Dieses bedingt jedoch
einen entsprechenden Aufwand an Maschinen. Zudem läßt der erreichbare Wirkungsgrad
bei geringen Durchsatzvolumen zu wünschen übrig. Das Carnotisierungsverfahren kann
dann hierdurch ungünstig beeinflußt «-erden.
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Zur Erklärung des Düsenverfahrens seien folgende Betrachtungen vorausgesetzt:
In Abb. 3 ist ein allseitig geschlossener Zylinder 1 gezeigt mit einem Kolben 2,
der den Zylinderraum in zwei ungleiche Räume teilt. In dem kleinen Raum v, sei der
Gasdruck P, und in dem großen Raum r.; sei der Gasdruck f.,. v, - v., ist
gleich dein ganzen Zylindervolumen. Wenn P, > p2 ist, wird der Kolben 2 nach rechts
gedrückt. Bis zum Druckausgleich auf beiden Kolbenseiten wird an der Kolbenstange
Arbeit hach außen abgegeben. Gäbe man den Kolben ohne Arbeitsentzug plötzlich frei,
so würde er eine gedämpfte Schwingung in Richtung der Zylinderachse vollführen.
Beim Stillstand des Kolbens tritt die im ersten Fall nach außen abgegebene Arbeit
jetzt als Wärme in der ganzen Gasmenge des Zylinders auf. Dieses bedeutet eine Entropiezunahme.
Der zweite Fall ist also nicht umkehrbar.
In der Abb. 4 ist ein
Zylinder 1 dargestellt, der zusätzlich zu dem der Abb. 3 einen zweiten Kolben 3
besitzt, der es gestattet, den Gesamtzylinderinhalt zu verändern. Der zweite Kolben
3 ist mit dem innerhalb des Zylinders 1 befindlichen Kolben 2 über eine gedachte
Mechanik 4 mit derart veränderlichem Übersetzungsverhältnis verbunden, daß bei beliebiger
Stellung die Kräfte im Gleichgewicht sind. Der Kolben 2 gibt an den Kolben 3 Arbeit
ab, die zur Verdichtung dient, und umgekehrt der Kolben 3 an Kolben 2, je nachdem
wie die Bewegungsrichtung der Kolben ist. Offenbar stehen jetzt die Kolben 2, 3
in jeder Lage im Gleichgewicht. Die Drücke p1 und p2 in den beiden Zylinderräumen
lassen sich nun in einem beliebigen Verhältnis p1: p2 einstellen. Dieser Vorgang
ist umkehrbar, also ohne Entropieänderung. Dabei wird, wenn p, > p2 war,
bei kleiner werdendem p,: p2 das Zylindervolumen v. abnehmen. Es ist also
bei Druckausgleich (p1 ° p2) vm stets < als die Summe der Anfangsvolumen
vl @- v2.
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Ein Vergleich der Beispiele zeigt, daß ein Druckausgleich zweier Gasmengen
bei konstant bleibendem Gesamtvolumen eine Arbeitsabgabe nach außen bedingt oder
eine Entropiezunahme entweder durch Drosselung oder durch eine gedämpfte Schwingung
der Gasmengen, wobei die sonst nach außen abführbare Arbeit sich in Wärme verwandelt.
Wird jedoch das Gesamtvolumen beider Gasmengen mittels der entstehenden Ausgleicharbeit
entsprechend verringert, so kann keine Schwingung in den Gasmengen entstehen, also
auch keine Entropiezunahme erfolgen. Es wird ausdrücklich von einer Volumenverminderung
der Gesamtgasmenge gesprochen, da von einer Verdichtung der Gesaintgasmenge während
des Ausgleichs nicht die Rede sein kann, denn ein Teil expandiert, wobei gleichzeitig
der andere Teil verdichtet wird.
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Abb. 5 zeigt im Schnitt das Beispiel einer Düse 5, die allein durch
Strömungsvorgänge den Druckausgleich vorzunehmen gestattet. Im Teil I werden beide
Gasmengen mit den Drücken p1 und p2 unter Druckabfall auf p1' und p.,' auf gleiche
Geschwindigkeit gebracht. Um Stoßverluste zu vermeiden, müssen die Geschwindigkeiten
gleich sein. Zudem muß mindestens die Geschwindigkeit der Gasmenge vom Druck p2'
überkritisch sein, damit ein Rückschlag des höheren Druckes p1' in die Düse ausgeschlossen
ist. Es ist also eine "Sperrgeschwindigkeit" aufrechtzuerhalten. Eine Abdrängung
des Strahles in der Düse über die Grenzschicht hin ist nicht zu erwarten, da auch
das Gas hohen Druckes mit gleicher Geschwindigkeit strömt, im Gegensatz beispielsweise
zu Lavaldüsen, die in ein ruhendes Gas mit hohem Gegendruck ausblasen.
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Im Teil 1I der Düse 5 erfolgt der Druckausgleich, indem eine Druckwelle
quer zur Strömungsrichtung der Gasmengen läuft. Vom Querschnitt 1 bis zum Querschnitt
2 folgt die Geschwindigkeitsverteilung quer zur Achse der Düse einer Sinusfunktion
(0 - max. - 0). Die Gasführung F ist nach einer Sinusfunktion gebildet, wobei der
Querschnitt 2 zum Querschnitt 1 der Düse 5 sich verhält wie vm : (v1 -f- v2) gemäß
dem Zylinderbeispiel mit zwei Kolben. Eine Schwingung quer zur Strömungsrichtung,
wie beispielsweise beim Ausblasen einer Lavaldüse, in einem Raum geringeren Druckes
als der Düsenenddruck kann hier also nicht erfolgen, theoretisch mithin auch keine
Entropiezunahme.
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Die Dimensionierung des Teiles I der Düse 5 ergibt sich aus den bekannten
Gesichtspunkten. Das Verhältnis der Querschnitte 1 und 2 ist abhängig von den Drücken
p1' und p2' sowie dem Mengenverhältnis der beiden Gasströme. Die axiale Länge des
Düsenteiles II ist abhängig von der Geschwindigkeit der Gasmengen und der Maximalgeschwindigkeit
der Ausgleichsdruckwelle quer zur Gasströmung unter Berücksichtigung der sinusförmigen
Geschwindigkeitsverteilung. In axialer Richtung sind die Gasgeschwindigkeiten im
Querschnitt 1 und im Querschnitt 2 theoretisch einander gleich. Die Volumenverminderung,
also die Verdichtung, wird nicht bestritten aus der kinetischen Energie der Gase,
sondern aus der Expansionsarbeit der Gasmenge mit dem höheren Anfangsdruck, sinngemäß
nach dem Zylinderbeispiel 2 aus der von dem Kolben 2 an den Kolben 3 übertragenen
Arbeit. Im Teil III vermindert der konvergente Diffusor diese Geschwindigkeit unter
Druckanstieg auf die kritische Grenze. Der divergente Diffnsor IV vermindert die
Gasgeschwindigkeit weiter im unterkritischen Gebiet, wobei der Druck von pm' (nach
dem Ausgleich im Teil 11) auf den gewünschten Ausgleichsdruck p" m ansteigt.
Ein Temperaturunterschied der beiden auf gleichen Druck zu bringenden Gasmengen
wird erst im Teil IV der Düse voll ausgeglichen, da in den Teilen II und III die
Zeiten hierfür viel zu kurz sind.
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In der Abb. 5 ist die Düse 5 zur Strömungsrichtung unsymmetrisch gestaltet,
um den Vorgang in einfachster Form darzustellen. Die Düse kann konstruktiv unter
Wahrung der angestrebten Funktion verschieden gestaltet werden. So entsteht beispielsweise
bei Rotation der ebenen Abb. 5 um die Achse a-u die Abb. 6 und bei Rotation um die
Achse b-b die Abb. 7. In Abb. 6 strömt die Hochdruckdampfmenge als zentraler Ring,
so daß der Druckausgleich radial zur Achse hin erfolgt, während im Falle der Abb.
7 der Druckausgleich der hier innen strömenden Hochdruckdampfmenge radial von der
Achse weg geschieht.
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Die angegebenen Dimensionierungsbedingungen für die Teile I und II
der Düse lassen erkennen, daß mit den Drücken p1 und p2 auch der Gasmengendurchsatz
einer bestimmten Düse in gewissen Grenzen festliegt, wenn Stoßverluste und Gasschwingungen
vermieden werden sollen. Es ist deshalb bei Bedarf eine Parallelschaltung mehrerer
Düsen vorzusehen. Bei Düsen nach Abb. 5 kann zur Erzielung eines größeren Durchsatzes
auch eine Reihenanordnung ähnlich einem Schaufelgitter entwickelt werden. Dieses
wird jedoch mehr bei niedrigen Drücken in Frage kommen. Bei Hoch- und Höchstdrücken
werden die zur Achse rotationssymmetrischen Düsen anzuwenden sein. Dieses sollen
nur einige Beispiele sein, aus der Reihe der möglichen Anordnungen zur praktischen
Durchführung des die Erfindung bildenden Verfahrens mittels reiner Strömungsvorgänge
in Düsen zwei Gasmengen verschiedener Drücke (theoretisch ohne Entropiezunahme)
auf einen mittleren Druck pnt zu bringen.
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Abb. 8 zeigt in einem is-Diagramm die Vorgänge in der Düse in einzelne
Phasen zerlegt. Verluste sind hier nicht berücksichtigt. Es wurde auch außer acht
gelassen, daß in einzelnen Punkten die Phasen ineinanderfließen, indem Vorgänge
zeitlich getrennt dargestellt sind, die in gewissen Gebieten jedoch gleichzeitig
geschehen.
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Abb.9 gibt ein Schaltschema an, das das Carnotisierungsverfahren unter
Anwendung der Ausgleichdüse AD darstellt. Die Regenerativ-Vorwärmung Vwl
erfolgt mittels Anzapfungen an der Niederdruckturbine Tn und über eine Vorwärmturbine
Tv, deren Betriebsdampf vor der Ausgleichdüse _4D, also nach Abgabe seiner restlichen
Überhitzungswärme, abgezweigt ist. Die Leistung der Turbine T,, wird zum Antrieb
von Hilfsmaschinen usw. benutzt.
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Durch die Überhitzungswärme des Anzapfdampfes vom Druck p2 aus der
Turbine T wird das durch Vwl bereits hoch vorgewärmte Kondensat in dem Verdampfer
Vd bei dem Druck p1 verdampft und in dem Wärmetauscher Ü überhitzt. Die Restüberhitzungswärme
des Anzapfdampfes wird in dem Wärmetauscher Vw, an das vorgewärmte Kondensat abgegeben.
Hiernach tritt dieser
Anzapfdampf vom Druck p2, vermindert um die
an die Vorwärmturbine T, abgegebene Dampfmenge, in die Ausgleichdüse AD ein.
Nach dem Wärmetauscher Ü wird der Dampf vom Druck p1 im Überhitzer U1 mittels Rauchgaswärme
weiter überhitzt, bevor er in die Ausgleichdüse AD eintritt. In dieser Düse
erfolgt, wie bereits beschrieben, ein Ausgleich der Drücke P1 und p2, so daß die
vereinigten Dampfmengen des hohen und des niederen Druckes die Ausgleichdüse
AD mit dem mittleren Druck P. verlassen, um nach einer Überhitzung mittels
Rauchgaswärme im Überhitzer Ü2 gemeinsam in die Turbine T einzutreten.
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Nach dieser Turbine T teilt sich der Dampfstrom in die Anzapfdampfmenge
vom Druck P2 und einen Teil, der die Mittel- und Niederdruckturbine durchströmt.
Abzüglich der Anzapfmenge für die ersten Stufen der Vorwärmung Vwl wird der Rest
dieser Dampfmengen im Kondensator niedergeschlagen und durch die Speisepumpe Sp
über die Vorwärmung Vwi dem Kreislauf wieder zugeführt.
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In der Abb. 9 ist zwischen der Turbine T",, und der Turbine T" eine
Zwischenüberhitzung ZwU durch gestrichelte Linien angedeutet. Dieses soll zeigen,
daß je nach den Druck- und Temperaturverhältnissen des Dampfprozesses hier, d. h.
hinter der Turbine TI, eine ein- oder mehrstufige Zwischenüberhitzung vorgesehen
werden kann.
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Falls nicht die ganze Kondensatmenge durch die Überhitzungswärme des
Anzapfdampfes vor der Ausgleichdüse AD verdampft werden soll, kann der restliche
Teil in einem normalen Kessel K parallel dazu verdampft werden. Im Schaltschema
Abb. 9 ist dieser gesondert gefeuerte Verdampfer K, der auch mit den Überhitzern
Ü1 und Ü2 konstruktiv vereinigt werden kann, nebst seinen Anschlußleitungen gestrichelt
gezeichnet.
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Dieses Schaltschema Abb. 9 gibt nur eines der vielen möglichen Beispiele
einer Anlage an, die nach dem Erfindungsgedanken der Carnotisierung des Dampfkreisprozesses
bei Verwendung der Ausgleichdüse AD in verschiedenster Gestaltung und Anwendung
möglich ist.
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Die Vorteile des Verfahrens liegen darin, daß einmal bei gleichen
Höchsttemperaturen gegenüber dem normalen Clausius-Rankine-Dampfkreisprozeß ein
wesentlich höherer Wirkungsgrad unter gleichen sonstigen Bedingungen erzielt wird.
Ferner wird bei dem neuen Verfahren bei gleichen Höchstdrücken die Hauptmaschine
mit wesentlich niedrigerem Druck und dafür viel größerem Eintrittsvolumen der Dampfmenge
betrieben. Dieses ermöglicht einen höheren Maschinenwirkungsgrad, als er beim Normalprozeß
erzielbar ist. Die Anlagekosten sind dabei trotzdem niedriger, da an Stelle der
Höchstdruckturbine die viel preiswertere Ausgleichdüse tritt und die Vergrößerung
der Schluckfähigkeit der Hauptturbine im ersten Turbinenteil keineswegs die Ersparnisse
aufwiegt. Das ganze Verfahren ermöglicht also die Erstellung einer billigeren und
dabei wesentlich wirtschaftlicheren Kraftanlage.
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Das Verfahren eignet sich für höchste und niedrigste Druckgebiete,
so daß alle Leistungsbereiche einbezogen sind. Es ist also möglich, Dampfkraftanlagen
geringer Leistung mit relativ hohem Wirkungsgrad für jeden Verwendungszweck, beispielsweise
auch Schiffsantriebe usw., zu bauen.
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Das Anlassen der Düse geschieht, indem erst die Gasmenge mit dem niedrigen
Druck P2 auf Sperrgeschwindigkeit gebracht wird. Erst dann wird die Gasmenge mit
dem hohen Druck p1 zugelassen und auf gleiche Geschwindigkeit eingestellt. Die hierzu
nötigen Hilfs- und Steuereinrichtungen ergeben sich aus der jeweiligen Anwendungsart
der Düse und ihre Einordnung in die Kraftanlage. Diese Ausgleichdüse stellt ein
neues Verfahren dar in der Anwendung überkritischer Strömungen zur Durchführung
eines stoß- und schwingungsfreien Druckausgleiches zweier Gasmengen verschiedenen
Zustandes. Es darf also kein Vergleich gezogen werden mit den bekannten Strahlverdichtern
usw., die alle auf dem Injektorprinzip beruhen, also stets zwei Medien sehr verschiedener
Geschwindigkeit zusammenbringen. Hier sind deshalb die zu erwartenden Wirkungsgrade
in jedem Fall gering.